利用CO2膨胀液体绿色提取高γ-谷维素米糠油：一种高效保留生物活性成分的新策略

《Food and Bioprocess Technology》：Extraction of γ-Oryzanol-Rich Rice Bran Oil Using CO2-Expanded Liquids

本研究针对传统米糠油提取工艺中γ-谷zanol等营养素损失严重（≤95%）、磷含量高需复杂精炼等问题，创新性地采用CO2膨胀液体（CXLs）单步提取技术。研究人员系统比较了CO2膨胀丙酮（CXA）、乙醇（CXE）和正己烷（CXH）的提取效果，发现CXA在25°C、5.0 MPa、CO2摩尔分数0.76条件下，可获得23.68 mg/g-sample的γ-oryzanol得率，且磷含量仅2.9 ppm，同时总酚含量（TPC）达6.65 mg-GAE/g-oil，DPPH自由基清除率≤89%。该技术首次实现了在温和条件下同步获得高得率、高纯度且生物活性保留完整的米糠油，为功能性油脂绿色制造提供了新方案。

　　

在全球稻米加工过程中，每年会产生约6212万吨米糠副产物。这些看似废弃的物料实则蕴含宝藏——米糠中富含的γ-谷维素（γ-oryzanol）被证实具有抗癌、抗糖尿病和抗氧化等多重生物活性。然而，传统米糠油提取技术面临严峻挑战：常规溶剂萃取和压榨法不仅能耗高，后续精炼过程更会导致高达95%的γ-谷维素损失。更棘手的是， crude rice bran oil（粗米糠油）中残留的磷脂（以磷含量计）易引发油脂劣变，而现有纯化工艺难以兼顾营养素保留与杂质去除。如何通过绿色、高效的技术同步实现高得率、高纯度与高生物活性保留，成为功能性米糠油开发的核心难题。

发表于《Food and Bioprocess Technology》的最新研究突破性地提出采用CO₂膨胀液体（CO₂-expanded liquids, CXLs）单步提取技术。该技术通过将压缩CO₂与有机溶剂（丙酮、乙醇、正己烷等）混合，形成具有可调物性的绿色溶剂体系，在温和条件（<7.4 MPa）下实现目标成分的高选择性萃取。相较于能耗较高的超临界CO₂提取（>15 MPa），CXLs技术在降低成本的同时，兼具高效分离与易回收优势。

关键技术方法概述

研究以日本浜松市精米厂提供的新鲜粳米米糠为原料（含水量11.83%），系统比较了CXA、CXE、CXH三种提取体系的性能。通过高压萃取装置（实验室规模50 g，中试规模1200 g），在5.0-5.2 MPa、23-30°C条件下进行时间分步萃取。采用HPLC-UV（高效液相色谱-紫外检测法）定量γ-谷维素，ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）测定磷含量，Folin-Ciocalteu法分析总酚含量（TPC），DPPH法评估抗氧化活性。

γ-谷维素的鉴定与提取动力学

HPLC-UV分析确认提取物中含有环阿屯醇阿魏酸酯、24-亚甲基环阿屯醇阿魏酸酯、菜油固醇阿魏酸酯和β-谷固醇阿魏酸酯四种γ-谷维素组分。提取动力学曲线显示，γ-谷维素的溶出包含溶解主导的"洗涤阶段"和扩散控制的"耗尽阶段"。极性适中的CXA与CXE在溶剂/原料比10 g/g时，γ-谷维素得率（19.19 mg/g-sample）显著高于非极性体系CXH（11.07 mg/g-sample）。值得注意的是，CXH提取后期（150分钟）的γ-谷维素含量升至156 mg/g-oil，表明分步萃取可富集活性成分。

提取溶剂对γ-谷维素得率与油品质量的影响

CO₂的引入显著改变溶剂选择性：CXA（CO₂摩尔分数0.76）较纯丙酮提升γ-谷维素得率28%，而CXH体系因极性降低导致得率下降11%。在油品质量方面，CXLs技术使磷含量从纯溶剂的44.4-427.3 ppm降至2.9-186.2 ppm，其中CXA（2.9 ppm）与CXH（3.0 ppm）达到食用油标准（<10 ppm）。总酚含量（TPC）在CXA、CXE体系中下降，但DPPH自由基清除率仍保持≤89%，表明CO₂调控的极性变化增强了中性脂质选择性。

温度与粒径的协同优化效应

将CXA提取时间从90分钟延长至150分钟，γ-谷维素得率提升至22.16 mg/g-sample；温度升至30°C后得率达23.16 mg/g-sample，且γ-谷维素含量增至93.61 mg/g-oil。粒径实验表明，0.25 mm粒径可获得最高得率（23.68 mg/g-sample），但为避免堵塞风险，0.50 mm被确定为最佳操作条件。TPC与DPPH清除率的非线性关联提示除γ-谷维素外，生育酚等成分共同贡献抗氧化活性。

γ-谷维素对抗氧化活性的主导作用

通过建立γ-谷维素浓度与DPPH清除率的量化关系，研究发现γ-谷维素贡献了64-80%的抗氧化活性。尽管米糠油中TPC仅3.84 mg-GAE/g-oil，但多种抗氧化剂的协同作用保障了整体自由基清除能力。

结论与展望

本研究证实CO₂膨胀液体技术可同步实现三大突破：一是CXA体系获得23.68 mg/g-sample的γ-谷维素高得率；二是磷含量降至2.9 ppm，免去复杂精炼步骤；三是DPPH清除率≤89%，完整保留生物活性。该单步提取策略成功解决了传统工艺中营养素损失与杂质去除的矛盾，为功能性油脂的绿色制造提供了新范式。未来研究可聚焦于CXA提取油的贮藏稳定性（酸价、过氧化值等）评估，进一步推动该技术在高品质食用油领域的应用。