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溶劑萃取[2]、超聲萃取[3]和亞臨界萃取[1].有機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)的溫度高于其沸點時,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 試驗材料與設(shè)備

1.1 試驗材料及主要試劑

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,浙江永康市紅太陽機電有限公司;BR4高速離心機,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,昆山市超聲儀器有限公司;HB43-S水分含量自動測定儀,瑞士Mettler Toledo公司;UV-9600紫外可見分光光度計,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.

2 試驗方法

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,萃取時間采用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,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《動植物油脂酸值和酸度測定》;過氧化值測定參照GB/T 5538—2005《動植物油脂過氧化值的測定》;茴香胺值測定參照GB/T 24304—2009《動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),各組試驗結(jié)果為3次平行試驗的平均值,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、超聲以及有機溶劑萃取方式獲得的小麥胚芽油,有機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、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,這主要是因為亞臨界丙烷萃取溫度低,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溶劑萃取等其他技術(shù),可能是因為亞臨界萃取過程中,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圖譜出峰時間與有機溶劑浸提的相同,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)量以維持各項人體機能.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,有機溶劑浸提所用時間是亞臨界萃取的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)價值和保健功能,適用于小麥胚芽油的提取.