米曲霉固態(tài)發(fā)酵脫除菜籽粕中芥子堿和多酚研究

肖 翼 王承明

米曲霉固態(tài)發(fā)酵脫除菜籽粕中芥子堿和多酚研究

肖 翼 王承明

(農(nóng)業(yè)部食品安全評價重點開放實驗室華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070)

為了探討米曲霉發(fā)酵菜籽粕對其中抗?fàn)I養(yǎng)因子的脫除效果，以米曲霉發(fā)酵時間，接種量和麩皮添加量為試驗因素，以菜籽粕中芥子堿和多酚脫除率作為評價指標(biāo)，優(yōu)化米曲霉固態(tài)發(fā)酵工藝。方差分析結(jié)果表明，米曲霉接種量對芥子堿和多酚脫除率都有顯著性影響(P＜0．05)，而發(fā)酵時間和麩皮添加量的影響差異性不顯著(P＞0．05)。確定最優(yōu)發(fā)酵工藝為:米曲霉接種量為8%，麩皮添加量為10%，以自然pH在30℃下培養(yǎng)60 h后，芥子堿與多酚的脫除效果最好，分別可達(dá)50．614%和67．252%。故而，米曲霉固態(tài)發(fā)酵法是脫除菜籽粕中2種抗?fàn)I養(yǎng)因子的有效途徑之一。

菜籽粕 米曲霉 多酚 芥子堿

中國是世界上油菜籽最主要的生產(chǎn)國之一，年產(chǎn)量超過500萬噸，榨油后產(chǎn)生的菜籽餅粕也達(dá)350萬噸，資源豐富。菜籽粕中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%左右，氨基酸組成合理，富含賴氨酸，幾乎不存在限制性氨基酸，接近聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)的推薦值，營養(yǎng)價值優(yōu)于大豆蛋白，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白資源［1－4］。然而，菜籽粕中含有芥子堿和多酚等多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，極大地影響和限制了菜籽粕的應(yīng)用價值和領(lǐng)域。為此，尋求有效脫除芥子堿和多酚的方法，是提高菜籽粕利用效率，擴(kuò)大應(yīng)用范圍的重要途徑。

抗?fàn)I養(yǎng)因子脫除方法主要有物理、化學(xué)和微生物學(xué)脫毒法。其中物理脫毒主要有脫皮處理和熱處理，缺點是處理時間長，能耗大，脫毒效果不明顯，氨基酸受損，降低了菜籽粕的利用價值［5－7］?；瘜W(xué)法不僅脫毒單一，產(chǎn)品口感差，而且強(qiáng)酸堿或有機(jī)試劑的引入，對環(huán)境有一定程度的威脅［8－9］。然而，微生物發(fā)酵脫毒法相對于其他方法具有成本小、操作簡單、蛋白和某些氨基酸都有所提高等優(yōu)點，倍受研究者的青睞和關(guān)注。據(jù)報道，可用于脫毒的微生物是很多的，如細(xì)菌、霉菌、酵母菌均可，其中又以白地霉、酵母菌、乳桿菌、青霉菌、曲霉菌效果最好，且液體發(fā)酵，固體發(fā)酵均可。P．Rozan等［10］利用少孢根霉固態(tài)發(fā)酵菜籽粕，能使其中酚類物質(zhì)的降解率達(dá)30%。Lacki等［11］研究發(fā)現(xiàn)白腐真菌產(chǎn)生的酶可顯著降低卡諾拉菜粕中的芥子堿含量。然而，目前國內(nèi)外對菜籽粕微生物脫毒主要集中在硫苷，植酸和粗纖維方面［12－13］。

為此，考慮到菜粕中硫苷和植酸被脫除后，芥子堿和多酚的抗?fàn)I養(yǎng)作用凸顯，本文選用米曲霉進(jìn)行菜籽粕固態(tài)發(fā)酵降解芥子堿和多酚的研究，因為米曲霉是一類產(chǎn)復(fù)合酶的菌株，其發(fā)酵過程中產(chǎn)生的單寧酶，可以使原料中難吸收的單寧降解，從而提高消化率，還對芥子堿有一定的脫除作用。

1 材料與方法

1．1 材料

菌種:米曲霉(Aspergillus oryzae)為本實驗室保藏菌株。

菜籽粕:湖北奧星糧油工業(yè)有限公司。

1．2 主要儀器

UV100紫外可見分光光度計:天津普瑞斯儀器有限公司;SPX－250B－D搖床:天津泰斯特;SWCJ－2FD無菌操作臺、YXQ－SG46－280S高壓滅菌鍋:上海博迅;SPX－250B恒溫培養(yǎng)箱:天津泰斯特公司;WP700TL23－K5微波爐:格蘭仕。

1．3 試驗方法

1．3．1 生產(chǎn)菌種基礎(chǔ)培養(yǎng)基制備

斜面保藏菌種，用馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基活化生產(chǎn)高活力米曲霉孢子。

1．3．2 孢子懸浮液的制備［14］

將米曲霉菌種接于PDA斜面培養(yǎng)基上，30℃培養(yǎng)48 h;在無菌條件下，加入30 mL無菌生理鹽水，用無菌接種環(huán)在培養(yǎng)基表面輕輕刮動，使孢子懸浮于液體中，將液體移入試管，混勻，用無菌的定性濾紙過濾，用血球計數(shù)法度數(shù)，調(diào)整孢子濃度為1．2×106cfu/mL，成為孢子懸浮液，備用。

1．3．3 菜籽粕原料的制備

將菜籽粕粉碎，過40目篩，添加麩皮后與水以1∶2的比例混合均勻，微波滅菌3 min后，接種米曲霉孢子懸浮液，在自然pH，30℃下發(fā)酵一定時間。

1．3．4 米曲霉發(fā)酵單因素試驗

以菜籽粕為基料，麩皮添加量為10%，菌種接種量為8%，于30℃恒溫培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)24、36、48、60、72 h后，觀察發(fā)酵過程中產(chǎn)物所含多酚和芥子堿變化規(guī)律。

以菜籽粕為基料，麩皮添加量為10%，菌種接種量(質(zhì)量比)分別為2%、4%、6%、8%和10%，于30℃恒溫培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)60 h后，觀察發(fā)酵過程中產(chǎn)物所含多酚和芥子堿變化規(guī)律。

以菜籽粕為基料，麩皮添加量(質(zhì)量比)為0%、5%、10%、15%和20%，菌種接種量為8%，于30℃恒溫培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)60 h后，觀察發(fā)酵過程中產(chǎn)物所含多酚和芥子堿變化規(guī)律。

1．3．5 正交試驗設(shè)計優(yōu)化米曲霉的發(fā)酵條件

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，確定3因素3水平，選用L9(33)正交表，設(shè)計如表1所示。

表1 正交試驗因素與水平

1．3．6 測定方法

多酚的測定方法:Folin－Denis法;芥子堿的測定方法［15］:紫外分光光度法;孢子懸浮液濃度測定:血球計數(shù)法。

1．3．7 數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003，方差分析采用SPSS 17．0 軟件。

2 結(jié)果與分析

2．1 單因素對米曲霉發(fā)酵的影響

2．1．1 發(fā)酵時間

如圖1所示，隨發(fā)酵時間的延長，所得發(fā)酵產(chǎn)物中芥子堿和多酚脫除率顯著增大(P＜0．05)。但是，芥子堿在48 h后的脫除效果不顯著。多酚脫除率在60 h后變化不顯著(P＞0．05)。綜合考慮芥子堿和多酚同時脫除效果最佳，故選擇發(fā)酵時間為60 h為宜。

圖1 不同發(fā)酵時間對芥子堿和多酚含量的影響

2．1．2 接種量

如圖2所示，接種量對芥子堿和多酚的影響趨勢是相同的。隨著接種量的增大，發(fā)酵產(chǎn)物中芥子堿和多酚的脫除率顯著增大(P＜0．05)，到接種量為8%時，變化趨于穩(wěn)定。因此，選擇米曲霉的接種量為8%最好。

圖2 不同接種量對芥子堿和多酚含量的影響

2．1．3 麩皮添加量

如圖3所示，隨著麩皮添加量的增加，芥子堿和多酚的脫除率顯著增大(P＜0．05)，到添加量為10%后，變化差異不顯著(P＞0．05)。利用麩皮作為基質(zhì)的填充物能有效的促進(jìn)芥子堿和多酚的分解，最佳麩皮添加量為10%。

圖3 不同麩皮添加量對芥子堿和多酚含量的影響

2．2 米曲霉發(fā)酵正交試驗極差與方差分析

由表2極差分析結(jié)果顯示，當(dāng)以多酚脫除率為指標(biāo)時，影響因素的主次順序為B＞A＞C，最佳方案為A2B2C1。當(dāng)以芥子堿脫除率為指標(biāo)時，影響因素的主次順序為B ＞A＞C，最佳條件為A3B2C3。表3方差分析結(jié)果顯示，發(fā)酵時間對多酚和芥子堿脫除率的影響不顯著(P＞0．05)。米曲霉接種量對芥子堿和多酚脫除率都有顯著影響(P＜0．05)，而麩皮添加量的影響差異不顯著(P＞0．05)。綜合極差和方差分析結(jié)果確定最佳發(fā)酵條件為:A2B2C1，即米曲霉接種量和麩皮添加量分別為8%和10%，在自然pH，30℃下發(fā)酵60 h脫除效果最佳。驗證試驗得到多酚和芥子堿的脫除率分別為67．252%和50．614%，均高于正交組。

表3 方差分析結(jié)果

3 結(jié)論

米曲霉接種量、發(fā)酵時間和麩皮添加量對發(fā)酵后的菜籽粕中多酚和芥子堿含量均有不同程度的影響。適宜于米曲霉發(fā)酵菜籽粕的條件為接種孢子懸浮液液為1．2×106cfu/mL的米曲霉，9 cm培養(yǎng)皿中裝入9 g菜籽粕，1 g麩皮與水以1:2的比例混合均勻后，接種8%菌種于30℃培養(yǎng)60 h后，所得發(fā)酵物產(chǎn)物芥子堿和多酚的脫除效果最好。

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Study on Removal of Sinapine and Polyphenols in Rapeseed Meals by Aspergilus Oryzae Solid－State Fermentation

Xiao Yi Wang Chengming
(MOA Key Laboratory of Food Safety Evaluation，College of Food Science and Tech－nology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070)

To investigate the removal efficiency of anti－nutritional factors in rapeseed meal fermentation by Aspergillus oryzae，three factors as fermentation time，a amount of Aspergilus oryzae inoculations and bran additions，which effected the contents of polyphenols and sinapine in the fermentation products，were researched to optimize fermentation process with the removal rate of polyphenols and sinapine as the evaluation index．The results showed an amount of Aspergilus oryzae inoculations greatly effected the removal rate of polyphenols and sin pine(P ＜0．05)，rather than the fermentation time and bran additions(P ＞0．05)．The optimal conditions determined were as follows:with 8%in the amount of Aspergilus oryzae inoculations and 10%in the amount of bran addition respectively，the removal rate of polyphenols and sinapine were the best under the natural pH and temperature 30 centigrade after cultivating 60 h，which reached 50．614%and 67．252%respectively．So，it was an effective way to remove two anti－ nutritional factors in rapeseed meal by solid－state fermentation of Aspergillus oryzae．

rapeseed meal，aspergilus oryzae，polyphenols，sinapine

TQ920．6

A

1003－0174(2011)10－0079－04

國家科技支撐計劃(2006BAD21B03)

2010－12－09

肖翼，女，1985年出生，碩士，食品化學(xué)

王承明，男，1964年出生，教授，糧油加工