糙米状态下水酶法提取米糠油的方法研究

任 悦 王文华 王玉琦 孙立斌 于殿宇 朱秀清，2，3

糙米状态下水酶法提取米糠油的方法研究

任 悦1王文华1王玉琦1孙立斌1于殿宇1朱秀清1，2，3

（东北农业大学食品学院1，哈尔滨 150030）
（东北农业大学国家大豆工程研究中心2，哈尔滨 150028）
（黑龙江省大豆技术开发研究中心3，哈尔滨 150028）

为避免因碾磨糙米时被激活的脂肪酶与米糠油接触后发生水解反应，得到品质稳定的高级食用米糠油，本试验创新性地在糙米状态下采用水酶法提取米糠油，以米糠出油效率为指标，通过单因素试验和响应面分析对酶解条件进行优化，得到糙米状态下最优水酶法提取米糠油工艺条件。结果表明，在优化培养条件：加酶量1.6%，酶解温度45℃，酶解时间50 min，初始pH 6.0，料液比1∶4（m∶V），出油效率为69.85%，在此条件下获得的米糠油的酸价为1.26 mg／g。扫描电子显微镜观察表明，水酶法提油处理后的糙米的表面结构明显发生变化和处理后的糙米经过加工制成的精米品质完好。

糙米 水酶法 酸价 出油效率

我国是世界上最大的稻米生产国，米糠是大米加工过程中的重要副产物，米糠中的油脂质量分数高达15%～20%，米糠油是一种重要的、营养价值很高的植物油，米糠油中含有多种对健康有益的组分［1］，其中油酸、亚油酸和亚麻酸质量分数高达80%以上，同时还含有较多的维生素E、谷维素和植物甾醇等。米糠油作为一种非传统油脂，其营养价值超过大豆油、菜籽油等传统食用植物油，米糠油被营养学家誉为营养保健油［2－3］。米糠油能够增加高密度胆固醇脂蛋白含量，降低低密度胆固醇脂蛋白含量，有提高免疫功能、降低血脂、防治动脉硬化、抗癌等作用［4－5］。但碾米后在脂肪酶作用下米糠油脂水解酸败，酸价在数小时内迅速上升造成酸败［6－8］。米糠油制取和精炼过程中存在许多技术难点，相较于日本等世界发达国家，我国对米糠油的加工及其综合利用仍然存在一定差距。目前美国RICE－X公司的米糠脱酶稳定化技术较为先进，日本筑野辅美食品工业公司的米糠油和RICEO米糠功能性提取物等高科技产品逐步系列化。

米糠不稳定的原因在于脂肪酶与油脂分别位于不同的结构层次上［9］，经过碾磨后的米糠，激活了米糠中的脂肪酶，使得不同结构上的米糠油和脂肪酶相互接触，脂肪酶使油脂迅速分解出游离脂肪酸，米糠的酸价以每小时0.5%～2%的速度递增，米糠就呈现不被人接收的“哈喇”味［10－11］。米糠油脂在室温下发生脂肪酶水解的速度也很快，生产所得的米糠毛油酸价高，不易制备高级食用米糠油。本文研究了在糙米状态下水酶法提取米糠油的工艺，根据水酶法提取米糠油工艺的研究［12－15］，在未经过碾米工序、直接在糙米状态下，利用水酶法提取米糠油，这样使米糠中的脂肪酶处于“隔离”状态，避免了脂肪酶和油脂相互接触而发生水解反应，有效的控制了米糠油脂水解酸败，为生产高级食用米糠油奠定了良好基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

糙米：总脂肪质量分数为16.1%（米糠重），自备。

纤维素酶（酶活为15 000 U／g）和蛋白酶（酶活为50 000 U／g）：诺维信公司。其他试剂均为分析纯。

S－3400N型扫描电子显微镜：日本Hitachi公司；MLU－202型布勒实验磨：瑞士布勒公司；101A－3E型电热鼓风干燥箱：上海实验仪器厂有限公司；SY95－RAT4型全自动糙米加工检测仪：韩国双龙机械产业社。

1.2 试验方法

1.2.1 水酶法提油工艺过程

图1 糙米状态下水酶法提取米糠油的工艺流程

式中：m为提取的总游离油的质量／g；M为原料糙米的质量／g；5.5%为糙米的出糠率，16.1%为糙米表面米糠的总脂肪含量。

称取500 g经过预处理的糙米，按一定料液比加入蒸馏水，置于恒温水浴锅中不断搅拌，加入一定量复合酶，控制反应温度，并用乙酸－乙酸钠缓冲溶液和磷酸氢二钠－磷酸二氢钠缓冲液控制反应体系的pH，酶解一定时间后，升温至80℃灭酶5 min，进行离心分离，得到游离油1，然后将乳状液进行破乳，离心分离后得到游离油2，游离油1和游离油2的质量总和即为总游离油的质量，根据公式（1）计算出油效率。

1.3 测量指标

糙米整精米率测定参照GB／T 18810—2002；依据稻米蒸煮特性试验方法测定干物质、膨胀率［16］。

2 结果与讨论

2.1.1 复合酶比例的确定

采用1.2.1的工艺操作，分别用纤维素酶、中性蛋白酶组成的复合酶进行试验，复合酶的添加量均为1.5%，以出油效率为考察指标，确定复合酶比例。复合酶A、B、C、D及E（纤维素酶∶中性蛋白酶）组合比例如下：5∶5、6∶4、7∶3、8∶2 及9∶1。试验结果如图2所示。

图2 不同复合酶配比对出油效率的影响

由图2可看出，采用不同的复合酶配比，对糙米出油效率有重要影响，当采用复合酶C和复合酶D时，糙米出油效率在60%以上。糙米从外至里可分为果皮、种皮、糊粉层和胚乳，果皮和种皮为外糠层，果皮的厚度约为7～10μm，种皮的厚度约为3～4μm，糙米籽粒从外皮层到内皮层，蛋白质含量呈上升趋势，而脂肪、膳食纤维含量呈下降趋势［17］，同时糙米表面的米糠中约含有13%的蛋白质、14%的纤维素，加入反应体系中的纤维素酶能够酶解糙米表面外糠层中的纤维素，将糙米表面外糠层的组织细胞结构破坏，同时糊粉层对胚乳也起到间接的保护作用，这样油脂与蛋白质、碳水化合物构成脂蛋白、脂多糖等复合体就暴露出来，而后中性蛋白酶将油脂复合体破坏，进而释放出其中的油脂。考虑到糙米表面的米糠层较薄，纤维含量相对较低，同时为更好的破坏油脂复合体，因此，本研究选择复合酶C进行在糙米状态下提取米糠油的工艺试验。

2.1.2 加酶量对糙米出油效率的影响

在pH 6.0、酶解温度45℃、酶解时间50 min和料液比1∶4（m∶V）的条件下，研究不同加酶量对糙米出油效率的影响。

如图3所示，当加酶量低于1.5%时，随着加酶量的增大，出油效率迅速升高；当加酶量为2.5%时，出油效率较高。原因可能是随着加酶量的增大，糙米米糠皮层被降解程度提高，释放出的游离脂肪酸的量也就多，出油效率增高；随着加酶量的进一步增大，出油效率升高的趋势趋于平缓，考虑到出油效率和酶解的成本，最终选择加酶量为1.5%。

图3 加酶量对糙米出油效率的影响

2.1.3 酶解温度对糙米出油效率的影响

在pH 6.0、料液比1∶4（m∶V）、酶解时间50 min 和加酶量1.5%的条件下，研究不同酶解温度对糙米出油效率的影响。

如图4所示，当酶解温度低于45℃时，随着酶解温度的高，糙米出油效率增高；当酶解温度为45℃时，糙米出油效率较高；当温度高于45℃时，糙米出油效率呈下降的趋势。原因可能是随着酶解温度的升高，酶的活性变强，超过酶的最适温度，酶活性降低，过高的温度会使酶变性失去催化活性，而后导致出油效率降低，最终选择酶解温度为45℃。

图4 酶解温度对糙米出油效率的影响

2.1.4 酶解时间对糙米出油效率的影响

在pH 6.0、酶解温度45 ℃、料液比1∶4（m∶V）和加酶量1.5%的条件下，研究不同酶解时间对糙米出油效率的影响。

如图5所示，当酶解时间小于50 min时，随着酶解时间的延长，糙米出油效率逐渐增高；当酶解时间为50 min时，糙米出油效率较高。原因可能是在酶解反应前期，酶的活性较高，糙米出油效率也就高；当酶解反应到一定的时间，酶部分变性失活，导致糙米出油效率开始降低，考虑到酶解时间对糙米品质的影响，酶解时间不宜过长，最终选择酶解时间为50 min。

图5 酶解时间对糙米出油效率的影响

2.1.5 料液比对糙米出油效率的影响

在pH 6.0、酶解温度45℃、酶解时间50 min和加酶量1.5%的条件下，研究不同料液比对糙米出油效率的影响。

如图6所示，当料液比低于1∶4（m∶V）时，随着料液比的增大，糙米出油效率快速增大；在料液比为1∶4（m∶V）时，糙米出油效率达到最高。原因可能是当料液比较小时不利于酶和糙米的有效接触反应，随着的料液比的增大，酶和糙米全面有效的反应，糙米出油效率明显的提高；当料液比过大时，不利于酶分子与糙米反应，糙米出油效率降低，最终选择料液比为1∶4（m∶V）。

图6 料液比对糙米出油效率的影响

2.1.6 pH对糙米出油效率的影响

在酶解温度45℃、酶解时间50 min、加酶量为1.5%和料液比1∶4（m∶V）的条件下，研究不同pH对糙米出油效率的影响。

如图7所示，当pH＜6.0时，随着pH的增大，糙米出油效率升高；当pH为6.0时，糙米出油效率较高；当pH＞6.0时，糙米出油效率呈现出先缓慢下降的趋势。原因是pH在6.0附近时，酶活高，酶对底物作用的效果明显，糙米出油效率高；反之，糙米出油效率低，最终选择pH为6.0。

图7 pH对糙米出油效率的影响

2.2 回归方程的建立与分析

通过单因素试验结果，采用响应面设计，以加酶量（A）、酶解温度（B）、酶解时间（C）、料液比（D）和pH（E）为自变量，以糙米出油效率（R1）为响应值设计响应面试验。自变量水平编码见表1。自量水平编码见表1，试验设计方案及结果见表2。

表1 因素水平编码表

表2 响应面设计方案及试验结果

通过对试验数据进行多元回归拟合，得到糙米出油效率（R1）对自变量加酶量（A）、酶解温度（B）、酶解时间（C）、料液比（D）和pH（E）的回归方程为：糙米出油效率＝68．63＋2．10A＋1．12B ＋2．92C －0．43D ＋ 0．48E ＋ 0．78AB ＋ 0．029AC － 0．73AD －1．64AE － 1．78BC ＋ 1．58BD ＋ 1．72BE ＋ 0．49CD ＋0．26CE － 0．020DE － 3．16A2－2．03B2－1．86C2－3．63D2－1．20E2

表3 方差分析结果

表3 （续）

由表3可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归显著，失拟项不显著（P＞0.05）。

应用响应面优化分析方法对回归模型进行分析，寻找最优响应结果见表4。

表4 响应面寻优结果

为检验响应面方法所得结果的可靠性，按照上述整理值进行试验，得到的糙米出油效率69.85%。预测值与试验值之间的良好拟合性证实了模型的有效性。

2.3 细胞结构变化

应用S－3400型扫描电镜仪观察原料糙米与水酶法提油处理后糙米表面结构，普通精米与水酶法提油处理后加工获得的精米表面结构。

图8 原料糙米的表面结构

图9 水酶法提油处理后糙米表面结构

由图8和图9可以看出，原料糙米的细胞显微结构完整质密，而经水酶法提油处理后的糙米皮层结构粗糙不完整，分析原因可能是糙米皮层经酶解后细胞结构显著被破坏，粗纤维大部分被分解，形成很多微小的“通孔”，这样脂蛋白、脂多糖等复合体易游离出去。

由图10和图11可以看出，普通精米表面结构与水酶法提油处理后的加工获得的精米的显微结构并没有明显的变化，组织结构完整，说明在糙米状态下水酶法提油处理后对糙米的内部组织结构并没有的破坏，水酶法提油处理后的加工获得的精米的结构完好。

图10 普通精米表面结构

图11 处理后的加工获得的精米表面结构

2.4 酶解后糙米的品质分析

2.4.1 糙米的加工品质

糙米的加工品质指标主要包括整精米率及碎米率等。本试验选择6组试验样品，以整精米率为考察指标，研究普通糙米和酶解后糙米的整精米率的变化。

如图12所示，普通糙米的整精米率介于61.7%～64%之间，整精米率平均值约为62.63%；酶解后的糙米的整精米率介于62.1% ～64.8%之间，整精米率平均值63.08%，略高于普通糙米的整精米率，酶解后的糙米的整精米率变化趋势也接近普通糙米的整精米率，整精米率平均值相差0.45%。结果说明，酶解后的糙米仍具有较优的加工品质，酶解过程并没有破坏糙米的加工品质。

图12 普通糙米和酶解后糙米的整精米率的变化趋势分析

2.4.2 糙米的蒸煮品质

糙米的蒸煮特性用于表征糙米经加工后的大米在水中加热蒸煮时籽粒及米汤的变化情况。本试验选择干物质、膨胀率为考察指标，研究酶解后糙米的蒸煮品质。

如图13所示，正常糙米的干物质和酶解后的糙米的干物质的变化区间较为接近，平均值分别为42.03 mg／g，41.92 mg／g。淀粉颗粒通过碎米的断裂面进入米汤中，导致米汤中的淀粉浓度增加，即米汤干物质的增加。当米粒中的淀粉颗粒流失到米汤中，米粒的持水能力减弱，其膨胀体积也就越来越小。膨胀体积、米汤固形物、吸水率与米饭食味的关系密切，一般认为，吸水率强、膨胀体积大、米汤固形物多的米饭食味较好。结果说明，酶解后的糙米仍旧具有较优的蒸煮品质，具有较好米饭食味、食用品质。

图13 普通糙米和酶解后糙米的干物质、膨胀率的变化趋势分析

3 结论

在糙米状态下采用水酶法工艺提取米糠油，很好的克服了因碾磨糙米时被激活的脂肪酶与米糠油接触后发生水解反应而导致油酸败的问题，以米糠出油效率为指标，得到最优水酶法工艺条件。结果表明，当纤维素酶∶中性蛋白酶的比例为7∶3，加酶量为1.6%，酶解温度为45℃，酶解时间为50 min，初始pH 为6.0，料液比为1∶4（m∶V）时，糙米出油效率达到69.85%，米糠油的酸价为1.26 mg／g。酶解后的糙米的整精米率变化趋势也接近正常糙米的整精米率，整精米率平均值相差0.45%。普通糙米和酶解后的糙米的干物质、膨胀率的变化区间较为接近。通过扫描电镜仪观察，水酶法提油处理后的糙米表面米糠的结构破坏明显，有利于脂蛋白、脂多糖等复合体游离出来；但是在糙米状态下水酶法提油处理后，精米的结构并没有变化，精米的结构和品质完好，酶解过程并没有破坏糙米的加工品质和食用品质。

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Research on Aqueous Enzymatic Extraction of Rice Bran Oil under the State of Brown Rice

Ren Yue1Wang Wenhua1Wang Yuqi1Sun Libin1Yu Dianyu1Zhu Xiuqing1，2，3
（Food College，Northeast Agricultural University1，Haerbin 150030）
（National Soybean Engineering and Technique Research Center2，Haerbin 150028）
（Soybean Technology Development Research Center of Heilongjiang Province3，Haerbin 150028）

In order to avoid rice bran oil being hydrolyzed by activated lipase when brown rice was milled，and to get stable quality，high level of edible rice bran oil，aqueous enzymatic method under the state of brown rice was used to extract rice bran oil innovatively.With the oil yield rate as the indicator，the optimal technology conditions of the extraction were obtained through single factor experiment and response surface analysis.The influences of enzymatic hydrolysis parameters on the yield of free oil were investigated to obtain optimal enzymatic extraction conditions.Results indicated that under optimal culture conditions below：enzyme dosage 1.5%，temperature of enzyme hydrolysis 45 ℃，time period 50 min，pH value 6.0，the ratio of solid to liquid 1∶4（m∶V），the extraction rate of rice bran oil 69.85%，rice bran oil acid value under the above conditions was 1.26 mg／g.The results of scanning electron microscope showed that surface structure of brown rice was changed obviously and quality of polished rice was in good conditions after oil extraction by aqueous enzymatic method.

brown rice，aqueous enzymatic extraction，acid value，oil yield

TS224

A

1003－0174（2016）08－0048－07

“十二五”国家科技支撑计划（2012BAD34B02）

2014－12－08

任悦，女，1992年出生，硕士，粮食油脂及植物蛋白工程

朱秀清，女，1968年出生，高级工程师，大豆蛋白