亚麻籽粕微波脱毒工艺优化及其在酸乳中的应用

秦渤智，孙万成

（青海大学农牧学院，青海 西宁 810016）

亚麻籽榨油后产生的残渣，即为亚麻籽粕。亚麻籽粕中含有大量抗营养因子及有毒成分，因此，一般情况下会被丢弃。但是其作为一种生物资源，通过合理的脱毒工艺，可以作为蛋白质类产品的来源，具有较强的商业应用价值。

亚麻籽粕作为亚麻籽加工后的一类副产品，含有大量蛋白质、膳食纤维、脂肪及矿物质成分，还含有丰富的木酚素、α-亚麻酸、维生素、黄酮、卵磷脂等营养成分。其中，木酚素、α-亚麻酸等具有降血脂、降血糖及治疗心脑血管疾病等功效[1]，而脂肪和膳食纤维有助于减肥[2]。随着技术的进步，亚麻籽粕的应用范围愈发广泛，在医学、饲料及食品领域均有所实践。目前，我国关于亚麻籽粕的研究较为丰富，多集中于营养价值的开发和作为廉价辅料的使用方面，在其他领域仍然有待探究。

亚麻籽粕中含有抗营养因子和有毒成分，抗营养因子包括亚麻籽胶、亚麻亭、植酸等，有毒成分主要是生氰糖苷。亚麻籽胶主要由中性多糖和酸性多糖组成，二者的含量比为1∶2[3]，同时还含有少量天然高分子复合胶，具有持水性、乳化性、发泡性等多种特征[4]。在这些成分中，中性多糖的黏度较高，在pH 5.0～9.0 的环境中黏性稳定，但是电解质可以有效降低其黏 度[5]。亚麻籽胶的黏性导致其含有的蛋白质无法被单胃动物利用，不利于其蛋白质的开发[6]。亚麻生氰糖苷在亚麻籽粕中的含量为100 mg/kg，主要成分是谷氨酸二肽，经过水解后，能够与磷酸吡哆醛、吡哆醛缩合，产生一类较为稳定的化合物，是VB6的主要成分，但是通过热处理工艺可以有效减少亚麻生氰糖苷的含量[7]。植酸能够与蛋白质共同形成复合物，还可以与微量元素及矿物质结合，阻碍动物对亚麻籽中营养物质的吸收。亚麻籽粕中的生氰糖苷主要有2 种，一种是单糖苷，另一种是二糖苷。生氰糖苷的形成主要与亚麻的生产环境及贮存环境相关[8]。生氰糖苷本身并没有毒性，但是被动物采食后，经过混合咀嚼，在pH 5.0、温度40～50 ℃的条件下，与酶发生反应，会产生大量氢氰酸，氢氰酸会与氧化型细胞色素氧化酶的Fe3+结合，导致细胞中毒性缺氧[9]。

在亚麻籽粕加工复合型酸乳的应用中，必须做好脱毒工作，常见的脱毒工艺有蒸煮法、溶剂法、微波法、烘烤法、水煮法和生物法。蒸煮法为基于高温高压，破坏生氰糖苷的化学机构，使其在酶的作用下释放氢氰酸；缺点是容易导致营养物质流失，不适用于酸乳制作。相关研究文献中，最佳脱毒工艺参数为120 ℃蒸煮25 min[10]。溶剂法为基于有机溶剂溶解生氰糖苷，实现脱毒目的；缺点是成本高，容易造成污染，不适用于酸乳制作。相关研究文献中，最佳脱毒工艺为以体积分数5%氨水、85%乙醇和10%水为溶剂，在温度40 ℃环境下浸提3 次[11]。微波法是通过微波加热，促进亚麻籽粕中水分升温，进而激活糖苷酸水解，并随着水分释放出来。该方法安全无污染，适合酸乳制作。相关研究文献中，最佳脱毒工艺为功率720 W，脱毒率99%[12]。烘烤法为基于高温原理，使得生氰糖苷降解，继而挥发。缺点是会破坏其中的营养成分，不适用于酸乳制作。相关研究文献中，最佳脱毒工艺为100 ℃烘烤30 min[13]。水煮法为基于温度升高，增强生氰糖苷的溶出速率，并在糖苷酶作用下释放出氢氰酸。缺点是会破坏其中的营养成分，不适用于酸乳制作。相关研究文献中，最佳工艺为80 ℃水煮10～120 min[14]。生物法可分为2 类：一类是微生物发酵，通过微生物产生的β-葡萄糖苷酶分解生氰糖苷；另一类是转基因技术，通过敲除生氰糖苷的表达基因或植入高表达产酶基因，达到脱毒目的。该方法缺点是成本较高。相关研究文献中，最佳发酵条件为酿酒酵母接种量3%，28 ℃环境下发酵72 h[15]。

在酸乳中加入亚麻籽粕，可以较为有效地增加酸乳的硬度、内聚性、咀嚼性和弹性[16]。但是在酸乳制作前，仍然需要通过一定的方法对亚麻籽粕进行脱毒处理。在脱毒处理后，进行适当比例的添加，对发酵的温度、时间等进行控制，可以得出最佳的酸乳制作配方，以最大限度提高酸乳的营养价值[17]。

本研究利用微波法对亚麻籽粕进行脱毒，通过单因素试验和正交试验确定亚麻籽粕微波脱毒的最优条件，然后利用单因素试验及正交试验优化亚麻籽粕酸乳的制作工艺，并确定酸乳发酵是否对氰化物含量产生影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

亚麻籽粕产地为青海省平安县；新鲜牛乳采购自青海天露乳业股份有限公司；酸乳发酵剂为市售佰生优酸乳发酵菌种。

氢氧化钠 天津市致远化学试剂有限公司；碘化钾、硝酸银 国药集团化学试剂有限公司；氨水 烟台市双双化工有限公司；以上实际均为分析纯。

1.2 仪器与设备

QE-400g粉碎机 常州隆和仪器制造有限公司；JCS-11002C电子天平、R-1001VN旋转蒸发仪 天津市泰斯特仪器有限公司；HH-6数显恒温水浴锅 常州市金坛友联仪器研究所；WBFY-201微波化学反应器 巩义 市予华仪器有限责任公司；BCD-308W冰箱 青岛海尔股份有限公司；YM75立式压力蒸汽灭菌锅 上海三申医疗器械有限公司；SRH60-70高压均质机 上海申鹿均质机有限公司；WFF-16B豪华型食品发酵箱 广东省泓锋烘培设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 亚麻籽粕脱毒工艺优化

参考Feng Dingyuan等[18]的方法。使用粉碎机将亚麻籽粕粉碎后称取20 g，放置于培养皿，加入微波化学反应器中进行微波处理后，对亚麻籽粕的氰化物含量进行测定，并与未脱毒之前进行对比，通过单因素试验及正交试验得出最佳脱毒条件。

单因素试验考察因素为微波时间（20、30、40、50、60 s）、微波温度（30、40、50、60、70 ℃）和微波功率（80、240、400、640、800 W）[19]。在单因素试验基础上进行正交试验，获得最佳脱毒条件。

1.3.2 亚麻籽粕及酸乳中氰化物含量测定

使用氰化物检验中常用的碱滴定比色法对亚麻籽粕及酸乳中的氰化物含量进行测定[20]。取20 g实验材料，将其放入烧瓶中，加入200 mL水进行混合；放置2 h，进行蒸馏；向蒸馏物中加入20 mL 2.5 g/100 mL NaOH溶液，继续蒸馏至100 mL[21]；在蒸馏物中加入8 mL 6 mol/L 氨水和2 mL 5 g/100 mL KI溶液，使用0.02 mol/L AgNO3进行滴定[22]，亚麻籽粕或酸乳氰化物（以HCN计）含量按下式计算[23]。

1.3.3 亚麻籽粕酸乳的制作及发酵对酸乳氰化物含量的影响

选择微波脱毒后的亚麻籽粕粉末，依据小麦胚、大麦等谷物类酸乳的原料前处理方法[24]，使用粉碎机制备亚麻籽粕。将粉碎后的亚麻籽粕粉与水以料液比 3∶1（m/V）混合搅拌后，放入冰箱泡发12 h，放入70 ℃水浴锅搅拌30 min后，将其加入100 mL牛乳中，添加量2 g，制备亚麻籽粕酸乳。

考察发酵时间（6.0、6.5、7.0、8.0、9.0 h）、发酵温度（35、37、39、41、43 ℃）及酸乳发酵剂添加量（0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 g/100 mL）对亚麻籽粕酸乳氰化物含量的影响，并进一步通过正交试验得出最优值。

1.4 数据处理

采用Origin 2021和Design-Expert V10.0.7软件进行数据整理及分析。

2 结果与分析

2.1 亚麻籽粕微波脱毒工艺优化单因素试验结果

2.1.1 微波时间对亚麻籽粕氰化物含量的影响

由图1可知，随着微波脱毒时间的延长，亚麻籽粕氰化物含量呈现递减趋势，其中，微波20～40 s时，呈线性下降趋势，40 s以后下降速率逐渐放缓，微波60 s时下降到最低，为14.81 mg/kg，选择微波时间40～60 s进行正交试验。

图1 微波时间对亚麻籽粕氰化物含量的影响Fig. 1 Effect of microwave irradiation time on cyanide contect in flaxseed meal

2.1.2 微波功率对亚麻籽粕氰化物含量的影响

结合相关研究[13,25]，进行脱毒微波功率单因素分析。由图2可知，随着微波功率的增加，亚麻籽粕氰化物含量呈现递减趋势，其中，微波功率80～400 W时，下降趋势较为明显，微波功率400～800 W下降速率逐渐放缓，微波功率800 W时下降到最低，为14.81 mg/kg，选择微波功率400～800 W进行正交试验。

图2 微波功率对亚麻籽粕氰化物含量的影响Fig. 2 Effect of microwave power on cyanide content in flaxseed meal

2.1.3 微波温度对亚麻籽粕氰化物含量的影响

由图3可知，随着微波脱毒温度的升高，亚麻籽粕氰化物含量呈现波动下降趋势，其中，微波温度30～50 ℃时呈直线下降，微波温度50～60 ℃时上升，微波温度60～70 ℃时再次下降，70 ℃时下降到最低，为62.5 mg/kg。 上述波动可能与微波功率控制导致的温度变化有关，因为二者不能实现完全同时控制。因此，选择微波温度50～70 ℃进行正交试验。

图3 微波温度对亚麻籽粕氰化物含量的影响Fig. 3 Effect of microwave temperature on cyanide content of flaxseed meal

2.2 亚麻籽粕微波脱毒工艺优化正交试验结果

基于单因素试验，建立3因素3水平模型[26]，进行正交试验优化。由表1可知，影响亚麻籽粕氰化物含量的3 个因素影响从大到小排列依次为A＞C＞B，即微波 时间＞微波温度＞微波功率。通过极差分析确定的最优方案组合为A3B2C3，即微波时间60 s、微波功率640 W、微波温度70 ℃。由于最佳组合不在正交试验中，故需要进行验证实验，结果表明，最优条件下亚麻籽粕氰化物含量为14.02 mg/kg。

表1 亚麻籽粕微波脱毒工艺优化L9(34)正交试验结果Table 1 Orthogonal array design with experimental results for optimization of microwave detoxification of flaxseed meal

2.3 亚麻籽粕酸乳制备工艺优化单因素试验结果

2.3.1 发酵时间对酸乳氰化物含量的影响

由图4可知，随着发酵时间的延长，酸乳氰化物含量呈现递减趋势，其中，发酵时间6.0～6.5 h时，下降趋势较为明显，6.5 h以后下降速率逐渐放缓。因此，选择平缓下降区间的发酵时间7.0～9.0 h进行正交试验。

图4 发酵时间对亚麻籽粕酸乳氰化物含量的影响Fig. 4 Effect of fermentation time on cyanide content in yogurt with added flaxseed meal

2.3.2 发酵温度对酸乳氰化物含量的影响

由图5可知，发酵温度35～39 ℃时，酸乳氰化物含量缓慢下降，发酵温度39～41 ℃时，酸乳氰化物含量缓慢上升，最低为11.67 mg/kg。选择发酵温度37～41 ℃进行正交试验。

图5 发酵温度对亚麻籽粕酸乳氰化物含量的影响Fig. 5 Effect of fermentation temperature on cyanide content in yogurt with added flaxseed meal

2.3.3 发酵剂添加量对酸乳氰化物含量的影响

由图6可知，发酵剂添加量0.50～0.75 g/100 mL时，酸乳氰化物含量明显下降，随后不断缓慢下降，发酵剂添加量1.5 g/100 mL时，酸乳氰化物含量最低，为11.81 mg/kg。因此，以发酵剂添加量1.0～1.5 g/100 mL进行正交试验。

图6 发酵剂添加量对亚麻籽粕酸乳氰化物含量的影响Fig. 6 Effect of starter culture concentration on the cyanide content in yogurt with added flaxseed meal

2.4 亚麻籽粕酸乳制备工艺优化正交试验结果

基于单因素试验，建立3因素3水平模型[27]，进行正交试验优化。由表2可知，影响酸乳氰化物含量的3 个因素影响从大到小排列依次为A＞C＞B，即发酵时间＞ 发酵温度＞发酵剂添加量。通过极差分析确定的最优方案组合为A3B3C3，即发酵时间9.0 h、发酵剂添加量1.50 g/100 mL、发酵温度41 ℃，由于最佳组合不在正交试验中，故需要进行验证实验，结果表明，最优条件下亚麻籽粕酸乳中氰化物含量为8.45 mg/kg。

表2 亚麻籽粕酸乳制备工艺优化L9(34)正交试验结果Table 2 Orthogonal array design with experimental results for optimization of preparation of yoghurt with added flaxseed meal

3 讨 论

亚麻籽粕微波脱毒法效果明显，这是由微波脱毒选择性吸收、温度升高较快的特点所决定的。微波脱毒使得亚麻籽粕中的水分温度迅速升高，从而激活β-糖苷酶活性，使亚麻籽粕中生氰糖苷迅速转化成氰醇，继而裂解成氢氰酸，形成的氢氰酸与蒸发的水分被释放出 来[12,28]。另外，微波脱毒是从里向外加热，使得亚麻籽粕的表面不易形成坚硬的外壳，促进氢氰酸的释放[29-30]。微波脱毒技术升温快、作用时间短、脱毒效率高，但是在微波脱毒过程中会出现温度不易控制的现象，而且容易出现局部升温过快现象，导致酶解过程不均匀，亚麻籽粕出现焦糊，使亚麻籽粕品质下降[10,29-30]。

在本研究中，微波脱毒之前，亚麻籽粕中氰化物含量为143.52 mg/kg，在微波脱毒最优方案条件下，脱毒后的亚麻籽粕中氰化物含量为14.36 mg/kg，脱毒率约为90%，脱毒效果与目前已有报道[12,20,22,30-31]接近。酸乳作为人们日常食用的发酵乳制品，不仅含有丰富的营养物质，而且具有改善肠道健康等益生功能[32]。近年来，复合型酸乳已占据多数酸乳市场，果蔬类、谷物类复合型酸乳越来越普遍。但是，亚麻籽粕酸乳发酵过程对氰化物含量影响的研究仍鲜有报道。发酵法可以显著降低亚麻籽中生氰糖苷的含量，可以保证食用安全性，适用于以含生氰糖苷类物质的农作物为原料、发酵制成的可食用性发酵产品的脱毒，应用空间比较广阔[10,15]。目前，我国并没有发酵乳中氰化物含量的标准。参考CODEX STAN 176—1989《食用木薯粉食品法典标准》[33]，食用木薯粉的氢氰酸总含量不得超过10 mg/kg，本研究的亚麻籽粕酸乳中氰化物含量仍然较高。

4 结 论

单因素试验结果表明，微波时间、微波功率和微波温度都会影响亚麻籽粕微波去毒的效果，发酵时间、发酵温度、发酵剂添加量也会影响亚麻籽粕酸乳中氰化物的含量。在微波时间60 s、微波功率640 W、微波温度70 ℃条件下，微波脱毒后亚麻籽粕氰化物含量最低；在发酵时间9.0 h、发酵温度41 ℃、发酵剂添加量1.50 g/100 mL条件下，亚麻籽粕酸乳氰化物含量最低。同时本研究表明，在酸乳发酵过程中，发酵可以减少亚麻籽粕中氰化物含量。