水酶法提取玉米胚芽油的研究进展

张雅娜，张晟，周媛媛，马丽媛，郭丽*，张春华

1. 绥化学院食品与制药工程学院（绥化 152061）；2. 绥化市食品药品检验检测所（绥化 152061）

玉米胚芽是玉米淀粉和酒精生产的主要副产物，我国每年用于工业消费的玉米约6 000万 t，按7%的平均提胚率计算，玉米胚芽产量达420万 t，可利用的玉米胚芽资源非常丰富。玉米胚芽中脂肪含量达40%～50%，是一种丰富的油料资源[1]。近几年，随着玉米产业飞速发展，玉米胚芽油的产量显著提高，约占植物油总产量的5%～8%[2]。玉米胚芽油含有80%～85%的不饱和脂肪酸，其中亚油酸占55%，油酸占30%，还含有维生素E、维生素A、维生素D、植物甾醇、卵磷脂和β-胡萝卜素等营养成分[3-5]。玉米胚芽油具有降血压、降低胆固醇、软化血管等作用[3,6-7]。因此，玉米油是人类理想的食用植物油，是一种高品质的营养健康植物油[8]。

我国玉米胚芽油的生产多采用压榨法，玉米胚芽油产出率最高达65%左右。若采用先压榨后浸出的方法，能使玉米胚芽油的产出率达97%[9]。大多数企业采用压榨法和浸出法提取玉米胚芽油，主要是因为技术和成本的原因，这2种工艺主要以取油为目的，对于蛋白质和其他营养成分的保护与利用却考虑得较少，油料资源的综合利用率和附加值较低[10]。水酶法是近年来新兴的制油技术，与高温浸出法相比较，水酶法提取玉米胚芽油所需能耗有所降低，减少了浸出和复杂的精炼设备，简化3/4的设备与工序，投资仅为浸出法油脂生产厂家投资的25%。而且出油率较高、油质好，使制油效益明显提高[11-12]。研究水酶法提取玉米胚芽油一方面可实现玉米胚芽资源的综合利用，延长玉米加工产业链，提高玉米产业附加值，另一方面采用水酶法技术在一定程度上可提高经济效益，同时为玉米胚芽油提取技术的开发奠定基础。

1 水酶法提取玉米胚芽油工艺原理

在植物油料中，油脂存在于油料的完整细胞内，且油脂的存在形式有2种，一种是游离油，另一种是油脂与其他物质的复合形式（脂多糖、脂蛋白等复合体），因此想要得到细胞内的油脂，首先要对油料进行破壁处理，释放出其中的油脂。通常来讲植物细胞壁主要分为3层，从外到内分别为胞间层、初生壁、细胞膜。其中，初生壁内由胶质、多聚糖、超细纤维素、纤维素、半纤维素、果胶、蛋白质相互连接构成。不同植物的细胞壁，其组成物质在成分上有着差别，从而导致不同植物细胞壁表现出不同的物理结构和化学性质。纤维素和半纤维素是细胞壁的主要成分，玉米胚芽的细胞壁含有50%纤维素、40%半纤维素及1%果胶[11]。通过机械、化学、酶手段可以破坏纤维素和半纤维素，从而破坏细胞壁，才可以释放出被细胞壁包裹的油脂。破壁后释放的油脂，多为油脂的复合形式，通过物理、化学、酶法等进一步破坏油脂的复合体，才能释放更多的油脂。

2 水酶法提取玉米胚芽油工艺研究进展

水酶法的一般工艺包括油料的预处理、酶解、破乳和分离4个阶段。就水酶法制备玉米胚芽油的工艺过程，分别对水酶法提取玉米胚芽油的预处理工艺研究概况、酶解工艺研究概况及破乳工艺研究概况作逐一论述。

2.1 预处理工艺研究概况

预处理的主要作用，一方面是破坏细胞的完整结构，另一方面是破坏油脂与其他物质的复合形式，从而有利于油脂的充分释放，以提高油脂提取率。现有研究中玉米胚芽的预处理工艺主要包括缓冲液浸泡、粉碎和蒸汽处理，其中粉碎包括湿法粉碎（磨浆）和干法粉碎2种。干法粉碎与湿法粉碎相比，湿法粉碎易产生乳化现象，影响油脂提取率，因此，油料预处理采用较多的是干法粉碎[13]，但由于玉米胚芽的来源不同，水分含量不同，所选择的粉碎方式也不同。湿法生产的玉米胚芽水分较高，可湿法粉碎后进行酶解，李新等[14]以湿玉米胚芽（水分达60.32%）为原料，通过水酶法提取玉米胚芽油，所采用的粉碎方式为湿法粉碎（磨浆）。而干法提胚得到的玉米胚芽水分低，则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为6.1%，选用的粉碎方式为干法粉碎。

干法粉碎：玉米胚芽→干法粉碎→浸泡→蒸汽处理→酶解。

湿法粉碎：玉米胚芽→浸泡→蒸汽处理→磨浆→酶解。

在水酶法工艺中，油料的粉碎程度对提高有效成分的得率起着重要作用，因此粉碎作为一种水酶法预处理方法十分关键。在酶解前，通过机械粉碎，降低油料的粒度，最大程度破坏油料细胞，使细胞内有效成分易于释放，增加了物料与酶的接触面积，提高了酶的作用效果[13,16]。对于水酶法提取玉米胚芽油的预处理工艺已有研究。段作营等[17]研究不同预处理条件对玉米胚芽油提取率的影响，得出干法粉碎时间70 s，柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液pH 6.0，蒸汽处理时间20 min。王素梅等[12]得出玉米胚芽最佳预处理条件：柠檬酸缓冲液浓度0.5 mol/L、pH 4.0，蒸汽处理温度100 ℃，蒸汽处理时间40 min。李新[18]得出玉米胚芽最佳预处理条件：采用湿法粉碎，柠檬酸缓冲液浓度0.01 mol/L，蒸汽处理温度110 ℃，蒸汽处理时间1 h。鲁曾等[19]采用干法粉碎玉米胚芽，得出最佳颗粒大小为0.125 mm（120目）。赵华等[20]得出最佳预处理条件：干法粉碎粒度250 μm，缓冲液pH 3.4，蒸汽处理温度108 ℃，蒸汽处理时间45 min。玉米胚芽油提取率为71.95%。唐文婷等[21]得出玉米胚芽最佳预处理条件：玉米胚芽颗粒大小0.250 mm（60目），蒸汽处理时间10 min。刘侃[22]得出玉米胚芽最佳预处理条件：玉米胚芽颗粒大小0.250 mm（60目），柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液pH 3.4，蒸汽处理温度110 ℃，蒸汽处理时间45 min。玉米胚芽油的提取率为59.86%。钱志娟等[23]得出玉米胚芽最佳预处理条件：玉米胚芽反复冻融2次，柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液浓度0.05 mol/L，蒸汽处理温度112 ℃，蒸汽处理时间65 min。

综上，在水酶法提取玉米胚芽油的预处理工艺研究中，对于干法粉碎和湿法粉碎的对比研究尚未见报道，有待进一步研究。此外，玉米胚芽通常采用缓冲液浸泡，如何对缓冲液进行综合利用，也是亟待解决的问题。水酶法提油工艺的预处理方法较多，包括超声波、微波、超高压、挤压膨化、复合预处理方法等，但这些预处理方法在水酶法提取玉米胚芽油的研究中却少有报道，因此，应加强对玉米胚芽预处理工艺的研究和探索，根据不同来源的玉米胚芽研究相匹配的预处理工艺，为玉米胚芽油的工业化生产奠定基础。

2.2 酶解工艺研究概况

玉米胚芽在干法粉碎或磨浆后进行酶解，不同酶在玉米胚芽油提取中的作用不同。纤维素酶和半纤维素酶可降解玉米胚芽细胞壁的纤维素骨架，瓦解细胞壁，使油脂容易释放出来。蛋白酶可水解油脂与蛋白质的复合体，使油脂被释放出来，易于分离。α-淀粉酶、α-聚半乳糖醛酶、β-葡聚糖酶等对淀粉、脂多糖、果胶质有水解作用，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，研究较多的是纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶。不同学者对水酶法提取玉米胚芽油酶解条件进行研究，包括单一酶和复合酶的研究，分别考察酶种类、加酶量、酶解温度、酶解时间、pH等因素对玉米胚芽油提取率的影响，得出最优的提取工艺，不同酶解条件下玉米胚芽油的提取率见表1。由于水酶法存在着酶制剂价格高，只能使用1次，无法回收重复利用的难题，为解决这一难题，李倩[27]采用固定化酶技术制备玉米胚芽油，确定壳聚糖固定化纤维素酶的最佳工艺，最终酶活最大回收率为70.67%，采用固定化纤维素酶柱式反应器提取玉米胚芽油，得出最佳工艺条件：流速5 mL/min，酶解温度50 ℃，酶解时间8 h，pH 9.0，料液比1∶8 g/mL。玉米胚芽油提取率可达50%左右。

表1 不同酶解条件下玉米胚芽油的提取率

在水酶法酶解过程中仍存在较多问题，针对酶制剂成本较高且无法回收，酶制剂的正确选择，提高酶活力和酶作用效果，减少用量，酶解时间长等问题，需要对酶解工艺进行进一步的优化，也可开展固定化酶技术的研究，但这项技术要关键解决如何提高玉米胚芽油提取率的问题。

2.3 破乳工艺研究概况

玉米胚芽经酶解后，油脂、蛋白质等大分子物质从胚芽细胞中分散到水相中。由于玉米胚芽油自身的极性和黏性，以及亲水亲脂蛋白表面活性物质的存在，使本来不相溶的油脂和水连在一起，不易彻底分离，形成一个稳定的乳化层，因此，破乳工艺也是水酶法研究的重点[22,30]。刘侃[22]对水酶法提取玉米胚芽油破乳工艺进行研究，得到最佳破乳工艺：离心转速4 500 r/min、离心时间20 min、加热温度80 ℃、pH 4.0。水酶法提油乳状液的破乳方法较多，主要分为物理破乳、化学破乳和酶法破乳[31]，但这些破乳方法在水酶法提取玉米胚芽油的研究中却少有报道，因此，应加强对水酶法提取玉米胚芽油破乳工艺的研究和探索，或研究一种合理的技术路线以减少或避免乳状液的形成。

3 玉米胚芽油品质特性研究概况

针对不同工艺提取的玉米胚芽油，其品质特性的对比研究已有报道。Bocevska等[24]对水酶法提取的玉米胚芽油与压榨玉米胚芽毛油、脱胶油的品质进行对比，结果表明，水酶法提取的玉米胚芽油质量指标与脱胶油接近，磷脂含量较低，且游离脂肪酸、一级氧化产物和二级氧化产物含量基本处于较好的水平；其色泽为浅黄色，呈色物质含量少。鲁曾[25]研究得出水酶法玉米胚芽油与溶剂浸提法、压榨法相比理化性质有较大差异，从理化性质上看，水酶法提取的玉米胚芽油品质较好；3种方法提取的玉米胚芽油脂肪酸组成无差异性，水酶法玉米胚芽油的VE含量低于浸提法，磷脂含量较低，抗氧化能力高于压榨法。连小燕等[32]研究不同方法（水酶法、索氏抽提法、超声波辅助提取法）提取的玉米胚芽油理化性质差异。结果表明，3种方法提取的玉米胚芽油脂肪酸组成基本相同，主要为亚油酸和油酸；不皂化物组成也基本相同，主要为甾醇类及酯类物质，但在数量上存在差异。连小燕等[10]采用水酶法、索氏抽提法和超临界CO2法分别提取玉米胚芽油，并对3种方法提取的玉米胚芽油理化性质进行对比，结果表明，水酶法提取的玉米胚芽油酸值过大，索氏抽提法提取的玉米胚芽油过氧化值过高，3种方法提取的玉米胚芽油脂肪酸组成无明显差异。

4 结语与展望

对于水酶法技术在提取玉米胚芽油方面的研究，主要是针对酶解工艺的研究，一直处于工艺的研究探索阶段，但对于原料的预处理工艺、乳状液的破乳工艺、副产物综合利用方面，以及理化性质、加工特性、油脂精炼工艺等方面研究甚少。如何更好地完善工艺是未来研究的主要方向，也是限制水酶法工业化生产的重要因素。因此，需要更加深入而广泛的研究，为玉米胚芽油提取技术的开发奠定基础。同时，水酶法技术仍存在一定问题，如水酶法用水量大、酶成本高，如何解决水和酶的循环使用问题，对于水酶法产品标准的制定问题，对于水酶法技术相关设备的改造、开发及创新如何实现，对于能否实现多种产品高效高质量低成本同步生产等问题亟待解决。从长久发展来看，水酶法在未来研究及工业化生产应用中具有巨大潜力。