水酶法提取玉米胚芽油的研究進展

張雅娜，張晟，周媛媛，馬麗媛，郭麗*，張春華

1. 綏化學院食品與制藥工程學院（綏化 152061）；2. 綏化市食品藥品檢驗檢測所（綏化 152061）

玉米胚芽是玉米淀粉和酒精生產的主要副產物，我國每年用于工業消費的玉米約6 000萬 t，按7%的平均提胚率計算，玉米胚芽產量達420萬 t，可利用的玉米胚芽資源非常豐富。玉米胚芽中脂肪含量達40%～50%，是一種豐富的油料資源[1]。近幾年，隨著玉米產業飛速發展，玉米胚芽油的產量顯著提高，約占植物油總產量的5%～8%[2]。玉米胚芽油含有80%～85%的不飽和脂肪酸，其中亞油酸占55%，油酸占30%，還含有維生素E、維生素A、維生素D、植物甾醇、卵磷脂和β-胡蘿卜素等營養成分[3-5]。玉米胚芽油具有降血壓、降低膽固醇、軟化血管等作用[3,6-7]。因此，玉米油是人類理想的食用植物油，是一種高品質的營養健康植物油[8]。

我國玉米胚芽油的生產多采用壓榨法，玉米胚芽油產出率最高達65%左右。若采用先壓榨后浸出的方法，能使玉米胚芽油的產出率達97%[9]。大多數企業采用壓榨法和浸出法提取玉米胚芽油，主要是因為技術和成本的原因，這2種工藝主要以取油為目的，對于蛋白質和其他營養成分的保護與利用卻考慮得較少，油料資源的綜合利用率和附加值較低[10]。水酶法是近年來新興的制油技術，與高溫浸出法相比較，水酶法提取玉米胚芽油所需能耗有所降低，減少了浸出和復雜的精煉設備，簡化3/4的設備與工序，投資僅為浸出法油脂生產廠家投資的25%。而且出油率較高、油質好，使制油效益明顯提高[11-12]。研究水酶法提取玉米胚芽油一方面可實現玉米胚芽資源的綜合利用，延長玉米加工產業鏈，提高玉米產業附加值，另一方面采用水酶法技術在一定程度上可提高經濟效益，同時為玉米胚芽油提取技術的開發奠定基礎。

1 水酶法提取玉米胚芽油工藝原理

在植物油料中，油脂存在于油料的完整細胞內，且油脂的存在形式有2種，一種是游離油，另一種是油脂與其他物質的復合形式（脂多糖、脂蛋白等復合體），因此想要得到細胞內的油脂，首先要對油料進行破壁處理，釋放出其中的油脂。通常來講植物細胞壁主要分為3層，從外到內分別為胞間層、初生壁、細胞膜。其中，初生壁內由膠質、多聚糖、超細纖維素、纖維素、半纖維素、果膠、蛋白質相互連接構成。不同植物的細胞壁，其組成物質在成分上有著差別，從而導致不同植物細胞壁表現出不同的物理結構和化學性質。纖維素和半纖維素是細胞壁的主要成分，玉米胚芽的細胞壁含有50%纖維素、40%半纖維素及1%果膠[11]。通過機械、化學、酶手段可以破壞纖維素和半纖維素，從而破壞細胞壁，才可以釋放出被細胞壁包裹的油脂。破壁后釋放的油脂，多為油脂的復合形式，通過物理、化學、酶法等進一步破壞油脂的復合體，才能釋放更多的油脂。

2 水酶法提取玉米胚芽油工藝研究進展

水酶法的一般工藝包括油料的預處理、酶解、破乳和分離4個階段。就水酶法制備玉米胚芽油的工藝過程，分別對水酶法提取玉米胚芽油的預處理工藝研究概況、酶解工藝研究概況及破乳工藝研究概況作逐一論述。

2.1 預處理工藝研究概況

預處理的主要作用，一方面是破壞細胞的完整結構，另一方面是破壞油脂與其他物質的復合形式，從而有利于油脂的充分釋放，以提高油脂提取率?，F有研究中玉米胚芽的預處理工藝主要包括緩沖液浸泡、粉碎和蒸汽處理，其中粉碎包括濕法粉碎（磨漿）和干法粉碎2種。干法粉碎與濕法粉碎相比，濕法粉碎易產生乳化現象，影響油脂提取率，因此，油料預處理采用較多的是干法粉碎[13]，但由于玉米胚芽的來源不同，水分含量不同，所選擇的粉碎方式也不同。濕法生產的玉米胚芽水分較高，可濕法粉碎后進行酶解，李新等[14]以濕玉米胚芽（水分達60.32%）為原料，通過水酶法提取玉米胚芽油，所采用的粉碎方式為濕法粉碎（磨漿）。而干法提胚得到的玉米胚芽水分低，則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為6.1%，選用的粉碎方式為干法粉碎。

干法粉碎：玉米胚芽→干法粉碎→浸泡→蒸汽處理→酶解。

濕法粉碎：玉米胚芽→浸泡→蒸汽處理→磨漿→酶解。

在水酶法工藝中，油料的粉碎程度對提高有效成分的得率起著重要作用，因此粉碎作為一種水酶法預處理方法十分關鍵。在酶解前，通過機械粉碎，降低油料的粒度，最大程度破壞油料細胞，使細胞內有效成分易于釋放，增加了物料與酶的接觸面積，提高了酶的作用效果[13,16]。對于水酶法提取玉米胚芽油的預處理工藝已有研究。段作營等[17]研究不同預處理條件對玉米胚芽油提取率的影響，得出干法粉碎時間70 s，檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液pH 6.0，蒸汽處理時間20 min。王素梅等[12]得出玉米胚芽最佳預處理條件：檸檬酸緩沖液濃度0.5 mol/L、pH 4.0，蒸汽處理溫度100 ℃，蒸汽處理時間40 min。李新[18]得出玉米胚芽最佳預處理條件：采用濕法粉碎，檸檬酸緩沖液濃度0.01 mol/L，蒸汽處理溫度110 ℃，蒸汽處理時間1 h。魯曾等[19]采用干法粉碎玉米胚芽，得出最佳顆粒大小為0.125 mm（120目）。趙華等[20]得出最佳預處理條件：干法粉碎粒度250 μm，緩沖液pH 3.4，蒸汽處理溫度108 ℃，蒸汽處理時間45 min。玉米胚芽油提取率為71.95%。唐文婷等[21]得出玉米胚芽最佳預處理條件：玉米胚芽顆粒大小0.250 mm（60目），蒸汽處理時間10 min。劉侃[22]得出玉米胚芽最佳預處理條件：玉米胚芽顆粒大小0.250 mm（60目），檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液pH 3.4，蒸汽處理溫度110 ℃，蒸汽處理時間45 min。玉米胚芽油的提取率為59.86%。錢志娟等[23]得出玉米胚芽最佳預處理條件：玉米胚芽反復凍融2次，檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液濃度0.05 mol/L，蒸汽處理溫度112 ℃，蒸汽處理時間65 min。

綜上，在水酶法提取玉米胚芽油的預處理工藝研究中，對于干法粉碎和濕法粉碎的對比研究尚未見報道，有待進一步研究。此外，玉米胚芽通常采用緩沖液浸泡，如何對緩沖液進行綜合利用，也是亟待解決的問題。水酶法提油工藝的預處理方法較多，包括超聲波、微波、超高壓、擠壓膨化、復合預處理方法等，但這些預處理方法在水酶法提取玉米胚芽油的研究中卻少有報道，因此，應加強對玉米胚芽預處理工藝的研究和探索，根據不同來源的玉米胚芽研究相匹配的預處理工藝，為玉米胚芽油的工業化生產奠定基礎。

2.2 酶解工藝研究概況

玉米胚芽在干法粉碎或磨漿后進行酶解，不同酶在玉米胚芽油提取中的作用不同。纖維素酶和半纖維素酶可降解玉米胚芽細胞壁的纖維素骨架，瓦解細胞壁，使油脂容易釋放出來。蛋白酶可水解油脂與蛋白質的復合體，使油脂被釋放出來，易于分離。α-淀粉酶、α-聚半乳糖醛酶、β-葡聚糖酶等對淀粉、脂多糖、果膠質有水解作用，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，研究較多的是纖維素酶、淀粉酶和蛋白酶。不同學者對水酶法提取玉米胚芽油酶解條件進行研究，包括單一酶和復合酶的研究，分別考察酶種類、加酶量、酶解溫度、酶解時間、pH等因素對玉米胚芽油提取率的影響，得出最優的提取工藝，不同酶解條件下玉米胚芽油的提取率見表1。由于水酶法存在著酶制劑價格高，只能使用1次，無法回收重復利用的難題，為解決這一難題，李倩[27]采用固定化酶技術制備玉米胚芽油，確定殼聚糖固定化纖維素酶的最佳工藝，最終酶活最大回收率為70.67%，采用固定化纖維素酶柱式反應器提取玉米胚芽油，得出最佳工藝條件：流速5 mL/min，酶解溫度50 ℃，酶解時間8 h，pH 9.0，料液比1∶8 g/mL。玉米胚芽油提取率可達50%左右。

表1 不同酶解條件下玉米胚芽油的提取率

在水酶法酶解過程中仍存在較多問題，針對酶制劑成本較高且無法回收，酶制劑的正確選擇，提高酶活力和酶作用效果，減少用量，酶解時間長等問題，需要對酶解工藝進行進一步的優化，也可開展固定化酶技術的研究，但這項技術要關鍵解決如何提高玉米胚芽油提取率的問題。

2.3 破乳工藝研究概況

玉米胚芽經酶解后，油脂、蛋白質等大分子物質從胚芽細胞中分散到水相中。由于玉米胚芽油自身的極性和黏性，以及親水親脂蛋白表面活性物質的存在，使本來不相溶的油脂和水連在一起，不易徹底分離，形成一個穩定的乳化層，因此，破乳工藝也是水酶法研究的重點[22,30]。劉侃[22]對水酶法提取玉米胚芽油破乳工藝進行研究，得到最佳破乳工藝：離心轉速4 500 r/min、離心時間20 min、加熱溫度80 ℃、pH 4.0。水酶法提油乳狀液的破乳方法較多，主要分為物理破乳、化學破乳和酶法破乳[31]，但這些破乳方法在水酶法提取玉米胚芽油的研究中卻少有報道，因此，應加強對水酶法提取玉米胚芽油破乳工藝的研究和探索，或研究一種合理的技術路線以減少或避免乳狀液的形成。

3 玉米胚芽油品質特性研究概況

針對不同工藝提取的玉米胚芽油，其品質特性的對比研究已有報道。Bocevska等[24]對水酶法提取的玉米胚芽油與壓榨玉米胚芽毛油、脫膠油的品質進行對比，結果表明，水酶法提取的玉米胚芽油質量指標與脫膠油接近，磷脂含量較低，且游離脂肪酸、一級氧化產物和二級氧化產物含量基本處于較好的水平；其色澤為淺黃色，呈色物質含量少。魯曾[25]研究得出水酶法玉米胚芽油與溶劑浸提法、壓榨法相比理化性質有較大差異，從理化性質上看，水酶法提取的玉米胚芽油品質較好；3種方法提取的玉米胚芽油脂肪酸組成無差異性，水酶法玉米胚芽油的VE含量低于浸提法，磷脂含量較低，抗氧化能力高于壓榨法。連小燕等[32]研究不同方法（水酶法、索氏抽提法、超聲波輔助提取法）提取的玉米胚芽油理化性質差異。結果表明，3種方法提取的玉米胚芽油脂肪酸組成基本相同，主要為亞油酸和油酸；不皂化物組成也基本相同，主要為甾醇類及酯類物質，但在數量上存在差異。連小燕等[10]采用水酶法、索氏抽提法和超臨界CO2法分別提取玉米胚芽油，并對3種方法提取的玉米胚芽油理化性質進行對比，結果表明，水酶法提取的玉米胚芽油酸值過大，索氏抽提法提取的玉米胚芽油過氧化值過高，3種方法提取的玉米胚芽油脂肪酸組成無明顯差異。

4 結語與展望

對于水酶法技術在提取玉米胚芽油方面的研究，主要是針對酶解工藝的研究，一直處于工藝的研究探索階段，但對于原料的預處理工藝、乳狀液的破乳工藝、副產物綜合利用方面，以及理化性質、加工特性、油脂精煉工藝等方面研究甚少。如何更好地完善工藝是未來研究的主要方向，也是限制水酶法工業化生產的重要因素。因此，需要更加深入而廣泛的研究，為玉米胚芽油提取技術的開發奠定基礎。同時，水酶法技術仍存在一定問題，如水酶法用水量大、酶成本高，如何解決水和酶的循環使用問題，對于水酶法產品標準的制定問題，對于水酶法技術相關設備的改造、開發及創新如何實現，對于能否實現多種產品高效高質量低成本同步生產等問題亟待解決。從長久發展來看，水酶法在未來研究及工業化生產應用中具有巨大潛力。