秦渤智,孫萬成
(青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院,青海 西寧 810016)
亞麻籽榨油后產(chǎn)生的殘?jiān)礊閬喡樽哑?。亞麻籽粕中含有大量抗?fàn)I養(yǎng)因子及有毒成分,因此,一般情況下會(huì)被丟棄。但是其作為一種生物資源,通過合理的脫毒工藝,可以作為蛋白質(zhì)類產(chǎn)品的來源,具有較強(qiáng)的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
亞麻籽粕作為亞麻籽加工后的一類副產(chǎn)品,含有大量蛋白質(zhì)、膳食纖維、脂肪及礦物質(zhì)成分,還含有豐富的木酚素、α-亞麻酸、維生素、黃酮、卵磷脂等營養(yǎng)成分。其中,木酚素、α-亞麻酸等具有降血脂、降血糖及治療心腦血管疾病等功效[1],而脂肪和膳食纖維有助于減肥[2]。隨著技術(shù)的進(jìn)步,亞麻籽粕的應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛,在醫(yī)學(xué)、飼料及食品領(lǐng)域均有所實(shí)踐。目前,我國關(guān)于亞麻籽粕的研究較為豐富,多集中于營養(yǎng)價(jià)值的開發(fā)和作為廉價(jià)輔料的使用方面,在其他領(lǐng)域仍然有待探究。
亞麻籽粕中含有抗?fàn)I養(yǎng)因子和有毒成分,抗?fàn)I養(yǎng)因子包括亞麻籽膠、亞麻亭、植酸等,有毒成分主要是生氰糖苷。亞麻籽膠主要由中性多糖和酸性多糖組成,二者的含量比為1∶2[3],同時(shí)還含有少量天然高分子復(fù)合膠,具有持水性、乳化性、發(fā)泡性等多種特征[4]。在這些成分中,中性多糖的黏度較高,在pH 5.0~9.0 的環(huán)境中黏性穩(wěn)定,但是電解質(zhì)可以有效降低其黏 度[5]。亞麻籽膠的黏性導(dǎo)致其含有的蛋白質(zhì)無法被單胃動(dòng)物利用,不利于其蛋白質(zhì)的開發(fā)[6]。亞麻生氰糖苷在亞麻籽粕中的含量為100 mg/kg,主要成分是谷氨酸二肽,經(jīng)過水解后,能夠與磷酸吡哆醛、吡哆醛縮合,產(chǎn)生一類較為穩(wěn)定的化合物,是VB6的主要成分,但是通過熱處理工藝可以有效減少亞麻生氰糖苷的含量[7]。植酸能夠與蛋白質(zhì)共同形成復(fù)合物,還可以與微量元素及礦物質(zhì)結(jié)合,阻礙動(dòng)物對(duì)亞麻籽中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。亞麻籽粕中的生氰糖苷主要有2 種,一種是單糖苷,另一種是二糖苷。生氰糖苷的形成主要與亞麻的生產(chǎn)環(huán)境及貯存環(huán)境相關(guān)[8]。生氰糖苷本身并沒有毒性,但是被動(dòng)物采食后,經(jīng)過混合咀嚼,在pH 5.0、溫度40~50 ℃的條件下,與酶發(fā)生反應(yīng),會(huì)產(chǎn)生大量氫氰酸,氫氰酸會(huì)與氧化型細(xì)胞色素氧化酶的Fe3+結(jié)合,導(dǎo)致細(xì)胞中毒性缺氧[9]。
在亞麻籽粕加工復(fù)合型酸乳的應(yīng)用中,必須做好脫毒工作,常見的脫毒工藝有蒸煮法、溶劑法、微波法、烘烤法、水煮法和生物法。蒸煮法為基于高溫高壓,破壞生氰糖苷的化學(xué)機(jī)構(gòu),使其在酶的作用下釋放氫氰酸;缺點(diǎn)是容易導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)流失,不適用于酸乳制作。相關(guān)研究文獻(xiàn)中,最佳脫毒工藝參數(shù)為120 ℃蒸煮25 min[10]。溶劑法為基于有機(jī)溶劑溶解生氰糖苷,實(shí)現(xiàn)脫毒目的;缺點(diǎn)是成本高,容易造成污染,不適用于酸乳制作。相關(guān)研究文獻(xiàn)中,最佳脫毒工藝為以體積分?jǐn)?shù)5%氨水、85%乙醇和10%水為溶劑,在溫度40 ℃環(huán)境下浸提3 次[11]。微波法是通過微波加熱,促進(jìn)亞麻籽粕中水分升溫,進(jìn)而激活糖苷酸水解,并隨著水分釋放出來。該方法安全無污染,適合酸乳制作。相關(guān)研究文獻(xiàn)中,最佳脫毒工藝為功率720 W,脫毒率99%[12]。烘烤法為基于高溫原理,使得生氰糖苷降解,繼而揮發(fā)。缺點(diǎn)是會(huì)破壞其中的營養(yǎng)成分,不適用于酸乳制作。相關(guān)研究文獻(xiàn)中,最佳脫毒工藝為100 ℃烘烤30 min[13]。水煮法為基于溫度升高,增強(qiáng)生氰糖苷的溶出速率,并在糖苷酶作用下釋放出氫氰酸。缺點(diǎn)是會(huì)破壞其中的營養(yǎng)成分,不適用于酸乳制作。相關(guān)研究文獻(xiàn)中,最佳工藝為80 ℃水煮10~120 min[14]。生物法可分為2 類:一類是微生物發(fā)酵,通過微生物產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶分解生氰糖苷;另一類是轉(zhuǎn)基因技術(shù),通過敲除生氰糖苷的表達(dá)基因或植入高表達(dá)產(chǎn)酶基因,達(dá)到脫毒目的。該方法缺點(diǎn)是成本較高。相關(guān)研究文獻(xiàn)中,最佳發(fā)酵條件為釀酒酵母接種量3%,28 ℃環(huán)境下發(fā)酵72 h[15]。
在酸乳中加入亞麻籽粕,可以較為有效地增加酸乳的硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性和彈性[16]。但是在酸乳制作前,仍然需要通過一定的方法對(duì)亞麻籽粕進(jìn)行脫毒處理。在脫毒處理后,進(jìn)行適當(dāng)比例的添加,對(duì)發(fā)酵的溫度、時(shí)間等進(jìn)行控制,可以得出最佳的酸乳制作配方,以最大限度提高酸乳的營養(yǎng)價(jià)值[17]。
本研究利用微波法對(duì)亞麻籽粕進(jìn)行脫毒,通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定亞麻籽粕微波脫毒的最優(yōu)條件,然后利用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化亞麻籽粕酸乳的制作工藝,并確定酸乳發(fā)酵是否對(duì)氰化物含量產(chǎn)生影響。
亞麻籽粕產(chǎn)地為青海省平安縣;新鮮牛乳采購自青海天露乳業(yè)股份有限公司;酸乳發(fā)酵劑為市售佰生優(yōu)酸乳發(fā)酵菌種。
氫氧化鈉 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;碘化鉀、硝酸銀 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;氨水 煙臺(tái)市雙雙化工有限公司;以上實(shí)際均為分析純。
QE-400g粉碎機(jī) 常州隆和儀器制造有限公司;JCS-11002C電子天平、R-1001VN旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 天津市泰斯特儀器有限公司;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州市金壇友聯(lián)儀器研究所;WBFY-201微波化學(xué)反應(yīng)器 鞏義 市予華儀器有限責(zé)任公司;BCD-308W冰箱 青島海爾股份有限公司;YM75立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海三申醫(yī)療器械有限公司;SRH60-70高壓均質(zhì)機(jī) 上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司;WFF-16B豪華型食品發(fā)酵箱 廣東省泓鋒烘培設(shè)備有限公司。
1.3.1 亞麻籽粕脫毒工藝優(yōu)化
參考Feng Dingyuan等[18]的方法。使用粉碎機(jī)將亞麻籽粕粉碎后稱取20 g,放置于培養(yǎng)皿,加入微波化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行微波處理后,對(duì)亞麻籽粕的氰化物含量進(jìn)行測(cè)定,并與未脫毒之前進(jìn)行對(duì)比,通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)得出最佳脫毒條件。
單因素試驗(yàn)考察因素為微波時(shí)間(20、30、40、50、60 s)、微波溫度(30、40、50、60、70 ℃)和微波功率(80、240、400、640、800 W)[19]。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn),獲得最佳脫毒條件。
1.3.2 亞麻籽粕及酸乳中氰化物含量測(cè)定
使用氰化物檢驗(yàn)中常用的堿滴定比色法對(duì)亞麻籽粕及酸乳中的氰化物含量進(jìn)行測(cè)定[20]。取20 g實(shí)驗(yàn)材料,將其放入燒瓶中,加入200 mL水進(jìn)行混合;放置2 h,進(jìn)行蒸餾;向蒸餾物中加入20 mL 2.5 g/100 mL NaOH溶液,繼續(xù)蒸餾至100 mL[21];在蒸餾物中加入8 mL 6 mol/L 氨水和2 mL 5 g/100 mL KI溶液,使用0.02 mol/L AgNO3進(jìn)行滴定[22],亞麻籽粕或酸乳氰化物(以HCN計(jì))含量按下式計(jì)算[23]。
1.3.3 亞麻籽粕酸乳的制作及發(fā)酵對(duì)酸乳氰化物含量的影響
選擇微波脫毒后的亞麻籽粕粉末,依據(jù)小麥胚、大麥等谷物類酸乳的原料前處理方法[24],使用粉碎機(jī)制備亞麻籽粕。將粉碎后的亞麻籽粕粉與水以料液比 3∶1(m/V)混合攪拌后,放入冰箱泡發(fā)12 h,放入70 ℃水浴鍋攪拌30 min后,將其加入100 mL牛乳中,添加量2 g,制備亞麻籽粕酸乳。
考察發(fā)酵時(shí)間(6.0、6.5、7.0、8.0、9.0 h)、發(fā)酵溫度(35、37、39、41、43 ℃)及酸乳發(fā)酵劑添加量(0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 g/100 mL)對(duì)亞麻籽粕酸乳氰化物含量的影響,并進(jìn)一步通過正交試驗(yàn)得出最優(yōu)值。
采用Origin 2021和Design-Expert V10.0.7軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及分析。
2.1.1 微波時(shí)間對(duì)亞麻籽粕氰化物含量的影響
由圖1可知,隨著微波脫毒時(shí)間的延長,亞麻籽粕氰化物含量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì),其中,微波20~40 s時(shí),呈線性下降趨勢(shì),40 s以后下降速率逐漸放緩,微波60 s時(shí)下降到最低,為14.81 mg/kg,選擇微波時(shí)間40~60 s進(jìn)行正交試驗(yàn)。
圖1 微波時(shí)間對(duì)亞麻籽粕氰化物含量的影響Fig. 1 Effect of microwave irradiation time on cyanide contect in flaxseed meal
2.1.2 微波功率對(duì)亞麻籽粕氰化物含量的影響
結(jié)合相關(guān)研究[13,25],進(jìn)行脫毒微波功率單因素分析。由圖2可知,隨著微波功率的增加,亞麻籽粕氰化物含量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì),其中,微波功率80~400 W時(shí),下降趨勢(shì)較為明顯,微波功率400~800 W下降速率逐漸放緩,微波功率800 W時(shí)下降到最低,為14.81 mg/kg,選擇微波功率400~800 W進(jìn)行正交試驗(yàn)。
圖2 微波功率對(duì)亞麻籽粕氰化物含量的影響Fig. 2 Effect of microwave power on cyanide content in flaxseed meal
2.1.3 微波溫度對(duì)亞麻籽粕氰化物含量的影響
由圖3可知,隨著微波脫毒溫度的升高,亞麻籽粕氰化物含量呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì),其中,微波溫度30~50 ℃時(shí)呈直線下降,微波溫度50~60 ℃時(shí)上升,微波溫度60~70 ℃時(shí)再次下降,70 ℃時(shí)下降到最低,為62.5 mg/kg。 上述波動(dòng)可能與微波功率控制導(dǎo)致的溫度變化有關(guān),因?yàn)槎卟荒軐?shí)現(xiàn)完全同時(shí)控制。因此,選擇微波溫度50~70 ℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。
圖3 微波溫度對(duì)亞麻籽粕氰化物含量的影響Fig. 3 Effect of microwave temperature on cyanide content of flaxseed meal
基于單因素試驗(yàn),建立3因素3水平模型[26],進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化。由表1可知,影響亞麻籽粕氰化物含量的3 個(gè)因素影響從大到小排列依次為A>C>B,即微波 時(shí)間>微波溫度>微波功率。通過極差分析確定的最優(yōu)方案組合為A3B2C3,即微波時(shí)間60 s、微波功率640 W、微波溫度70 ℃。由于最佳組合不在正交試驗(yàn)中,故需要進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,最優(yōu)條件下亞麻籽粕氰化物含量為14.02 mg/kg。
表1 亞麻籽粕微波脫毒工藝優(yōu)化L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Orthogonal array design with experimental results for optimization of microwave detoxification of flaxseed meal
2.3.1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸乳氰化物含量的影響
由圖4可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長,酸乳氰化物含量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì),其中,發(fā)酵時(shí)間6.0~6.5 h時(shí),下降趨勢(shì)較為明顯,6.5 h以后下降速率逐漸放緩。因此,選擇平緩下降區(qū)間的發(fā)酵時(shí)間7.0~9.0 h進(jìn)行正交試驗(yàn)。
圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)亞麻籽粕酸乳氰化物含量的影響Fig. 4 Effect of fermentation time on cyanide content in yogurt with added flaxseed meal
2.3.2 發(fā)酵溫度對(duì)酸乳氰化物含量的影響
由圖5可知,發(fā)酵溫度35~39 ℃時(shí),酸乳氰化物含量緩慢下降,發(fā)酵溫度39~41 ℃時(shí),酸乳氰化物含量緩慢上升,最低為11.67 mg/kg。選擇發(fā)酵溫度37~41 ℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。
圖5 發(fā)酵溫度對(duì)亞麻籽粕酸乳氰化物含量的影響Fig. 5 Effect of fermentation temperature on cyanide content in yogurt with added flaxseed meal
2.3.3 發(fā)酵劑添加量對(duì)酸乳氰化物含量的影響
由圖6可知,發(fā)酵劑添加量0.50~0.75 g/100 mL時(shí),酸乳氰化物含量明顯下降,隨后不斷緩慢下降,發(fā)酵劑添加量1.5 g/100 mL時(shí),酸乳氰化物含量最低,為11.81 mg/kg。因此,以發(fā)酵劑添加量1.0~1.5 g/100 mL進(jìn)行正交試驗(yàn)。
圖6 發(fā)酵劑添加量對(duì)亞麻籽粕酸乳氰化物含量的影響Fig. 6 Effect of starter culture concentration on the cyanide content in yogurt with added flaxseed meal
基于單因素試驗(yàn),建立3因素3水平模型[27],進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化。由表2可知,影響酸乳氰化物含量的3 個(gè)因素影響從大到小排列依次為A>C>B,即發(fā)酵時(shí)間> 發(fā)酵溫度>發(fā)酵劑添加量。通過極差分析確定的最優(yōu)方案組合為A3B3C3,即發(fā)酵時(shí)間9.0 h、發(fā)酵劑添加量1.50 g/100 mL、發(fā)酵溫度41 ℃,由于最佳組合不在正交試驗(yàn)中,故需要進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,最優(yōu)條件下亞麻籽粕酸乳中氰化物含量為8.45 mg/kg。
表2 亞麻籽粕酸乳制備工藝優(yōu)化L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal array design with experimental results for optimization of preparation of yoghurt with added flaxseed meal
亞麻籽粕微波脫毒法效果明顯,這是由微波脫毒選擇性吸收、溫度升高較快的特點(diǎn)所決定的。微波脫毒使得亞麻籽粕中的水分溫度迅速升高,從而激活β-糖苷酶活性,使亞麻籽粕中生氰糖苷迅速轉(zhuǎn)化成氰醇,繼而裂解成氫氰酸,形成的氫氰酸與蒸發(fā)的水分被釋放出 來[12,28]。另外,微波脫毒是從里向外加熱,使得亞麻籽粕的表面不易形成堅(jiān)硬的外殼,促進(jìn)氫氰酸的釋放[29-30]。微波脫毒技術(shù)升溫快、作用時(shí)間短、脫毒效率高,但是在微波脫毒過程中會(huì)出現(xiàn)溫度不易控制的現(xiàn)象,而且容易出現(xiàn)局部升溫過快現(xiàn)象,導(dǎo)致酶解過程不均勻,亞麻籽粕出現(xiàn)焦糊,使亞麻籽粕品質(zhì)下降[10,29-30]。
在本研究中,微波脫毒之前,亞麻籽粕中氰化物含量為143.52 mg/kg,在微波脫毒最優(yōu)方案條件下,脫毒后的亞麻籽粕中氰化物含量為14.36 mg/kg,脫毒率約為90%,脫毒效果與目前已有報(bào)道[12,20,22,30-31]接近。酸乳作為人們?nèi)粘J秤玫陌l(fā)酵乳制品,不僅含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),而且具有改善腸道健康等益生功能[32]。近年來,復(fù)合型酸乳已占據(jù)多數(shù)酸乳市場(chǎng),果蔬類、谷物類復(fù)合型酸乳越來越普遍。但是,亞麻籽粕酸乳發(fā)酵過程對(duì)氰化物含量影響的研究仍鮮有報(bào)道。發(fā)酵法可以顯著降低亞麻籽中生氰糖苷的含量,可以保證食用安全性,適用于以含生氰糖苷類物質(zhì)的農(nóng)作物為原料、發(fā)酵制成的可食用性發(fā)酵產(chǎn)品的脫毒,應(yīng)用空間比較廣闊[10,15]。目前,我國并沒有發(fā)酵乳中氰化物含量的標(biāo)準(zhǔn)。參考CODEX STAN 176—1989《食用木薯粉食品法典標(biāo)準(zhǔn)》[33],食用木薯粉的氫氰酸總含量不得超過10 mg/kg,本研究的亞麻籽粕酸乳中氰化物含量仍然較高。
單因素試驗(yàn)結(jié)果表明,微波時(shí)間、微波功率和微波溫度都會(huì)影響亞麻籽粕微波去毒的效果,發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、發(fā)酵劑添加量也會(huì)影響亞麻籽粕酸乳中氰化物的含量。在微波時(shí)間60 s、微波功率640 W、微波溫度70 ℃條件下,微波脫毒后亞麻籽粕氰化物含量最低;在發(fā)酵時(shí)間9.0 h、發(fā)酵溫度41 ℃、發(fā)酵劑添加量1.50 g/100 mL條件下,亞麻籽粕酸乳氰化物含量最低。同時(shí)本研究表明,在酸乳發(fā)酵過程中,發(fā)酵可以減少亞麻籽粕中氰化物含量。