亞麻籽粕微波脫毒工藝優(yōu)化及其在酸乳中的應(yīng)用

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)?，即為亞麻籽粕。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(yíng)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(guó)關(guān)于亞麻籽粕的研究較為豐富，多集中于營(yíng)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(yíng)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(yíng)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(yíng)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(yíng)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(yíng)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。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞麻籽粕產(chǎn)地為青海省平安縣；新鮮牛乳采購(gòu)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(guó)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。

1.2 儀器與設(shè)備

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 方法

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。

1.4 數(shù)據(jù)處理

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 結(jié)果與分析

2.1 亞麻籽粕微波脫毒工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

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(zhǎng)，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

2.2 亞麻籽粕微波脫毒工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果

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 亞麻籽粕酸乳制備工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

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(zhǎng)，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

2.4 亞麻籽粕酸乳制備工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果

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

3 討 論

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(yíng)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(guó)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。

4 結(jié) 論

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。