亚临界水提取米糠成分的效果评价

米糠是稻米加工过程中产生的主要副产物，由果皮、种皮、珠心层、糊粉层及少量胚芽等组成，约占稻谷质量的5%～8%[1]。米糠中不仅含有蛋白质、脂肪和膳食纤维等营养成分，还富含维生素、多酚、植物甾醇、谷维素、多糖等活性成分，并具有抗肿瘤、抗菌消炎、降胆固醇等生理活性，因此被称为“天然营养宝库”[2-3]。然而，约90%米糠被丢弃或用作饲料和肥料[4]。近年来，由于食品加工业副产品的可用性和接受度不断提高，米糠被视为二次食品加工业中功能性成分的重要来源[5]。同时，国家卫生健康委员会积极配合各有关部门出台政策，发展米糠产业，挖掘米糠营养价值，促进粮食减损增效和国民营养健康。

亚临界水提取技术是近年来新兴的一种提取技术，亚临界水在适当压力及 100～374 ℃的高温条件下，仍能保持流体状态。通过改变温度和压力，实现水从强极性到中等极性、非极性的转变，从而实现水溶性成分到脂溶性成分的连续性提取[6]。目前，亚临界水提取技术已广泛应用于制药、生物技术、环境保护和化学工业。亚临界水作为一种绿色、环保、价廉的新型提取技术，在高效分离和提取米糠营养组分方面具有较大潜力。

目前，国内关于亚临界水技术在食品方面的研究较少，利用亚临界水技术处理米糠进行综合评价的研究鲜见。Ruthes等[7]采用亚临界水技术在不同温度（100、120、140、160 ℃）和不同pH值（5、7、9）的条件下处理麦麸，发现与常规的碱提取法相比，该方法可有效提高总固体得率和生物活性物质提取率。Fabian等[8]采用亚临界水技术在不同温度下（125、150、175、200 ℃）处理脱脂米糠35 min，提取脱脂米糠中的酚酸，发现温度对酚酸得率影响显著。李诚[9]考察亚临界水温度（120～180 ℃）、pH值（4～10）、提取时间（10～180 min）、循环次数（1～3 次）对麦麸中蛋白质、酚酸、木质素等物质提取率的影响，阐明了阿拉伯木聚糖在亚临界水中的迁移和结构转变规律。本文在已有研究基础上，采用亚临界水萃取技术，选取不同提取温度、提取时间、体系pH值处理米糠样品[7-9]，并分析米糠中的营养成分在水相和固相的迁移规律，以期为米糠资源的综合利用提供新途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜米糠：苏惠米业有限公司， 将新鲜米糠过30目筛网，放入-18 ℃冰箱保存。二水合甲酸钠、甲酸、盐酸、硫酸、硼酸、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、石油醚、乙醇、碳酸钙、3，4，5-三甲氧基肉桂酸、乙酸乙酯（均为分析纯）、正己烷、甲醇、乙腈（均为色谱纯）：国药集团化学试剂有限公司；总淀粉试剂盒：爱尔兰Megazyme公司；N，O-双（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺[N，O-bis（trimethylsilyl）trifluoroacetamide，BSTFA]、三甲基氯硅烷（trimethylchlorosilane，TMCS）、5α-胆甾烷醇、阿魏酸、对香豆酸、角鲨烯、谷维素、植物甾醇标准品：美国Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

亚临界水提取反应釜（MC500）：北京世纪森朗实验仪器有限公司；高效液相色谱仪（1260）：安捷伦仪器（中国）有限公司；气相色谱串联质谱仪（1100）：赛默飞世尔科技（中国）有限公司；自动定氮仪器（KDN-130F）：上海纤检仪器有限公司；旋转蒸发仪（P-RV10）：上海技舟化工科技有限公司；紫外可见分光光度计（UV-1100）：上海美谱达仪器有限公司；低速台式大容量离心机（TDL-5A）：无锡瑞江仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 亚临界水处理

将新鲜全脂米糠过30目筛网，取30 g米糠加入反应釜中，再加入300 mL已调节pH值的甲酸钠缓冲液，按照试验条件进行反应。将反应后的料液转移至500 mL烧杯，并多次用甲酸钠缓冲液冲洗，4 000 r/min离心10 min，分别保存上清液和残渣。将残渣用200 mL去离子水洗涤3次，4 000 r/min离心10 min，将所有上清液合并，保留残渣备用。将所得上清液旋蒸浓缩至200 mL，并装入自封袋；将残渣装入自封袋中，冻干后放入干燥器中待用。

在已有单因素试验基础上[7-9]，采用Box-Behnken响应面设计试验，选择有显著影响的3个因素：提取温度（A）、提取时间（B）和体系pH值（C），进行三因素三水平的响应面分析。响应面试验因素与水平见表1。

1.3.2 基本成分含量的测定

水分含量测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》；蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》；总淀粉含量按照总淀粉试剂盒说明书进行测定。

1.3.3 木质素、纤维素及半纤维素含量的测定

单糖组成及固相木质素含量测定参考文献[10]中的方法。准确称取0.3 g 样品于蓝盖瓶中，加入3.00 mL 72%硫酸，搅拌混匀后，置于30 ℃恒温水浴60 min，加入84.0 mL去离子水稀释硫酸，混匀后灭菌。酸解液冷却后，使用砂芯坩埚过滤，收集滤液和残渣。通过称重法测定残渣质量，计算木质素含量。加入碳酸钙中和滤液，待滤液中的固体完全沉淀，取滤液过0.22 µm滤膜，通过高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪分析单糖组成，计算纤维素和半纤维素含量。

1.3.4 酚酸的测定

酚酸的测定参照陈中伟[11]的方法并稍作修改。样品粉碎后过150目筛，称取0.02 g样品于25 mL棕色三角瓶中，加入0.5 mL 80%乙醇辅以超声波分散均匀。再加入10 mL 2.0 mol/L NaOH溶液振荡均匀。向棕色三角瓶顶部空间通入氮气，封口膜密封，35 ℃恒温振荡水解2 h。水解完成后，再加入50 µL 、以 50% 甲醇水溶液配制的 1 mg/mL 3，4，5-三甲氧基肉桂酸内标物。将提取液pH值调至2.0，再用3倍体积乙酸乙酯提取两次，合并提取液，35 ℃旋蒸至2～3 mL，转移至5 mL试管中，室温下以氮气吹干。加入0.8 mL 50% 甲醇溶液复溶，过0.22 µm滤膜，进行HPLC分析。

1.3.5 米糠毛油活性成分的测定

米糠毛油制备：称取5 g左右的固相物质，加入100 mL 正己烷，室温下振荡20 min，4 000 r/min离心10 min，过滤后保留上清液，重复以上操作3遍，将所有上清液合并，旋蒸至2 mL，用3 mL 左右正己烷少量多次洗涤旋蒸瓶，氮气吹干，直至无正己烷残留。将所得样品放入-18 ℃冰箱保存待用。

谷维素的测定参照陈燕飞等[12]的方法并稍作改动。称取油样0.1 g置于10 mL棕色容量瓶中，加入异丙醇，超声溶解、定容、摇匀，通过0.22 µm有机滤膜，进样量10 µL。

角鲨烯、植物甾醇的测定参照朱小勇等[13]的方法。准确称取油样0.2～0.3 g于15 mL离心管，加入0.5 mL 的0.1 mg/mL的5α-胆甾烷醇，加入3 mL 2 mol/L KOH-乙醇溶液，85 ℃水浴1 h，冷却后加入2 mL水和5 mL正己烷，静置后提取上层清液于15 mL离心管，下层用5 mL正己烷再提取两次，合并有机液，加入2 mL水，振荡后提取上清液于15 mL离心管，氮气吹干；加入BSTFA+TMCS（体积比99：1）硅烷化试剂200 µL，置于75 ℃水浴30 min。取出冷却后，过0.22 µm有机膜，进样量1 µL。

1.3.6 水溶性固形物得率、提取率和保留率的计算

水溶性固形物得率（X，%）、提取率（T，%）和保留率（B，%）的计算公式如下。

式中：S为上清液质量，g；L为原料质量，g；Q为上清液中某物质含量，g/100 g；Y为原料中该物质含量，g/100 g；C为残渣中某物质含量，g/100 g；Z为残渣质量，g。

1.4 数据分析处理

试验均重复 3 次，结果表示为平均值±标准差，使用软件 SPSS Statistics 26 进行方差分析，p＜0.05 表示差异显著，p＜0.01 表示差异极显著。利用 Design Expert 13.0.1 软件进行响应面试验设计及试验数据处理，并对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 米糠基本成分的测定

米糠基本成分见表2。

由表2可知，米糠原料中的主要成分为木质素、脂肪、总淀粉、蛋白质、纤维素、灰分和半纤维素，其中木质素含量为20.61 g/100 g，脂肪含量为18.00 g/100 g， 总淀粉含量为17.36 g/100 g，蛋白质含量为13.28 g/100 g，纤维素含量为10.43 g/100 g，灰分含量为9.52 g/100 g，半纤维素含量为8.73 g/100 g。赵鑫等[14]对24个不同品种间稻谷米糠营养成分含量的差异性进行比较分析发现，不同种源米糠中各个成分的含量有较大差异，本研究中原料主要成分含量与该研究结果一致。米糠中的结合酚以阿魏酸和对香豆酸为主[15]，阿魏酸含量为2.60 mg/100 g，对香豆酸含量为1.20 mg/100 g。米糠毛油中含有丰富植物甾醇、角鲨烯、谷维素等植物化学物质[16]，谷维素含量为428.00 mg/100 g，角鲨烯含量为77.60 mg/100 g，植物甾醇含量为252.61 mg/100 g。

2.2 亚临界水处理对水溶性固形物得率的影响

不同处理条件下的水溶性固形物得率见表3，方差分析见表4。

从表4可以看出，在亚临界水处理试验中，一次项提取温度（A）对水溶性固形物得率影响极显著，提取时间（B）和体系pH值（C）无显著影响；二次项A2和B2无显著影响；交互项AB影响显著，说明提取温度与提取时间对水溶性固形物得率存在显著交互作用。提取温度和提取时间对水溶性固形物得率影响的响应面见图1。

由图1可知，提取温度对水溶性固形物得率影响极显著，水溶性固形物得率随提取温度升高而升高，即米糠中的部分物质向水相迁移，淀粉、纤维素、半纤维素、蛋白质等物质溶出，导致水溶性固形物得率增大；当提取温度过高时，水溶性固形物得率随着提取时间的延长而降低，部分物质开始降解，水溶性固形物得率降低。在提取温度180 ℃、提取时间5 min、体系pH7时，水溶性固形物得率达到最大值（66.33%）。

2.3 亚临界水处理对米糠主要成分的影响

不同处理条件下的米糠主要成分提取率和保留率见表5，相应方差分析见表6和表7。

2.3.1 亚临界水处理对蛋白质提取率的影响

提取温度和体系pH值对蛋白质提取率影响的响应面见图2。

由表6可知，提取温度对蛋白质提取率影响极显著，提取温度和体系pH值对蛋白质提取率影响显著。由图2可知，蛋白质提取率随提取温度升高而增大；可能是因为随着提取温度的升高，物料内分子动能增加，形成了更多蛋白质分子与水分子间的氢键，有利于蛋白质的溶出，蛋白质提取率提高[17]。在提取温度180 ℃、提取时间30 min、体系pH5时，蛋白质提取率达到最大值70.86%。

2.3.2 亚临界水处理对脂肪提取率的影响

提取温度-提取时间、体系pH值-提取时间对脂肪提取率影响的响应面见图3。

由表6可知，提取温度-提取时间、提取时间-体系pH值对脂肪提取率影响显著。由图3可知，经过亚临界水提取，大部分脂肪保留在残渣中，提取物中的脂肪含量低；随体系pH值的升高，脂肪提取率提高，这可能是由于脂肪在碱性条件下发生皂化反应，促使部分脂肪溶于水相；随着提取温度升高，脂肪提取率先升高后降低。提取温度升高，束缚在细胞结构中的脂肪在高温作用下释放出来，且由于乳化作用进入水相，但是当提取温度过高时，脂肪的乳化体系被破坏，被高温分解，从而造成脂肪提取率的下降[18]；在提取温度150 ℃、提取时间5 min、体系pH9时，脂肪提取率达到最大值（19.37%）。

2.3.3 亚临界水处理对淀粉提取率的影响

提取温度-提取时间对淀粉提取率影响的响应面见图4。

由表6可知，提取温度对淀粉提取率影响极显著。由图4可知，淀粉几乎全部从固相迁移到了水相；当提取时间一定时，淀粉提取率随着提取温度升高而显著增大，高温打破了结晶胶束区的氢键，使淀粉分子展开，同时淀粉发生水解作用，这使得淀粉更易于溶解到水相中；当提取温度一定时，淀粉提取率随着提取时间的延长先增大后减小，淀粉开始糊化，恒定一段时间后，淀粉颗粒破裂，黏度下降，冷却时，淀粉分子重新缔合形成沉淀[19]，导致淀粉提取率先升高后降低；在提取温度180 ℃、提取时间30 min、体系pH5时，淀粉提取率达到最大值（100%）。

2.3.4 亚临界水处理对半纤维素和纤维素提取率的影响

提取温度-提取时间对半纤维素和纤维素提取率影响的响应面见图5。

由表7可知，提取温度对半纤维素提取率影响极显著。由图5可知，半纤维素提取率随着提取温度升高而升高，可能是由于高温下半纤维素发生了部分水解，导致半纤维素提取率增大[20]；当提取温度较高时，提取时间延长，半纤维素提取率先增加后降低，可能是由于半纤维素部分降解；在提取温度180 ℃、提取时间30 min、体系pH5时，半纤维素提取率达到最大值（76.92%）。由图5可知，纤维素提取率随着提取温度升高而降低；温度较低、时间较短时，纤维素水解成葡萄糖，溶于水相；温度过高，时间较长时，葡萄糖开始降解，产生糠醛等物质，纤维素提取率降低[21]；在提取温度120 ℃、提取时间5 min、体系pH7时，纤维素提取率达到最大值（61.38%）。

2.3.5 亚临界水处理对木质素保留率的影响

提取温度-提取时间对固相里木质素保留率影响的响应面见图6。

由表7可知，提取温度和提取时间对木质素保留率影响极显著。由图6可知，木质素保留在固相；木质素保留率随着提取温度升高和提取时间延长而升高；因固相里的蛋白质、淀粉、半纤维素等物质溶出，导致固相里木质素保留率明显升高。在提取温度180 ℃、提取时间60 min、体系pH7时，木质素保留率达到最大值（75.02%）。

2.4 亚临界水处理对米糠活性成分的影响

不同处理条件下的米糠活性成分提取率和保留率见表8，方差分析见表9。

2.4.1 亚临界水处理对酚酸提取率的影响

提取温度-提取时间对阿魏酸和对香豆酸提取率影响的响应面见图7。

由表9可知，提取温度对阿魏酸提取率影响极显著。由图7可知，阿魏酸提取率随提取温度的升高而显著升高，阿魏酸主要以酯键形式结合在半纤维素中[22]，大量的半纤维素溶出，阿魏酸也随之溶出，阿魏酸提取率增大。在提取温度180 ℃、提取时间5 min、体系pH9时，阿魏酸提取率达到最大值（88.10%）。提取时间一定时，对香豆酸提取率随提取温度的升高而升高；反之，提取温度一定时，对香豆酸提取率随提取时间的延长而升高[23]；当提取温度和提取时间相互作用时，二者同时升高或降低，作用强度过高或过低，对香豆酸提取率较低。在提取温度180 ℃、提取时间5 min、体系pH9时，对香豆酸提取率达到最大值41.76%。

2.4.2 亚临界水处理对米糠毛油中活性成分保留率的影响谷维素、角鲨烯、植物甾醇保留率响应面模型显著性分析见表10。

各因素对谷维素保留率、角鲨烯保留率、植物甾醇保留率影响的响应面图见图8～图10。

由表10可知，提取温度对谷维素、角鲨烯和植物甾醇保留率影响极显著。由图8可知，提取时间一定时，谷维素保留率随提取温度的升高而降低；提取时间和体系pH值对谷维素提取率无影响。由图9和图10可知，提取时间一定时，角鲨烯、植物甾醇保留率随提取温度升高而降低；提取温度一定时，随着体系pH值的增大，角鲨烯、植物甾醇保留率越高；由以上结果可知，温度过高会降解米糠毛油里的活性成分[24]，导致保留率降低；在提取温度120 ℃、提取时间60 min、体系pH7时，谷维素、角鲨烯、植物甾醇保留率达到最大值，分别为42.21%、60.57%、81.04%。

3 结论

本研究选择有显著影响的3个处理因素提取温度、提取时间和体系pH值进行三因素三水平的响应面分析。经过亚临界水处理，离心分离得到水相和固相两组分，对其成分进行测定。结果表明：提取温度对水溶性固形物得率的影响极显著，随提取温度升高，水溶性固形物得率升高，提取时间对水溶性固形物得率的影响较小，二者存在相互作用影响水溶性固形物得率；在提取温度180 ℃、提取时间5 min、体系pH7时，水溶性固形物得率达到最大值（66.33%）。提取温度对米糠蛋白质、淀粉、半纤维素、阿魏酸提取率及木质素保留率影响显著，随提取温度的升高，蛋白质、淀粉、半纤维素、阿魏酸提取率及木质素保留率均升高；提取时间对米糠营养成分提取率无显著影响；体系pH值对脂肪提取率影响显著，对其它营养成分的提取率无显著影响；在提取温度180 ℃、提取时间30 min、体系pH5时，蛋白质、淀粉、半纤维素提取率达到最大值，分别为70.86%、100%、76.92%；在提取温度180 ℃、提取时间5 min、体系pH9时，阿魏酸、对香豆酸提取率达到最大值，分别为88.10%、41.76%。提取温度和体系pH值对固相中米糠毛油里的活性物质影响显著，随提取温度升高，谷维素、角鲨烯、植物甾醇保留率显著降低；在提取温度120 ℃、提取时间60 min、体系pH7时，谷维素、角鲨烯、植物甾醇保留率达到最大值，分别为42.21%、60.57%、81.04%。

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Evaluation of Effectiveness of Subcritical Water Extraction for Rice Bran Components

XUE Wei1，LI Cheng2，WANG Li3*，CHEN Zhengxing3

（1. Jiangsu State Farms Cereals Industry Group Co.，Ltd.，Nanjing 210000，Jiangsu，China； 2. College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai′an 271018，Shandong，China； 3. School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu，China）

Abstract： Subcritical water is a green，environmentally friendly and highly efficient extraction technology with great potential for the efficient separation and extraction of nutritional components from rice bran. In this study，rice bran was used as the raw material and treated with subcritical water technology. The effects of different treatment conditions on the nutritional components of rice bran were investigated. The results showed that the extraction temperature had the most significant impact on the yield of water-soluble solids. At an extraction temperature of 180 ℃，an extraction time of 5 min，and a system pH of 7，the yield of water-soluble solids reached the maximum value of 66.33%. The extraction temperature had a significant effect on the extraction rates of protein，starch，hemicellulose and ferulic acid，as well as the lignin retention rate in rice bran. With the increase in extraction temperature，the extraction rates of protein，starch，hemicellulose，ferulic acid，as well as the lignin retention rate，all increased. The extraction time showed no significant effect on the extraction rates of the nutritional components from rice bran. The extraction pH had a significant effect on the fat extraction rate. The extraction temperature had a significant effect on the active substances in the crude oil of rice bran in the solid phase. With the increase in extraction temperature，the retention rates of oryzanol，squalene，and phytosterols significantly decreased.

Key words：subcritical water；extraction；rice bran；nutritional component；active component

DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2026.08.011

引文格式：薛薇，李诚，王莉，等. 亚临界水提取米糠成分的效果评价[J]. 食品研究与开发，2026，47（8）：93-102.
XUE Wei，LI Cheng，WANG Li，et al. Evaluation of Effectiveness of Subcritical Water Extraction for Rice Bran Components[J].Food Research and Development，2026，47（8）：93-102.

基金项目：国家重点研发计划子课题（2022YFF1100503-2）

作者简介：薛薇（1995—），女（汉），硕士研究生，研究方向：稻米精深加工。

*通信作者：王莉（1981—），女，教授，博士，研究方向：粮食资源综合利用。

收稿日期：2025-01-07

责任编辑：冯娜