酵母發(fā)酵法去除魔芋飛粉中三甲胺的研究

朱新鵬++唐冬雪++丁彤

摘要：為了研究酵母發(fā)酵法對(duì)去除魔芋飛粉中三甲胺的最佳條件，利用活性干酵母對(duì)魔芋飛粉進(jìn)行處理，研究發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、固液比和酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)去除三甲胺的影響，采用正交試驗(yàn)進(jìn)行工藝優(yōu)化，同時(shí)分析了酵母發(fā)酵對(duì)魔芋飛粉化學(xué)成分的影響。結(jié)果表明，酵母發(fā)酵法去除魔芋飛粉中三甲胺的最優(yōu)工藝條件為酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，固液比1∶6（g∶mL），發(fā)酵溫度45 ℃，發(fā)酵時(shí)間2.5 h，在該條件下可去除62.00%的三甲胺，降低了魔芋飛粉異味。發(fā)酵前后，可溶性糖有所增加，淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪因酵母呼吸代謝消耗而降低。

關(guān)鍵詞：酵母；發(fā)酵；魔芋飛粉；三甲胺

中圖分類(lèi)號(hào)：S632.3；TS239 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）18-4793-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.040

魔芋干法加工魔芋精粉過(guò)程中，產(chǎn)生大量質(zhì)量小、顆粒小的粉末狀副產(chǎn)品就是魔芋飛粉。其中含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、葡甘露聚糖以及微量礦物質(zhì)等成分，可應(yīng)用于食品、飼料、化工等方面。但是魔芋飛粉中含有生物堿、單寧等抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，以及三甲胺、樟腦、α-蒎烯等異味物質(zhì)，影響其在飼料、食品等方面的利用[1-3]。因此，去除魔芋飛粉中的異味，是其開(kāi)發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。異味物質(zhì)的排除常用方法主要有物理的吸收、抽空、蒸餾、包埋，化學(xué)的降解、轉(zhuǎn)化，以及生物的酶法和發(fā)酵等。李晴晴等[4]采用檸檬酸溶液浸提溶解的方法，可除去75.67%的三甲胺。李斌等[5]以鹽酸和檸檬酸洗滌魔芋飛粉，可以有效去除三甲胺、生物堿和單寧等物質(zhì)。胡敏等[6]證實(shí)采用極性溶劑和鼓風(fēng)加熱排氣法，均能有效地去除魔芋飛粉中的三甲胺等異味成分。

酵母的疏松結(jié)構(gòu)對(duì)腥臭物質(zhì)有吸附作用，其中含有的多種酶可以腥臭物質(zhì)如醛、酮等大分子物質(zhì)為底物，轉(zhuǎn)化為無(wú)腥臭物質(zhì)，從而達(dá)到脫腥脫臭的目的[7]。因此，酵母發(fā)酵的方法被用來(lái)脫除魚(yú)類(lèi)、蠶蛹等的異味物質(zhì)[7-9]。本試驗(yàn)以魔芋飛粉為原料，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化酵母發(fā)酵法去除魔芋飛粉中主要異味物質(zhì)三甲胺的工藝方法，并分析發(fā)酵前后的主要化學(xué)成分變化情況，為魔芋飛粉的利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魔芋飛粉（三甲胺含量0.59%），陜西省紫陽(yáng)縣富硒食品有限公司提供。高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)。鹽酸、氫氧化鈉、葡萄糖、蒽酮、乙酸乙酯、硫酸、無(wú)水乙醇、石油醚（沸程60～90 ℃），均為分析純。

ALC-210-4型電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限公司）；DK-98-Ⅱ型恒溫水浴鍋（天津泰斯特儀器有限公司）；TGL-16G型離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；K9840型自動(dòng)凱氏定氮儀（濟(jì)南海能儀器有限公司）；101-3A型干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；SX-4-20型高溫電阻爐（北京科偉永興儀器有限公司）；UV1800PC型紫外分光光度計(jì)（上海美普達(dá)儀器有限公司）；SXT-06型索氏抽提器（上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試樣處理 稱(chēng)取5.000 g魔芋飛粉于250 mL錐形瓶中，加入一定濃度的酵母溶液，攪勻，將其置入設(shè)定溫度的水浴鍋中保溫發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后，于4 000 r/min離心20 min，傾倒出上層液體，測(cè)定上層液體中三甲胺的含量。每個(gè)試驗(yàn)處理重復(fù)3次，計(jì)算平均值。以三甲胺的提取率為指標(biāo)，考察的主要因素為發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、固液比（g∶mL，下同）和酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，選用L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定

1）三甲胺含量的測(cè)定。三甲胺含量的測(cè)定采用凱氏定氮蒸餾法測(cè)定[10]，每個(gè)處理重復(fù)3次。

2）可溶性糖的測(cè)定。采用蒽酮比色法測(cè)定[11]，每個(gè)處理重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果以干基含量表示。

3）淀粉的測(cè)定。采用蒽酮比色法測(cè)定[12]，每個(gè)處理重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果以干基含量表示。

4）蛋白質(zhì)的測(cè)定。采用凱氏定氮法測(cè)定[13]，每個(gè)處理重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果以干基含量表示。

5）脂肪的測(cè)定。采用索氏抽提法[13]，每個(gè)處理重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果以干基含量表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù) 在魔芋飛粉試樣中按固液比1∶8分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴鍋中保溫發(fā)酵2 h。酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)三甲胺提取的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，魔芋飛粉中三甲胺的提取率隨著酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，在酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)三甲胺提取率達(dá)到39.59%，之后再增加酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，三甲胺的提取率變化不大。由此說(shuō)明，一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酵母液能夠去除三甲胺，可以作為脫除三甲胺的去除劑。三甲胺提取時(shí)，適宜的酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～2.5%。

2.1.2 固液比 在魔芋飛粉試樣中按照固液比分別為1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9和1∶10加入1.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴鍋中保溫浸提2 h。固液比對(duì)三甲胺提取的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著酵母溶液用量的增加，三甲胺的提取率也隨之增加，在固液比為1∶6時(shí)提取率達(dá)到43.92%，之后再增加酵母溶液的用量，三甲胺的提取率增加幅度不大。這種情況說(shuō)明，利用酵母溶液去除三甲胺的過(guò)程要控制一定的固液比，固液比過(guò)大，三甲胺的提取不夠充分，固液比過(guò)小，三甲胺的提取率上升不大。因此，三甲胺在提取過(guò)程中適宜的固液比范圍為1∶6～1∶8。

2.1.3 發(fā)酵時(shí)間 在稱(chēng)取的魔芋飛粉試樣中按照固液比為1∶8的比例加入1.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴鍋中分別保溫浸提0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h。發(fā)酵時(shí)間對(duì)三甲胺提取的影響見(jiàn)圖3。由圖3可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的增長(zhǎng)，三甲胺的提取率逐漸增大。在2.0 h時(shí)提取率達(dá)到43.48%，之后三甲胺提取率增幅不大。酵母的疏松結(jié)構(gòu)可以吸附魔芋飛粉中的腥臭物質(zhì)，并通過(guò)一定的反應(yīng)時(shí)間將醛、酮等大分子腥臭物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)腥臭物質(zhì)。因此，發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)宜在2.0～3.0 h。

2.1.4 發(fā)酵溫度 在稱(chēng)取的魔芋飛粉試樣中按照固液比為1∶8的比例加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的酵母溶液，分別在溫度為25、30、35、40、45、50 ℃的水浴鍋中保溫浸提2 h。發(fā)酵溫度對(duì)三甲胺提取的影響見(jiàn)圖4。由圖4可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，三甲胺的提取率呈現(xiàn)先增大后下降的趨勢(shì)，在40 ℃時(shí)出現(xiàn)最大值，隨后提取率又逐漸下降?；钚愿山湍冈谝欢〞r(shí)間內(nèi)，適當(dāng)升高溫度可以提升發(fā)酵效果。但在40 ℃以后，溫度過(guò)高會(huì)影響酵母菌的活性，導(dǎo)致其活性下降甚至失活，致使三甲胺提取率隨之下降。由此可知，發(fā)酵適宜的溫度范圍為35～45 ℃。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選用L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表2。由表2可知，各因素對(duì)三甲胺提取率的影響順序?yàn)镃>D>A>B，即對(duì)于三甲胺提取率影響最大的因素是發(fā)酵溫度，其次是發(fā)酵時(shí)間，再次是酵母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，影響最小的是固液比。三甲胺提取的最優(yōu)組合為A1B1C3D2，即在發(fā)酵時(shí)，最優(yōu)發(fā)酵條件為酵母液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，固液比1∶6，在45 ℃的條件下發(fā)酵2.5 h。在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，所得三甲胺的提取率分別為61.46%、61.78%和62.76%，平均值為62.00%，重復(fù)性較好，說(shuō)明酵母發(fā)酵法去除魔芋飛粉中三甲胺可行。

2.3 去除三甲胺前后主要成分的比較

測(cè)定發(fā)酵前后可溶性糖、淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪含量，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，經(jīng)酵母發(fā)酵去除三甲胺前后魔芋飛粉中的主要成分中，僅可溶性糖的干基含量有所上升，淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪均在發(fā)酵中有所消耗，而以淀粉在發(fā)酵中消耗最大。

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)研究以魔芋飛粉為原料，采用酵母發(fā)酵法去除其中的三甲胺，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)得到優(yōu)化的去除工藝為：酵母液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，固液比1∶6，在45 ℃的條件下發(fā)酵2.5 h。在此條件下，可去除62.00%三甲胺，但在發(fā)酵過(guò)程中淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪等成分因呼吸消耗，而可溶性糖含量有所升高。發(fā)酵后的魔芋飛粉異味明顯減輕，為其開(kāi)發(fā)利用提供了一條很好的途徑，可進(jìn)一步應(yīng)用于食品、飼料等方面。

魔芋飛粉中含量最多的異味物質(zhì)是三甲胺[4]，所以常被用來(lái)作為去除異味的指標(biāo)性物質(zhì)?；瘜W(xué)法去除三甲胺，常會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染的弊端，物理法可作為輔助手段以提高去除異味的效果，采用發(fā)酵法可以有效去除異味，且產(chǎn)生的環(huán)境影響小。

酵母用于除去異味物質(zhì)的機(jī)理目前還不是很清楚，胡文婷等[7]認(rèn)為可能是由于酵母疏松的結(jié)構(gòu)對(duì)腥臭物質(zhì)的吸作用，酵母所含的多種酶能利用腥臭物質(zhì)如醛、酮等大分子物質(zhì)為底物轉(zhuǎn)化為無(wú)腥臭物質(zhì)。研究結(jié)果也基本與此一致，如在單因素試驗(yàn)中酵母用量增加，三甲胺去除效果提高，存在酵母對(duì)腥味物質(zhì)的吸附作用；隨著發(fā)酵溫度提高，酵母菌的活性提高，三甲胺的去除效果提高，而在高溫下，酵母菌活性下降，去除效果亦下降，說(shuō)明酵母菌能提高三甲胺的去除效果，與其代謝有關(guān)。這些變化趨勢(shì)與李淑芳[8]、任仙娥[9]等研究結(jié)果基本一致。

通過(guò)測(cè)定發(fā)酵前后魔芋飛粉中主要成分的變化，說(shuō)明酵母發(fā)酵對(duì)淀粉的降解能力較強(qiáng)，轉(zhuǎn)化的可溶性糖未能及時(shí)被呼吸消耗，有部分積累。蛋白質(zhì)和脂肪在發(fā)酵過(guò)程中有部分被消耗。隨著三甲胺等異味物質(zhì)的去除，魔芋飛粉可作為食品、飼料等予以應(yīng)用。

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