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米糠油是从米糠中获取的天然油脂,米糠油的脂肪酸组成主要为油酸、亚油酸、硬脂酸、棕榈酸,还含有少量的 α-亚麻酸和花生酸,其中油酸和亚油酸比例接近1.1:1,被称为“黄金比例”,同时米糠油中含有众多脂质伴随物如生育酚、磷脂、植物甾醇、角鲨烯、谷维素等,所以米糠油具有很高的营养价值。
日本很早就将米糠油提取出来食用,而欧美等许多发达国家也将米糠油认定为与橄榄油齐名的健康油脂。因此,米糠油也被世界卫生组织评定为“三大健康食用油之一”。随着我国的不断发展,越来越多米糠油走上超市的货架供消费者选择。
米糠油的营养成分
米糠油是一种营养丰富的植物油,食用后吸收率达90%以上。米糠油的脂肪酸组成、γ-谷维素、维生素E、植物甾醇以及酚类化合物等有利于人体的吸收,具有清除血液中的胆固醇、降低血脂、促进人体生长发育等有益作用,因而米糠油是国内外公认的营养健康油。
① 脂肪酸。米糠油中饱和、单不饱和、多不饱和脂肪酸的比例为0.6:1.1:1,被称作“健康型”的食用油之一。 米糠油中的甘油三酯主要由3种脂肪酸组成,棕榈酸(C16:1)、油酸(C18:1)和亚油酸(C18:2)占米糠油中脂肪酸的90%以上。含量最丰富的米糠油脂肪酸是油酸,占总甘油三酯的42%,其次是亚油酸(32%)和棕榈酸(20%)。棕榈酸是米糠油中含量最丰富的饱和脂肪酸,而肉豆蔻酸和硬脂酸存在则相对有限。
② γ-谷维素。米糠油除了具有优越的脂肪酸组成外,其不皂化脂质也具有很高的营养价值, 其中最重要的是γ-谷维素。从γ-谷维素中分离并鉴定出10种成分,包括Delta(7)-阿魏酸酯、 豆蔻基阿魏酸酯、环戊烯基阿魏酸酯、24-亚甲基环戊基阿魏酸酯、Delta(7)-樟脑烯基阿魏酸酯、樟脑基阿魏酸酯、Delta(7)-谷甾烯基阿魏酸酯、谷甾醇阿魏酸酯、补骨脂阿魏酸酯和西妥斯坦酯阿魏酸酯。在这些阿魏酸中,24-亚甲基环木菠萝醇、β-谷甾醇和菜油甾醇是主要组分,有助于提高米糠油中的游离脂肪酸(Free fatty acids,FFA)值。粗米糠油含有阿魏酸甲酯(0.3%)、阿魏酸环木菠萝烷酯(0.14%)、阿魏酸24-亚甲基环木菠萝烷酯(0.56%)、阿魏酸-菜油甾醇(0.49%)和阿魏酸β-谷甾醇酯(0.24%)。具有心脏保护作用的γ-谷维素,在米糠油中存有较高的浓度,因此,它被视为“心脏友好型食用油”。
③ 维生素E。维生素E(生育酚和生育三烯酚)在米糠油中有4种主要类型,分别α-、β-、γ-和δ-。米糠油含有微量的生育三烯酚(0.025%~0.17%)和生育酚(0.02%~0.08%),其含量随不同的水稻品种、种植区域和提取方法而变化。
④ 植物甾醇。米糠油含有大量的植物甾醇,包括β-谷甾醇(0.90%~1.70%)、菜油甾醇(0.50%~0.66%)和豆甾醇(0.27%~0.25%)。这些甾醇具有抗氧化性质,构成了营养保健品非汁液部分的主要部分。
米糠油制备
米糠富含游离脂肪酸、植物蜡、不皂化成分和极性脂类,使米糠油提取颇具挑战性。常用的提取方法主要有物理压榨、索氏提取、微波辅助提取、超声波辅助提取、超临界提取、亚临界提取等方式。
米糠油的典型提取方法包括机械压榨和索氏提取。机械压榨有着出油率低的缺点,但机械压榨前,可对米糠进行预处理可提高出油率。考察高温和超声预处理对米糠油提取率和品质的影响,发现随着温度和超声功率的增加,米糠出油率也随之增大,但油品质却随着温度和超声功率的增加而降低。
短期高温处理压榨后制备的米糠油氧化稳定性高于超声处理和长时间高温处理制备的米糠油,其制备的米糠油优于物理压榨制备的米糠油品质。索氏提取法的提取剂正己烷的毒 性是成本与风险的拦路石,只有替换该溶剂才能根本解决此问题。
1、绿色有机溶剂提取法
正己烷有极好的油溶解性和易回收性等优点,是全世界首选的油脂提取溶剂,但正己烷会导致米糠油颜色加深,容易造成安全隐患,因此使用无毒或低毒溶剂是目前主要研究方向,如醇类、卤代烃、碳氢化合物等,尤其是乙醇和异丙醇等醇类具有很高的安全性,被认为是较佳的正己烷的代替溶剂。研究表明,采用乙醇溶剂萃取法从米糠中提取的米糠油与商业化米糠油化学成分没有明显差异,证实乙醇是代替正己烷的一种潜在绿色溶剂。
使用乙醇和异丙醇对米糠进行反复提取,最终可回收80% 的米糠油,与正己烷提取率没有显著差异。与正己烷相比,醇溶剂可以提取到更高的营养物质,因此乙醇和异丙醇可作为正己烷替代品,其可获得更高营养价值的米糠油。不过,绿色有机溶剂提取也存在提取效率低于正己烷的缺点,造成热能等浪费,还需要结合其他辅助方法或其他绿色有机溶剂进行研究。
2、微波辅助提取法
微波辅助提取是一种热辅助技术,可通过使用较少的能量在短时间内产生高温,迅速破坏植物细胞壁,还可降低提取温度,该方法可减少能源、人力、提取时间和溶剂消耗,可获得更高的产量和更好的产品质量。
采用微波辅助溶剂萃取米糠油,在450 W 微波功率下微波10 min,米糠中95% 的米糠油可被回收,且采用此方法制得的米糠油在磷脂含量、α- 生育酚含量、抗氧化活性和游离脂肪酸含量上是溶剂提取的数倍。采用微波辅助异丙醇法提制备的米糠油中总VE可增大59.63%,且有效缩短时间和提取温度,避免 α- 生育酚降解。微波辅助提取的另一最大优势就是可快速提取米糠油中营养物质。
3、欧姆加热辅助提取法
欧姆加热可以与酶法相结合达到更高效的提取效率,其原理为在欧姆加热过程中,会产生电透化作用对生物组织和细胞造成损害破坏细胞壁,有助于溶剂或酶的渗透,有助于物质溶出,从而提高产量和效率。
采用欧姆加热-酶辅助提取法对米糠油进行提取,其联合使用提取效率远远高于单独使用酶法,提取率约提高3.5%~15.5%,在米糠油品质上,其不饱和脂肪酸含量、蛋白质、过氧化值、酸值和酚类化合物含量均高于市售米糠油,具有更高的营养价值。
欧姆加热虽然有高效的提取的优点,但样品粒径大小会影响其提取效率,对于大粒径的悬浮溶液,欧姆加热辅助技术并不能对样品中的化合物进行有效提取,严重限制其工业化,所以需深入研究大粒径悬浮溶液欧姆加热辅助技术,解决其低效的难题。
4、超临界流体提取法
超临界萃取技术在低温高压下进行,相比溶剂提取法其条件更为温和,因此目标可取物在此条件下一般较为稳定不会发生降解。在油脂提取中,超临界流体提取的产量与传统方法索氏提取法的产量相当,但其效率高、有机溶剂残留风险小,还是优于索氏提取法。
研究发现,超临界CO2流体萃取的米糠油磷脂含量和促氧化金属离子(Fe 和Cu)含量很低,与己烷提取的米糠油相比,其颜色质量要更优。米糠油的产率与己烷提取的米糠油产率相当,但超临界 CO2 流体萃取的米糠油生育酚含量高达 1800 mg/kg,甾醇含量高达 19120mg/kg 和谷维素含量高达 11110 mg/kg,远远高于己烷提取的米糠油。
超临界CO2 流体萃取技术还可以与其他手段联合使用以提高米糠油的产量和质量,如超临界 CO2流体和乙醇共提取可以降低提取时间;超声和超临界 CO2流体联合萃取具有更高的提取效率,得到的米糠油 DPPH 自由基抑制率更高。不过,由于超临界 CO2 流体萃取设备价格昂贵,CO2 流体价格也很高且无法做到重复使用,使得该技术尚无法规模化使用。
5、亚临界流体提取法
亚临界流体是指某些化合物在温度高于其沸点但低于临界温度,且压力低于其临界压力的条件下,以流体形式存在的该物质,比超临界流体的温度和压力更低,因此其安全性更高。提取溶剂多使用水和 CO2,也可使用己烷、乙醇、丙烷等作为溶剂。研究发现,亚临界CO2 提取米糠油产量低于索氏提取法,但其提取的米糠油的酚类化合物含量是索氏提取法的10多倍,且其过氧化值和游离脂肪酸酸含量更低,亚临界 CO2 提取工艺可生产高品质的米糠油。
米糠中的脂肪酶是导致油脂酸败的主要原因之一,而亚临界水提取工艺不但可以灭活脂肪酶又可以提取油脂;亚临界提取与有机溶剂结合可高效提取米糠油,亚临界丁烷提取的米糠油与索氏提取法相比,VE、谷维素和植物甾醇含量更高,氧化稳定性更好。亚临界提取技术虽然得到的米糠油品质远好于索氏提取法,但仍存在设备成本高的缺点,不利于工业化。
6、超声辅助提取法
超声波辅助水提取米糠油的提取率与索氏提取法一致,其使用绿色溶剂水,不存在有机溶剂残留风险,且提取时间大大缩短,其米糠油的游离脂肪酸含量更低且颜色更优。超声波辅助提取也常常与绿色有机溶剂相结合,超声波辅助乙醇提取得到米糠油,最高提取率高达20.2%,米糠油含有6.35 mg/g 多酚,此稻米油具有很强的抗氧化能力。
超声辅助提取法是一种极具前途的米糠油提取技术,其产量可与传统提取技术相媲美,品质却远优于传统提取技术。目前已经有工业化超声提取设备,但还未见工业化超声辅助提取米糠油,该方法的经济成本和效率还需进一步评价。
7、水酶提取法
水酶提取法受限于酶催化温度且在有机溶剂中容易失活,因此比传统溶剂萃取有更低的能量和溶剂消耗,且不需要任何进一步的精炼步骤。用于米糠油提取的主要酶类是纤维素酶、果胶酶和蛋白酶等。采用蛋白酶和 α-淀粉酶进行米糠油提取,发现 α-淀粉酶提取的米糠油游离脂肪酸含量高于蛋白酶,说明α-淀粉酶更适于米糠油提取,但仅能得到 32%的油脂。水酶法提取米糠油关键因素除酶解外还需要破乳工艺,以提高米糠油提取率。
水酶提取法是一种绿色友好型提取方法,可以获得高质量的米糠油,但其最大的缺点是酶成本过高。固定化酶技术可以对酶进行回收,增加酶反复使用次数,是解决酶成本的最好手段。目前还未见相关米糠油固定化酶提取相关研究报道,这可能是未来的水酶提取法的有效的解决途径。
参考资料:
[1]樊振江,孟楠,栗亚琼,等.米糠油的提取工艺与营养价值的研究进展[J].食品科技,2023,48(11):171-177.
[2]王雨洁,刘敦华.浅析米糠油的制备、健康功效及发展趋势[J].中国食品添加剂,2024,35(02):314-322.
作者简介:
小泥沙,食品科技工作者,食品科学硕士,现就职于国内某大型药物研发公司,从事营养食品的开发与研究
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