張雅娜，張晟，周媛媛，馬麗媛，郭麗*，張春華

1. 綏化學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院（綏化 152061）；2. 綏化市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)所（綏化 152061）

玉米胚芽是玉米淀粉和酒精生產(chǎn)的主要副產(chǎn)物，我國(guó)每年用于工業(yè)消費(fèi)的玉米約6 000萬(wàn) t，按7%的平均提胚率計(jì)算，玉米胚芽產(chǎn)量達(dá)420萬(wàn) t，可利用的玉米胚芽資源非常豐富。玉米胚芽中脂肪含量達(dá)40%～50%，是一種豐富的油料資源[1]。近幾年，隨著玉米產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，玉米胚芽油的產(chǎn)量顯著提高，約占植物油總產(chǎn)量的5%～8%[2]。玉米胚芽油含有80%～85%的不飽和脂肪酸，其中亞油酸占55%，油酸占30%，還含有維生素E、維生素A、維生素D、植物甾醇、卵磷脂和β-胡蘿卜素等營(yíng)養(yǎng)成分[3-5]。玉米胚芽油具有降血壓、降低膽固醇、軟化血管等作用[3,6-7]。因此，玉米油是人類理想的食用植物油，是一種高品質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)健康植物油[8]。

我國(guó)玉米胚芽油的生產(chǎn)多采用壓榨法，玉米胚芽油產(chǎn)出率最高達(dá)65%左右。若采用先壓榨后浸出的方法，能使玉米胚芽油的產(chǎn)出率達(dá)97%[9]。大多數(shù)企業(yè)采用壓榨法和浸出法提取玉米胚芽油，主要是因?yàn)榧夹g(shù)和成本的原因，這2種工藝主要以取油為目的，對(duì)于蛋白質(zhì)和其他營(yíng)養(yǎng)成分的保護(hù)與利用卻考慮得較少，油料資源的綜合利用率和附加值較低[10]。水酶法是近年來(lái)新興的制油技術(shù)，與高溫浸出法相比較，水酶法提取玉米胚芽油所需能耗有所降低，減少了浸出和復(fù)雜的精煉設(shè)備，簡(jiǎn)化3/4的設(shè)備與工序，投資僅為浸出法油脂生產(chǎn)廠家投資的25%。而且出油率較高、油質(zhì)好，使制油效益明顯提高[11-12]。研究水酶法提取玉米胚芽油一方面可實(shí)現(xiàn)玉米胚芽資源的綜合利用，延長(zhǎng)玉米加工產(chǎn)業(yè)鏈，提高玉米產(chǎn)業(yè)附加值，另一方面采用水酶法技術(shù)在一定程度上可提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為玉米胚芽油提取技術(shù)的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 水酶法提取玉米胚芽油工藝原理

在植物油料中，油脂存在于油料的完整細(xì)胞內(nèi)，且油脂的存在形式有2種，一種是游離油，另一種是油脂與其他物質(zhì)的復(fù)合形式（脂多糖、脂蛋白等復(fù)合體），因此想要得到細(xì)胞內(nèi)的油脂，首先要對(duì)油料進(jìn)行破壁處理，釋放出其中的油脂。通常來(lái)講植物細(xì)胞壁主要分為3層，從外到內(nèi)分別為胞間層、初生壁、細(xì)胞膜。其中，初生壁內(nèi)由膠質(zhì)、多聚糖、超細(xì)纖維素、纖維素、半纖維素、果膠、蛋白質(zhì)相互連接構(gòu)成。不同植物的細(xì)胞壁，其組成物質(zhì)在成分上有著差別，從而導(dǎo)致不同植物細(xì)胞壁表現(xiàn)出不同的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。纖維素和半纖維素是細(xì)胞壁的主要成分，玉米胚芽的細(xì)胞壁含有50%纖維素、40%半纖維素及1%果膠[11]。通過(guò)機(jī)械、化學(xué)、酶手段可以破壞纖維素和半纖維素，從而破壞細(xì)胞壁，才可以釋放出被細(xì)胞壁包裹的油脂。破壁后釋放的油脂，多為油脂的復(fù)合形式，通過(guò)物理、化學(xué)、酶法等進(jìn)一步破壞油脂的復(fù)合體，才能釋放更多的油脂。

2 水酶法提取玉米胚芽油工藝研究進(jìn)展

水酶法的一般工藝包括油料的預(yù)處理、酶解、破乳和分離4個(gè)階段。就水酶法制備玉米胚芽油的工藝過(guò)程，分別對(duì)水酶法提取玉米胚芽油的預(yù)處理工藝研究概況、酶解工藝研究概況及破乳工藝研究概況作逐一論述。

2.1 預(yù)處理工藝研究概況

預(yù)處理的主要作用，一方面是破壞細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu)，另一方面是破壞油脂與其他物質(zhì)的復(fù)合形式，從而有利于油脂的充分釋放，以提高油脂提取率?，F(xiàn)有研究中玉米胚芽的預(yù)處理工藝主要包括緩沖液浸泡、粉碎和蒸汽處理，其中粉碎包括濕法粉碎（磨漿）和干法粉碎2種。干法粉碎與濕法粉碎相比，濕法粉碎易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，影響油脂提取率，因此，油料預(yù)處理采用較多的是干法粉碎[13]，但由于玉米胚芽的來(lái)源不同，水分含量不同，所選擇的粉碎方式也不同。濕法生產(chǎn)的玉米胚芽水分較高，可濕法粉碎后進(jìn)行酶解，李新等[14]以濕玉米胚芽（水分達(dá)60.32%）為原料，通過(guò)水酶法提取玉米胚芽油，所采用的粉碎方式為濕法粉碎（磨漿）。而干法提胚得到的玉米胚芽水分低，則可直接采用干法粉碎，李珺等[15]研究水酶法提取玉米胚芽油，采用的原料玉米胚芽水分為6.1%，選用的粉碎方式為干法粉碎。

干法粉碎：玉米胚芽→干法粉碎→浸泡→蒸汽處理→酶解。

濕法粉碎：玉米胚芽→浸泡→蒸汽處理→磨漿→酶解。

在水酶法工藝中，油料的粉碎程度對(duì)提高有效成分的得率起著重要作用，因此粉碎作為一種水酶法預(yù)處理方法十分關(guān)鍵。在酶解前，通過(guò)機(jī)械粉碎，降低油料的粒度，最大程度破壞油料細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)有效成分易于釋放，增加了物料與酶的接觸面積，提高了酶的作用效果[13,16]。對(duì)于水酶法提取玉米胚芽油的預(yù)處理工藝已有研究。段作營(yíng)等[17]研究不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)玉米胚芽油提取率的影響，得出干法粉碎時(shí)間70 s，檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液pH 6.0，蒸汽處理時(shí)間20 min。王素梅等[12]得出玉米胚芽最佳預(yù)處理?xiàng)l件：檸檬酸緩沖液濃度0.5 mol/L、pH 4.0，蒸汽處理溫度100 ℃，蒸汽處理時(shí)間40 min。李新[18]得出玉米胚芽最佳預(yù)處理?xiàng)l件：采用濕法粉碎，檸檬酸緩沖液濃度0.01 mol/L，蒸汽處理溫度110 ℃，蒸汽處理時(shí)間1 h。魯曾等[19]采用干法粉碎玉米胚芽，得出最佳顆粒大小為0.125 mm（120目）。趙華等[20]得出最佳預(yù)處理?xiàng)l件：干法粉碎粒度250 μm，緩沖液pH 3.4，蒸汽處理溫度108 ℃，蒸汽處理時(shí)間45 min。玉米胚芽油提取率為71.95%。唐文婷等[21]得出玉米胚芽最佳預(yù)處理?xiàng)l件：玉米胚芽顆粒大小0.250 mm（60目），蒸汽處理時(shí)間10 min。劉侃[22]得出玉米胚芽最佳預(yù)處理?xiàng)l件：玉米胚芽顆粒大小0.250 mm（60目），檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液pH 3.4，蒸汽處理溫度110 ℃，蒸汽處理時(shí)間45 min。玉米胚芽油的提取率為59.86%。錢志娟等[23]得出玉米胚芽最佳預(yù)處理?xiàng)l件：玉米胚芽反復(fù)凍融2次，檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液濃度0.05 mol/L，蒸汽處理溫度112 ℃，蒸汽處理時(shí)間65 min。

綜上，在水酶法提取玉米胚芽油的預(yù)處理工藝研究中，對(duì)于干法粉碎和濕法粉碎的對(duì)比研究尚未見(jiàn)報(bào)道，有待進(jìn)一步研究。此外，玉米胚芽通常采用緩沖液浸泡，如何對(duì)緩沖液進(jìn)行綜合利用，也是亟待解決的問(wèn)題。水酶法提油工藝的預(yù)處理方法較多，包括超聲波、微波、超高壓、擠壓膨化、復(fù)合預(yù)處理方法等，但這些預(yù)處理方法在水酶法提取玉米胚芽油的研究中卻少有報(bào)道，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)玉米胚芽預(yù)處理工藝的研究和探索，根據(jù)不同來(lái)源的玉米胚芽研究相匹配的預(yù)處理工藝，為玉米胚芽油的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2.2 酶解工藝研究概況

玉米胚芽在干法粉碎或磨漿后進(jìn)行酶解，不同酶在玉米胚芽油提取中的作用不同。纖維素酶和半纖維素酶可降解玉米胚芽細(xì)胞壁的纖維素骨架，瓦解細(xì)胞壁，使油脂容易釋放出來(lái)。蛋白酶可水解油脂與蛋白質(zhì)的復(fù)合體，使油脂被釋放出來(lái)，易于分離。α-淀粉酶、α-聚半乳糖醛酶、β-葡聚糖酶等對(duì)淀粉、脂多糖、果膠質(zhì)有水解作用，有利于提高玉米胚芽油提取率[11]。在水酶法提取玉米胚芽油的研究中，研究較多的是纖維素酶、淀粉酶和蛋白酶。不同學(xué)者對(duì)水酶法提取玉米胚芽油酶解條件進(jìn)行研究，包括單一酶和復(fù)合酶的研究，分別考察酶種類、加酶量、酶解溫度、酶解時(shí)間、pH等因素對(duì)玉米胚芽油提取率的影響，得出最優(yōu)的提取工藝，不同酶解條件下玉米胚芽油的提取率見(jiàn)表1。由于水酶法存在著酶制劑價(jià)格高，只能使用1次，無(wú)法回收重復(fù)利用的難題，為解決這一難題，李倩[27]采用固定化酶技術(shù)制備玉米胚芽油，確定殼聚糖固定化纖維素酶的最佳工藝，最終酶活最大回收率為70.67%，采用固定化纖維素酶柱式反應(yīng)器提取玉米胚芽油，得出最佳工藝條件：流速5 mL/min，酶解溫度50 ℃，酶解時(shí)間8 h，pH 9.0，料液比1∶8 g/mL。玉米胚芽油提取率可達(dá)50%左右。

表1 不同酶解條件下玉米胚芽油的提取率

在水酶法酶解過(guò)程中仍存在較多問(wèn)題，針對(duì)酶制劑成本較高且無(wú)法回收，酶制劑的正確選擇，提高酶活力和酶作用效果，減少用量，酶解時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，需要對(duì)酶解工藝進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，也可開(kāi)展固定化酶技術(shù)的研究，但這項(xiàng)技術(shù)要關(guān)鍵解決如何提高玉米胚芽油提取率的問(wèn)題。

2.3 破乳工藝研究概況

玉米胚芽經(jīng)酶解后，油脂、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)從胚芽細(xì)胞中分散到水相中。由于玉米胚芽油自身的極性和黏性，以及親水親脂蛋白表面活性物質(zhì)的存在，使本來(lái)不相溶的油脂和水連在一起，不易徹底分離，形成一個(gè)穩(wěn)定的乳化層，因此，破乳工藝也是水酶法研究的重點(diǎn)[22,30]。劉侃[22]對(duì)水酶法提取玉米胚芽油破乳工藝進(jìn)行研究，得到最佳破乳工藝：離心轉(zhuǎn)速4 500 r/min、離心時(shí)間20 min、加熱溫度80 ℃、pH 4.0。水酶法提油乳狀液的破乳方法較多，主要分為物理破乳、化學(xué)破乳和酶法破乳[31]，但這些破乳方法在水酶法提取玉米胚芽油的研究中卻少有報(bào)道，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水酶法提取玉米胚芽油破乳工藝的研究和探索，或研究一種合理的技術(shù)路線以減少或避免乳狀液的形成。

3 玉米胚芽油品質(zhì)特性研究概況

針對(duì)不同工藝提取的玉米胚芽油，其品質(zhì)特性的對(duì)比研究已有報(bào)道。Bocevska等[24]對(duì)水酶法提取的玉米胚芽油與壓榨玉米胚芽毛油、脫膠油的品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，水酶法提取的玉米胚芽油質(zhì)量指標(biāo)與脫膠油接近，磷脂含量較低，且游離脂肪酸、一級(jí)氧化產(chǎn)物和二級(jí)氧化產(chǎn)物含量基本處于較好的水平；其色澤為淺黃色，呈色物質(zhì)含量少。魯曾[25]研究得出水酶法玉米胚芽油與溶劑浸提法、壓榨法相比理化性質(zhì)有較大差異，從理化性質(zhì)上看，水酶法提取的玉米胚芽油品質(zhì)較好；3種方法提取的玉米胚芽油脂肪酸組成無(wú)差異性，水酶法玉米胚芽油的VE含量低于浸提法，磷脂含量較低，抗氧化能力高于壓榨法。連小燕等[32]研究不同方法（水酶法、索氏抽提法、超聲波輔助提取法）提取的玉米胚芽油理化性質(zhì)差異。結(jié)果表明，3種方法提取的玉米胚芽油脂肪酸組成基本相同，主要為亞油酸和油酸；不皂化物組成也基本相同，主要為甾醇類及酯類物質(zhì)，但在數(shù)量上存在差異。連小燕等[10]采用水酶法、索氏抽提法和超臨界CO2法分別提取玉米胚芽油，并對(duì)3種方法提取的玉米胚芽油理化性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，水酶法提取的玉米胚芽油酸值過(guò)大，索氏抽提法提取的玉米胚芽油過(guò)氧化值過(guò)高，3種方法提取的玉米胚芽油脂肪酸組成無(wú)明顯差異。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

對(duì)于水酶法技術(shù)在提取玉米胚芽油方面的研究，主要是針對(duì)酶解工藝的研究，一直處于工藝的研究探索階段，但對(duì)于原料的預(yù)處理工藝、乳狀液的破乳工藝、副產(chǎn)物綜合利用方面，以及理化性質(zhì)、加工特性、油脂精煉工藝等方面研究甚少。如何更好地完善工藝是未來(lái)研究的主要方向，也是限制水酶法工業(yè)化生產(chǎn)的重要因素。因此，需要更加深入而廣泛的研究，為玉米胚芽油提取技術(shù)的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，水酶法技術(shù)仍存在一定問(wèn)題，如水酶法用水量大、酶成本高，如何解決水和酶的循環(huán)使用問(wèn)題，對(duì)于水酶法產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定問(wèn)題，對(duì)于水酶法技術(shù)相關(guān)設(shè)備的改造、開(kāi)發(fā)及創(chuàng)新如何實(shí)現(xiàn)，對(duì)于能否實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品高效高質(zhì)量低成本同步生產(chǎn)等問(wèn)題亟待解決。從長(zhǎng)久發(fā)展來(lái)看，水酶法在未來(lái)研究及工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用中具有巨大潛力。