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700 萬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發(fā)有限公司提供(60 ℃干燥12 h，過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?？疾炝蛩狍w積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響，結(jié)果見圖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?？赡苁且?yàn)榱弦罕冗^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。考察脫毒時(shí)間對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響，結(jié)果見圖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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