高酸值薏米糠油脱酸技术及其活性研究

汤 翠，王明力，赵 婕，闫 岩，万良钰，刘宽博，朱文娴，熊丽莎

(1.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵阳550025； 2.贵州大学 发酵工程与生物制药重点实验室，贵阳550025)

油脂加工

高酸值薏米糠油脱酸技术及其活性研究

汤 翠1，王明力2，赵 婕1，闫 岩1，万良钰1，刘宽博1，朱文娴1，熊丽莎1

(1.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵阳550025； 2.贵州大学 发酵工程与生物制药重点实验室，贵阳550025)

为降低薏米糠油酸值，提高其品质，采用响应面法优化了薏米糠油的碱炼脱酸工艺条件，并研究了精炼薏米糠油的活性。结果表明：薏米糠油碱炼脱酸最佳工艺条件为超量碱0.21%、碱炼时间33 min、碱液质量分数26.58%、碱炼温度58℃，在最佳工艺条件下薏米糠油酸值(KOH)从45.9 mg/g 降到0.59 mg/g；精炼薏米糠油在质量浓度0.75～12 mg/mL范围内对酪氨酸酶的抑制率表现出良好的剂量依赖关系，IC50为2 mg/mL；同时精炼薏米糠油对DPPH自由基的清除能力IC50为6.36 mg/mL，表明其具有一定的美白、抗氧化功效。精炼薏米糠油是一种高品质、高生物活性的天然植物油，有望开发为功能性油脂产品。

薏米糠油；碱炼脱酸；响应面法；活性

薏米(Coixlachryma-jobiL.)，为一年生禾本科薏苡属草本植物的种仁，又名薏苡仁、苡米、苡仁等[1]。野生薏苡属原产于南亚，后来引入印度、缅甸、中国和马来西亚等国家栽培[2]，其根、茎、叶和果实均可利用[3]，具有很高的药用价值和食用价值[4]。薏米加工成精米过程中会除去大量的外部物质——薏米糠，其由皮层及少量米胚和碎薏米组成，可占薏米总质量的6%～10%。贵州作为薏米的主要产区，每年初级加工薏米25万t[5]，产生的薏米糠为企业带来极大的贮库压力，一直以来被当作廉价的动物饲料，造成了薏米糠资源的极大浪费。

研究表明，薏米糠营养成分与统糠接近[6]，薏米糠含蛋白质28.5%、多糖5.65%、脂肪18.45%[7]。薏米糠中提取的乙酸乙酯提取物可通过平衡Th1/Th2型细胞因子免疫效应来减少过敏反应[8]；其黄酮类化合物具有较好的抗炎效果[9]，乙酸乙酯提取物、甲醇提取物都表现出一定的抗癌、抗炎效果[10-11]。另外，薏米糠中分离出的内酰胺类化合物能抑制肺癌和结肠癌细胞，抗癌效果IC50可达到28.6～72.6 mg/mL[12]。目前，薏米糠油对酪氨酸酶的抑制活性及对DPPH自由基清除率的研究未见报道。但已有研究表明薏苡仁提取液对酪氨酸酶有抑制作用，其IC50为1.4 mg/mL，有一定的美白效果[13]，但薏苡仁中油脂含量仅为7%～8%，而薏米糠中含量为20%左右。因此，研究薏米糠油抗氧化及美白功效为拓宽其应用领域具有重要的意义。

目前，薏米加工企业逐渐重视薏米糠油的开发与利用，但薏米糠来源复杂，贮存粗放，在运输贮存过程中容易酸败，导致薏米糠毛油酸值(KOH)很高，一般达到45.9 mg/g左右，严重影响薏米糠油的品质。油脂碱炼脱酸法脱酸效率高，而且皂脚絮状沉淀能去除部分胶杂和色素物质。关于薏米糠油的提取已有相关报道[14-15]，但对薏米糠油的精炼还未见报道。因此，本文参考工业油脂碱炼脱酸工艺，采用响应面法优化薏米糠油碱炼脱酸工艺，对其进行活性检测，以期获得品质良好的精炼薏米糠油，实现其工业化生产和增值加工。

1 材料与方法

1.1 试验材料

薏米糠毛油，由贵州汇珠薏仁集团有限公司提供(有机溶剂浸提，酸值(KOH)45.9 mg/g)。1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，美国Sigma公司；磷酸钠缓冲液(PBS缓冲液，pH 6.8)； 酪氨酸酶，用PBS配制成200 U/mL的溶液；L-酪氨酸，用PBS配制成1.5 mmol/L的溶液；熊果苷，上海源叶生物科技有限公司；NaOH、无水乙醇、酚酞、柠檬酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠，均为分析纯。

HH-2电热恒温水浴锅，3K18离心机，81-2恒温磁力搅拌仪，UV-2550紫外分光光度计。

1.2 试验方法

1.2.1 薏米糠毛油脱胶、脱蜡

脱胶[16]：称取一定质量薏米糠毛油于锥形瓶中，将其加热至60℃，加入45%柠檬酸溶液(添加量为油质量的0.2%)，搅拌反应5 min，充分混匀后加入油质量2.5%的蒸馏水，搅拌反应40 min后经离心分离(4 500 r/min，15 min)胶质，得脱胶油。

脱蜡[17]：脱胶油放入冰箱冷藏结晶，72 h后取出升温至15℃，4 500 r/min、15 min 离心分离，得到脱蜡油。

1.2.2 薏米糠油碱炼脱酸工艺

称取一定质量的薏米糠脱蜡油，加入一定质量分数的NaOH溶液，于一定温度下搅拌反应一定时间，反应结束后4 500 r/min、15 min 离心分离，除去皂脚，水洗、干燥后得到精炼油。

1.2.3 碱炼脱酸单因素试验

每次试验称取5 g薏米糠脱蜡油，分别以加碱量、碱液质量分数、碱炼时间、碱炼温度4个因素进行单因素试验，以薏米糠油酸值为衡量指标。

加碱量需经过精确计算，并根据油的品质来确定。实际耗碱量=理论碱量+超量碱；理论碱量根据公式计算，超量碱一般占毛油质量的0.05%～0.3%，根据试验优化确定。在碱液质量分数21.55%、碱炼时间20 min、碱炼温度40℃条件下，分别添加除理论碱量外0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的超量碱，研究超量碱对薏米糠油酸值的影响。

理论碱量GNaOH=G油×AV×7.13×10-4

式中：GNaOH为理论碱量，kg；G油为毛油质量，kg；AV为毛油的酸值。

在碱液质量分数21.55%、碱炼温度40℃、超量碱0.20%的条件下，分别反应10、20、30、40、50 min。研究碱炼时间对毛油酸值的影响。

在碱炼温度40℃、超量碱0.20%的条件下，分别添加质量分数19.65%、21.55%、23.50%、25.50%、27.65%的碱液，反应30 min，研究碱液质量分数对毛油酸值的影响。

在碱液质量分数25.50%、超量碱0.20%的条件下，分别在碱炼温度40、50、60、70、80℃条件下反应30 min。研究碱炼温度对毛油酸值的影响。

1.2.4 精炼薏米糠油对酪氨酸酶的抑制率测定

精确称取精炼薏米糠油1.20 g溶于100 mL丙二醇-乙酸乙酯(体积比8∶1)溶液，得到受试液T5(12 mg/mL)，取5 mL受试液T5，对倍稀释得到受试液T4(6 mg/mL)，同样方法得到受试液T3(3 mg/mL)、T2(1.5 mg/mL)、T1(0.75 mg/mL)。用去离子水将熊果苷配制成0.75、1.5、3、6、12 mg/mL(对倍稀释法)的溶液作为阳性对照。采用多巴速率法[18]测定样品对酪氨酸酶活性的抑制作用。

式中：A为标准对照的吸光值；B为受试液(或阳性对照)的吸光值。

1.2.5 精炼薏米糠油对DPPH自由基清除率测定

将10mg/mL精炼薏米糠油用无水乙醇分别稀释成质量浓度为2、4、6、8、10mg/mL薏米糠油溶液，分别取3mL不同质量浓度的薏米糠油溶液于试管中，加入2mL0.2mmol/L的DPPH溶液，混匀后避光静置30min，在517nm处测定吸光值，以维生素C为阳性对照，以蒸馏水为空白对照，做3次平行试验[19]。以下列公式计算试样对DPPH自由基的清除率：

式中：A1为3mL样品溶液+2mLDPPH溶液的吸光值；A2为3mL样品溶液+2mL无水乙醇的吸光值；A3为3mL蒸馏水+2mLDPPH溶液的吸光值。

2 结果与分析

2.1 薏米糠油碱炼脱酸单因素试验

2.1.1 超量碱对薏米糠油酸值的影响

超量碱对薏米糠油酸值的影响结果如图1所示。

图1 超量碱对薏米糠油酸值的影响

从图1可以看出，随着超量碱的增加，薏米糠油的酸值迅速降低，在0.20%时达到最低值。随后，由于碱量过多，影响界面反应速率，中和反应不完全，导致酸值升高[20]。因此，超量碱选择0.20%。

2.1.2 碱炼时间对薏米糠油酸值的影响

碱炼时间对薏米糠油酸值的影响结果如图2所示。从图2可以看出，随着碱炼时间的延长，薏米糠油的酸值先降低后缓慢增加。试验发现，合适的碱炼时间有利于改善毛油的色泽。当碱炼时间超过30min，毛油酸值缓缓升高，说明油脂与碱液接触的时间过长，中性油被水解和皂化的概率增加，导致毛油的酸值升高。因此，碱炼时间选择30min。

图2 碱炼时间对薏米糠油酸值的影响

2.1.3 碱液质量分数对薏米糠油酸值的影响

碱液质量分数对薏米糠油酸值的影响结果如图3所示。

图3 碱液质量分数对薏米糠油酸值的影响

从图3可以看出，随着碱液质量分数的增加，薏米糠油的酸值先降低后增加。碱液过浓，容易导致中性油脂被皂化，同时碱液分散所形成的碱滴大，表面积小，导致油碱接触不全面，脱酸能力反而降低[20]，碱液质量分数在25.50%后薏米糠油酸值反而增高，在25.50%时薏米糠油酸值达到最低值。因此，碱液质量分数选择25.50%。

2.1.4 碱炼温度对薏米糠油酸值的影响

碱炼温度对薏米糠油酸值的影响结果如图4所示。

图4 碱炼温度对薏米糠油酸值的影响

从图4可以看出，在40～80℃范围内，随着碱炼温度升高，薏米糠油的酸值迅速降低，60℃时酸值(KOH)降到最低值(1.86mg/g)，之后随着碱炼温度升高，酸值升高。因为碱炼温度较高时，油脂中的脂肪酶活性较高，脂肪酶的作用会使油脂中游离脂肪酸的含量升高，反而造成酸值升高。因此，适宜的碱炼温度为60℃。

2.2 薏米糠油碱炼脱酸响应面试验

2.2.1 试验设计及模型分析

根据单因素试验结果，采用Box-Behnken设计响应面试验，运用Design-Expert8.0软件进行数据处理、分析，对薏米糠油脱酸工艺条件进行优化。确定以超量碱(A)、碱炼时间(B)、碱液质量分数(C)、碱炼温度(D)4个因素为自变量，薏米糠油酸值(Y)为响应值，采用四因素三水平的响应面分析设计试验，响应面分析因素与水平编码见表1。

表1 响应面分析因素与水平编码

通过Box-Behnken中心组合试验设计结合 Design-Expert 8.0软件设计响应面试验设计方案及结果见表2。

利用Design-Expert 8.0软件进行二次多元回归拟合，所得的回归方程为：

Y=434.997 37-17.038 45A-2.216 24B-19.972 67C-1.812 43D-9.395×10-4AB+0.073 42AC-0.105 5AD+0.041 00BC+3.815 05×10-4BD-1.177 5×10-4CD+4.849 15A2+9.961 11×10-3B2+0.281 95C2+0.016 51D2

对试验数据处理后，得到方差分析见表3。

表2 Box-Behnken响应面试验设计方案及结果

表3 回归变量方差分析结果

注：**差异极显著(P<0.01)；*差异显著(P<0.05)。

从表3可以看出，模型P<0.01，表明模型达到极显著；失拟项P=0.161 9>0.05，失拟不显著，说明该模型拟合度和可信度均很高。因此，此模型可用于预测薏米糠油酸值及碱炼脱酸工艺优化。对回归方程系数显著性检验可知，A、B、C、D、AC、AD、BC、BD、A2、B2、C2、D2对酸值的影响均达到极显著水平(P<0.000 1)。

根据表中F大小可以知道各因素对薏米糠油酸值的影响强弱，F越大，影响作用越强。因此，对薏米糠油酸值的影响程度大小依次为： 碱液质量分数>超量碱>碱炼时间>碱炼温度。

2.2.2 响应面分析与优化

利用Design-Expert 8.0分析软件，经过方差分析和回归模型，最终确定了薏米糠油碱炼脱酸的最佳工艺条件为超量碱0.21%、碱炼时间32.79 min、碱液质量分数26.58%、碱炼温度58.06℃，在此优化条件下薏米糠油酸值(KOH)预测值为0.55 mg/g。

为了方便实际操作，选择超量碱0.21%、碱炼时间33 min、碱液质量分数26.58%、碱炼温度58℃，在该条件下对薏米糠油碱炼脱酸，4组平行试验得薏米糠油酸值(KOH)平均值为0.59 mg/g，与预测值接近，进一步证明了试验模型的可靠性以及预测值的准确性。

2.3 精炼薏米糠油品质分析(见表4)

表4 精炼薏米糠油品质分析

从表4可以看出，精炼薏米糠油酸值(KOH)为0.59 mg/g，参考米糠油的标准，可达到国家三级标准(≤1 mg/g)。薏米糠油的精炼得率在50%～70%之间，耗损较大，原因是毛油在经过脱胶、脱蜡、脱酸的精炼过程中有一定的损失；尤其是碱炼脱酸工序，若碱液质量分数过低，容易发生乳化现象，油脂和皂脚分离效果较差，使得碱炼得率降低; 但碱液质量分数过高，则容易造成油脂与碱液发生皂化反应，使碱炼得率降低[20]。因此，需要选择适宜质量分数、适宜量的碱液精炼薏米糠油。

2.4 精炼薏米糠油对酪氨酸酶的抑制率

精炼薏米糠油及熊果苷对酪氨酸酶活性的抑制率如图5所示。

图5 精炼薏米糠油及熊果苷对酪氨酸酶的抑制率

从图5可以看出，精炼薏米糠油对酪氨酸酶的抑制率在0. 75～12 mg/mL质量浓度范围内平缓上升，抑制作用与其质量浓度有一定的量效关系。通过和美白活性物质熊果苷的对比发现，同质量浓度下薏米糠油对酪氨酸酶的抑制率相对较高。根据精炼薏米糠油质量浓度与酪氨酸酶抑制率曲线可知薏米糠油对酪氨酸酶的IC50为2 mg/mL。试验证明，精炼薏米糠油具有抑制酪氨酸酶活性的作用，因此可以考虑将其作为一种美白剂添加至化妆品中。

2.5 精炼薏米糠油对DPPH自由基的清除率

精炼薏米糠油及VC对DPPH自由基的清除率结果如图6所示。

图6 精炼薏米糠油及VC对DPPH自由基的清除率

从图6可以看出，在2～10 mg/mL质量浓度范围内，VC对DPPH自由基的清除率基本无变化，均大于95%；而精炼薏米糠油随着质量浓度的增加，清除率逐渐增大，表现出良好的剂量依赖关系。根据精炼薏米糠油清除DPPH自由基曲线，可知对DPPH自由基清除能力的IC50为6.36 mg/mL。结果表明精炼薏米糠油有一定的抗氧化作用。

3 结 论

(1)采用碱炼脱酸法对高酸值薏米糠油脱酸，在单因素试验基础上，通过响应面回归方程模型得出最佳工艺条件为超量碱0.21%、碱炼时间33 min、碱液质量分数26.58%、碱炼温度58℃。在最佳工艺条件下，薏米糠油酸值(KOH)达到0.59 mg/g，可达到国家三级米糠油标准(≤1 mg/g)。同时，各因素对薏米糠油酸值的影响程度大小依次为碱液质量分数>超量碱>碱炼时间>碱炼温度。因此，高酸值薏米糠油在适宜条件下，经碱炼脱酸处理可以使其酸值显著降低，提升其品质。但碱炼脱酸有一定的损耗，后续研究可采取适当的方法提高薏米糠油的精炼得率。

(2)精炼薏米糠油在质量浓度 0.75～12 mg/mL范围内对酪氨酸酶的抑制率具有良好的剂量依赖关系，且IC50为2 mg/mL；精炼薏米糠油对DPPH自由基的清除能力随着质量浓度的增加逐渐增加，IC50为6.36 mg/mL。综上所述，薏米糠油具有一定的美白、抗氧化功效。

因此，高酸值薏米糠油通过碱炼脱酸后，获得的高品质、高生物活性天然植物油可应用于保健食品及美容化妆品领域，可实现对农副产品的有效利用，并提升产业链附加值。

[1] HU A, ZHAO S, LIANG H, et al. Ultrasound assisted supercritical fluid extraction of oil and coixenolide from adlay seed[J]. Ultrason Sonochem，2007，14(2):219-224.

[2] ARORA R K. Job’s-tears (Coixlachrymal-jobi)—a minor food and fodder crop from north eastern India[J]. Econ Bot，1977，31(3):358-366.

[3] WU T T, CHARLES A L, HUANG T C. Determination of the contents of the main biochemical compounds of adlay (Coxilachrymal-jobi)[J]. Food Chem，2007，104(4):1509-1515.

[4] 陆雅丽，王明力，闫岩.薏苡仁综合开发利用[J].中国食物与营养，2013，19(4):64-66.

[5] 章洁琼，朱怡. 贵州薏苡产业发展的现状及对策[J]. 贵州农业科学，2015，43(4):217-219.

[6] 翁长江.薏苡副产品对兔及猪生长性能的影响[J].饲料博览，2013，38(10):37-39.

[7] 华正根，王金亮，陈先娟，等.薏苡仁糠的综合利用[J].农业机械，2013，10(10):43-45.

[8] CHEN H J，HSU H Y，CHIANG W C. Allergic immune-regulatory effects of adlay bran on an OVA-immunized mice allergic model[J].Food Chem Toxicol，2012，50(10):3808-3813.

[9] CHEN H J，CHUNG C P，CHIANG W C，et al. Anti-inflammatory effects and chemical study of a flavonoid-enriched fraction from adlay bran[J].Food Chem，2011，126(4):1741-1748.

[10] HUANG D W, WW C H, SHIH C K, et al. Application of the solvent extraction technique to investigation of the anti-inflammatory activity of adlay bran[J]. Food Chem，2014，145(15):445-453.

[11] LEE M Y, TSAI S H, KUO Y H, et al. Anti-tumor and anti-inflammatory activity of the methanol extracts from adlay bran[J]. Food Sci Biotechnol，2008，17(6):1265-1271.

[12] LEE M Y, LIN H Y, CHENG F W，et al. Isolation and characterization of new lactam compounds that inhibit lung and colon cancer cells from adlay (Coixlachryma-jobiL. var. ma-yuen Stapf) bran [J].Food Chem Toxicol，2008，46(6):1933-1939.

[13] 严航，唐婷，干丽，等. 薏苡仁提取物对酪氨酸酶抑制作用[J]. 中成药，2013，35(4):696-699.

[14] 蔡莹，汪岳刚，吴金鸿，等.超临界CO2流体提取薏仁米糠油及其脂肪酸成分分析[J]. 食品与药品，2012(9):309-312.

[15] 林莉，秦礼康，刘荣林，等. 响应面法优化水酶法提取薏米糠油工艺研究[J]. 中国油脂，2015，40(4):1-5.

[16] 吴云静，张勋，宋国辉，等. 冷榨芝麻油酸法脱胶工艺[J]. 食品工业科技，2014，35(17):206-209.

[17] 郝志萍.小米糠油精炼及糠蜡制取工艺的研究[D]. 太原：山西大学，2015.

[18] 赵能，肖丰坤，施蕊，等. 滇牡丹籽油与凤丹牡丹籽油品质及活性对比研究[J]. 中国油脂，2016，41(6):92-95.

[19] 李加兴，余娇，黄诚，等. 猕猴桃籽油的体外抗氧化活性[J]. 食品科学，2012，33(23):51-54.

[20] 刘玉兰，陈园顺，刘璐，等. 碱炼脱酸工艺条件对高酸值米糠油碱炼效果的影响[J]. 粮食与食品工业，2014，21(3):7-11.

Deacidification of adlay bran oil with high acid value and its activity

TANG Cui1, WANG Mingli2, ZHAO Jie1, YAN Yan1, WAN Liangyu1,LIU Kuanbo1, ZHU Wenxian1, XIONG Lisha1

(1.College of Wine and Food Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2.Province Key Laboratory of Fermentation Technology and Biological Pharmacy,Guizhou University, Guiyang 550025, China)

In order to improve the quality and reduce the acid value of adlay bran oil, the alkali refining deacidification conditions of adlay bran oil were optimized by response surface methodology, and the activity of refined adlay bran oil was studied. The results showed that the optimal alkali refining deacidification conditions of adlay bran oil were obtained as follows: excessive alkali 0.21%, alkali refining time 33 min, mass concentration of alkali solution 26.58%, and alkali refining temperature 58℃. Under these conditions, the acid value of adlay bran oil reduced from 45.9 mgKOH/g to 0.59 mgKOH/g. Besides, the refined adlay bran oil had dosage-dependant relationship with inhibitory rate of tyrosinase in the mass concentration of 0.75-12 mg/mL, and theIC50was 2 mg/mL. TheIC50of refined adlay bran oil against DPPH radical was 6.36 mg/mL. It turned out that adlay bran oil had certain whitening effect and antioxidant activity. In a word, refined adlay bran oil was a kind of natural vegetable oil with high quality and biological activity, which might be developed as functional oil in the future．

adlay bran oil; alkali refining deacidification; response surface methodology; activity

2016-09-09；

2016-12-23

贵州大学研究生创新基金 (研理工2016054)；贵州省中药现代化科技产业研究开发专项项目(黔科合中药字[2011]5077号)；薏米精深加工产业关键技术提升与应用项目(黔科合重大专项字(2014)6023)

汤 翠(1989)，女，在读硕士，研究方向为食品资源与利用(E-mail)1151230559@163.com。

王明力，教授，博士(E-mail)wmlgycn@163.com。

TS224.6；TS201.2

A

1003-7969(2017)03-0018-06