含氰糖苷类作物脱毒技术及其检测方法的研究进展

刘义军，魏晓奕，王 飞，李积华

（中国热带农业科学院农产品加工研究所，广东湛江524001）

目前已报道氰糖苷类化合物存在于许多人们日常食用和药用的作物中，如木薯[1]、亚麻籽[2]、苦竹笋[3]、紫胡红景天[4]、橡胶种子[5]、山茱萸[6]、天山花楸[7]等，然而其摄入人体内后，会对人的身体健康造成严重的伤害，氰糖苷本身不具备毒性，其代谢产物氢氰酸被吸收后，随着血液循环进入组织细胞，透过细胞壁进入线粒体，与线粒体中细胞色素酶的铁离子结合，导致细胞的呼吸链中断，造成组织缺氧，机体陷入窒息状态；且氢氰酸具有较强的慢性毒性和神经性毒性，引起呼吸中枢及血管运动中枢麻痹，严重导致死亡[8]。在非洲和南美地区由于食用了含氰糖苷类作物引起了一些疾病如热带神经性共济失调症（TAN）、热带性弱视等[9]。由于这些毒副作用，严重降低了其可食性，因此人们在食用前必需对其进行脱毒。本文主要对氰糖苷类作物的脱毒技术和毒性物质检测技术进行了比较全面的综述。

1 含氰苷类作物脱毒技术

1.1 湿法脱毒技术

湿法脱毒有水煮法脱毒和水浸法脱毒两种，其主要原理是氰糖苷类化合物溶于水后，在酶或者稀酸的作用下水解成氢氰酸和醛（酮）类化合物。氢氰酸的沸点比较低，一般为25.7～26.5℃（常压下），加热易于挥发，因此一般先通过水浸法使得氰糖苷类物质水解，然后再加热处理，已达到脱毒的目的。李笑春[10]考察了不同水浸时间对新鲜木薯脱毒率的影响，经过3d的浸水新鲜木薯脱毒率为43.15%，其脱毒时间较长，脱毒效率低。张郁松[11]考察了不同水煮温度，料液比和浸提时间对亚麻籽中氰糖苷脱毒效果的影响，在料液比为1∶10，80℃水煮120min条件下，亚麻籽中氰糖苷的去除率为88.12%。Cumbana[12]对木薯粉增湿，以0.5cm的薄层平铺在托盘上，30℃下处理5h，氰糖苷的去除率为83.3%，其对于大量的木薯粉脱毒，由于其较长的脱毒时间，空间利用率较低。Bradbury[13]将木薯叶置于料液比为1∶10的水溶液中，50℃处理2h，总氰糖苷的去除率为93%。Banea[1]采用湿法技术对木薯粉进行脱毒，木薯粉中的氰糖苷物质含量降低到10ppm以下，符合食用要求。湿法脱毒技术的工艺较为简单，投资成本小，但是其需要较长的时间，而且产生了大量的废水，对环境有较大的污染。

1.2 干法脱毒技术

干法脱毒技术是指将新鲜含氰糖苷类作物的细胞组织被破坏后，同时置于太阳下晾晒几个小时或者在烘箱内在一定的温度下保持几个小时，借以酶的辅助作用，以达到脱除氰糖苷的目的。其主要原理是新鲜含氰糖苷类作物在日光的照射下，温度升高，酶的活性增强，HCN沸点低，易挥发不易积累，促进含氰糖苷的分解。Essers[14]考察了木薯块根在太阳晾晒后对氰糖苷去除率的影响，研究结果表明脱皮的木薯块根在烘干过程中，经过1～2d的阳光照射，明显降低木薯块根中的氰糖苷含量，阳光照射时，温度较低，木薯块根内部水的蒸发速率较慢，酶的作用时间延长。Bradbury[15-16]采用快速湿法对木薯粉中氰糖苷进行脱毒，研究结果表明日光照射2h的脱毒效果比在树荫下五小时更好。Essers和Bradbury都是利用阳光的增温作用来提高木薯粉中氰糖苷的去除率，其对气候的依赖性较强，适用于那些阳光充足的地区进行脱毒。李笑春[9]考察了不同烘干时间对木薯中氰糖苷含量的影响，研究结果表明，烘干法有助于降低木薯中的氰糖苷含量，新鲜木薯置于75℃下烘烤8h，木薯中含氰糖苷的去除率为62%。

1.3 微波脱毒技术

微波脱毒技术是利用微波选择性吸收，升温较快的特点，使得含氰苷类作物中的水分迅速升温，从而激活作物内糖苷酶的活性，使氰糖苷迅速转化为氰醇，氰醇不稳定分解为氢氰酸和醛（酮）类化合物，氢氰酸随着水蒸汽一同从作物内部逃逸出来。另外微波加热是从里往外加热，这样使得含氰苷类作物的表面不易形成坚硬的外壳，促进氢氰酸的释放。冯定远[17]考察了微波对亚麻籽中氰糖苷去除率的影响，实验结果表明，经微波处理过的亚麻籽生氰苷的去除率为83.2%，同时杨宏志[18]、汤华成[19]考察了微波加热方法对亚麻籽进行脱毒效果的影响，实验结果都表明，微波对亚麻籽中氰糖苷有较好的去除率分别为82%和95.57%。微波脱毒技术升温快，作用时间短，脱毒效率高，但是脱毒过程中温度不易控制，而且容易出现局部升温过快现象，导致酶解过程不均匀。金鑫[20]考察了微波对亚麻籽粉脱毒过程中对功效成分亚麻木酚素稳定性的影响，实验结果表明，微波处理亚麻籽粉后其中亚麻木酚素的影响不大，因此微波脱毒过程中，对作物中某些功效成分的保留效果较佳。

1.4 溶剂提取脱毒技术

溶剂提取脱毒技术是利用氰糖苷溶于极性溶剂的特点，去除含氰糖苷作物中的氰糖苷。杨宏志[18]、汤华成[19]考察了氨水-正己烷-甲醇溶剂体系对亚麻籽粉中的氰糖苷去除率的影响，经过三次提取后亚麻籽粉中的氰糖苷脱除率达到了89%。李高阳[21]采用实验室串级模拟四级逆流萃取工艺，亚麻粕中氰苷残余量小于0.7mg/kg的效果。王慧敏[22]对正己烷-乙醇-水三元双液溶剂体系提取橡胶籽油中氰苷工艺进行了优化，优化后的溶剂系统橡胶籽油中氰苷脱除率达到了91.11%。与湿法和干法相比，溶剂提取法脱毒效率更高，但是有机溶剂不易回收，有溶剂残留量问题，成本较高，对环境污染较大的特点等，应该选择无毒性、沸点较低的有机溶剂来提取氰糖苷，利于氰糖苷的去除和回收。

1.5 挤压膨化脱毒技术

挤压膨化脱毒技术是利用挤出机内高温、高压、短时强烈挤压、剪切处理和热处理作用，破坏氰糖苷的化学结构受到破坏或者与其他物质发生反应，氰糖苷失去毒性，从而起到脱毒的作用。李次力[23]利用Brabender DSE-25双螺杆挤压机对亚麻籽糟粕进行了挤压去除氰糖苷的实验，并对实验参数进行了优化，在最佳的工艺条件下，亚麻籽糟粕中的总氰化物脱除率为96.59%，氰糖苷的含量有257.85ppm降低至8.79ppm，达到可食用国际标准。宋春芳[24]采用SLG67-18.5双螺杆挤压机优化亚麻籽脱毒效果进行研究，研究结果表明在膨化温度147 ～153℃，亚麻籽含水率13.8% ～17.6%，螺杆转速为186 ～211r/min时，亚麻籽中氰糖苷的去除率为95%，为亚麻籽脱毒和开发利用及现有的挤压膨化机的操作提供了理论依据。上述实验研究结果表明，挤压膨化脱毒技术脱毒效率高而且时间短，但是其由于升温很快，酶失火速度也较快，其采用硝酸银滴定法测定其残留氰糖苷含量，由于硝酸盐滴定法需要借助作物自身的酶，高温使得酶系大量失火，致使硝酸盐测定氢氰酸含量偏低，氰糖苷去除较高，因此建议采用其他方法进行对比分析。

1.6 生物法脱毒技术

生物法脱毒技术分为酶法脱毒技术和转基因脱毒技术。酶法脱毒技术的原理是借助添加糖苷酶或者发酵微生物胞外酶或者利用细胞内自身糖苷酶的作用将氰糖苷降解为氢氰酸和醛类或者酮类一系列反应过程。转基因脱毒技术是将作物内的氰糖苷表达基因进行剔除或者植入高表达产酶基因进行脱毒处理。Sornyotha[25]用木聚糖酶和纤维素酶处理木薯后，其氰糖苷（亚麻仁苦苷）含量降低到较低的水平，亚麻仁苦苷的去除率96%，辅助添加酶处理技术很大程度上提高了亚麻仁苦苷的去除率，处理时间短，较为理想的一种方法。范明霞[26]采用基因表达技术成功构建了HNL24b基因表达载体等，使得该基因能在植株中表达，有效减少植株中的氰化物含量。吴酬飞[27]利用基因工程技术成功构建出毕赤酵母分泌表达载体pPIC9K-Ch和pPIC9K-Glu，通过载体与基因组DNA同源重组，首次成功构建可同时体外分泌表达氰化物水合酶和人β-葡萄糖苷酶的毕赤酵母工程菌株GS115-Ch-Glu。此菌株进行亚麻籽发酵脱毒实验和发酵条件进行研究，在发酵温度46.8℃，起始pH调至6.3，发酵48h后亚麻籽中氰糖苷降解率高达99.26%，氰根残留量可降至0.015mg/g。其实验结果表明，发酵法能够显著降低亚麻籽中氰糖苷的含量，可以作为食用，适用于那些以含氰糖苷类作物为原料，发酵制备可食性发酵产物的工艺脱毒，空间较为广阔。

此外，针对氰糖苷在作物中分布不同和影响其降解的因素等，采取适当的预处理方法可以显著提高含氰糖苷作物的脱毒效果，如木薯中亚麻仁苦苷含量主要分布在块茎的皮层，肉质层分布很少，而亚麻仁苦苷酶在肉质层分布很多，如对其进行剥皮处理，木薯的脱毒效果会更好，以及在脱毒过程中降低木薯粉的堆积厚度、调节木薯粉的酸碱度等。Saka[28]采用水浸法对脱皮的木薯和未脱皮的木薯在对含氰糖苷类作物进行脱毒的过程中，发现脱皮的木薯的总氰糖苷去除率为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远远高于肉中含量，因此剥皮后，木薯中氰糖苷含量较低。Bradbury[29]对木薯粉在脱毒过程中调节pH为4.1和6.5，50℃处理5h，发现pH6.5时木薯粉能比pH4.1时的木薯粉脱毒效果更高，而且木薯粉堆积厚度薄的样品比堆积厚度厚的样品总氰糖苷的去除率要好等。

2 含氰苷类作物脱毒的检测方法

2.1 代谢产物氢氰酸的检测方法

代谢产物氢氰酸主要源于氰糖苷在糖苷酶的作用下释放出来的，目前常用的检测方法有硝酸盐滴定法、氰离子选择电极法、苦味酸比色法、吡啶巴比妥酸比色法、色谱法、普鲁士蓝法及苦味酸试纸法等，其中后两者适合于对氢氰酸进行定性分析，前者适用于定量分析，且各种分析方法的灵敏度不同。如硝酸盐滴定法是国家标准检测氢氰酸的方法，且被美国AOAC所推荐，其适用于分析氢氰酸含量在1mg/kg以上的样品[30]；比色法分析样品中氢氰酸下限浓度为0.02mg/kg[31]等。李高阳[32]、王晓芳[33]、韩素芳[34]采用异烟酸-吡唑啉酮比色法分别对亚麻籽、木薯和竹笋中氰化物进行了定性研究，二者结果都表明，该方法准确可靠，重现性较高，实用性强。Bradbury[35]研究出了一种改进后的苦味酸盐法对木薯中氢氰酸含量进行测定，适用于测定氢氰酸浓度在0.1 ～50mg/kg内的样品，该方法很大程度上提高了氢氰酸浓度的测量范围，但是其在测定过程需要标样，对仪器的灵敏度和试剂的纯度有着较高要求。杨剑婷[36]采用普鲁士蓝法、苦味酸试纸法、硝酸银滴定法对白果中氰化物的含量进行了对比研究，实验结果表明，苦味酸试纸法反应最为迅速，颜色变化明显，且操作简单，适用于生产和科研中快速定性检测，而硝酸银滴定法安全易操作，检测灵敏度低，稳定性差。针对不同检测方法的上述特点，在实际检测工作中，应该根据含氰糖苷作物中氰糖苷的含量和检测目的选择一种最佳的检测方法。

2.2 氰糖苷化合物检测方法

目前作物中常见的氰苷有亚麻仁苦苷、百脉根苦苷、苦杏仁苦苷及垂盆草苷等。这些糖苷都属于α-羟基氰的苷，易被稀酸和酶催化水解，生成的苷元α-羟基氰很不稳定，分解为醛（酮）和氢氰酸；在浓酸条件下，氰基易被氧化成羧基，释放氨气；在碱性条件下，易发生异构化而生成α-羟基羧酸盐。在实验室检测过程中，常常将其转化成氢氰酸，然后测定其脱除率，但是氢氰酸易于挥发，测定过程中对结果的影响有着较大的误差；已有人直接采用高效液相法测定氰糖苷化合物的含量，这是一种更为直观的方法用于检测氰糖苷含量，但是在样品处理时，应该尽量避免在高水分下，破坏细胞结构，释放出自身酶系，使得测量结果偏低，这是一个值得注意的问题。Sornyotha[37]采用高效液相色谱法对木薯中亚麻仁苦苷的含量进行分离纯化、鉴定及定量测定其含量，实验结果表明，高效液相色谱法快速直接，灵敏度高，测定的亚麻仁苦苷含量比Bradbury等测定的含量偏高，原因是该法不需要酶的参与，不需要考虑亚麻仁苦苷是否水解完全，酶解过程中氢氰酸挥发，因此高效液相色谱法是测定亚麻仁苦苷含量一种非常好的方法。

3 展望

含氰苷作物的脱毒技术有很多，每种脱毒技术都有其优缺点，比如溶剂法脱毒技术可以实现对亚麻籽中的氰糖苷进行脱毒，但是脱毒后得考虑残留溶剂的问题；湿法脱毒技术脱毒工艺简单，成本低，脱毒周期时间长；微波和双螺杆挤压膨化脱毒技术虽然脱毒效率高，但是其属于热处理效应，热处理后营养成分损失较多，且糖苷酶易失火，处理后，氰糖苷含量若高于10ppm，食用后仍然存在安全隐患；生物法脱毒效率高，营养损失较小，但是转基因食品存在安全隐患。因此，在以后的工作中，应该针对不同原料中氰糖苷含量和科研目标等特点，对一种或者多种脱毒技术进行组合，筛选出一种最适合该作物的脱毒技术和路线，以达到脱毒效率高、操作简单、实用性强、安全性高等特点，这就给我们提供了更高的要求。

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