《Food Chemistry: X》：Sustainable recovery of γ-oryzanol from rice bran using food-grade prethanol A for functional food applications
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米糠（RB）是γ-oryzanol（一种米类特有的亲脂性生物活性化合物，具有作为功能性食品成分的潜力）的有前景来源。然而，其用于食品领域的回收需要避免有毒有机溶剂的提取工艺。在本研究中，研究人员利用基于乙醇的可食用溶剂prethanol A优化并开发了一种绿色
米糠（RB）是γ-oryzanol（一种米类特有的亲脂性生物活性化合物，具有作为功能性食品成分的潜力）的有前景来源。然而，其用于食品领域的回收需要避免有毒有机溶剂的提取工艺。在本研究中，研究人员利用基于乙醇的可食用溶剂prethanol A优化并开发了一种绿色提取工艺。确定的最佳条件为6.8分钟、69.8 °C和95% prethanol A，实验所得γ-oryzanol产率达到4.23 mg/g RB。在0.5–3.0 g/L的测试浓度范围内，优化后的RB提取物未降低L929成纤维细胞活力，提供了初步的细胞相容性信息。此外，作为概念验证配方，研究人员将该提取物掺入明胶基可食用口腔膜中，以评估其与成膜基质的相容性。本研究证明了一种食品兼容且高效的从RB中回收γ-oryzanol的策略，并为所得提取物作为功能性成分的下游制剂提供了初步证据。
**1. 研究背景与意义**
水稻是全球最重要的粮食作物之一，年产约7.87亿吨，加工过程中产生约20%的稻壳和12%的米糠，这些副产物多数被丢弃或用作动物饲料。米糠富含膳食纤维、必需脂肪酸及多种生物活性物质，但因无机砷含量较高而限制了其直接食用，却是生产γ-oryzanol（米类特有的亲脂性生物活性化合物，由植物甾醇与阿魏酸酯化而成）最具价值且丰富的天然资源。γ-oryzanol具有抗氧化应激、抗癌、抗炎、降胆固醇及促进睡眠等多种生物学活性。
传统上γ-oryzanol采用己烷等有机溶剂从米糠中回收，虽能有效提取亲脂性物质，但溶剂毒性、环境影响及后期脱溶问题限制了其在食品领域的应用。绿色替代技术如超临界CO?萃取、酶辅助提取等虽各有优势，但存在高压设备需求、工艺专用性强或仍使用非食品级溶剂等问题。乙醇基提取更适用于食品加工，但已有工艺通常耗时较长。prethanol A作为一种食品级乙醇基溶剂，适用于食品用途生物活性化合物的回收，且溶剂选择会影响下游制剂工艺的可行性。此外，可食用口腔膜（EOF，一种薄型、便携、可在口腔中水化崩解的递送平台）为功能性食品提供了新剂型选择，将富含γ-oryzanol的米糠提取物纳入EOF，可为该类提取物在功能性食品制剂中的可行性提供初步依据。
基于上述背景，本研究旨在利用prethanol A开发一种食品级绿色提取工艺，通过响应面法（RSM，一种数学统计优化工具）优化提取时间、温度和溶剂浓度等关键变量，实现米糠中γ-oryzanol的高效回收，并初步探索所得提取物在明胶基可食用口腔膜中的应用可行性。
**2. 研究人员开展的研究与主要结论**
研究人员以2023年收获、购自韩国全罗北道Lee's Farmer的米糠为原料，采用prethanol A作为提取溶剂，运用RSM中的中心复合设计（CCD）考察提取时间（5–15 min）、温度（25–70 °C）和溶剂浓度（50–95%）对γ-oryzanol产率的影响，建立并验证了预测模型。通过数值优化得出最优条件为6.8 min、69.8 °C、95% prethanol A，该条件下实验所得γ-oryzanol产率为4.23 mg/g米糠，与模型预测值误差仅6.3%。相较于文献报道的乙醇提取工艺（60 °C、97 min、产率2.0 mg/g），本工艺在产率和时间上均具明显优势。经WST-1细胞活性检测，优化所得米糠提取物在0.5–3.0 g/L浓度范围内未显著降低L929成纤维细胞活力，表现出初步细胞相容性。进一步将提取物掺入明胶基EOF进行概念验证，发现提取物的加入使薄膜厚度和不透明度显著增加，色泽发生改变，但力学性能和水蒸气透过率未受显著影响，同时薄膜的ABTS自由基清除活性显著提高，崩解时间虽有所延长但仍可在数分钟内于模拟口腔环境中崩解。
本研究的重要贡献在于：开发了一种兼顾提取效率、过程安全性与食品兼容性的米糠γ-oryzanol绿色提取工艺，可在常压条件下、以极短时间实现高产率回收，且所用溶剂为食品级，为后续功能性食品制剂开发奠定了基础。
**3. 主要关键技术方法**
本研究样品为2023年收获、购自韩国全罗北道Lee's Farmer的米糠，以干燥至恒重后备用。核心技术方法包括：①采用RSM-CCD设计实验方案并建立二次多项式预测模型，通过方差分析评估各变量及交互项对γ-oryzanol产率的影响；②采用高效液相色谱-二极管阵列检测器（HPLC-DAD）在325 nm波长下定量γ-oryzanol，以标准品四个特征峰峰高之和作为定量响应值，方法检出限和定量限分别为0.01437和0.04355 g/L；③采用WST-1法检测米糠提取物对L929成纤维细胞活力的影响；④通过溶液浇铸法制备明胶基EOF，并系统表征其厚度、光学性能（颜色与不透明度）、力学性能（拉伸强度和断裂伸长率）、水蒸气透过率、体外崩解时间及ABTS自由基清除活性。
**4. 研究结果**
**4.1 预测模型的开发与验证**
基于RSM设计的20组提取实验，研究人员通过回归分析建立了γ-oryzanol产率的二次多项式模型，其中溶剂浓度的线性项影响最为显著（p < 0.0001），温度和溶剂浓度的交互项也显著影响产率（p < 0.0001）。模型的决定系数R2为0.9994，调整R2为0.9989，预测R2为0.9959，失拟项不显著（p = 0.0685），表明模型拟合良好，可用于γ-oryzanol产率的准确预测。
**4.2 提取变量的影响规律**
通过三维响应面图和等高线图分析，时间对γ-oryzanol产率的影响不显著（p = 0.107），温度和溶剂浓度则具有显著影响。在低溶剂浓度下，温度对提取的促进作用有限；当溶剂浓度升高至95%时，温度对γ-oryzanol回收的增强作用逐渐显现。这是因为γ-oryzanol的强亲脂性使其在水含量较高的介质中溶解度受限，高浓度prethanol A创造了更利于其溶出的非极性环境，而升温进一步通过降低溶剂黏度和表面张力、提高溶质扩散系数来强化传质过程。
**4.3 最优条件确定与实验验证**
以最大化γ-oryzanol产率为优化目标，数值优化给出的最佳提取条件为6.8 min、69.8 °C、95% prethanol A，模型预测产率4.5 mg/g米糠。在该条件下进行验证实验，实际产率为4.23 ± 0.01 mg/g米糠，与预测值误差仅为6.3%，证实该模型的可靠性以及与已有文献工艺相比的优异表现。
**4.4 米糠提取物的初步细胞相容性**
在0.5–3.0 g/L浓度范围内，经WST-1法检测，米糠提取物处理后的L929成纤维细胞活力未出现明显下降。结合文献中其他米糠提取物相关研究也未观察到细胞死亡的报道，该结果为提取物的食品应用安全性提供了初步证据。
**4.5 所开发工艺与已有提取策略的比较**
将本研究工艺与超临界CO?萃取、微波辅助提取及传统浸提等文献报道工艺进行系统比较可以看出，本研究在常压、6.8 min内即可获得4.23 mg/g米糠的γ-oryzanol产率，显著优于传统乙醇浸提（97 min获得2.0 mg/g）。超临界CO?萃取虽能达到更高产率（5.39 mg/g），但需约680 atm的高压设备。微波辅助提取仍需使用非食品级有机溶剂且能耗较高。因此，本研究开发的工艺在产率、操作简便性、安全性以及食品级溶剂适用性方面均具备明显优势。放大应用时需考虑高浓度乙醇带来的溶剂消耗与回收问题，并须增设密闭提取及溶剂回收系统。
**4.6 可食用口腔膜概念验证**
将富含γ-oryzanol的米糠提取物掺入明胶基EOF后，薄膜厚度由0.12 mm增加至0.16 mm，不透明度显著升高（由1.47升至3.32 AU/mm），色泽呈显著变化（L*值升高、a*值升高、b*值升高）。拉伸强度和断裂伸长率在两组薄膜间无显著差异，均高于文献建议的实用参考值（TS > 2 MPa，EB > 10%），表明提取物加入未损害明胶薄膜的力学完整性。水蒸气透过率也无显著差异（对照组5.09，提取物组6.34 g·mm/m2·h·kPa），说明水分阻隔性能保持稳定。提取物组薄膜的体外崩解时间从1.36 min延长至4.51 min，这可能与提取物引入的额外固形物以及薄膜厚度增大有关，但仍能够在模拟口腔环境中的数分钟内完全崩解。此外，提取物组薄膜的ABTS自由基清除活性（20.37%）显著高于对照薄膜（17.83%），证明提取物中的活性成分在成膜后保留了抗氧化功能。
**5. 总结讨论与研究结论**
讨论部分强调，本研究工艺的设计充分考虑了工业化应用的多项要素：高提取产率、极短处理时间、常压操作条件、食品级溶剂选择，这使其有别于需要高压设备或专用能量供给装置的其他绿色提取技术。使用prethanol A不仅满足了提取环节的安全要求，更重要的是从全流程角度采用了食品级溶剂链，使所得富含γ-oryzanol的提取物无需担忧非食品级溶剂残留即可进入下游食品制剂环节，这对功能性食品的实际生产具有重要价值。研究同时指出，从实验室放大至工业化规模还需系统开展中试验证、溶剂回收与再利用、过程经济性评估以及环境绩效分析等后续工作。
研究结论可概括为：本研究以prethanol A为溶剂，成功开发了可持续且食品级的米糠γ-oryzanol绿色提取工艺；最优条件为6.8 min、69.8 °C、95% prethanol A，对应产率4.23 mg/g米糠。该工艺具有提取产率高、加工时间短、常压操作及食品级溶剂等多方面的工业应用友好特征。优化所得米糠提取物表现出对L929成纤维细胞的初步细胞相容性，并可成功掺入明胶基可食用口腔膜。未来研究应着力于优化聚合物组成、增塑剂含量和水分条件以改善薄膜柔韧性与崩解行为，并通过中试放大验证、溶剂回收和再利用、过程经济学和环境绩效评估，确认实验室尺度所观察到的优势能否在规模化水平上得以保持。总体而言，本研究为将米糠转化为增值功能性食品成分奠定了基础，并支持其在实际食品应用中的进一步开发。
