酵母发酵法去除魔芋飞粉中三甲胺的研究

朱新鹏++唐冬雪++丁彤

摘要：为了研究酵母发酵法对去除魔芋飞粉中三甲胺的最佳条件，利用活性干酵母对魔芋飞粉进行处理，研究发酵时间、发酵温度、固液比和酵母液质量分数对去除三甲胺的影响，采用正交试验进行工艺优化，同时分析了酵母发酵对魔芋飞粉化学成分的影响。结果表明，酵母发酵法去除魔芋飞粉中三甲胺的最优工艺条件为酵母液质量分数1.5%，固液比1∶6（g∶mL），发酵温度45 ℃，发酵时间2.5 h，在该条件下可去除62.00%的三甲胺，降低了魔芋飞粉异味。发酵前后，可溶性糖有所增加，淀粉、蛋白质和脂肪因酵母呼吸代谢消耗而降低。

关键词：酵母；发酵；魔芋飞粉；三甲胺

中图分类号：S632.3；TS239 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）18-4793-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.040

魔芋干法加工魔芋精粉过程中，产生大量质量小、颗粒小的粉末状副产品就是魔芋飞粉。其中含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、葡甘露聚糖以及微量矿物质等成分，可应用于食品、饲料、化工等方面。但是魔芋飞粉中含有生物碱、单宁等抗营养物质，以及三甲胺、樟脑、α-蒎烯等异味物质，影响其在饲料、食品等方面的利用[1-3]。因此，去除魔芋飞粉中的异味，是其开发利用的重要环节。异味物质的排除常用方法主要有物理的吸收、抽空、蒸馏、包埋，化学的降解、转化，以及生物的酶法和发酵等。李晴晴等[4]采用柠檬酸溶液浸提溶解的方法，可除去75.67%的三甲胺。李斌等[5]以盐酸和柠檬酸洗涤魔芋飞粉，可以有效去除三甲胺、生物碱和单宁等物质。胡敏等[6]证实采用极性溶剂和鼓风加热排气法，均能有效地去除魔芋飞粉中的三甲胺等异味成分。

酵母的疏松结构对腥臭物质有吸附作用，其中含有的多种酶可以腥臭物质如醛、酮等大分子物质为底物，转化为无腥臭物质，从而达到脱腥脱臭的目的[7]。因此，酵母发酵的方法被用来脱除鱼类、蚕蛹等的异味物质[7-9]。本试验以魔芋飞粉为原料，采用正交试验优化酵母发酵法去除魔芋飞粉中主要异味物质三甲胺的工艺方法，并分析发酵前后的主要化学成分变化情况，为魔芋飞粉的利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

魔芋飞粉（三甲胺含量0.59%），陕西省紫阳县富硒食品有限公司提供。高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司生产。盐酸、氢氧化钠、葡萄糖、蒽酮、乙酸乙酯、硫酸、无水乙醇、石油醚（沸程60～90 ℃），均为分析纯。

ALC-210-4型电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司）；DK-98-Ⅱ型恒温水浴锅（天津泰斯特仪器有限公司）；TGL-16G型离心机（上海安亭科学仪器厂）；K9840型自动凯氏定氮仪（济南海能仪器有限公司）；101-3A型干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；SX-4-20型高温电阻炉（北京科伟永兴仪器有限公司）；UV1800PC型紫外分光光度计（上海美普达仪器有限公司）；SXT-06型索氏抽提器（上海洪纪仪器设备有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 试样处理 称取5.000 g魔芋飞粉于250 mL锥形瓶中，加入一定浓度的酵母溶液，搅匀，将其置入设定温度的水浴锅中保温发酵。发酵结束后，于4 000 r/min离心20 min，倾倒出上层液体，测定上层液体中三甲胺的含量。每个试验处理重复3次，计算平均值。以三甲胺的提取率为指标，考察的主要因素为发酵时间、发酵温度、固液比（g∶mL，下同）和酵母液质量分数。

1.2.2 正交试验设计 在单因素试验结果基础上，选用L9（34）进行正交试验，正交试验因素与水平见表1。

1.2.3 指标测定

1）三甲胺含量的测定。三甲胺含量的测定采用凯氏定氮蒸馏法测定[10]，每个处理重复3次。

2）可溶性糖的测定。采用蒽酮比色法测定[11]，每个处理重复3次，测定结果以干基含量表示。

3）淀粉的测定。采用蒽酮比色法测定[12]，每个处理重复3次，测定结果以干基含量表示。

4）蛋白质的测定。采用凯氏定氮法测定[13]，每个处理重复3次，测定结果以干基含量表示。

5）脂肪的测定。采用索氏抽提法[13]，每个处理重复3次，测定结果以干基含量表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 酵母液质量分数 在魔芋飞粉试样中按固液比1∶8分别加入质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴锅中保温发酵2 h。酵母液质量分数对三甲胺提取的影响结果见图1。由图1可知，魔芋飞粉中三甲胺的提取率随着酵母液质量分数的增加而增加，在酵母液质量分数为2.0%时三甲胺提取率达到39.59%，之后再增加酵母液质量分数，三甲胺的提取率变化不大。由此说明，一定质量分数的酵母液能够去除三甲胺，可以作为脱除三甲胺的去除剂。三甲胺提取时，适宜的酵母液质量分数为1.5%～2.5%。

2.1.2 固液比 在魔芋飞粉试样中按照固液比分别为1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9和1∶10加入1.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴锅中保温浸提2 h。固液比对三甲胺提取的影响见图2。由图2可知，随着酵母溶液用量的增加，三甲胺的提取率也随之增加，在固液比为1∶6时提取率达到43.92%，之后再增加酵母溶液的用量，三甲胺的提取率增加幅度不大。这种情况说明，利用酵母溶液去除三甲胺的过程要控制一定的固液比，固液比过大，三甲胺的提取不够充分，固液比过小，三甲胺的提取率上升不大。因此，三甲胺在提取过程中适宜的固液比范围为1∶6～1∶8。

2.1.3 发酵时间 在称取的魔芋飞粉试样中按照固液比为1∶8的比例加入1.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴锅中分别保温浸提0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h。发酵时间对三甲胺提取的影响见图3。由图3可知，随着发酵时间的增长，三甲胺的提取率逐渐增大。在2.0 h时提取率达到43.48%，之后三甲胺提取率增幅不大。酵母的疏松结构可以吸附魔芋飞粉中的腥臭物质，并通过一定的反应时间将醛、酮等大分子腥臭物质转化为无腥臭物质。因此，发酵时长宜在2.0～3.0 h。

2.1.4 发酵温度 在称取的魔芋飞粉试样中按照固液比为1∶8的比例加入质量分数为1.5%的酵母溶液，分别在温度为25、30、35、40、45、50 ℃的水浴锅中保温浸提2 h。发酵温度对三甲胺提取的影响见图4。由图4可知，随着发酵温度的升高，三甲胺的提取率呈现先增大后下降的趋势，在40 ℃时出现最大值，随后提取率又逐渐下降。活性干酵母在一定时间内，适当升高温度可以提升发酵效果。但在40 ℃以后，温度过高会影响酵母菌的活性，导致其活性下降甚至失活，致使三甲胺提取率随之下降。由此可知，发酵适宜的温度范围为35～45 ℃。

2.2 正交试验结果

根据单因素试验结果，选用L9（34）进行正交试验，正交试验结果与分析见表2。由表2可知，各因素对三甲胺提取率的影响顺序为C>D>A>B，即对于三甲胺提取率影响最大的因素是发酵温度，其次是发酵时间，再次是酵母液质量分数，影响最小的是固液比。三甲胺提取的最优组合为A1B1C3D2，即在发酵时，最优发酵条件为酵母液的质量分数1.5%，固液比1∶6，在45 ℃的条件下发酵2.5 h。在此条件下进行3次验证试验，所得三甲胺的提取率分别为61.46%、61.78%和62.76%，平均值为62.00%，重复性较好，说明酵母发酵法去除魔芋飞粉中三甲胺可行。

2.3 去除三甲胺前后主要成分的比较

测定发酵前后可溶性糖、淀粉、蛋白质和脂肪含量，结果见表3。由表3可见，经酵母发酵去除三甲胺前后魔芋飞粉中的主要成分中，仅可溶性糖的干基含量有所上升，淀粉、蛋白质、脂肪均在发酵中有所消耗，而以淀粉在发酵中消耗最大。

3 小结与讨论

本试验研究以魔芋飞粉为原料，采用酵母发酵法去除其中的三甲胺，通过单因素试验和正交试验得到优化的去除工艺为：酵母液的质量分数1.5%，固液比1∶6，在45 ℃的条件下发酵2.5 h。在此条件下，可去除62.00%三甲胺，但在发酵过程中淀粉、蛋白质和脂肪等成分因呼吸消耗，而可溶性糖含量有所升高。发酵后的魔芋飞粉异味明显减轻，为其开发利用提供了一条很好的途径，可进一步应用于食品、饲料等方面。

魔芋飞粉中含量最多的异味物质是三甲胺[4]，所以常被用来作为去除异味的指标性物质。化学法去除三甲胺，常会产生环境污染的弊端，物理法可作为辅助手段以提高去除异味的效果，采用发酵法可以有效去除异味，且产生的环境影响小。

酵母用于除去异味物质的机理目前还不是很清楚，胡文婷等[7]认为可能是由于酵母疏松的结构对腥臭物质的吸作用，酵母所含的多种酶能利用腥臭物质如醛、酮等大分子物质为底物转化为无腥臭物质。研究结果也基本与此一致，如在单因素试验中酵母用量增加，三甲胺去除效果提高，存在酵母对腥味物质的吸附作用；随着发酵温度提高，酵母菌的活性提高，三甲胺的去除效果提高，而在高温下，酵母菌活性下降，去除效果亦下降，说明酵母菌能提高三甲胺的去除效果，与其代谢有关。这些变化趋势与李淑芳[8]、任仙娥[9]等研究结果基本一致。

通过测定发酵前后魔芋飞粉中主要成分的变化，说明酵母发酵对淀粉的降解能力较强，转化的可溶性糖未能及时被呼吸消耗，有部分积累。蛋白质和脂肪在发酵过程中有部分被消耗。随着三甲胺等异味物质的去除，魔芋飞粉可作为食品、饲料等予以应用。

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