水酶法提取小麥胚芽油中破乳的研究

陶海騰，馬嬌，徐同成，邱斌，劉瑋，劉麗娜，杜方嶺，*

（1.山東省農業科學院農產品所，山東濟南250100；2.國家食品質量安全監督檢驗中心，北京100094）

水酶法提取小麥胚芽油中破乳的研究

陶海騰1，馬嬌2，徐同成1，邱斌1，劉瑋1，劉麗娜1，杜方嶺1，*

（1.山東省農業科學院農產品所，山東濟南250100；2.國家食品質量安全監督檢驗中心，北京100094）

研究不同處理對小麥胚芽油水酶法提取乳化液的影響，確定最佳破乳工藝。選用離心、加熱、調節pH、萃取等作為破乳手段，研究了不同處理對破乳率的影響。所有處理都有破乳的效果，只是破乳的程度不一樣，各種處理組合效果更佳。本研究建立的冷凍+超聲微波解凍組合破乳工藝為：將乳狀液在-25℃條件下冷凍24 h，超聲波功率為：450 W、微波550 W協同解凍至乳狀液解凍升至25℃；解凍后5 000 r/min，離心20 min，取上層清油，經測定回收率達到98%，而且屬于低溫的物理操作，營養成分損失很少，回收的為高品質的油脂。

水酶法；小麥胚芽油；破乳；組合

小麥胚芽油富含維生素E、亞油酸、亞麻酸、二十八碳醇及多種生理活性組分，具有很高的營養價值。目前，我國小麥胚芽油主要依賴進口，價格昂貴，每公斤在2 000美元左右，但是小麥胚芽油提取比較困難，大概為1 000 kg小麥能提出15 kg胚芽，而100 kg小麥胚芽中僅僅能提煉出4 kg～6 kg的小麥胚芽油，我國是小麥的生產和消費大國，小麥胚芽資源非常豐富，因此加強小麥胚芽油的提取工藝的研究具有重要的意義［1-3］。

水酶法是以機械和酶解為手段降解植物細胞壁，使油脂得以釋放，可以滿足食用油生產“安全、高效、綠色”的要求，與傳統工藝相比，小麥胚芽油水酶法提取技術設備簡單、操作安全，不僅可以提高效率，而且所得的毛油質量高、色澤淺、易于精煉［4-6］。但水酶法提取過程中，油脂乳化現象嚴重，反應一段時間后，油脂、蛋白質等大分子物質從小麥胚芽細胞內分散到水相中。由于油脂自身的極性與黏性，以及親水親脂蛋白（表面活性物質）的存在，使得本來不相溶的油脂、水連在一起，不易徹底分離，形成乳化油［7-8］。由于乳化油中含有水、蛋白等非油成分，影響油脂品質，導致所含的油脂不能被利用，因此水酶法提取的破乳技術越來越受到關注［9-10］。小麥胚芽油水酶法提取過程，由于小麥胚芽油自身的乳化性，以及胚芽蛋白特殊的黏性，乳化現象也比較嚴重，本實驗通過研究不同處理對破乳率的影響，建立適合小麥胚芽油水酶法提取的破乳技術，為水酶法在小麥胚芽油提取的規模化應用提供重要參考。

1材料與方法

1.1材料和儀器

小麥胚芽，購自山東菏澤康佰益生物科技有限公司。纖維素酶，酶活力（U/g）≥15 000，蛋白酶，酶活力（U/g）≥50 000，購自國藥集團化學試劑有限公司，其余試劑均為分析純或色譜純。XO-SM100型超聲微波組合反應系統：南京先歐儀器制造有限公司；SHA-B型恒溫振蕩器：常州國華儀器有限公司；CR22DⅢ型高速冷凍離心機：日立公司；7890-A氣相色譜儀：安捷倫公司；HP-INNOWAX色譜柱：安捷倫公司；1200液相色譜儀：安捷倫公司；SZF-06A索氏提取器：杭州匯爾儀器設備有限公司；79-1磁力攪拌器：金壇市鴻科儀器廠。

1.2研究方法

1.2.1乳狀液制備流程

小麥胚芽→干燥滅酶→粉碎→調節水料比→調pH→超聲波處理→酶解→升溫滅酶→離心沉淀→乳狀液（首次離心后的一相）

操作要點：取預處理的小麥胚芽100g放入1000mL錐形瓶中，加600 mL超純水，pH調至5 400 W超聲處理20 min，加酶提取溫度為45℃，提取時間為6 h。首次離心后取10 mL乳狀液進行破乳試驗。乳狀液中脂肪酸含量測定參照羅紫哥特里（Rose-Gottlieb）法。

破乳效果的評價：

式中：m1為破乳離心后清油質量，g；m2為乳狀液質量，g。

1.2.2離心分離破乳

該法是利用油水兩相的密度差進行破乳的，對于中重度乳化現象，將乳化混合物移入離心分離機中，進行高速離心分離。實驗證明該方法對于重度乳化現象效果明顯且省時。

1）不同離心速度對破乳的影響

采用3 000、5 000、7 000、8 500、10 000 r/min進行試驗，離心20 min后，轉入分液漏斗分液，取上層清油稱量。

2）不同離心時間對破乳的影響

采用10000r/min的轉速，選取離心時間分別為10、15、20、25、30 min。離心后轉入分液漏斗分液，取上層清油稱量。

1.2.3調節pH破乳

調節乳狀液的pH，相當于在乳狀液中加入電解質HCl、NaOH與NaCl，以中和乳狀液本身所帶電荷，破壞油-水界面上的吸附膜，使乳狀液脫穩實現油水分離，從而達到破乳的目的。調節乳狀液的pH分別為3、5、7、9、11，以5 000 r/min的轉速離心分離20 min，離心后轉入分液漏斗分液，取上層清油稱量。

1.2.4有機溶劑萃取破乳

萃取溶劑是根據“相似相溶”的原則來選擇的。萃取溶劑選擇要求：（1）溶劑化學穩定性好，易于回收；（2）溶劑價廉易得；（3）溶劑的安全性好，應是低毒或無毒的溶劑；（4）萃取能力高、分離程度高。

1.2.4.1以正己烷作萃取劑進行試驗

量取10mL乳狀液，分別加入體積含量10%、20%、30%、40%、50%的正己烷，振蕩數分鐘，以5 000 r/min的轉速離心分離20 min，離心后轉入分液漏斗分液，減壓蒸餾回收有機溶劑，稱其清油凈重。

1.2.4.2以氯仿和甲醇作萃取劑進行試驗

量取10mL乳狀液，分別加入體積含量10%、20%、30%、40%、50%的氯仿/甲醇（2∶1，v/v），振蕩數分鐘，以5 000 r/min的轉速離心分離20 min，離心后轉入分液漏斗分液，減壓蒸餾回收有機溶劑，稱其清油凈重。

1.2.5加熱振蕩破乳

溫度是影響乳化的重要因素。加熱升溫可以降低液滴的表面張力，降低黏度，從而降低乳狀液的穩定性，利于破乳；其次，升溫會加速油水分子的運動，增加液滴相互碰撞機會，易于實現破乳。

1.2.5.1不同加熱溫度對破乳的影響

分別把乳狀液加熱到75、80、85、90、95℃并保持10 min，以5 000 r/min的轉速離心分離20 min，離心后轉入分液漏斗分液，取上層清油稱量。

1.2.5.2不同加熱時間對破乳的影響

把乳狀液加熱到95℃，并分別保持10、15、20、25、30 min，以5 000 r/min的轉速離心分離20 min，離心后轉入分液漏斗分液，取上層清油稱量。

1.2.6冷凍破乳

當乳化現象嚴重，采用以上的一種或多種措施不能有效破乳時，可以采用下面的方法。

1）冷凍處理：分別將分離的乳狀液在-25℃條件下冷凍6、12、18、24、30 h；

2）超聲微波輔助解凍：經過冷凍處理后的乳狀液，超聲波、微波協同提取，其條件是超聲波功率：450 W，微波550 W協同處理2 h，至乳狀液解凍升至25℃；

3）二次離心分離：解凍后的乳狀液在5 000 r/min，離心20 min，離心后轉入分液漏斗分液，取上層清油稱量。

2結果與討論

2.1乳狀液含油量

由羅紫-哥特里法測得乳狀液中含油量，即脂肪含量為26.15%。

2.2離心破乳

離心速度和時間對乳狀液中油回收率的影響見圖1、圖2。

圖1　離心速度對乳狀液中油回收率的影響Fig.1Effect of centrifugal speed on oil recoveries in the emulsion

圖2　離心時間對乳狀液中油回收率的影響Fig.2Effect of centrifugal time on oil recoveries in the emulsion

此法破乳效果較明顯，隨著離心速度和離心時間的增長，乳狀液中油回收率也隨之增長。離心速度達到10 000 r/min后，再增加轉速需要的成本會更高，在生產中不實用，所以選擇5 000 r/min作為離心時間。離心時間達到15 min之后，乳狀液中油回收率隨離心時間增高的速率明顯下降，離心20 min后，乳狀液中油回收率基本不再隨離心時間增長，所以選擇20 min作為離心時間。

2.3調節pH破乳

pH對乳狀液中油回收率的影響見圖3。

圖3　pH對乳狀液中油回收率的影響Fig.3Effect of pH on oil recoveries in the emulsion

乳狀液在堿性條件下，不但不利于破乳，反而使乳化現象加重，在pH為11時破乳效果更差。原因是在強堿性條件下，乳狀液中的酸性官能團離子化，其表面活性變得更強；在強酸性條件下，乳狀液中堿性官能團離子化，其表面活性變得更強。結果pH在5時破乳效果最好。

2.4有機溶劑萃取破乳

正己烷對乳狀液中油回收率的影響見圖4。

圖4　正己烷對乳狀液中油回收率的影響Fig.4Effect of N-hexane on oil recoveries in the emulsion

隨著破乳劑正己烷用量的改變，清油得率隨著改變。在正己烷用量較低時，清油得率較低，破乳效果較差。隨著正己烷用量的增大，清油得率增大，破乳效果相應增加。當正己烷用量為料液總體積的40%～50%時，清油得率明顯提高。當正己烷用量為料液總體積的50%時，清油得率最高。

甲醇+氯仿對乳狀液中油回收率的影響見圖5。

圖5　甲醇+氯仿對乳狀液中油回收率的影響Fig.5Effect of methanol+chloroform on oil recoveries in the emulsion

隨著破乳劑用量的改變，清油得率隨著改變。在甲醇+氯仿用量較低時，清油得率較低，破乳效果較差；隨著甲醇+氯仿用量的增大，清油得率增大，破乳效果相應增加；當甲醇+氯仿用量為料液總體積的40%～50%時，清油得率明顯提高；用量為料液總體積的50%時，清油得率最高。

2.5加熱振蕩破乳

加熱溫度對乳狀液中油回收率的影響見圖6。

圖6　加熱溫度對乳狀液中油回收率的影響Fig.6Effect of heating temperature on oil recoveries in the emulsion

最低回收率為27.96%，最高回收率為35.46%，結果表明加熱對油回收率的影響不顯著。加熱時間對乳狀液中油回收率的影響見圖7。

由圖7可知，最低回收率為35.12%，最高回收率為43.79%；乳狀液中油回收率隨時間的增加而增加，25 min以后油回收率基本不再隨時間增加。

2.6冷凍破乳

冷凍時間對乳狀液中油回收率的影響見圖8。

圖8　冷凍時間對乳狀液中油回收率的影響Fig.8Effect of freezing time on oil recoveries in the emulsion

最低回收率為37.48%，最高回收率為95.33%，結果表明冷凍對破乳的效果十分明顯；Boekel等［11］認為冷凍解凍能較好地破壞乳狀液穩定性是因為冷凍過程中乳狀液中出現油相結晶，這些脂肪晶體可以刺入水相，假如脂肪晶體恰好出現在相鄰油滴之間，則將刺穿界面膜引起油滴的聚集，從而大幅度降低乳狀液穩定性達到破乳的目的［12］。

2.7冷凍+超聲微波解凍組合破乳

冷凍+超聲微波解凍組合破乳的工藝為：將乳狀液在-25℃條件下冷凍24 h，超聲波功率450 W、微波550 W協同解凍至乳狀液解凍升至25℃；解凍后5 000 r/min，離心20 min，取上層清油，經測定回收率達到98%。

3結論

提取過程中，離心、加熱、調節pH（加電解質）、萃取等操作都有破乳的效果，只是破乳的程度不一樣。本研究建立了冷凍+超聲微波共同解凍，相當于3種方法的結合，體現協同性，破乳效果好，具體工藝為：將乳狀液在-25℃條件下冷凍24h，超聲波功率：450W、微波550 W協同解凍至乳狀液解凍升至25℃；解凍后5 000 r/min，離心20 min，取上層清油。經測定小麥胚芽油的回收率達到98%，而且屬于低溫的物理操作，營養成分沒有受熱破壞，回收的屬于高品質油脂。

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Researches of Demulsification in Extracting Wheat Germ Oil by Aqueous Enzymatic Method

TAO Hai-teng1，MA Jiao2，XU Tong-cheng1，QIU Bin1，LIU Wei1，LIU Li-na1，DU Fang-ling1，*
（1.Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Ji'nan 250100，Shandong，China；2.China National Food&Safety Supervision and Inspection Center，Beijing 100094，China）

Effects of different treatments on emulsion in extracting wheat germ oil by aqueous enzymatic method were studied to determine the best demulsification technology.Centrifugal，heating，regulating pH and liquidliquid extraction were selected to study effects of different treatments on the demulsification rate.All treatments played effects of demulsification，but differences existed on demulsification rate，combination of some treatments could gain the higher demulsification rate.The established demulsification combination of freezing and ultrasonic microwave thawing was that：the emulsion freezing at-25℃for 24 h，thawing by ultrasonic（450 W）and microwave（550 W）until rising to 25℃，5 000 r/min centrifugal for 20 min，the supernatant oils were selected.The measured recovery rate reached 98%，for all treatments belonging to physics operation under low temperature，few damages occurred on nutrients to gain the higher quality oil.

water enzymatic；wheat germ oil；demulsification；combination

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.013

2013-10-25

山東省科技發展計劃項目“小麥胚芽油提取關鍵技術研究”（2012GNC11030）；山東省農業重大應用技術創新課題“大宗糧油作物精深加工關鍵技術研究”（魯財農指［2011］39）

陶海騰（1979—），男（漢），助理研究員，博士，主要從事糧油加工研究。

杜方嶺（1972—），男，研究員，主要從事糧油加工研究。