超臨界流體萃取與二乙醇胺法綜合制備米糠油

王金玲，張洪超，姜元松，熊 暢

（東北林業大學林學院，黑龍江哈爾濱 150040）

超臨界流體萃取與二乙醇胺法綜合制備米糠油

王金玲，張洪超，姜元松，熊 暢

（東北林業大學林學院，黑龍江哈爾濱 150040）

以市購米糠為原料，采用超臨界流體萃取法提取米糠油，并對毛糠油的簡化精煉工藝進行研究。原料經微波預處理降低解脂酶活性后，利用超臨界CO2分段萃取，先后控制條件15MPa、32℃、1.0h和35MPa、40℃、4.0h獲得毛糠油Ⅰ、Ⅱ。用二乙醇胺處理毛糠油Ⅱ，通過單因素實驗和正交實驗得出二乙醇胺法精煉毛糠油的最佳條件為:二乙醇胺加入量為油重的9%，精煉溫度為50℃，振蕩時間為15min。在此條件下精煉毛糠油，油脂酸價可降至0.85mgKOH/g，酸價降低率達到94.33%。超臨界流體萃取與二乙醇胺法精煉綜合處理所得米糠油清澈、透明，谷維素含量為1.73%，色度達到了國家標準。

米糠油，超臨界CO2萃取，二乙醇胺，精煉

米糠油中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸的含量比例為1∶2.1∶1.8，接近美國心臟學會和世界衛生組織建議的脂肪酸最佳攝入比例1∶2.1∶1.1，而且米糠油作為谷維素含量最多的油脂之一，其開發利用引起了國內外廣泛關注［1］。傳統米糠油制備方法為壓榨法或有機溶劑浸出法，但壓榨油具有酸值高，溶劑浸出油具有溶劑殘留等問題，且兩種方法所得毛糠油都需經過脫酸、脫膠、脫蠟、脫色和脫臭等步驟才能達到食用標準，工序復雜。米糠油精煉中以脫酸為重點，采用傳統的物理精煉法和化學精煉法，不僅油脂酸價和色度等指標難以達成統一，而且精煉過程中營養物質受到較大影響［2－3］。超臨界流體萃取法［4］分段萃取米糠油，可以將游離脂肪酸（FFA）、蠟和不皂化物等雜質集中在低溫低壓區，同時所得米糠油磷和鐵含量極低，降低了米糠油變質的幾率［5］，油的色度明顯低于傳統制備方法［6］，風味更為純正。二乙醇胺是一種弱堿，用于精煉毛糠油時不會皂化中性油，而且可以保留油中谷維素，同時得到應用價值較高的乙醇胺鹽［7］。本文將超臨界CO2分段萃取法和二乙醇胺精煉法綜合應用在米糠油制備中，為米糠油生產工藝的改進提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮米糠 市購;CO2氣體 哈爾濱黎明氣體有限公司，純度大于99.5%;無水乙醇、無水乙醚、二乙醇胺、正庚烷 天津市北辰方正化學試劑廠，分析純。

HA121－50－02超臨界萃取裝置 江蘇華安超臨界萃取有限公司;LG微波爐 樂金電子（天津）有限公司;SWB－2000恒溫水浴振蕩箱 天津奧特賽恩斯儀器有限公司;TDL－40B－W臺式低速大容量離心機

湖南星科科學儀器有限公司;T6－新世紀紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 超臨界分段萃取米糠油 萃取工藝流程:原料→過篩（40目）→水分測定→微波輻照→稱重→裝料→密封→升溫升壓到預定值Ⅰ→超臨界萃取→毛糠油Ⅰ→升溫升壓到預定值Ⅱ→超臨界萃取→毛糠油Ⅱ

1.2.1.1 微波輻射 實驗中將原料分批處理，每次稱取250g米糠（含水量13%），高火處理，輻照8m in，定期取出調勻，防止米糠焦糊，取出自然冷卻至室溫后，置入25℃恒溫箱保存，待用［8］。

1.2.1.2 分段萃取 準確稱取250g微波處理后的米糠裝入萃取釜，啟動萃取設備，向CO2流體中加入5%無水乙醇作為夾帶劑［9］，設置萃取條件Ⅰ為15MPa、32℃，萃取1.0h，分離得到毛糠油Ⅰ;升溫升壓至條件Ⅱ為35MPa、40℃，繼續萃取4.0h，分離得到毛糠油Ⅱ［10］，分離脫脂米糠，計算米糠油得率（以進料的百分比計）。

其中:m1為毛糠油Ⅰ的質量;m2為毛糠油Ⅱ的質量;m0為原料米糠的質量。

1.2.2 二乙醇胺法精煉米糠油 精煉工藝流程:油堿混合→水浴振蕩→離心分出油相→水洗二次→干燥→脫酸、脫膠米糠油

1.2.2.1 單因素實驗 采用毛糠油Ⅱ進行精煉，以毛糠油酸價降低率為指標評價精煉效果。

單因素選擇為二乙醇胺質量比、水浴振蕩溫度和振蕩時間，各因素水平設計見表1。

精煉的具體操作方法為:取10g毛糠油Ⅱ于離心試管中，迅速加入一定量二乙醇胺，在恒溫水浴振蕩箱（轉速100 r/m in）中作用一段時間，離心（轉速3000 r/m in）30min，分出油相，用油重10%去離子水洗油相二次，干燥后既得脫酸、脫膠米糠油［7］。按國標法檢測酸價，計算酸價降低率。

表1 單因素實驗因子及水平設計Table 1 Factors and levels of single factor experiment

初始精煉條件為:二乙醇胺用量為油重5%，水浴溫度為35℃，水浴振蕩時間為10m in。每個實驗3次重復。

1.2.2.2 正交實驗 在單因素實驗基礎上選取二乙醇胺質量比、水浴振蕩溫度、振蕩時間3個因素，每個因素取3個水平進行L9（33）正交實驗，優化毛糠油的精煉條件（見表2）。每個實驗3次重復。

表2 二乙醇胺精煉毛糠油正交實驗因素及水平表Table 2 Factors and levels in the L9（33）orthogonal experiment

1.2.3 脫蠟 將二乙醇胺精煉后的米糠油緩慢冷卻至10℃，保溫6.0h結晶、養晶，然后升溫至15℃，離心（轉速3000 r/min，時間10m in）分離，得到精煉米糠油成品，測定蠟質含量［11］。

1.3 米糠油質量評價指標

酸價的測定:GB/T 5530－2005;谷維素的測定:按參考文獻［12］的方法測定;色度測定:GB/T 22460－2008/ISO 15305:1998，羅維朋比色槽法;磷的測定:GB/T 5537－2008，鉬藍比色法;油脂透明度、氣味、滋味鑒定:GB/T 5525－2008;油脂過氧化值測定: GB/T 5538－2005;油脂中蠟質含量測定:丙酮不溶物測定法［11］。

1.4 數據處理與分析

單因素實驗結果圖表繪制與偏差分析采用Excel軟件。單因素實驗結果新復極差檢驗采用DPS數據處理系統（V3.01）統計分析。正交實驗數據采用正交實驗設計助手（II 3.1）進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 超臨界萃取米糠油質量評價

米糠油超臨界分段萃取結果見表3。

由表3可見:經過分段萃取，毛糠油Ⅰ酸價約為毛糠油Ⅱ酸價的3.8倍，說明米糠中FFA主要集中于低壓低溫區浸出;油Ⅱ得率接近油Ⅰ得率的30倍，說明大部分中性油集中在高溫高壓下浸出，有利于食用米糠油的工業化生產;油Ⅱ微濁，色澤為淺黃色，與食用油標準相差不大，可以通過后續精煉工藝迅速達到食用米糠油標準。

2.2 二乙醇胺法精煉米糠油

2.2.1 單因素實驗結果及分析

2.2.1.1 二乙醇胺質量比對米糠油精煉效果的影響 由圖1可見，隨著二乙醇胺使用量的增加，毛糠油酸價降低率逐漸增大。趨勢為先大幅度增加，之后趨于平緩。這與毛糠油的原始酸價有直接的關系，還與二乙醇胺的作用時間和作用溫度有關。由圖1分析可知，當二乙醇胺加入量為毛糠油油重7%時，酸價降低率接近90%，增加二乙醇胺用量，酸價降低率維持在90%附近且差異不顯著。由于米糠油中含有植物甾醇與VE等不皂化物，增加二乙醇胺用量時二者的損失會相應增加［13］，因此綜合各因素考慮，二乙醇胺加入量應控制在5%～9%，7%為進一步正交實驗的中心水平。

表3 米糠油超臨界分段萃取結果Table 3 The results of rice bran oil by stage extraction using supercritical CO2

圖1 二乙醇胺質量比對米糠油精煉效果的影響Fig.1 Effect of diethanolamine’s dose on rice bran oil refining

2.2.1.2 水浴溫度對米糠油精煉效果的影響 由圖2分析可知，隨溫度增加，毛糠油酸價降低率逐漸增加。溫度達到45℃時，酸價降低率趨于恒定。由于進一步升高溫度，會使VE、谷維素等營養物質的穩定性降低，而鐵離子與脂肪酸高溫下相互作用會導致油脂色澤加深［5］。實驗數據經極差檢驗顯示，水浴溫度為45℃時的酸價降低率均值與40℃的均值比較差異顯著，與50℃時的結果比較差異不顯著，因此二乙醇胺作用時水浴溫度應該控制在40～50℃，45℃為正交實驗中水浴溫度的中心水平。

配套服務企業包括物流包裝生產制造企業、農資企業、農機企業等等，服務于種植戶、物流等對象，系統模塊可以用于信息發布、數據收集等。

圖2 水浴溫度對米糠油精煉效果的影響Fig.2 Effect of temperature on rice bran oil refining

2.2.1.3 振蕩時間對米糠油精煉效果的影響 延長振蕩時間有利于二乙醇胺與毛糠油充分混合，增強精煉效果。由圖3分析可知，隨著振蕩時間的延長，短時間內酸價降低幅度明顯，10m in后酸價降低率變化幅度縮小，這是由于毛糠油中FFA有限，實驗后期酸價降低率將趨于定值。數據經極差分析顯示，振蕩時間為10m in時的酸價降低率均值與5m in的結果比較差異顯著，與15m in的結果比較差異不顯著，因此選擇振蕩時間10m in為進一步正交實驗的中心水平。

2.2.2 正交實驗結果及分析 二乙醇胺精煉毛糠油Ⅱ正交實驗結果見表4，方差分析見表5。

圖3 振蕩時間對米糠油精煉效果的影響Fig.3 Effect of time on rice bran oil refining

表4 二乙醇胺精煉毛糠油正交實驗結果Table 4 Results of the L9（33）orthogonal experiment

表5 二乙醇胺精煉毛糠油正交實驗結果方差分析Table 5 Variance analysis of the results about the L9（33）orthogonal experiment

由表4分析可知，影響二乙醇胺脫酸脫膠效果的因素順序是:水浴溫度＞二乙醇胺質量比＞振蕩時間，其中水浴溫度和二乙醇胺質量比這兩個因素對精煉效果影響較為顯著。二乙醇胺對毛糠油Ⅱ精煉的最佳條件為A3B3C3，即二乙醇胺質量比為9%，溫度為50℃，振蕩時間為15m in。按此參數進行驗證實驗，精煉后米糠油的酸價為0.85mgKOH/g，酸價降低率為94.33%，與正交實驗各組處理結果相比，精煉效果最好。

由表5方差分析可以看出，水浴溫度對酸價降低率的影響顯著，其他兩項的影響不顯著，此結果與正交實驗結果的極差分析結論一致。

2.3 超臨界分段萃取與二乙醇胺綜合應用制備米糠油的品質

2.3.1 米糠油外觀 超臨界萃取和二乙醇胺綜合處理所得米糠油，具有獨特香味，清澈、透明，淡黃色，經羅維朋比色槽法色度測定，色度（133.4mm羅維朋比色槽）（Y）35（R）3.6，明顯低于傳統精煉米糠油色度，達到了精煉米糠油的國家標準［14］。

2.3.2 谷維素含量 對綜合方法所得精煉油進行谷維素含量測定，結果表明精煉油中谷維素含量為1.73%，具有較好的營養價值。

2.3.3 磷含量 超臨界流體萃取米糠油中磷含量較低，通過二乙醇胺精煉又會脫除一部分含磷物質。對綜合處理后的米糠油進行磷含量測定，結果顯示精煉油平均含磷量為3.1mg/kg，控制在目前脫膠效果最好的酶法脫膠范圍（含磷量低于 5mg/kg）［15］之內。

2.3.4 過氧化值 對綜合方法所得精煉油進行過氧化值測定，結果為4.5mmol/kg，油脂具有較好的穩定性。

2.3.5 蠟質含量 精煉米糠油成品蠟質含量測定結果為0.43%，與普通米糠油中2%～4%的蠟質含量［16］相比明顯降低，提高了米糠油的食用口感。

3 討論

傳統的壓榨法制備米糠油得率低，有機溶劑浸出法油脂得率雖然高，但是和壓榨毛油一樣，酸價高且色澤深［6］，磷、鐵含量高使毛油易于變質，增加了精煉工序的復雜性與物質消耗量。超臨界流體萃取油脂得率接近有機溶劑浸出油脂得率，但酸價降低且色澤淺，同時甾醇含量得到針對性提高［4］。本研究采用分段萃取法，不僅使中性油脂集中于高溫高壓區，而且油脂品質得到顯著改善。

超臨界萃取米糠油的得率與米糠的新鮮程度有直接關系，本實驗中使用的米糠是從市場購買，新鮮程度受到影響，因此毛糠油出油率偏低，選用新鮮米糠此問題能夠得到解決。

傳統的米糠油堿煉可以獲得理想的酸值和色澤，但中性油的損失較大，同時生成大量成分復雜的皂腳;物理精煉設備復雜，溫度設置較高，油品質明顯低于堿煉法［17］。本研究中使用的二乙醇胺精練法具有的獨特優勢，能在一定程度上避免傳統堿煉和物理精煉的問題。

本實驗簡化米糠油精煉工藝，考察了米糠油脫酸效果及谷維素含量，而米糠油中其它營養素如甾醇及VE在精煉中是否損失及損失多少尚不得知，需進一步研究。但生產富含谷維素的優質米糠油，此方法具有明顯的優勢。

4 結論

經超臨界分段萃取、二乙醇胺精煉和脫蠟綜合工藝處理所得米糠油具有焙烤食品獨特香味，油脂澄清、透明，呈現淡黃色，綜合處理后酸價可降至0.85mgKOH/g，磷含量降至3.1mg/kg，過氧化值為4.5mmol/kg，蠟質含量0.43%，符合國家浸出成品米糠油質量指標。

超臨界流體分段萃取和二乙醇胺法的綜合應用，節省了傳統毛糠油精煉工藝中單獨脫色、脫膠和脫臭的工藝，是一種制備食用米糠油新型、簡捷、高效的方法。

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Preparation of rice bran oil by supercritical fluid extraction and diethanolam ine refining

WANG Jin－ling，ZHANG Hong－chao，JIANG Yuan－song，XIONG Chang
（School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）

Rice b ran oil was extrac ted by superc ritical CO2from rice bran bought from market，the p rocess of refining crude rice bran oilwas studied through add ing diethanolam ine.Two rice b ran oil sam p lesⅠandⅡ were ob tained by stage extraction using supercritical CO2w ith cond itions of 15MPa，32℃，1.0h and 35MPa，40℃，4.0h，respec tively，after rice bran p retreatmentbym icrowave radiation.Based on the results of sing le factor experiments，orthogonal experim entwas designed to op tim ize the op timal refining cond itions by add ing d iethanolam ine，which were:d iethanolam ine to oil rate of9%，tem perature of50℃，shaking refining tim e of 15m in.Under these cond itions，the acid value of refined rice bran oil decreased to 0.85mgKOH/g，and the rate of decrease was 94.33%.The rice b ran oil after refining was c lear，transparent，and the oryzanol content was up to 1.73%，the color of refined rice b ran oil reached the national standard.

rice bran oil;supercritical CO2extraction;diethanolam ine;refining

TS229

A

1002－0306（2012）06－0320－04

2011－04－15

王金玲（1975－），女，講師，研究方向:天然產物。

東北林業大學基金（101022549）。