含氰糖苷類作物脫毒技術及其檢測方法的研究進展

劉義軍，魏曉奕，王 飛，李積華

（中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，廣東湛江524001）

目前已報道氰糖苷類化合物存在于許多人們日常食用和藥用的作物中，如木薯[1]、亞麻籽[2]、苦竹筍[3]、紫胡紅景天[4]、橡膠種子[5]、山茱萸[6]、天山花楸[7]等，然而其攝入人體內后，會對人的身體健康造成嚴重的傷害，氰糖苷本身不具備毒性，其代謝產物氫氰酸被吸收后，隨著血液循環進入組織細胞，透過細胞壁進入線粒體，與線粒體中細胞色素酶的鐵離子結合，導致細胞的呼吸鏈中斷，造成組織缺氧，機體陷入窒息狀態；且氫氰酸具有較強的慢性毒性和神經性毒性，引起呼吸中樞及血管運動中樞麻痹，嚴重導致死亡[8]。在非洲和南美地區由于食用了含氰糖苷類作物引起了一些疾病如熱帶神經性共濟失調癥（TAN）、熱帶性弱視等[9]。由于這些毒副作用，嚴重降低了其可食性，因此人們在食用前必需對其進行脫毒。本文主要對氰糖苷類作物的脫毒技術和毒性物質檢測技術進行了比較全面的綜述。

1 含氰苷類作物脫毒技術

1.1 濕法脫毒技術

濕法脫毒有水煮法脫毒和水浸法脫毒兩種，其主要原理是氰糖苷類化合物溶于水后，在酶或者稀酸的作用下水解成氫氰酸和醛（酮）類化合物。氫氰酸的沸點比較低，一般為25.7～26.5℃（常壓下），加熱易于揮發，因此一般先通過水浸法使得氰糖苷類物質水解，然后再加熱處理，已達到脫毒的目的。李笑春[10]考察了不同水浸時間對新鮮木薯脫毒率的影響，經過3d的浸水新鮮木薯脫毒率為43.15%，其脫毒時間較長，脫毒效率低。張郁松[11]考察了不同水煮溫度，料液比和浸提時間對亞麻籽中氰糖苷脫毒效果的影響，在料液比為1∶10，80℃水煮120min條件下，亞麻籽中氰糖苷的去除率為88.12%。Cumbana[12]對木薯粉增濕，以0.5cm的薄層平鋪在托盤上，30℃下處理5h，氰糖苷的去除率為83.3%，其對于大量的木薯粉脫毒，由于其較長的脫毒時間，空間利用率較低。Bradbury[13]將木薯葉置于料液比為1∶10的水溶液中，50℃處理2h，總氰糖苷的去除率為93%。Banea[1]采用濕法技術對木薯粉進行脫毒，木薯粉中的氰糖苷物質含量降低到10ppm以下，符合食用要求。濕法脫毒技術的工藝較為簡單，投資成本小，但是其需要較長的時間，而且產生了大量的廢水，對環境有較大的污染。

1.2 干法脫毒技術

干法脫毒技術是指將新鮮含氰糖苷類作物的細胞組織被破壞后，同時置于太陽下晾曬幾個小時或者在烘箱內在一定的溫度下保持幾個小時，借以酶的輔助作用，以達到脫除氰糖苷的目的。其主要原理是新鮮含氰糖苷類作物在日光的照射下，溫度升高，酶的活性增強，HCN沸點低，易揮發不易積累，促進含氰糖苷的分解。Essers[14]考察了木薯塊根在太陽晾曬后對氰糖苷去除率的影響，研究結果表明脫皮的木薯塊根在烘干過程中，經過1～2d的陽光照射，明顯降低木薯塊根中的氰糖苷含量，陽光照射時，溫度較低，木薯塊根內部水的蒸發速率較慢，酶的作用時間延長。Bradbury[15-16]采用快速濕法對木薯粉中氰糖苷進行脫毒，研究結果表明日光照射2h的脫毒效果比在樹蔭下五小時更好。Essers和Bradbury都是利用陽光的增溫作用來提高木薯粉中氰糖苷的去除率，其對氣候的依賴性較強，適用于那些陽光充足的地區進行脫毒。李笑春[9]考察了不同烘干時間對木薯中氰糖苷含量的影響，研究結果表明，烘干法有助于降低木薯中的氰糖苷含量，新鮮木薯置于75℃下烘烤8h，木薯中含氰糖苷的去除率為62%。

1.3 微波脫毒技術

微波脫毒技術是利用微波選擇性吸收，升溫較快的特點，使得含氰苷類作物中的水分迅速升溫，從而激活作物內糖苷酶的活性，使氰糖苷迅速轉化為氰醇，氰醇不穩定分解為氫氰酸和醛（酮）類化合物，氫氰酸隨著水蒸汽一同從作物內部逃逸出來。另外微波加熱是從里往外加熱，這樣使得含氰苷類作物的表面不易形成堅硬的外殼，促進氫氰酸的釋放。馮定遠[17]考察了微波對亞麻籽中氰糖苷去除率的影響，實驗結果表明，經微波處理過的亞麻籽生氰苷的去除率為83.2%，同時楊宏志[18]、湯華成[19]考察了微波加熱方法對亞麻籽進行脫毒效果的影響，實驗結果都表明，微波對亞麻籽中氰糖苷有較好的去除率分別為82%和95.57%。微波脫毒技術升溫快，作用時間短，脫毒效率高，但是脫毒過程中溫度不易控制，而且容易出現局部升溫過快現象，導致酶解過程不均勻。金鑫[20]考察了微波對亞麻籽粉脫毒過程中對功效成分亞麻木酚素穩定性的影響，實驗結果表明，微波處理亞麻籽粉后其中亞麻木酚素的影響不大，因此微波脫毒過程中，對作物中某些功效成分的保留效果較佳。

1.4 溶劑提取脫毒技術

溶劑提取脫毒技術是利用氰糖苷溶于極性溶劑的特點，去除含氰糖苷作物中的氰糖苷。楊宏志[18]、湯華成[19]考察了氨水-正己烷-甲醇溶劑體系對亞麻籽粉中的氰糖苷去除率的影響，經過三次提取后亞麻籽粉中的氰糖苷脫除率達到了89%。李高陽[21]采用實驗室串級模擬四級逆流萃取工藝，亞麻粕中氰苷殘余量小于0.7mg/kg的效果。王慧敏[22]對正己烷-乙醇-水三元雙液溶劑體系提取橡膠籽油中氰苷工藝進行了優化，優化后的溶劑系統橡膠籽油中氰苷脫除率達到了91.11%。與濕法和干法相比，溶劑提取法脫毒效率更高，但是有機溶劑不易回收，有溶劑殘留量問題，成本較高，對環境污染較大的特點等，應該選擇無毒性、沸點較低的有機溶劑來提取氰糖苷，利于氰糖苷的去除和回收。

1.5 擠壓膨化脫毒技術

擠壓膨化脫毒技術是利用擠出機內高溫、高壓、短時強烈擠壓、剪切處理和熱處理作用，破壞氰糖苷的化學結構受到破壞或者與其他物質發生反應，氰糖苷失去毒性，從而起到脫毒的作用。李次力[23]利用Brabender DSE-25雙螺桿擠壓機對亞麻籽糟粕進行了擠壓去除氰糖苷的實驗，并對實驗參數進行了優化，在最佳的工藝條件下，亞麻籽糟粕中的總氰化物脫除率為96.59%，氰糖苷的含量有257.85ppm降低至8.79ppm，達到可食用國際標準。宋春芳[24]采用SLG67-18.5雙螺桿擠壓機優化亞麻籽脫毒效果進行研究，研究結果表明在膨化溫度147 ～153℃，亞麻籽含水率13.8% ～17.6%，螺桿轉速為186 ～211r/min時，亞麻籽中氰糖苷的去除率為95%，為亞麻籽脫毒和開發利用及現有的擠壓膨化機的操作提供了理論依據。上述實驗研究結果表明，擠壓膨化脫毒技術脫毒效率高而且時間短，但是其由于升溫很快，酶失火速度也較快，其采用硝酸銀滴定法測定其殘留氰糖苷含量，由于硝酸鹽滴定法需要借助作物自身的酶，高溫使得酶系大量失火，致使硝酸鹽測定氫氰酸含量偏低，氰糖苷去除較高，因此建議采用其他方法進行對比分析。

1.6 生物法脫毒技術

生物法脫毒技術分為酶法脫毒技術和轉基因脫毒技術。酶法脫毒技術的原理是借助添加糖苷酶或者發酵微生物胞外酶或者利用細胞內自身糖苷酶的作用將氰糖苷降解為氫氰酸和醛類或者酮類一系列反應過程。轉基因脫毒技術是將作物內的氰糖苷表達基因進行剔除或者植入高表達產酶基因進行脫毒處理。Sornyotha[25]用木聚糖酶和纖維素酶處理木薯后，其氰糖苷（亞麻仁苦苷）含量降低到較低的水平，亞麻仁苦苷的去除率96%，輔助添加酶處理技術很大程度上提高了亞麻仁苦苷的去除率，處理時間短，較為理想的一種方法。范明霞[26]采用基因表達技術成功構建了HNL24b基因表達載體等，使得該基因能在植株中表達，有效減少植株中的氰化物含量。吳酬飛[27]利用基因工程技術成功構建出畢赤酵母分泌表達載體pPIC9K-Ch和pPIC9K-Glu，通過載體與基因組DNA同源重組，首次成功構建可同時體外分泌表達氰化物水合酶和人β-葡萄糖苷酶的畢赤酵母工程菌株GS115-Ch-Glu。此菌株進行亞麻籽發酵脫毒實驗和發酵條件進行研究，在發酵溫度46.8℃，起始pH調至6.3，發酵48h后亞麻籽中氰糖苷降解率高達99.26%，氰根殘留量可降至0.015mg/g。其實驗結果表明，發酵法能夠顯著降低亞麻籽中氰糖苷的含量，可以作為食用，適用于那些以含氰糖苷類作物為原料，發酵制備可食性發酵產物的工藝脫毒，空間較為廣闊。

此外，針對氰糖苷在作物中分布不同和影響其降解的因素等，采取適當的預處理方法可以顯著提高含氰糖苷作物的脫毒效果，如木薯中亞麻仁苦苷含量主要分布在塊莖的皮層，肉質層分布很少，而亞麻仁苦苷酶在肉質層分布很多，如對其進行剝皮處理，木薯的脫毒效果會更好，以及在脫毒過程中降低木薯粉的堆積厚度、調節木薯粉的酸堿度等。Saka[28]采用水浸法對脫皮的木薯和未脫皮的木薯在對含氰糖苷類作物進行脫毒的過程中，發現脫皮的木薯的總氰糖苷去除率為97.9%，氰糖苷含量降低至2.6mg HCN eq/kg，低于FAO/WHO限制要求（10ppm）。由于木薯中的皮中氰糖苷含量遠遠高于肉中含量，因此剝皮后，木薯中氰糖苷含量較低。Bradbury[29]對木薯粉在脫毒過程中調節pH為4.1和6.5，50℃處理5h，發現pH6.5時木薯粉能比pH4.1時的木薯粉脫毒效果更高，而且木薯粉堆積厚度薄的樣品比堆積厚度厚的樣品總氰糖苷的去除率要好等。

2 含氰苷類作物脫毒的檢測方法

2.1 代謝產物氫氰酸的檢測方法

代謝產物氫氰酸主要源于氰糖苷在糖苷酶的作用下釋放出來的，目前常用的檢測方法有硝酸鹽滴定法、氰離子選擇電極法、苦味酸比色法、吡啶巴比妥酸比色法、色譜法、普魯士藍法及苦味酸試紙法等，其中后兩者適合于對氫氰酸進行定性分析，前者適用于定量分析，且各種分析方法的靈敏度不同。如硝酸鹽滴定法是國家標準檢測氫氰酸的方法，且被美國AOAC所推薦，其適用于分析氫氰酸含量在1mg/kg以上的樣品[30]；比色法分析樣品中氫氰酸下限濃度為0.02mg/kg[31]等。李高陽[32]、王曉芳[33]、韓素芳[34]采用異煙酸-吡唑啉酮比色法分別對亞麻籽、木薯和竹筍中氰化物進行了定性研究，二者結果都表明，該方法準確可靠，重現性較高，實用性強。Bradbury[35]研究出了一種改進后的苦味酸鹽法對木薯中氫氰酸含量進行測定，適用于測定氫氰酸濃度在0.1 ～50mg/kg內的樣品，該方法很大程度上提高了氫氰酸濃度的測量范圍，但是其在測定過程需要標樣，對儀器的靈敏度和試劑的純度有著較高要求。楊劍婷[36]采用普魯士藍法、苦味酸試紙法、硝酸銀滴定法對白果中氰化物的含量進行了對比研究，實驗結果表明，苦味酸試紙法反應最為迅速，顏色變化明顯，且操作簡單，適用于生產和科研中快速定性檢測，而硝酸銀滴定法安全易操作，檢測靈敏度低，穩定性差。針對不同檢測方法的上述特點，在實際檢測工作中，應該根據含氰糖苷作物中氰糖苷的含量和檢測目的選擇一種最佳的檢測方法。

2.2 氰糖苷化合物檢測方法

目前作物中常見的氰苷有亞麻仁苦苷、百脈根苦苷、苦杏仁苦苷及垂盆草苷等。這些糖苷都屬于α-羥基氰的苷，易被稀酸和酶催化水解，生成的苷元α-羥基氰很不穩定，分解為醛（酮）和氫氰酸；在濃酸條件下，氰基易被氧化成羧基，釋放氨氣；在堿性條件下，易發生異構化而生成α-羥基羧酸鹽。在實驗室檢測過程中，常常將其轉化成氫氰酸，然后測定其脫除率，但是氫氰酸易于揮發，測定過程中對結果的影響有著較大的誤差；已有人直接采用高效液相法測定氰糖苷化合物的含量，這是一種更為直觀的方法用于檢測氰糖苷含量，但是在樣品處理時，應該盡量避免在高水分下，破壞細胞結構，釋放出自身酶系，使得測量結果偏低，這是一個值得注意的問題。Sornyotha[37]采用高效液相色譜法對木薯中亞麻仁苦苷的含量進行分離純化、鑒定及定量測定其含量，實驗結果表明，高效液相色譜法快速直接，靈敏度高，測定的亞麻仁苦苷含量比Bradbury等測定的含量偏高，原因是該法不需要酶的參與，不需要考慮亞麻仁苦苷是否水解完全，酶解過程中氫氰酸揮發，因此高效液相色譜法是測定亞麻仁苦苷含量一種非常好的方法。

3 展望

含氰苷作物的脫毒技術有很多，每種脫毒技術都有其優缺點，比如溶劑法脫毒技術可以實現對亞麻籽中的氰糖苷進行脫毒，但是脫毒后得考慮殘留溶劑的問題；濕法脫毒技術脫毒工藝簡單，成本低，脫毒周期時間長；微波和雙螺桿擠壓膨化脫毒技術雖然脫毒效率高，但是其屬于熱處理效應，熱處理后營養成分損失較多，且糖苷酶易失火，處理后，氰糖苷含量若高于10ppm，食用后仍然存在安全隱患；生物法脫毒效率高，營養損失較小，但是轉基因食品存在安全隱患。因此，在以后的工作中，應該針對不同原料中氰糖苷含量和科研目標等特點，對一種或者多種脫毒技術進行組合，篩選出一種最適合該作物的脫毒技術和路線，以達到脫毒效率高、操作簡單、實用性強、安全性高等特點，這就給我們提供了更高的要求。

[1]Banea JP，Nahimana G，Mandombi C，et al.Control of konzo in DRC using the wetting method on cassava flour[J].Food and Chemical Toxicology，2012，50：1517-1523.

[2]張建華，倪培德，華欲飛.亞麻籽中的生氰糖苷[J].中國油脂，1998，25（5）：38-40.

[3]程科軍，陳京，梁高林，等.苦竹筍中具有絡氨酸酶抑制活性的氰苷[J].天然產物研究與開發，2005，17（6）：733-735.

[4]董禮，陳敏，李梅，等.紫胡紅景天中一個新氰苷類化合物[J].藥學學報，2009，44（12）：1383-1386.

[5]李國華，陳建白.淺談橡膠種子及其油中的氰苷[J].熱帶農業科技，2006，29（2）：38-40.

[6]錢志偉.山茱萸中總苷類物質的提取與重組應用[J].農產品加工，2009（6）：49-53.

[7]郭靜，常軍民，張曉玲.天山花楸總氰苷的提取工藝研究[J].新疆醫科大學學報，2009，32（4）：389-390.

[8]姚欣.KCN慢性毒性及神經毒性機制研究[D].上海：第二軍醫大學，2012.

[9]孫蘭萍，許暉.亞麻籽生氰糖苷的研究進展[J].中國油脂，2007，32（10）：24-27.

[10]李笑春.不同脫毒方法對木薯氫氰酸含量的影響[J].飼料研究，2011（5）：34-35.

[11]張郁松.水煮法對亞麻籽脫毒的工藝研究[J].食品科技，2008（1）：109-111.

[12]Cumbana A，Mirione E，Cliff J，et al.Reduction of cyanide content of cassava flour in Mozambique by the wetting method[J].Food Chemistry，2007，101：894-897.

[13]J H Bradury，I C Denton.Mild methods of processing cassava leaves remove cyanogens and conserve key nutrients[J].Food Chemistry，2011，127：1755-1759.

[14]Alexander Essers AJ，Remco M，Alphons GJ.Cyanogen removal from cassava roots during sun-drying[J].Food Chemistry，1996，55（4）：319-325.

[15]Howard Bradbury J，Denton Ian C.Rapid wetting method to reduce cyanogens content of cassava flour[J].Food Chemistry，2010，121：591-594.

[16]Howard Bradbury J，Julie Cilff，Ianc Denton.Uptake of wetting method in Africa to reduce cyanide poisoning and konzo from cassava[J].Food and Chemical Toxicology，2011，49：539-542.

[17]馮定遠.物理加工對亞麻籽抗營養因子生氰糖苷脫毒及營養利用的影響[J].中國畜牧獸醫學會動物營養學分會第六屆全國會員代表大會暨第八屆學術研討會，2000，10.

[18]楊宏志，毛志懷.不同處理方法降低亞麻籽中氰化氫含量的效果[J].中國農業大學學報，2004，9（6）：65-67.

[19]湯華成，趙蕾.三種脫毒方法降低亞麻籽中氰化氫含量的效果比較[J].中國農學通報，2007，23（7）：139-142.

[20]金鑫，閻衛東，邵云東.食物加工方法對亞麻木酚素穩定性影響的研究[J].食品工業科技，2012，33（5）：134-137.

[21]李高陽，丁霄霖.亞麻籽雙液相多級逆流萃取工藝模擬實驗[J].農業工程學報，2010，26（3）：380-383.

[22]王慧敏，劉石生.用正己烷-乙醇-水三元雙液相從橡膠籽提油脫氰苷[J].中國油脂，2012，37（3）：13-17.

[23]李次力，繆銘.雙螺桿擠壓亞麻籽粕脫除生氰糖苷的研究[J].食品與發酵工業，2006，32（11）：63-67.

[24]宋春芳，李棟，王曙光.亞麻籽擠壓膨化脫毒的工藝優化[J].農業工程學報，2006，22（10）：130-133.

[25]Sornyotha S，Kyu KL，K Ratanakhanokchai.An efficient treatment for detoxification process of cassava starch by plant cellwall-degradingenzymes[J].JournalofBioscienceand Bioengineering，2010，109（1）：9-14.

[26]范明霞.木薯再生體系的建立和HNL24b基因的克隆及輻照誘變育種[D].武漢：華中農業大學，2010.

[27]吳酬飛.高效降解生氰糖苷的工程菌株構建于亞麻籽發酵脫毒研究[D].廣州：中山大學，2012.

[28]Kalenga Saka JD，Kumbukani K Nyirenda.Effect of two ethnic processing technologies on reduction and composition of total and non-glucosidic cyanogens in cassava[J].Food Chemistry，2012，130：605-609.

[29]Howard Bradbury J，Denton Ian C.Simple method to reduce the cyanogens content of gari made from cassava[J].Food Chemistry，2010，123：840-845.

[30]AOAC.Cyanogenetic glycosides in feeds[S].Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists-15th edtion，1990，Arlington，USA.

[31]于炎糊.飼料毒物學附毒物分析[M].北京：農業出版社，1990.

[32]李高陽.亞麻籽中氰化物定性定量方法的研究[J].食品工業科技，2008，29（6）：291-293.

[33]王曉芳，陳美，楊春亮.木薯中氰化物含量的異煙酸-吡唑啉酮分光光度法測定[J].分析儀器，2009（1）：32-34.

[34]韓素芳，丁明，岳晉軍.竹筍中生氰糖苷含量的測定[J].分析儀器，2010（1）：51-53.

[35]Howard Bradbury J.Development of a sensitive picrate method to determine total cyanide and acetone cyanohydrin contents of gari from cassava[J].Food Chemistry，2009，113：1329-1333.

[36]楊劍婷，吳彩娥，賈韶千，等.不同方法測定白果中氰化物的研究[J].食品科技，2010，35（12）：286-290.

[37]Somphit Sornyotha，Khin Lay Kyu，Khanok Ratanakhanokchai.Purification and detection of linamarin from cassava root cortex by high performance liquid chromatography[J].Food Chemistry，2007，104：1750-1754.