菜籽粕水體系脫毒工藝研究

彭勝，鄭陽(yáng)，史麗娟，朱敏，彭密軍

(吉首大學(xué) 林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 張家界 427000)

菜籽粕是一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白源，其粗蛋白含量為35% ～40%。我國(guó)年產(chǎn)菜籽粕超過(guò)700 萬(wàn)t，但80%用作生物肥料，深加工利用率不足20%，主要原因在于菜籽粕中含有單寧、硫甙、植酸等有毒物質(zhì)或抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，直接用作飼料影響口感，且不利于各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，甚至?xí)?dǎo)致禽畜中毒，使菜籽粕作為植物蛋白的利用受到極大的限制［1-3］。對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒處理，提升蛋白質(zhì)品質(zhì)，變廢為寶，代替優(yōu)質(zhì)蛋白源豆粕或魚(yú)粉，可大力緩解蛋白資源緊缺的壓力，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)、畜牧和食品工業(yè)的發(fā)展起到推動(dòng)作用，并帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文采用水體系對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒，以單寧為指標(biāo)，考察水體系對(duì)菜籽粕的脫毒效果，以期得到脫毒效果好、環(huán)保安全、易于工業(yè)化的最佳脫毒工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

菜籽粕，由張家界華通糧油開(kāi)發(fā)有限公司提供(60 ℃干燥12 h，過(guò)40 目篩);單寧酸、氨水、二甲基甲酰胺、檸檬酸鐵銨、硫酸等均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

U-3900 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);BM400 型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋;HY-6A 型雙層調(diào)速多用振蕩器;TDL-40B 型離心機(jī);AEG-220 型電子天平;DP32 型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

精密稱取菜籽粕5 g，按料液比1∶20 g/mL 加入酸溶液，在30 ℃振蕩60 min。過(guò)濾，濾渣烘干后測(cè)定其中單寧、植酸、硫甙等成分的含量。前期研究表明，菜籽粕脫毒時(shí)各成分的脫除趨勢(shì)基本一致，故以單寧脫除率為代表，考察各因素對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響。

1.3 分析方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 分別移取4 g/L 單寧酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0，1，2，3，4，5 mL 于25 mL 容量瓶中，加入75%二甲基甲酰胺溶液并定容至刻度，搖勻，所得系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的單寧酸含量分別為0，0.16，0.32，0.48，0.64，0.80 mg/mL，于525 nm 處測(cè)定吸光度。以吸光度A 為縱坐標(biāo)，單寧酸濃度c(mg/mL)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸，得回歸方程A =0.500 3c+0.163 6，r=0.999 6。

1.3.2 樣品的測(cè)定 脫毒前后菜籽粕中單寧酸的測(cè)定詳見(jiàn)F-D 法［4］，單寧酸脫除率計(jì)算公式如下:

式中 C1、C2——脫毒前后菜籽粕中單寧酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 硫酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g，以料液比1∶20 g/mL，分別加入硫酸體積分?jǐn)?shù)為0，1%，2%，3%，4%的水溶液，30 ℃水浴條件下振蕩提取60 min，提取1 次。考察硫酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 硫酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.1 Effects of the content of sulfuric on detoxification of rapeseed meal

由圖1 可知，單寧是一種酸性物質(zhì)，可溶于水，在酸作用下易水解成沒(méi)食子酸等化合物或生成縮合類單寧等不溶于水的紅色沉淀，因此單寧的脫除率隨著硫酸的加入和濃度增加反而降低?？紤]到以酸水作為脫毒溶劑，不僅對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，且導(dǎo)致脫毒菜籽粕后續(xù)處理更復(fù)雜，所以在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中直接以純水作為脫毒劑對(duì)菜籽粕進(jìn)行處理。

2.1.2 料液比對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g，分別以料液比為1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50 g/mL 加入純水溶液，在30 ℃水浴條件下振蕩提取60 min，提取1 次?？疾炝弦罕葘?duì)菜籽粕脫毒效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 料液比對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.2 Effects of liquid-solid ratio on detoxification of rapeseed meal

由圖2 可知，隨料液比增加，菜籽粕中單寧的脫除率增加，在1 ∶20 g/mL 時(shí)達(dá)到最大，脫除率31.38%。之后脫除率反而降低。可能是因?yàn)榱弦罕冗^(guò)大，雜質(zhì)溶出也隨之增加。因此初步確定料液比為1∶20 g/mL。

2.1.3 脫毒時(shí)間對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g，以料液比1∶20 g/mL 加入蒸餾水，于30 ℃水浴中分別振蕩30，60，90，120，150 min，提取1 次?？疾烀摱緯r(shí)間對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 脫毒時(shí)間對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.3 Effects of time on detoxification of rapeseed meal

由圖3 可知，隨著脫毒時(shí)間增加，脫除率增加，在90 min 時(shí)達(dá)到最大值;脫毒時(shí)間＞90 min，脫毒率有所降低，可能是因?yàn)閱螌庮惢衔锱c空氣接觸，易氧化變質(zhì)，從而導(dǎo)致脫毒率降低。因此脫毒時(shí)間為90 min 時(shí)最佳。

2.1.4 脫毒溫度對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g，以料液比1∶20 g/mL 加入蒸餾水，分別于30，40，60，80，100 ℃水浴條件下振蕩提取1次，考察脫毒溫度對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 脫毒溫度對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.4 Effects of temperature on detoxification of rapeseed meal

由圖4 可知，隨著脫毒溫度升高，單寧脫除率逐漸增加，抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的溶解逐漸加速，100 ℃時(shí)，單寧脫除率達(dá)到最高，為52.59%，因此，選擇脫毒溫度為100 ℃。

2.1.5 脫毒次數(shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g，以料液比1∶20 g/mL 加入蒸餾水，于100 ℃沸水中振蕩提取90 min，分別提取1 次、2次、3 次、4 次、5 次?？疾烀摱敬螖?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 脫毒次數(shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.5 Effects of times on detoxification of rapeseed meal

由圖5 可知，脫毒處理≥2 次，單寧脫除率變化不大。故確定脫毒次數(shù)為2 次。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選定料液比、脫毒溫度、脫毒時(shí)間作為考察因素，以菜籽粕中單寧的脫除率為考察指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of orthogonal experiment

表2 方差分析結(jié)果Table 2 Variance analysis result

由表1 可知，3 種因素對(duì)菜籽粕單寧脫除率的影響程度依次為脫毒溫度＞料液比＞脫毒時(shí)間，最佳組合為A2B2C2，即最佳工藝條件為:脫毒溫度90 ℃，料液比1∶20 g/mL，脫毒時(shí)間90 min。

2.2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 按A2B2C2工藝條件和單因素的最佳條件均進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)，并分別測(cè)定單寧、硫甙［5］、植酸［6］的脫除率，對(duì)其合理性和穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)Table 3 Verification test

由表3 可知，正交實(shí)驗(yàn)條件比單因素實(shí)驗(yàn)條件更優(yōu)，因此水體系對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒處理的最佳工藝為:料液比1 ∶20 g/mL，溫度90 ℃，振蕩處理90 min，脫毒2 次，且其RSD =1.235%。表明該工藝重現(xiàn)性好，達(dá)到了優(yōu)化的目的。

3 結(jié)論

菜籽粕水體系脫毒，單寧、硫甙、植酸脫毒率均在70%左右，相比乙醇、硫酸等有機(jī)溶液體系脫毒率90%［7］，脫毒率較低，但從溶劑成本、毒性、操作難易程度等方面考慮，以水體系對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒在實(shí)際應(yīng)用中是可行的，且脫毒后的菜籽粕符合飼料標(biāo)準(zhǔn)。如果在以后的菜籽榨油生產(chǎn)過(guò)程中，添加反復(fù)振蕩水洗菜籽粕這一步驟，可以直接將菜籽粕提升到飼料級(jí)要求，即可直接取代魚(yú)粉和豆粕作為飼料蛋白使用，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的綜合利用。

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