亞麻籽粕微波脫毒工藝優化及其在酸乳中的應用

秦渤智，孫萬成

（青海大學農牧學院，青海 西寧 810016）

亞麻籽榨油后產生的殘渣，即為亞麻籽粕。亞麻籽粕中含有大量抗營養因子及有毒成分，因此，一般情況下會被丟棄。但是其作為一種生物資源，通過合理的脫毒工藝，可以作為蛋白質類產品的來源，具有較強的商業應用價值。

亞麻籽粕作為亞麻籽加工后的一類副產品，含有大量蛋白質、膳食纖維、脂肪及礦物質成分，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]。隨著技術的進步，亞麻籽粕的應用范圍愈發廣泛，在醫學、飼料及食品領域均有所實踐。目前，我國關于亞麻籽粕的研究較為豐富，多集中于營養價值的開發和作為廉價輔料的使用方面，在其他領域仍然有待探究。

亞麻籽粕中含有抗營養因子和有毒成分，抗營養因子包括亞麻籽膠、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]，同時還含有少量天然高分子復合膠，具有持水性、乳化性、發泡性等多種特征[4]。在這些成分中，中性多糖的黏度較高，在pH 5.0～9.0 的環境中黏性穩定，但是電解質可以有效降低其黏 度[5]。亞麻籽膠的黏性導致其含有的蛋白質無法被單胃動物利用，不利于其蛋白質的開發[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，經過水解后，能夠與磷酸吡哆醛、吡哆醛縮合，產生一類較為穩定的化合物，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]。植酸能夠與蛋白質共同形成復合物，還可以與微量元素及礦物質結合，阻礙動物對亞麻籽中營養物質的吸收。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環境及貯存環境相關[8]。生氰糖苷本身并沒有毒性，但是被動物采食后，經過混合咀嚼，在pH 5.0、溫度40～50 ℃的條件下，與酶發生反應，會產生大量氫氰酸，氫氰酸會與氧化型細胞色素氧化酶的Fe3+結合，導致細胞中毒性缺氧[9]。

在亞麻籽粕加工復合型酸乳的應用中，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機構，使其在酶的作用下釋放氫氰酸；缺點是容易導致營養物質流失，不適用于酸乳制作。相關研究文獻中，最佳脫毒工藝參數為120 ℃蒸煮25 min[10]。溶劑法為基于有機溶劑溶解生氰糖苷，實現脫毒目的；缺點是成本高，容易造成污染，不適用于酸乳制作。相關研究文獻中，最佳脫毒工藝為以體積分數5%氨水、85%乙醇和10%水為溶劑，在溫度40 ℃環境下浸提3 次[11]。微波法是通過微波加熱，促進亞麻籽粕中水分升溫，進而激活糖苷酸水解，并隨著水分釋放出來。該方法安全無污染，適合酸乳制作。相關研究文獻中，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。缺點是會破壞其中的營養成分，不適用于酸乳制作。相關研究文獻中，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。缺點是會破壞其中的營養成分，不適用于酸乳制作。相關研究文獻中，最佳工藝為80 ℃水煮10～120 min[14]。生物法可分為2 類：一類是微生物發酵，通過微生物產生的β-葡萄糖苷酶分解生氰糖苷；另一類是轉基因技術，通過敲除生氰糖苷的表達基因或植入高表達產酶基因，達到脫毒目的。該方法缺點是成本較高。相關研究文獻中，最佳發酵條件為釀酒酵母接種量3%，28 ℃環境下發酵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亞麻籽粕進行脫毒處理。在脫毒處理后，進行適當比例的添加，對發酵的溫度、時間等進行控制，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價值[17]。

本研究利用微波法對亞麻籽粕進行脫毒，通過單因素試驗和正交試驗確定亞麻籽粕微波脫毒的最優條件，然后利用單因素試驗及正交試驗優化亞麻籽粕酸乳的制作工藝，并確定酸乳發酵是否對氰化物含量產生影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞麻籽粕產地為青海省平安縣；新鮮牛乳采購自青海天露乳業股份有限公司；酸乳發酵劑為市售佰生優酸乳發酵菌種。

氫氧化鈉 天津市致遠化學試劑有限公司；碘化鉀、硝酸銀 國藥集團化學試劑有限公司；氨水 煙臺市雙雙化工有限公司；以上實際均為分析純。

1.2 儀器與設備

QE-400g粉碎機 常州隆和儀器制造有限公司；JCS-11002C電子天平、R-1001VN旋轉蒸發儀 天津市泰斯特儀器有限公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋 常州市金壇友聯儀器研究所；WBFY-201微波化學反應器 鞏義 市予華儀器有限責任公司；BCD-308W冰箱 青島海爾股份有限公司；YM75立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海三申醫療器械有限公司；SRH60-70高壓均質機 上海申鹿均質機有限公司；WFF-16B豪華型食品發酵箱 廣東省泓鋒烘培設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 亞麻籽粕脫毒工藝優化

參考Feng Dingyuan等[18]的方法。使用粉碎機將亞麻籽粕粉碎后稱取20 g，放置于培養皿，加入微波化學反應器中進行微波處理后，對亞麻籽粕的氰化物含量進行測定，并與未脫毒之前進行對比，通過單因素試驗及正交試驗得出最佳脫毒條件。

單因素試驗考察因素為微波時間（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]。在單因素試驗基礎上進行正交試驗，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定

使用氰化物檢驗中常用的堿滴定比色法對亞麻籽粕及酸乳中的氰化物含量進行測定[20]。取20 g實驗材料，將其放入燒瓶中，加入200 mL水進行混合；放置2 h，進行蒸餾；向蒸餾物中加入20 mL 2.5 g/100 mL NaOH溶液，繼續蒸餾至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進行滴定[22]，亞麻籽粕或酸乳氰化物（以HCN計）含量按下式計算[23]。

1.3.3 亞麻籽粕酸乳的制作及發酵對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。

考察發酵時間（6.0、6.5、7.0、8.0、9.0 h）、發酵溫度（35、37、39、41、43 ℃）及酸乳發酵劑添加量（0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 g/100 mL）對亞麻籽粕酸乳氰化物含量的影響，并進一步通過正交試驗得出最優值。

1.4 數據處理

采用Origin 2021和Design-Expert V10.0.7軟件進行數據整理及分析。

2 結果與分析

2.1 亞麻籽粕微波脫毒工藝優化單因素試驗結果

2.1.1 微波時間對亞麻籽粕氰化物含量的影響

由圖1可知，隨著微波脫毒時間的延長，亞麻籽粕氰化物含量呈現遞減趨勢，其中，微波20～40 s時，呈線性下降趨勢，40 s以后下降速率逐漸放緩，微波60 s時下降到最低，為14.81 mg/kg，選擇微波時間40～60 s進行正交試驗。

圖1 微波時間對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 微波功率對亞麻籽粕氰化物含量的影響

結合相關研究[13,25]，進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遞減趨勢，其中，微波功率80～400 W時，下降趨勢較為明顯，微波功率400～800 W下降速率逐漸放緩，微波功率800 W時下降到最低，為14.81 mg/kg，選擇微波功率400～800 W進行正交試驗。

圖2 微波功率對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波動下降趨勢，其中，微波溫度30～50 ℃時呈直線下降，微波溫度50～60 ℃時上升，微波溫度60～70 ℃時再次下降，70 ℃時下降到最低，為62.5 mg/kg。 上述波動可能與微波功率控制導致的溫度變化有關，因為二者不能實現完全同時控制。因此，選擇微波溫度50～70 ℃進行正交試驗。

圖3 微波溫度對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化正交試驗結果

基于單因素試驗，建立3因素3水平模型[26]，進行正交試驗優化。由表1可知，影響亞麻籽粕氰化物含量的3 個因素影響從大到小排列依次為A＞C＞B，即微波 時間＞微波溫度＞微波功率。通過極差分析確定的最優方案組合為A3B2C3，即微波時間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中，故需要進行驗證實驗，結果表明，最優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化L9(34)正交試驗結果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化單因素試驗結果

2.3.1 發酵時間對酸乳氰化物含量的影響

由圖4可知，隨著發酵時間的延長，酸乳氰化物含量呈現遞減趨勢，其中，發酵時間6.0～6.5 h時，下降趨勢較為明顯，6.5 h以后下降速率逐漸放緩。因此，選擇平緩下降區間的發酵時間7.0～9.0 h進行正交試驗。

圖4 發酵時間對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 發酵溫度對酸乳氰化物含量的影響

由圖5可知，發酵溫度35～39 ℃時，酸乳氰化物含量緩慢下降，發酵溫度39～41 ℃時，酸乳氰化物含量緩慢上升，最低為11.67 mg/kg。選擇發酵溫度37～41 ℃進行正交試驗。

圖5 發酵溫度對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 發酵劑添加量對酸乳氰化物含量的影響

由圖6可知，發酵劑添加量0.50～0.75 g/100 mL時，酸乳氰化物含量明顯下降，隨后不斷緩慢下降，發酵劑添加量1.5 g/100 mL時，酸乳氰化物含量最低，為11.81 mg/kg。因此，以發酵劑添加量1.0～1.5 g/100 mL進行正交試驗。

圖6 發酵劑添加量對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化正交試驗結果

基于單因素試驗，建立3因素3水平模型[27]，進行正交試驗優化。由表2可知，影響酸乳氰化物含量的3 個因素影響從大到小排列依次為A＞C＞B，即發酵時間＞ 發酵溫度＞發酵劑添加量。通過極差分析確定的最優方案組合為A3B3C3，即發酵時間9.0 h、發酵劑添加量1.50 g/100 mL、發酵溫度41 ℃，由于最佳組合不在正交試驗中，故需要進行驗證實驗，結果表明，最優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化L9(34)正交試驗結果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化成氰醇，繼而裂解成氫氰酸，形成的氫氰酸與蒸發的水分被釋放出 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硬的外殼，促進氫氰酸的釋放[29-30]。微波脫毒技術升溫快、作用時間短、脫毒效率高，但是在微波脫毒過程中會出現溫度不易控制的現象，而且容易出現局部升溫過快現象，導致酶解過程不均勻，亞麻籽粕出現焦糊，使亞麻籽粕品質下降[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道[12,20,22,30-31]接近。酸乳作為人們日常食用的發酵乳制品，不僅含有豐富的營養物質，而且具有改善腸道健康等益生功能[32]。近年來，復合型酸乳已占據多數酸乳市場，果蔬類、谷物類復合型酸乳越來越普遍。但是，亞麻籽粕酸乳發酵過程對氰化物含量影響的研究仍鮮有報道。發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的農作物為原料、發酵制成的可食用性發酵產品的脫毒，應用空間比較廣闊[10,15]。目前，我國并沒有發酵乳中氰化物含量的標準。參考CODEX STAN 176—1989《食用木薯粉食品法典標準》[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 論

單因素試驗結果表明，微波時間、微波功率和微波溫度都會影響亞麻籽粕微波去毒的效果，發酵時間、發酵溫度、發酵劑添加量也會影響亞麻籽粕酸乳中氰化物的含量。在微波時間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；在發酵時間9.0 h、發酵溫度41 ℃、發酵劑添加量1.50 g/100 mL條件下，亞麻籽粕酸乳氰化物含量最低。同時本研究表明，在酸乳發酵過程中，發酵可以減少亞麻籽粕中氰化物含量。