張 磊, 芮家鑫, 周晗雨, 孫 俊

(江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

小麥胚芽油是從小麥胚芽中提取出來的一種谷物胚芽油,富含維生素E(VE)、亞油酸、亞麻酸、二十八碳醇及多種生理活性組分,具有很高的營養(yǎng)價(jià)值,其VE含量為植物油之冠,被公認(rèn)為頗具營養(yǎng)保健作用的功能性油脂[1].

不同的萃取方式對應(yīng)的工作效率不同,更重要是的是所獲得的油脂品質(zhì)存在一定差異.目前,油脂常見的萃取方式主要包括有機(jī)溶劑萃取[2]、超聲萃取[3]和亞臨界萃取[1].有機(jī)溶劑萃取是油脂最常用的提取方式,但是獲得的小麥胚芽油中雜質(zhì)含量高,存在溶劑殘留隱患.超聲萃取油脂效率高,無溶劑殘留,但該萃取方式如果超聲參數(shù)設(shè)置不當(dāng),容易引起油脂發(fā)生氧化,制約了該萃取方式在工業(yè)上推廣應(yīng)用.亞臨界狀態(tài)的溶劑萃取生物原料中脂類物質(zhì),是近20年才發(fā)展起來的一項(xiàng)新工藝方法.亞臨界狀態(tài)是相對于臨界狀態(tài)和超臨界狀態(tài)的一種形態(tài).溶劑物質(zhì)的溫度高于其沸點(diǎn)時(shí),以氣態(tài)存在,但對其施以一定的壓力壓縮會使其液化,在此狀態(tài)下利用相似相溶的物理性質(zhì),用做物質(zhì)萃取的溶劑為亞臨界萃取溶劑,萃取工藝稱為亞臨界萃取工藝.陳中偉等[4]采用亞臨界丙烷提取米糠油,發(fā)現(xiàn)亞臨界萃取方式對米糠油有較高的提取率和較好的油脂氧化穩(wěn)定性,并且較充分保留了米糠油中的一些生理活性成分,如:γ-谷維素、α-生育酚、葉綠素和類胡蘿卜素等.苗建銀等[5]研究了亞臨界流體萃取方式對油茶籽油抗氧化活性的影響,發(fā)現(xiàn)亞臨界流體萃取所得油茶籽油有利于維持其產(chǎn)品的抗氧化能力,在實(shí)際生產(chǎn)中具有優(yōu)越性.

因此,文中利用亞臨界丙烷、超聲和有機(jī)溶劑萃取方式提取小麥胚芽油,并進(jìn)行比較,分析不同萃取方式對小麥胚芽油品質(zhì)的影響.

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料及主要試劑

小麥胚芽,購于安徽占元集團(tuán),穩(wěn)定化與處理后備用.壓縮丙烷(純度≥96%),購于合肥恒隆氣體有限公司.α-VE標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥96%),購于Sigma公司.無水乙醚、正己烷、乙酸和異辛烷等試劑,均為分析純.甲醇和抗壞血酸試劑為色譜純.

1.2 主要儀器設(shè)備

DHG-9245A型鼓風(fēng)干燥箱,上海一恒科技有限公司;Sartorius萬分之一電子天平,北京賽多利斯儀器有限公司;LD-750A粉碎機(jī),浙江永康市紅太陽機(jī)電有限公司;BR4高速離心機(jī),法國JOUAN公司;RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,上海亞榮生化儀器廠;SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵,鄭州長城科工貿(mào)有限公司;HH-S恒溫水浴鍋,江蘇金壇醫(yī)療儀器廠;85-2A型恒溫磁力攪拌器,江蘇金壇醫(yī)療儀器廠;KQ3200E型超聲波清洗機(jī),昆山市超聲儀器有限公司;HB43-S水分含量自動(dòng)測定儀,瑞士Mettler Toledo公司;UV-9600紫外可見分光光度計(jì),北京瑞利分析儀器公司;7890A型GC色譜儀,美國安捷倫公司;LC-20A型HPLC色譜儀,日本島津公司;亞臨界流體萃取設(shè)備,自主設(shè)計(jì).

2 試驗(yàn)方法

2.1 原料預(yù)處理

將新鮮小麥胚芽粉碎,過60～80目篩,均勻鋪于白色瓷盤,置于65 ℃烘箱內(nèi)加熱,將其含水量降至4.5%左右,于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?

2.2 小麥胚芽油萃取

2.2.1 亞臨界萃取方式

將預(yù)處理好的小麥胚芽裝入紗布,扎緊口后放入萃取罐,把萃取罐和蒸發(fā)罐抽真空;注入萃取劑丙烷,經(jīng)預(yù)試驗(yàn),萃取時(shí)間采用20 min,之后將含有脂溶性成分的亞臨界流體從萃取罐中放出,到下一級蒸發(fā)罐中進(jìn)行減壓脫溶,得到小麥胚芽油,并用正己烷對蒸發(fā)罐進(jìn)行洗脫,確保蒸發(fā)罐中不要留有小麥胚芽油;離心后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),把油脂與正己烷分離,得到目標(biāo)產(chǎn)物.

2.2.2 超聲萃取方式

經(jīng)預(yù)試驗(yàn),將預(yù)處理好的小麥胚芽原料與正己烷配成液料比為6 ∶1的溶液,放入超聲頻率為40 kHz的超聲場中萃取60 min,該超聲設(shè)備溫度可調(diào)可控,設(shè)定超聲溫度為25 ℃.超聲萃取后,再離心、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)獲得小麥胚芽油.

2.2.3 有機(jī)溶劑浸提方式

稱取一定量預(yù)處理后的小麥胚芽原料,在室溫用正己烷(液料比為6 ∶1)浸提8 h,離心后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),獲得小麥胚芽油.

2.3 原料及小麥胚芽油組分檢測

2.3.1 原料及小麥胚芽油成分理化檢測

對原料進(jìn)行理化檢測,水分含量測定參照GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》,取3.65～4.95 g小麥胚芽樣品進(jìn)行水分測定.灰分測定參照GB/T 5505—2008《灰分測定法》.蛋白質(zhì)測定參照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》中的凱氏定氮法.粗油脂含量測定參照GB/T 5512—2008《糧食中粗脂肪含量測定》中的索氏抽提法.碳水化合物總量測定參照國際通用方法苯酚-硫酸法.

對萃取得到的小麥胚芽油進(jìn)行氧化性能檢測,酸值測定參照GB/T 5530—2005《動(dòng)植物油脂酸值和酸度測定》;過氧化值測定參照GB/T 5538—2005《動(dòng)植物油脂過氧化值的測定》;茴香胺值測定參照GB/T 24304—2009《動(dòng)植物油脂茴香胺值的測定》.

2.3.2 脂肪酸組成測定

利用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)技術(shù),對試驗(yàn)所獲得的小麥胚芽油中的脂肪酸組成成分進(jìn)行分析.先利用1%硫酸-甲醇酯化法對胚芽油進(jìn)行甲酯化處理;再利用GC-MS技術(shù)分析其中的脂肪酸,氣相色譜檢測條件為色譜柱是DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm);氫火焰離子檢測器(FID);進(jìn)樣口溫度是250 ℃;初溫200 ℃,保持2 min,以30 ℃·min-1速度升溫至270 ℃,保持15 min;分流進(jìn)樣,進(jìn)樣量1.0 μL,分流比50 ∶1.質(zhì)譜條件為電噴霧離子化;接口溫度250 ℃;電離能量70 eV;相對原子質(zhì)量掃描范圍30～450.

2.3.3 VE含量測定

參照NY/T 1598—2008《食用植物油中維生素E組分和含量的測定：高效液相色譜法》制備樣品.高效液相色譜檢測條件:甲醇和水體積比98 ∶2為流動(dòng)相,混勻;柱溫為30 ℃;色譜柱為C18反向柱;紫外檢測波長為300 nm;進(jìn)樣量10 μL.

2.4 數(shù)據(jù)處理

使用Office 2007和SPSS Statistics軟件處理數(shù)據(jù),各組試驗(yàn)結(jié)果為3次平行試驗(yàn)的平均值,數(shù)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差,以P<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

3 結(jié)果與分析

3.1 小麥胚芽原料成分分析

基于2.3.1節(jié)中的國標(biāo)方法,測得小麥胚芽原料的基本成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:水分12.23%、灰分5.95%、蛋白質(zhì)30.9%、油脂11.46%、碳水化合物39.55%,從中可以看出小麥胚芽富含人體所需的蛋白質(zhì)和碳水化合物,是理想的植物油原料.

3.2 小麥胚芽油的水分和得率分析

表1是不同萃取方式獲得的小麥胚芽油的水分、得率與萃取率,P小于0.05,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.由表1可知,亞臨界萃取的小麥胚芽油水分含量略高于超聲和有機(jī)溶劑萃取,一般而言,油脂中含有水分,會引起加工裝置的腐蝕,使油脂水解,產(chǎn)生游離脂肪酸,加速脂肪酸敗,降低脂肪能量.亞臨界萃取的小麥胚芽油的得率略高于超聲萃取,有機(jī)溶劑萃取得率最低.總之,這3種萃取技術(shù)獲得的小麥胚芽油水分含量符合國標(biāo),亞臨界萃取方式的得率和萃取率最高,該萃取方式優(yōu)于超聲萃取和有機(jī)溶劑萃取.

表1 小麥胚芽油水分含量、得率和萃取率 %

注: 得率=小麥胚芽油的質(zhì)量/原料的干基質(zhì)量;萃取率=小麥胚芽油的質(zhì)量/(原料的干基質(zhì)量×原料小麥胚芽中的含油量).

3.3 小麥胚芽油的品質(zhì)分析

圖1是亞臨界、超聲以及有機(jī)溶劑萃取方式獲得的小麥胚芽油,有機(jī)溶劑萃取的小麥胚芽油顏色最深、呈金黃色,超聲萃取的顏色比有機(jī)溶劑萃取的淺,亞臨界萃取的顏色最淺.對于食用油來說,色澤越淺,品質(zhì)越高,因此亞臨界萃取的小麥胚芽油品質(zhì)比其他2種方式萃取的要好.鐘煉軍等[6]對亞臨界技術(shù)進(jìn)行了全面地研究,采用該萃取技術(shù)一步獲得了高麻味素含量的花椒精油,同樣也實(shí)現(xiàn)了花椒中揮發(fā)油和麻味素的高效提取.

圖1 不同萃取方式獲得的小麥胚芽油

表2是亞臨界萃取、超聲萃取以及有機(jī)溶劑萃取獲得的小麥胚芽油的氧化性能指標(biāo).油脂氧化反應(yīng)生成的脂肪酸氫過氧化物是油脂氧化酸敗的主要原因,因此,通過測定油脂酸敗產(chǎn)生的游離脂肪酸含量高低及過氧化值,可判定氧化變質(zhì)的程度.結(jié)果表明,亞臨界萃取獲得的小麥胚芽油的酸價(jià)、過氧化值和茴香胺值最低,其氧化性能最好;而皂化值明顯高于其他2種萃取方式,說明亞臨界所得油中不皂化物含量較高,這主要是因?yàn)閬喤R界丙烷萃取溫度低,能最大程度地保持油中的活性成分,提高氧化穩(wěn)定性.對此,江南大學(xué)的研究人員[7]也獲得了相似的研究結(jié)果,他們發(fā)現(xiàn)亞臨界萃取的小麥胚芽油的酸值和過氧化值低于有機(jī)溶劑萃取等其他技術(shù),可能是因?yàn)閬喤R界萃取過程中,很少會溶入氧氣.

表2 不同萃取方式獲得的小麥胚芽油氧化性能對比

3.4 小麥胚芽油脂肪酸分析

圖2是有機(jī)溶劑浸提獲得的小麥胚芽油脂肪酸GC-MS圖譜,從圖中可以得到出峰時(shí)間為14.25,19.93,21.59和24.12 min,超聲萃取和亞臨界萃取獲得的小麥胚芽油脂肪酸的GC-MS圖譜出峰時(shí)間與有機(jī)溶劑浸提的相同,所不同的是各種脂肪酸含量,具體數(shù)值如表3所示.

圖2 有機(jī)溶劑浸提的小麥胚芽油脂肪酸GC-MS圖譜

%

由表3可得,亞臨界、超聲和有機(jī)溶劑萃取獲得小麥胚芽油主要脂肪酸種類為棕櫚酸(C16: 0)、油酸(C18: 1)、亞油酸(C18: 2)、亞麻酸(C18: 3).其中,油酸、亞油酸和亞麻酸為不飽和脂肪酸,不飽和脂肪酸根據(jù)雙鍵個(gè)數(shù)的不同,又可分為單不飽和脂肪酸與多不飽和脂肪酸,油酸屬于單不飽和脂肪酸,亞油酸和亞麻酸屬于多不飽和脂肪酸,是評價(jià)食用油營養(yǎng)水平的重要依據(jù),人類需從飲食中攝入一定的數(shù)量以維持各項(xiàng)人體機(jī)能.研究表明,亞臨界萃取得到的小麥胚芽油不飽和脂肪酸含量最高,占其總脂肪酸含量的86.70%,其中多不飽和脂肪酸占總脂肪酸的74.00%,且亞油酸含量最豐富,高達(dá)66.80%.超聲萃取所得的小麥胚芽油不飽和脂肪酸含量為84.10%,其中多不飽和脂肪酸占總脂肪酸的73.50%,且其中亞油酸含量為66.20%,低于亞臨界丙烷萃取的含量.有機(jī)溶劑浸提獲得的小麥胚芽油中不飽和脂肪酸含量為75.80%,是3種萃取方式中最少的方式,與其他2種萃取方式相差9%～13%.總體來說,3種萃取技術(shù)中亞臨界丙烷萃取所得的小麥胚芽油中不飽和脂肪酸含量,包括單不飽和脂肪酸與多不飽和脂肪酸,都是最高的,一般而言,游離脂肪酸的數(shù)量越大,皂化值也就越高,這與上述表2中油脂皂化值趨勢一致.另外,與其他特種植物油脂如橄欖油[8-9]和玉米油[10-11]等相比,文中采用的3種萃取方式獲得的小麥胚芽油脂肪酸中的多不飽和脂肪酸含量較高,油脂品質(zhì)較好,且亞臨界丙烷萃取方式獲得的小麥胚芽油品質(zhì)最好.

3.5 α-VE含量對比

VE是一種脂溶性維生素,是最主要的抗氧化劑之一.α-VE是自然界中分布最廣泛、含量最豐富且活性最高的維生素E形式.亞臨界、超聲以及有機(jī)溶劑萃取獲得小麥胚芽油的α-VE含量分別為9 252.20,8 748.30和7 526.00 mg·kg-1.亞臨界所得小麥胚芽油α-VE含量最高,有機(jī)溶劑浸提所得的α-VE含量最少.與其他特種植物油脂中的α-VE值[12-13]相比,文中3種萃取方式獲得的小麥胚芽油α-VE相對要高,其中亞臨界獲得的α-VE最高.另外,有機(jī)溶劑浸提所用時(shí)間是亞臨界萃取的8倍,說明亞臨界萃取技術(shù)不但能夠應(yīng)用于小麥胚芽油的提取,而且提取效率非常高,這為亞臨界流體萃取技術(shù)的可行性和優(yōu)勢性提供初步的參考.

4 結(jié) 論

通過對比研究發(fā)現(xiàn),與超聲和有機(jī)溶劑浸提萃取方式相比,亞臨界萃取所得的小麥胚芽油氧化穩(wěn)定性最好,得率、不飽和脂肪酸和VE含量最高.因此,亞臨界丙烷萃取得到的小麥胚芽油品質(zhì)較好,能最大限度地保留微量生物活性成分,提高小麥胚芽油的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能,適用于小麥胚芽油的提取.