不同熱處理對(duì)棉籽餅中棉酚含量的影響

魏二虹,張文舉,劉東軍

(石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,石河子832003)

不同熱處理對(duì)棉籽餅中棉酚含量的影響

魏二虹,張文舉,劉東軍

(石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,石河子832003)

為研究探討不同形式棉酚含量的變化規(guī)律,采用L9(34)正交試驗(yàn),分析了加熱時(shí)間、溫度和濕度不同組合處理對(duì)棉籽餅中總棉酚、游離棉酚和結(jié)合棉酚含量的影響。結(jié)果表明:1)棉籽餅在加熱處理?xiàng)l件下,加熱時(shí)間、溫度和濕度對(duì)消除總棉酚、游離棉酚和結(jié)合棉酚含量均有極顯著(P<0.01)影響,對(duì)游離棉酚而言,其主次效應(yīng)因素順序?yàn)闈穸?、時(shí)間和溫度;而對(duì)總棉酚和結(jié)合棉酚而言,其主次效應(yīng)因素順序?yàn)闇囟?、濕度和時(shí)間。三因素間具有極顯著(P<0.01)的組合效應(yīng),其中A3B3C2處理為最優(yōu)水平組合,即加熱時(shí)間30min、溫度120℃、濕度50%。2)棉籽餅在加熱處理過程中,游離棉酚含量的降低主要是由于加熱時(shí)間、溫度和濕度的交互作用,游離棉酚絕大部分被分解消除,未形成結(jié)合棉酚,從而達(dá)到脫毒的目的。

棉籽餅;加熱時(shí)間;加熱溫度;棉籽餅濕度;棉酚含量

棉籽餅粕是棉籽榨油后的副產(chǎn)物,是重要的蛋白飼料資源,其粗蛋白含量在30%～45%,但由于含有有毒成分棉酚,會(huì)對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)、發(fā)育和繁殖等方面產(chǎn)生明顯的不良影響,因而限制了棉籽餅粕安全而有效的用作畜禽蛋白飼料,其利用價(jià)值和使用量都受到極大限制。為此,國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究人員對(duì)棉籽餅粕的脫毒方法及途徑進(jìn)行了廣泛而深入的研究,取得了許多研究成果,如物理法[1,2]、化學(xué)法[2～5]以及微生物發(fā)酵法[6～13]等,其中物理法中的水熱處理法是傳統(tǒng)的處理工藝,一般采用蒸煮或蒸汽等加熱加壓方法脫毒。其原理是根據(jù)棉籽餅粕在水中可破壞棉籽色素腺體,使游離棉酚釋放出來,在高溫下蛋白質(zhì)、氨基酸結(jié)合形成結(jié)合棉酚脫毒[14]。微生物發(fā)酵脫毒法是我國(guó)從事棉籽餅脫毒研究方面的獨(dú)特方法,處于國(guó)際領(lǐng)先地位,國(guó)外相關(guān)報(bào)道極少。生物發(fā)酵法就是將特定微生物接種到棉籽餅粕培養(yǎng)基中,在一定的條件下利用微生物在飼料原料中的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝,棉酚被分解利用或與蛋白質(zhì)氨基酸結(jié)合形成結(jié)合棉酚,從而達(dá)到脫毒的目的。

目前,國(guó)外有關(guān)棉籽餅粕微生物發(fā)酵脫毒研究的文獻(xiàn)很少,國(guó)內(nèi)有深度的文獻(xiàn)也不多,發(fā)酵脫毒機(jī)理尚無定論。張文舉[2]研究發(fā)現(xiàn)加熱處理可極顯著降低結(jié)合棉酚含量,隨著處理溫度的增加脫毒效果顯著提高。賈曉峰[13]發(fā)現(xiàn)微生物固態(tài)發(fā)酵對(duì)棉籽粕棉酚脫毒主要是高溫高壓滅菌作用。本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,研究加熱時(shí)間、溫度和濕度不同組合處理對(duì)棉籽餅中總棉酚(total gossypol,TG)、游離棉酚(free gossypol,FG)和結(jié)合棉酚(bound gossypol,BG)含量的影響,并探討棉酚變化規(guī)律,以期為研究棉籽餅中棉酚脫毒機(jī)理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 底物

棉籽餅(新疆石河子產(chǎn)),粉碎,過60目篩。樣品中TG含量7062.7mg/kg,FG含量921.7mg/kg,BG含量6141.0mg/kg,粗蛋白含量39.20%。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

微型植物粉碎機(jī)(FZ102,北京);電子天平(AB204.S,瑞士),稱量精度0.0001g;高壓蒸汽滅菌鍋(MLS-3750,日本);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(GZX-9246MBE,上海);數(shù)顯全溫振蕩器(金怡HZQ-2,金壇);電熱恒溫水浴鍋(DKB-501A,上海);紫外-可見光光度計(jì)(755B,上海)。

1.1.3 主要試劑

異丙醇(分析純,HG/T2892-1997,天津);正己烷(分析純,Q/12HG-989-200,天津);3-氨基-1-丙醇(化學(xué)純,Q/HG22-1941-78,上海);苯胺(分析純,GB/T691-1994,天津);冰乙酸(分析純,GB/T676-1990,天津);鋅粉 (分析純 ,Q/HB3639-2003,天津);N-N-二甲基甲酰胺(分析純,GB/T17521-1998,天津)等。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),試驗(yàn)處理因素和水平見表1。試驗(yàn)按照正交表L 9(34)設(shè)置三因素四水平試驗(yàn)處理(表2)。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Tab.1 Level-factor of orthogonal experiment

1.2.2 樣品處理方法

將棉籽餅100g置于500mL三角瓶中,按照固液比為 1∶0.5、1∶0.8、1∶1.25的比例,用蒸餾水調(diào)濕棉籽餅,混勻,其水分含量分別約為40.0%、50.0%、60.0%,然后按表1的因素組合處理樣品,共9個(gè)處理組,每個(gè)處理組設(shè)3個(gè)重復(fù),同時(shí)做1個(gè)對(duì)照組。處理結(jié)束后,將處理后的棉籽餅及未處理的棉籽餅(對(duì)照)放入烘箱中,60℃烘干48h,粉碎,過60目篩,裝入樣品袋中置于4℃冰箱中待測(cè)。本試驗(yàn)測(cè)定樣品均為風(fēng)干基礎(chǔ)物質(zhì)。

1.2.3 分析測(cè)定

FG參照文獻(xiàn)[16]中方法進(jìn)行測(cè)定;TG參照文獻(xiàn)[17]中方法進(jìn)行測(cè)定;BG按照公式BG=TGFG計(jì)算得出:

FG(TG或BG)消除(%)=100%-

1.2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

應(yīng)用DPS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行正交試驗(yàn)方差分析及多重比較(LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)棉籽餅TG含量的影響

由表2可見,棉籽餅經(jīng)不同因素加熱處理后TG含量均為極顯著(P<0.01)降低,消除率為16.8%～32.9%。從表2極差值R和表3的 F值結(jié)果都可得出,對(duì) TG含量影響的主次效應(yīng)因素順序?yàn)?溫度、濕度和時(shí)間。

由表3可見,A、B、C三因素 F值均大于 F0.01(2,16)值,表明加熱時(shí)間、溫度和濕度對(duì)棉籽餅中TG含量均有極顯著影響(P<0.01)。各處理重復(fù)組間 F值小于 F0.01(2,16)值,表明試驗(yàn)處理重復(fù)性好,結(jié)果可靠。模型誤差(e1)的 F值大于 F0.01(2,16)值,表明A、B、C三因素間有極顯著(P<0.01)的交互作用,從表2可見A3B3C2處理的棉籽餅中TG含量最低,為4735.9mg/kg,TG消除率最高,為32.9%;而A1B3C3處理的棉籽餅中 TG含量最高,為5879.2mg/kg,TG消除率僅16.8%。

通過對(duì)A、B、C三因素不同水平進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表2(K值),加熱時(shí)間、溫度兩因素的 K1、K2水平間差異不顯著(P>0.05),但 K1、K2與 K3間均差異極顯著(P<0.01);濕度因子的三水平間差異極顯著(P<0.01),表明各因素不同水平對(duì)棉籽餅中 TG含量有極顯著影響(P<0.01),其中A3B3C2處理為消除 TG的最優(yōu)水平組合。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及TG含量(以風(fēng)干物質(zhì)計(jì))Tab.2 Orthogonal experiment design and contents of TG(air-dried matter basis)

表3 TG正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Tab.3 The TGexperimental results of orthogonal analysis of variance

2.2 不同處理對(duì)棉籽餅FG含量的影響

由表4可見,棉籽餅經(jīng)不同因素加熱處理后FG含量均極顯著(P<0.01)降低,消除率達(dá)78.0%～92.8%。從表4極差值 R和表5的 F值結(jié)果都可得出,對(duì)FG含量影響的主次效應(yīng)因素順序?yàn)?濕度、時(shí)間和溫度。

由表5可見,A、B、C三因素的 F值均大于F0.01(2,16)值,表明加熱時(shí)間、加熱溫度和棉籽餅濕度對(duì)棉籽餅中FG含量均有極顯著影響(P<0.01)。各處理重復(fù)組間 F值小于 F0.01(2,16)值,表明試驗(yàn)處理重復(fù)性好,試驗(yàn)結(jié)果可靠。模型誤差(e1)的 F值大于 F0.01(2,16)值,表明A、B、C三因素間有極顯著(P<0.01)的交互作用,從表2可見A3B3C2處理的棉籽餅中FG含量最低,僅為66.0mg/kg,消除率最高,達(dá)92.8%;而A1B3C3處理的棉籽餅中 FG含量最高,達(dá)203.1mg/kg,消除率僅78.0%。

通過對(duì)A、B、C三因素不同水平進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表4(K值),除溫度因素的 K1、K3水平間差異不顯著(P>0.05)外,其余各因素各水平間均差異極顯著(P<0.01),表明各因素不同水平對(duì)棉籽餅中 FG含量有極顯著(P<0.01)影響,其中A3B3C2處理為最優(yōu)水平組合。

表4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及FG含量(以風(fēng)干物質(zhì)計(jì))Tab.4 Orthogonal experiment design and contents of FG(air-dried matter basis)

表5 FG正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Tab.5 The FG experimental results of orthogonal analysis of variance

2.3 不同處理對(duì)棉籽餅BG含量的影響

由表6可見,棉籽餅經(jīng)不同因素加熱處理后BG含量均極顯著(P<0.01)降低,消除率為7.4%～24.0%。從表6極差值R和表7的 F值結(jié)果都可得出,對(duì)BG含量影響的主次效應(yīng)因素順序?yàn)?溫度、濕度和時(shí)間。

由表7可見,A、B、C三因素的 F值均大于F0.01(2,16)值,表明加熱時(shí)間、溫度和濕度對(duì)棉籽餅中BG含量均有極顯著影響(P<0.01)。各處理重復(fù)組間 F值小于 F0.01(2,16)值,表明試驗(yàn)處理重復(fù)性好,試驗(yàn)結(jié)果可靠。模型誤差(e1)的 F值大于 F0.01(2,16)值,表明 A、B、C三因素間有極顯著(P<0.01)的交互作用,從表6可見A3B3C2處理的棉籽餅中BG含量最低,為4669.9mg/kg,BG消除率最高,為24.0%;而A3B2C1處理的棉籽餅中BG含量最高,為5684.0mg/kg,BG消除率僅7.4%。

通過對(duì)A、B、C三因素不同水平進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表6(K值),加熱時(shí)間、溫度兩因素的 K1、K2水平間差異不顯著(P>0.05),但 K1、K2與 K3間均差異極顯著(P<0.01);濕度因子的三水平間差異顯著(P<0.05),表明各因素不同水平對(duì)棉籽餅中BG含量有顯著(P<0.05)影響,其中A3B3C2處理為消除BG的最優(yōu)水平組合。

根據(jù)表2、4、6中 TG、FG和BG的試驗(yàn)結(jié)果 ,計(jì)算出 TG、FG和BG消除量,結(jié)果見表8。從表8可見,TG消除量等于BG和FG消除量之和,其中FG消除量占 TG消除量36.8%～63.4%,BG消除量占TG消除量36.6%～63.2%?？梢娒拮扬炘诩訜崦摱具^程中,FG含量的降低主要是由于加熱時(shí)間、溫度和濕度的交互作用,FG被分解消除。

表6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及BG含量(以風(fēng)干物質(zhì)計(jì))Tab.6 Orthogonal experiment design and contents of BG(air-dried matter basis)

表7 BG正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Tab.7 The BGexperimental results of orthogonal analysis of variance

2.4 TG消除量與BG和FG消除量的關(guān)系

結(jié)果見表8。

表8 TG消除量與FG、BG消除量的計(jì)算結(jié)果Tab.8 The decresage contents of TG,BGand FG

3 討論

棉籽餅經(jīng)加熱處理可顯著降低FG含量已有多篇文獻(xiàn)報(bào)道[1,2,13,15],但 FG是被降解消除,還是形成BG未見報(bào)道,TG和BG的變化規(guī)律未見闡明。

本研究發(fā)現(xiàn)加熱時(shí)間、溫度和濕度對(duì)消除棉籽餅TG、FG和BG含量均有極顯著(P<0.01)影響,對(duì)FG而言,濕度和時(shí)間為主效因素;但對(duì) TG和BG而言,溫度和濕度為主效因素。三因素間具有極顯著(P<0.01)的組合效應(yīng),且不同水平間差異顯著(P<0.05),其中A3B3C2處理為最優(yōu)水平組合,即加熱時(shí)間30min、溫度 120℃、濕度50%時(shí),可使棉籽餅 FG從921.7mg/kg降至66.0mg/kg,消除率92.8%;TG從7062.7mg/kg降至 4735.9mg/kg,消除率為32.9%;BG從6141.0mg/kg降至4669.9mg/kg,消除率為24.0%。研究發(fā)現(xiàn)隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的增高,TG和BG的消除率顯著提升,但濕度因子表現(xiàn)為中等濕度(50%的含水量)對(duì)棉籽餅 TG、FG和BG具有良好的消除降解效果。本研究結(jié)果表明加熱處理使棉籽餅中的大部分FG得以降解消除,并未形成BG;同時(shí)發(fā)現(xiàn),在加熱處理過程中棉籽餅部分 TG和BG均被降解消除。

4 結(jié)論

1)棉籽餅在加熱處理?xiàng)l件下,加熱的時(shí)間、溫度和濕度對(duì)消除FG、TG和BG含量均有極顯著(P<0.01)影響,對(duì) FG而言,其主次效應(yīng)因素順序?yàn)闈穸?、時(shí)間和溫度;而對(duì) TG和BG而言,其主次效應(yīng)因素順序?yàn)闇囟?、濕度和時(shí)間。三因素間具有極顯著(P<0.01)組合效應(yīng),其中A3B3C2處理為最優(yōu)水平組合,即加熱時(shí)間30min、溫度120℃、濕度50%。

2)棉籽餅在加熱處理過程中,FG含量的降低主要是由于加熱時(shí)間、溫度和濕度的交互作用,FG絕大部分被分解消除,未形成BG,從而達(dá)到脫毒的目的。

[1]Noftsger S M,Hopkins B A,Diaz D E,et al.Effect of whole and expanded-expelled cottonseed on milk yield and blood gossypol[J].J Dairy Sci,2000,83,2539-2547.

[2]張文舉.高效降解棉酚菌種的選育及棉籽餅粕生物發(fā)酵的研究[D].杭州:浙江大學(xué),2006.

[3]Tabatabai F,Golian A,Salarmoeini M.Determination and detoxification methods of cottonseed meal gossypol for broiler chicken rations[J].Agric Sci Technol,2002,16(1):3-15.

[4]Nagalakshmi D,Sastry V RB,Agrawal D K.Detoxification of undecorticated cottonseed meal by various physical and chemical methods[J].Anim Nutr Feed Technol,2002,2(2):117-126.

[5]Barros M M,Lim C,Klesius P H.Effect of soybean mealreplacement by cottonseed meal and iron supplementation on growth,immune response and resistance of Channel Catfish(Ictalurus puctatus)to Edwardsiella ictaluri challenge[J].Aquaculture,2002,207:263-279.

[6]吳小月,陳金湘.利用微生物降解棉仁餅粕中游離棉酚的研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),1989,22(2):82-86.

[7]鐘英長(zhǎng),吳玲娟.利用微生物將棉籽中游離棉酚脫毒的研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1989,28(3):67-72.

[8]Zhang W J,Xu Z R,Sun J Y,et al.Effect of selected fungi on the reduction of gossypol levels and nutritional value during solid substrate fermentation of cottonseed meal[J].Journal of Zhejiang University Science B,2006,7(9):690-695.

[9]Zhang W J,Xu Z R,Sun J Y,et al.A Study on the reduction of gossypol levels by mixed culture solid substrate fermentation of cottonseed meal[J].Asian-Australasian Journal of Animal Science,2006,19(9):1314-1321.

[10]Zhang WJ,Xu Z R,Zhao S H,et al.Development of a microbial fermentation process for detoxification of gossypol in cottonseed meal[J].Animal Feed Science and Technology,2007,135:176-186.

[11]Zhang W J,Xu Z R,Zhao S H,et al.Optimization of process parameters for reduction of gossypol levels in cottonseed meal by Candida tropicalis ZD-3 during solid substrate fermentation[J].Toxicon,2006,48:221-226.

[12]楊繼良,周大云,楊偉華,等.高效降解棉酚菌種的篩選及棉子餅脫毒參數(shù)的研究[J].棉花學(xué)報(bào),2000,12(5):225-229.

[13]賈曉峰.棉籽粕棉酚脫毒及蛋白質(zhì)降解的影響[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2008.

[14]Nagalakshmi D,Sastry V RB,Agrawal D K.Detoxification of undercorticated cottonseed meal by various physical and chemical methods[J].Anim Nutr and Feed Tech,2002,2(2):117-126.

[15]院 江,孫新文,丁 寧,等.微生物發(fā)酵對(duì)棉籽殼營(yíng)養(yǎng)成分及游離棉酚的影響[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,24(3):299-301.

[16]GB/T 13086-1991,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[17]ISO 6866-1985,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織[S].

The Influences of Different Heat Treatments on the Contents of Gossypol in Cottonseed Cake

WEI Erhong,ZHANG Wenju,LIU Dongjun
(1 College of Animal Science and Technology,Shihezi University,Shihezi 832003,China)

To investigate the reduction regularity of various gossypol,the design of orthogonal experiment was adopted,and the orthogonal table L9(34)was adopted to analyze the effect of different treatments on the contents of total gossypol,free gossypol and bound gossypol in cottonseed cake.The results showed that the heating time,heating temperature and humidity of cottonseed cake all have extremely significant effects(P<0.01)on the reduction of total gossypol,free gossypol and bound gossypol in cottonseed cake during heat treatment,asfor free gossypol the main effect factor was humidity of cottonseed cake,next being the heating time and last heating temperature,while for total gossypol and bound gossypol,the main effect factor was heating temperature,next being the heating time and last humidity of cottonseed cake.There were extremely significant interaction effects(P<0.01)on the reduction of total gossypol,free gossypol and bound gossypol in cottonseed cake among the 3 factors,and the group of A3B3C2,that is to say,the treatment of heating time 30min,heating temperature 120℃and humidity of cottonseed cake 50%,was the best.During the heating process,the free gossypol decrease mainly depended on the interaction of the heating time,temperature and humidity of cottonseed cake,and free gossypol of reduction part was degraded completely,not changed into bound gossypol,therefore,the objective of cottonseed cake detoxification was accomplished.

cottonseed cake;heating time;heating temperature;humidity of cottonseed cake;contents of gossypol

張文舉(1966-),男,教授,從事飼料資源的開發(fā)與利用;e-mall:zhang-wj1022@tom.com。

S816.43

A

1007-7383(2010)01-0052-06

2009-08-27

魏二虹(1981-),女,碩士生,專業(yè)方向?yàn)轱暳腺Y源的開發(fā)與利用;e-mail:weihonghelen@126.com。