彭勝,鄭陽(yáng),史麗娟,朱敏,彭密軍
(吉首大學(xué) 林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 張家界 427000)
菜籽粕是一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白源,其粗蛋白含量為35% ~40%。我國(guó)年產(chǎn)菜籽粕超過(guò)700 萬(wàn)t,但80%用作生物肥料,深加工利用率不足20%,主要原因在于菜籽粕中含有單寧、硫甙、植酸等有毒物質(zhì)或抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì),直接用作飼料影響口感,且不利于各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用,甚至?xí)?dǎo)致禽畜中毒,使菜籽粕作為植物蛋白的利用受到極大的限制[1-3]。對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒處理,提升蛋白質(zhì)品質(zhì),變廢為寶,代替優(yōu)質(zhì)蛋白源豆粕或魚(yú)粉,可大力緩解蛋白資源緊缺的壓力,對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)、畜牧和食品工業(yè)的發(fā)展起到推動(dòng)作用,并帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文采用水體系對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒,以單寧為指標(biāo),考察水體系對(duì)菜籽粕的脫毒效果,以期得到脫毒效果好、環(huán)保安全、易于工業(yè)化的最佳脫毒工藝條件。
菜籽粕,由張家界華通糧油開(kāi)發(fā)有限公司提供(60 ℃干燥12 h,過(guò)40 目篩);單寧酸、氨水、二甲基甲酰胺、檸檬酸鐵銨、硫酸等均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。
U-3900 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);BM400 型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋;HY-6A 型雙層調(diào)速多用振蕩器;TDL-40B 型離心機(jī);AEG-220 型電子天平;DP32 型電熱鼓風(fēng)干燥箱。
精密稱取菜籽粕5 g,按料液比1∶20 g/mL 加入酸溶液,在30 ℃振蕩60 min。過(guò)濾,濾渣烘干后測(cè)定其中單寧、植酸、硫甙等成分的含量。前期研究表明,菜籽粕脫毒時(shí)各成分的脫除趨勢(shì)基本一致,故以單寧脫除率為代表,考察各因素對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響。
1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 分別移取4 g/L 單寧酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0,1,2,3,4,5 mL 于25 mL 容量瓶中,加入75%二甲基甲酰胺溶液并定容至刻度,搖勻,所得系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的單寧酸含量分別為0,0.16,0.32,0.48,0.64,0.80 mg/mL,于525 nm 處測(cè)定吸光度。以吸光度A 為縱坐標(biāo),單寧酸濃度c(mg/mL)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,線性回歸,得回歸方程A =0.500 3c+0.163 6,r=0.999 6。
1.3.2 樣品的測(cè)定 脫毒前后菜籽粕中單寧酸的測(cè)定詳見(jiàn)F-D 法[4],單寧酸脫除率計(jì)算公式如下:
式中 C1、C2——脫毒前后菜籽粕中單寧酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%。
2.1.1 硫酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g,以料液比1∶20 g/mL,分別加入硫酸體積分?jǐn)?shù)為0,1%,2%,3%,4%的水溶液,30 ℃水浴條件下振蕩提取60 min,提取1 次。考察硫酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 硫酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.1 Effects of the content of sulfuric on detoxification of rapeseed meal
由圖1 可知,單寧是一種酸性物質(zhì),可溶于水,在酸作用下易水解成沒(méi)食子酸等化合物或生成縮合類單寧等不溶于水的紅色沉淀,因此單寧的脫除率隨著硫酸的加入和濃度增加反而降低??紤]到以酸水作為脫毒溶劑,不僅對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,且導(dǎo)致脫毒菜籽粕后續(xù)處理更復(fù)雜,所以在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中直接以純水作為脫毒劑對(duì)菜籽粕進(jìn)行處理。
2.1.2 料液比對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g,分別以料液比為1∶10,1∶20,1∶30,1∶40,1∶50 g/mL 加入純水溶液,在30 ℃水浴條件下振蕩提取60 min,提取1 次??疾炝弦罕葘?duì)菜籽粕脫毒效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖2。
圖2 料液比對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.2 Effects of liquid-solid ratio on detoxification of rapeseed meal
由圖2 可知,隨料液比增加,菜籽粕中單寧的脫除率增加,在1 ∶20 g/mL 時(shí)達(dá)到最大,脫除率31.38%。之后脫除率反而降低。可能是因?yàn)榱弦罕冗^(guò)大,雜質(zhì)溶出也隨之增加。因此初步確定料液比為1∶20 g/mL。
2.1.3 脫毒時(shí)間對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g,以料液比1∶20 g/mL 加入蒸餾水,于30 ℃水浴中分別振蕩30,60,90,120,150 min,提取1 次??疾烀摱緯r(shí)間對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖3 脫毒時(shí)間對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.3 Effects of time on detoxification of rapeseed meal
由圖3 可知,隨著脫毒時(shí)間增加,脫除率增加,在90 min 時(shí)達(dá)到最大值;脫毒時(shí)間>90 min,脫毒率有所降低,可能是因?yàn)閱螌庮惢衔锱c空氣接觸,易氧化變質(zhì),從而導(dǎo)致脫毒率降低。因此脫毒時(shí)間為90 min 時(shí)最佳。
2.1.4 脫毒溫度對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g,以料液比1∶20 g/mL 加入蒸餾水,分別于30,40,60,80,100 ℃水浴條件下振蕩提取1次,考察脫毒溫度對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖4 脫毒溫度對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.4 Effects of temperature on detoxification of rapeseed meal
由圖4 可知,隨著脫毒溫度升高,單寧脫除率逐漸增加,抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的溶解逐漸加速,100 ℃時(shí),單寧脫除率達(dá)到最高,為52.59%,因此,選擇脫毒溫度為100 ℃。
2.1.5 脫毒次數(shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響 準(zhǔn)確稱取菜籽粕5 g,以料液比1∶20 g/mL 加入蒸餾水,于100 ℃沸水中振蕩提取90 min,分別提取1 次、2次、3 次、4 次、5 次??疾烀摱敬螖?shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5 脫毒次數(shù)對(duì)菜籽粕脫毒效果的影響Fig.5 Effects of times on detoxification of rapeseed meal
由圖5 可知,脫毒處理≥2 次,單寧脫除率變化不大。故確定脫毒次數(shù)為2 次。
2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn),選定料液比、脫毒溫度、脫毒時(shí)間作為考察因素,以菜籽粕中單寧的脫除率為考察指標(biāo),進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表1、表2。
表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of orthogonal experiment
表2 方差分析結(jié)果Table 2 Variance analysis result
由表1 可知,3 種因素對(duì)菜籽粕單寧脫除率的影響程度依次為脫毒溫度>料液比>脫毒時(shí)間,最佳組合為A2B2C2,即最佳工藝條件為:脫毒溫度90 ℃,料液比1∶20 g/mL,脫毒時(shí)間90 min。
2.2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 按A2B2C2工藝條件和單因素的最佳條件均進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn),并分別測(cè)定單寧、硫甙[5]、植酸[6]的脫除率,對(duì)其合理性和穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)Table 3 Verification test
由表3 可知,正交實(shí)驗(yàn)條件比單因素實(shí)驗(yàn)條件更優(yōu),因此水體系對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒處理的最佳工藝為:料液比1 ∶20 g/mL,溫度90 ℃,振蕩處理90 min,脫毒2 次,且其RSD =1.235%。表明該工藝重現(xiàn)性好,達(dá)到了優(yōu)化的目的。
菜籽粕水體系脫毒,單寧、硫甙、植酸脫毒率均在70%左右,相比乙醇、硫酸等有機(jī)溶液體系脫毒率90%[7],脫毒率較低,但從溶劑成本、毒性、操作難易程度等方面考慮,以水體系對(duì)菜籽粕進(jìn)行脫毒在實(shí)際應(yīng)用中是可行的,且脫毒后的菜籽粕符合飼料標(biāo)準(zhǔn)。如果在以后的菜籽榨油生產(chǎn)過(guò)程中,添加反復(fù)振蕩水洗菜籽粕這一步驟,可以直接將菜籽粕提升到飼料級(jí)要求,即可直接取代魚(yú)粉和豆粕作為飼料蛋白使用,從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的綜合利用。
[1] 朱文優(yōu),李華蘭,周守?cái)?菜籽粕脫毒方法及其特點(diǎn)[J].糧食與食品工業(yè),2009(2):6-8.
[2] 王剛,蔡國(guó)林,陸建.微生物發(fā)酵改善菜籽粕品質(zhì)的研究[J].中國(guó)油脂,2011,36(7):24-28.
[3] 蘭文菊,彭密軍,彭勝,等.酸溶液對(duì)菜籽粕脫毒工藝探討[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2012,27(11):67-71.
[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 15686—2008 高粱單寧含量的測(cè)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.
[5] 張菊珍,徐世前,史美仁.硫脲法測(cè)定菜籽餅粕中的硫代葡萄糖甙[J].南京化工學(xué)院學(xué)報(bào),1992,14(2):63-68.
[6] 錢和,雕鴻蓀,沈蓓英.現(xiàn)行油菜籽加工過(guò)程中各種成分的變化[J].無(wú)錫輕工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1995,14(2):129-135.
[7] 蘭文菊,彭密軍,呂強(qiáng),等.菜籽粕混合溶劑脫毒工藝研究[J].中國(guó)油脂,2012,37(6):28-32.