菜籽粕水體系脫毒工藝研究

彭勝，鄭陽，史麗娟，朱敏，彭密軍

(吉首大學 林產化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000)

菜籽粕是一種優質植物蛋白源，其粗蛋白含量為35% ～40%。我國年產菜籽粕超過700 萬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、植酸等有毒物質或抗營養物質，直接用作飼料影響口感，且不利于各種營養物質的吸收利用，甚至會導致禽畜中毒，使菜籽粕作為植物蛋白的利用受到極大的限制［1-3］。對菜籽粕進行脫毒處理，提升蛋白質品質，變廢為寶，代替優質蛋白源豆粕或魚粉，可大力緩解蛋白資源緊缺的壓力，對我國農業、畜牧和食品工業的發展起到推動作用，并帶來顯著的經濟和社會效益。本文采用水體系對菜籽粕進行脫毒，以單寧為指標，考察水體系對菜籽粕的脫毒效果，以期得到脫毒效果好、環保安全、易于工業化的最佳脫毒工藝條件。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

菜籽粕，由張家界華通糧油開發有限公司提供(60 ℃干燥12 h，過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;實驗用水為蒸餾水。

U-3900 型紫外可見分光光度計;BM400 型數顯電熱恒溫水浴鍋;HY-6A 型雙層調速多用振蕩器;TDL-40B 型離心機;AEG-220 型電子天平;DP32 型電熱鼓風干燥箱。

1.2 實驗方法

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。過濾，濾渣烘干后測定其中單寧、植酸、硫甙等成分的含量。前期研究表明，菜籽粕脫毒時各成分的脫除趨勢基本一致，故以單寧脫除率為代表，考察各因素對菜籽粕脫毒效果的影響。

1.3 分析方法

1.3.1 標準曲線的繪制 分別移取4 g/L 單寧酸標準溶液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，所得系列標準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 處測定吸光度。以吸光度A 為縱坐標，單寧酸濃度c(mg/mL)為橫坐標繪制標準曲線，線性回歸，得回歸方程A =0.500 3c+0.163 6，r=0.999 6。

1.3.2 樣品的測定 脫毒前后菜籽粕中單寧酸的測定詳見F-D 法［4］，單寧酸脫除率計算公式如下:

式中 C1、C2——脫毒前后菜籽粕中單寧酸的質量分數，%。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 硫酸體積分數對菜籽粕脫毒效果的影響準確稱取菜籽粕5 g，以料液比1∶20 g/mL，分別加入硫酸體積分數為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。考察硫酸體積分數對菜籽粕脫毒效果的影響，結果見圖1。

圖1 硫酸體積分數對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，可溶于水，在酸作用下易水解成沒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。考慮到以酸水作為脫毒溶劑，不僅對環境污染嚴重，且導致脫毒菜籽粕后續處理更復雜，所以在后續實驗中直接以純水作為脫毒劑對菜籽粕進行處理。

2.1.2 料液比對菜籽粕脫毒效果的影響 準確稱取菜籽粕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。考察料液比對菜籽粕脫毒效果的影響，結果見圖2。

圖2 料液比對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 時達到最大，脫除率31.38%。之后脫除率反而降低。可能是因為料液比過大，雜質溶出也隨之增加。因此初步確定料液比為1∶20 g/mL。

2.1.3 脫毒時間對菜籽粕脫毒效果的影響 準確稱取菜籽粕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。考察脫毒時間對菜籽粕脫毒效果的影響，結果見圖3。

圖3 脫毒時間對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，隨著脫毒時間增加，脫除率增加，在90 min 時達到最大值;脫毒時間＞90 min，脫毒率有所降低，可能是因為單寧類化合物與空氣接觸，易氧化變質，從而導致脫毒率降低。因此脫毒時間為90 min 時最佳。

2.1.4 脫毒溫度對菜籽粕脫毒效果的影響 準確稱取菜籽粕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，考察脫毒溫度對菜籽粕脫毒效果的影響，結果見圖4。

圖4 脫毒溫度對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，抗營養物質的溶解逐漸加速，100 ℃時，單寧脫除率達到最高，為52.59%，因此，選擇脫毒溫度為100 ℃。

2.1.5 脫毒次數對菜籽粕脫毒效果的影響 準確稱取菜籽粕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。考察脫毒次數對菜籽粕脫毒效果的影響，結果見圖5。

圖5 脫毒次數對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。故確定脫毒次數為2 次。

2.2 正交實驗

2.2.1 正交實驗結果 根據單因素實驗，選定料液比、脫毒溫度、脫毒時間作為考察因素，以菜籽粕中單寧的脫除率為考察指標，進行L9(34)正交實驗，結果見表1、表2。

表1 正交實驗結果Table 1 Results of orthogonal experiment

表2 方差分析結果Table 2 Variance analysis result

由表1 可知，3 種因素對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，脫毒時間90 min。

2.2.2 驗證實驗 按A2B2C2工藝條件和單因素的最佳條件均進行3 次平行實驗，并分別測定單寧、硫甙［5］、植酸［6］的脫除率，對其合理性和穩定性進行驗證，結果見表3。

表3 驗證實驗Table 3 Verification test

由表3 可知，正交實驗條件比單因素實驗條件更優，因此水體系對菜籽粕進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%。表明該工藝重現性好，達到了優化的目的。

3 結論

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，以水體系對菜籽粕進行脫毒在實際應用中是可行的，且脫毒后的菜籽粕符合飼料標準。如果在以后的菜籽榨油生產過程中，添加反復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要求，即可直接取代魚粉和豆粕作為飼料蛋白使用，從而實現農副產品的綜合利用。

［1］ 朱文優，李華蘭，周守敘.菜籽粕脫毒方法及其特點［J］.糧食與食品工業，2009(2):6-8.

［2］ 王剛，蔡國林，陸建.微生物發酵改善菜籽粕品質的研究［J］.中國油脂，2011，36(7):24-28.

［3］ 蘭文菊，彭密軍，彭勝，等.酸溶液對菜籽粕脫毒工藝探討［J］.中國糧油學報，2012，27(11):67-71.

［4］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 15686—2008 高粱單寧含量的測定［S］.北京:中國標準出版社，2009.

［5］ 張菊珍，徐世前，史美仁.硫脲法測定菜籽餅粕中的硫代葡萄糖甙［J］.南京化工學院學報，1992，14(2):63-68.

［6］ 錢和，雕鴻蓀，沈蓓英.現行油菜籽加工過程中各種成分的變化［J］.無錫輕工業大學學報，1995，14(2):129-135.

［7］ 蘭文菊，彭密軍，呂強，等.菜籽粕混合溶劑脫毒工藝研究［J］.中國油脂，2012，37(6):28-32.