菜籽饼脱毒方法的研究进展

2009-03-20孟宪金师建芳刘清赵玉强谢奇珍

农业工程技术·综合版 2009年8期

孟宪金师建芳刘清赵玉强谢奇珍

摘要：菜籽饼是一种营养价值、经济价值很高的优质蛋白质资源，合理的开发和利用菜籽饼资源将产生良好的经济效益和社会效益。但菜籽饼中含有的有毒物质和抗营养因子限制了对其的开发和利用。目前，菜籽饼的脱毒方法主要有：物理脱毒法、化学脱毒法、微生物脱毒法等等，每种脱毒方法都有各自的优缺点和适用范围。通过对上述方法的介绍和比较希望能开发出一种更加高效、节能、环保的脱毒方法。

关键词：菜籽饼脱毒物理方法化学方法微生物方法

我国是世界油菜生产大国，油菜种植面积和油菜籽产量均居世界第一位。菜籽油是我国主要的食用植物油之一，每年仅油菜籽加工后的副产物——菜籽饼就达20万吨。菜籽饼中蛋白质含量非常丰富，其粗蛋白含量在35％～42％，并且菜籽饼蛋白的效率比、利用率、生物值和消化率等几项指标均高于大豆饼蛋白，是一种优良的植物蛋白饲料资源，可广泛应用于畜牧饲料工业中。但菜籽饼中芥子甘(硫甙)、芥酸、植酸、单宁等有毒物质和抗营养因子的存在，限制了它在饲料、食品工业中的应用。目前，大部分菜籽饼直接被当作肥料，造成了天然植物蛋白资源的极大浪费。为了充分利用菜籽蛋白的营养价值，只有除去这些物质，降低菜籽饼的毒性。而对菜籽饼进行脱毒处理是一个复杂的系统工作，目前已有许多科研工作者对此进行了研究，并提出了物理、化学和微生物等脱毒方法，每一种方法都有各自的优缺点，本文对此进行了概述和比较。

1菜籽饼的物理脱毒方法：

物理脱毒方法就是通过加热使菜籽饼中的芥子酶钝化，目前主要采用的物理方法有干热脱毒法，湿热脱毒法、压热脱毒法、蒸汽气提法和紫外线照射法。

物理脱毒法中干热脱毒法的作用机理是迅速提高菜籽饼的处理温度，从而快速钝化芥子酶活性，避免芥子酶将硫甙葡萄糖苷分解产生有毒物质。这种方法具有操作简单的优点，但它只能钝化芥子酶，硫甙、单宁、芥子碱和植酸等物质依然存在。用此方法处理的菜籽饼适口性并无多大改变，而且在饲喂或加工过程中，往往会出现由于动物胃肠环境中的微生物或食物中含有的芥子酶重新将硫甙降解成有毒物质的问题。湿热脱毒法与干热脱毒法相似，只是先将粉碎的菜籽饼在开水中浸泡几分钟，然后再按干热法处理，这种方法的优点是能使部分硫甙溶于热水中。压热脱毒法是将菜籽饼置于高压的条件下，进行加热处理，这样不但可以钝化芥子酶，还可以破坏部分硫甙，其不足之处是因长时间的高温处理，会使菜籽饼中的蛋白质和维生素遭到破坏，从而降低菜籽饼的营养价值。蒸汽气提法是利用高温蒸汽使芥子酶钝化，并降解部分硫甙，产生的有毒物质随蒸汽一起逸出，从而减少了毒性，增加了适口性，脱毒效果也较好。紫外线照射法是利用紫外线照射产生高温而使芥子酶钝化的一种方法，这种方法虽然操作简单，但存在不规律、不稳定的缺点，而且脱毒效果也不明显。

2菜籽饼的化学脱毒方法

化学脱毒方法是根据菜籽饼中的硫甙葡萄糖苷的结构和性质，用一定的化学试剂进行处理，使其失去原有毒性的方法。

2.1水洗法

水洗法的脱毒原理是将菜籽饼中的有毒物质溶于水中，尤其是用热水进行溶解效果更好。去毒过程是用热水或冷水浸泡，反复浸提，然后过滤弃水。常采用连续流动水处理和双倍水处理两种方法。双倍水通常用两倍于菜籽饼质量的水浸泡菜籽饼3小时，过滤，弃滤液，再重复一次即可。能使菜籽饼中(口惡)唑烷硫酮降低84％，异硫氰酸酯降低77％。连续水处理是用凉水连续不断地流入菜籽饼中，淋去其中的异硫氢酸酯和(口惡)唑烷硫酮，处理两小时几乎能完全出去异硫氢酸酯和(口惡)唑烷硫酮。湖南省粮油公司曾经用6倍清水浸泡菜籽饼1天，滤干，再加同量的水浸泡1天，滤干，再重复1次，将水过滤后即可作饲料，效果较好。经处理后的菜籽饼硫甙含量从8.98％～9.85％降至1.74％，脱毒率达80.4％。张宗舟等用3倍水淋滴法进行处理，脱毒率可达97％，并且适口性大有提高，不但是良好的蛋白饲料，也可以作为酿造的蛋白质原料。然而无论采用什么样的水洗法，不足之处是在淋洗过程中干物质特别是水溶性蛋白质的损失量比较高。

2.2醇类处理法

醇类处理法是利用菜籽饼中硫甙、多酚和色素等物质能够溶于醇类水溶液的原理，利用醇类水溶液浸泡菜籽饼来减少一定量的毒性。但对不能溶于醇类水溶液的有毒物质无法清除，而且将流失很多溶于醇中的营养成分，这种方法还存在成本相对较高的缺点。

周锦兰等采用95％乙醇作单相溶剂同时脱油脱毒，在一定的条件下，双高菜籽饼中毒素硫甙脱除率达85％以上，双低菜籽饼中硫甙可基本完全脱除，菜籽饼中的残油率为3％左右。同时，还可将菜籽饼中植酸的含量下降约20％，双低菜籽中单宁的含量下降80％。陆艳等采用单相溶剂乙醇，添加少量表面活性剂油酸钠对双低油菜籽进行冷榨饼脱毒，是种较为创新的脱毒方法，其工艺简单，无污染，对饼中主要毒素硫甙具有较好的脱除效果，具有良好的应用前景，但此方法对菜籽饼中另一抗营养因子植酸的脱除效果不明显，因此在表面活性剂的选取和应用上有待进一步的探讨，使之更加完善。何国菊等采用甲醇硫酸体系(浓硫酸体积比为4％，甲醇体积比为90％，蒸馏水为6％)于室温下对菜籽饼粕进行浸提30min，脱毒效果较好，植酸的去除率为90.3％，单宁的去除率为81.2％，硫甙的去除率为80.1％，而且干物质损失.少，菜籽饼的营养成分(如总蛋白含量、赖氨酸、色氨酸)含量均得到提高，在脱除菜籽饼毒性和抗营养物质的同时，提取了菜籽饼中的植酸和单宁等高附加值物质。

2.3双液相萃取

菜籽的双液相萃取技术是由加拿大L.J.Rubin和L.L.Diosady等开发的，他们以甲醇／氨／水为极性相，用以萃取菜籽中的毒物硫甙，以己烷为非极性相来脱去油脂。用双液相萃取技术脱去菜籽毒物硫甙达到了良好的脱毒效果，脱毒率可达90％以上。但因氦的沸点低、易挥发等特点，大量使用带来了溶剂的回收率低、污染环境、增加设备腐蚀等困难，而且氨只对硫甙起钝化作用，并不能使其消失，而对植酸、单宁和纤维素等都不起作用，从而使其在工业推广方面受到了限制。史美仁等对此技术进行了改进，他们采用少量的碱金属氢氧化物作助剂代替氨，解决了上述困难，同时也获得了较好的脱毒效果。然而他们是通过溶剂和菜籽一起碾磨的途径来完成的，这种方法如要应用于实际生产，存在设备更新、投资大，后处理较麻烦等问题，难于实现工业化。秦辉等在非碾磨条件下，用轻汽油：甲醇：水为7：2：1的混合溶液对菜籽饼进行脱毒，除能较好地脱除硫甙外，还使体系中植酸的含量降低了20％左右，得到的菜籽饼颜色浅、口感好，蛋白质含量也较高。

2.4其他处理方法

朱明等在水中添加一定量的无机酸和无机盐，制

成以水为基质的复合萃取剂，由于硫甙、皂素、单宁等物质可溶于水，植酸钙镁可溶于酸，水中加酸后，可同时除去上述4种物质，这种处理方法相对于其他的处理方法，水的用量可以节约50％以上。目前该种方法已用于饲用菜籽浓缩蛋白的规模化生产，蛋白含量达到55％～60％。碱处理法可以完全去除硫甙，既可使部分硫甙水解，又可中和游离态的植酸生成相应的植酸盐，使植酸盐封闭起来，缺点是脱毒范围不够大。铁盐的方法是利用硫甙的部分水解产物可以与FeS04中游离的Fe²⁺起螫合作用，形成不被动物吸收的高度稳定络合物，从而减少毒性，但对于菜籽饼中的其他有毒成分没有作用，脱毒效果较差，而且还会因为铁锈味，影响脱毒的适口性。

3微生物脱毒法

微生物脱毒法主要利用庞杂的微生物区系和复杂的微生物酶系对菜籽饼中的有毒物质和抗营养因子进行降解。接种微生物后，利用微生物本身分泌出的芥子酶等酶系将硫甙分解成多种具有挥发性的异硫氰酸盐，主要有3-丁烯基硫氰酸盐、4-戊烯基硫氰酸盐、2-羟基-3-丁烯基异硫氰酸盐，还有少量的苯乙基异硫氰酸盐。微生物种类多，数量大、适应性强、生长快、易培养、代谢产酶系复杂，几乎可以分解一切天然物质。无论规模和数量，还是发酵作用、分解作用的彻底性，微生物的作用远远超过物理化学法。用微生物进行菜籽饼脱毒有以下几个特点。第一，酶系繁杂，分解硫甙的芥子酶多，能够水解复杂多变的硫甙；第二，分解中间产物的酶系较复杂，能将其彻底分解，并合成自身物质；第三，菜籽饼的其它抗营养因子也能被微生物分解，如植酸、单宁、纤维素等，能够改善菜籽饼的口感，提高菜籽饼营养成分的利用率：第四，微生物利用自身代谢作用，可以产生香味物质或香味的前体物质，提高菜籽饼脱毒后的香味。大量的试验结果证明，用多菌种混合制成的发酵剂进行发酵脱毒效果很好。

李延云等对菜籽饼与玉米糖化醛混合发酵脱毒进行了研究，其理论依据是菜籽饼虽有较高的营养价值，但作为脱毒菌体的培养物却并不是很理想的物质，缺少菌体生长赖以生存的碳源，因此补充玉米糖化醛后可使菌体的生长环境得到充分改善，促进菌体生长，使之产生大量的代谢产物。

魏晶石、汪正华等在总结国内外微生物发酵脱毒方法的基础上，对酵母茵属和霉菌菌属的菌株进行了筛选试验，筛选出酵母菌8株、白地霉菌4株和米曲霉5株，把以上菌株接入菜籽饼中进行发酵，结果表明，经发酵后的菜籽饼中硫甙的残留量均在34umol／g以下，对硫甙的降解率在62％以上。利用发酵后的菜籽饼制备酱油，所得的酱油的主要理化指标均达到国家二级标准，营养成分保持较完整。

张宗舟等用复合微生物菌剂对菜籽饼进行堆积保温发酵脱毒，复合发酵剂是通过筛选得到的酵母菌、乳酸菌、醋酸菌，白地霉菌以及纤维素分解菌等混合浅盘固体培养而成。将复合发酵剂稀释成1％的水溶液，拌入与水等量的菜籽饼中，用塑料薄膜覆盖，控温20～35℃，堆积发酵3～5d，开启可直接加入到其他原料中进行饲喂，也可烘干配制成混合饲料。这种脱毒，片法简单易行，聪毒率在99％以上，其他抗营养

因子也大大减少，在饲养中的添加量不受限制，效果明显。

除以上几种方法之外，坑埋法也是应用比较广泛的微生物脱毒法，主要是利用菜籽饼表面带的微生物在条件适宜的情况下进行缓慢地发酵，产生的可挥发性有毒成分又被土坑周围的土壤吸附而达到脱毒的目的，该方法操作简单，成本较低，但脱毒效果一般。

4结语

随着全球对能源消费需求的增长，生物制油将成为未来解决能源危机的主要方向，这也进一步促进了更多农民种植油菜籽的积极性。菜籽饼作为油菜籽榨油后留下的副产物，是一种优质的植物蛋白质资源，研究可行的提取菜籽饼中有毒及抗营养物质的方法是开发利用这种优质蛋白质的基本保证，通过介绍和比较当前菜籽饼脱毒的主要方法，能够为现阶段菜籽饼脱毒，以及今后研究出更加节能、高效、环保的脱毒方法，提供一些理论数据。

技术需求(广西壮族自治区)

品种：大米

待解决难题：碎米率偏高；抛光粒面光洁度不够：砻谷脱壳稍低，影响产量；统糠尾风含尘处理难。

品种：干米粉

待解决难题：产品质量难以控制，尚无检测设备。需求加工快熟米粉技术以及产品质量控制和产品检测设备。

品种：薯类

待解决难题：难以加工成优质淀粉。需求以电脑控制为手段，将初级淀粉加工成高质量淀粉。

品种：油菜籽油

待解决难题：溶剂残留

品种：水产(虾类、鱼类)

待解决难题：速冻产品二次解冻失水率高；冰鲜产品速冻后色泽变化大。

品种：带鱼、红三鱼、对虾、罗非鱼片、海蜇