溶液浸取法脱除菜籽饼中抗营养因子的研究*

王 珏，孙小祥，蔡成娟，许若冰，朱兆旭，刘茂函，石开仪

(黔南民族师范学院化学化工学院，贵州 都匀 558000)

中国油菜籽产量高，菜籽饼是菜籽油压榨后的副产物，由于菜籽饼中粗蛋白含量较高，并且中国缺乏蛋白类资源，可以将菜籽饼进行资源再利用[1]。在发生天灾时，人们更应该珍惜粮食。粮食对是人类生存的根本，中国人口基数大，对粮食和蛋白质类食品需求量大，为了变废为宝，可以对菜籽饼进行蛋白质提取和菜籽饼的抗营养因子的脱除的研究[2-3]。

菜籽饼是一种优质蛋白质原料，可以将菜籽饼制作成动物饲料或者蛋白质饮品。如果将菜籽饼制作成蛋白质饮品，可直接在菜籽饼中提取蛋白质。如果将菜籽饼制作成动物饲料，则需要对菜籽饼进行脱毒处理[4]。科研人员一般采用酸法何国菊等[5]用硫酸甲醇体系脱毒，植酸的脱除效果较好，脱除率为91.2%，硫甙的脱除率84.7%，异硫酸氢酸酯脱除率为93.1%。Muherje等[7]研究出一种用70%的丙酮水溶液提取硫甙可除去大约90%的硫甙，并且无蛋白质损失，仅4.2%脂肪和8.8%的固体物流失[6]。鲍俊杰等[8]研究发现丙酮-乙醇溶液对菜籽粕具有一定脱毒效果。陈君等采用微生物的方法脱除菜籽饼中的抗营养因子其硫甙，结果发现M2、X3和X8组合菌株对菜籽饼发酵后其硫甙的降解率达67.8%。脱毒后的菜籽饼能适量取代鱼粉或豆粕用于饲料[9-11]。

本研究采用溶液浸取法，通过响应面实验设计法研究料液比、温度、时间对菜籽饼中抗营养因子脱除率的影响，筛选出最佳脱除工艺为：料液比为1∶5(g/mL)、温度为40 ℃、时间为120 min时，硫甙脱除率可达到98.7%。

1 实 验

1.1 实验药品

菜籽饼(榨油坊)，丙酮溶液(AR，分析纯)，1，2一二氯乙烷(AR，分析纯)、氯化钯(AR，分析纯)、氯化钠(AR，分析纯)、浓盐酸(AR，分析纯)，以上试剂均来自重庆川东化工有限公司。

1.2 丙酮溶液提取菜籽饼中硫甙单因素实验

(1)料液比单因素实验：在浸取时间和温度相同的条件下，分别调节料液比为1∶4(g/mL)、1∶5(g/mL)、1∶6(g/mL)、1∶7(g/mL)、1∶8(g/mL)进行五组不同的实验。

(2)温度单因素实验：在浸取时间和料液比相同的条件下，分别调节温度为25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃进行五组不同的实验。

(3)时间单因素实验：在料液比和温度相同的条件先，分别调节时间为30 min、60 min、90 min、120 min、150 min进行五组不同的实验。

(4)硫甙含量测量实验：配置PdCl2溶液，从试样袋中称量约0.1 g丙酮溶液处理过的菜籽饼于5 mL或10 mL试管中 ，用50 μL移液枪移取50 μL 1，2-二氯乙烷于试管中，在98-1-B型电子调温电热套上用烧杯加热200 mL蒸馏水，每支试管加10 mL沸水，在DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中以90 ℃温度水浴提取30 min，待提取后的溶液冷至室温，将提取后的溶液在TGL-16高速离心机上分离，使用1 mL移液枪吸取0.5 mL滤液于10 mL试管中，使用5 mL移液枪吸取3 mL PdCl2显色液于提取液中放置120 min显色。5 mL移液枪吸取3 mL PdCl2显色液于提取液中放置120 min显色。样品的测定在紫外可见分光光度计上进行，测量得到两个吸收值作差为ΔA，得到吸光度之差代入工作曲线中可得所测硫甙的百分含量。

1.3 响应面实验

使用Dsign-export8.0软件设计实验，考察：料液比(A)、温度(B)、时间(C)三个因素对脱除硫甙的影响。料液比的范围在1∶4.5～1∶5.5(g/mL)，时间范围在90～150 min，温度范围在35～45 ℃。在电子天平上称量5 g预处理过的菜籽饼于锥形瓶中。1号实验在温度为40 ℃，时间为120 min，料液比为1∶5(g/mL)的条件下实验。菜籽饼使用25 mL丙酮溶液在集热式恒温加热搅拌器中以40 ℃的温度搅拌120 min，将浸泡后的菜籽饼洗涤干燥放置在试样袋中，将试样袋编号为1。依次改变料液比﹑温度﹑时间三个参数，进行17组不同实验。

2 结果与分析

2.1 料液比、温度和时间对硫甙脱除的影响

在温度与时间不变的条件下，考察不同料液比对硫甙脱除率的影响，结果如图1a所示，在料液比为1∶5(g/mL)时，处理后的菜籽饼的硫甙百分含量最低，硫甙百分含量1.102%，说明在料液比为1∶5(g/mL)时，菜籽饼脱除硫甙的效果最佳，硫甙脱除率为86.8%。

图1 不同因素对菜籽饼脱除硫甙的影响Fig.1 Effect of different factors on glucosinolate removal from rapeseed cake

在料液比与时间不变的条件下，探究不同温度对硫甙脱除率的影响，结果如图1b所示。在温度为40 ℃时，处理后的菜籽饼的硫甙百分含量最低，硫甙百分含量1.152%。说明在温度为40 ℃时，菜籽饼脱除硫甙的效果最佳，硫甙脱除率为86.2%。

在料液比与温度不变的条件下，研究不同时间对硫甙脱除率的影响，结果如图1c所示。当时间为120 min时，处理后的菜籽饼的硫甙百分含量最低，硫甙含量为1.095%，说明在时间为120 min时，菜籽饼脱除硫甙的效果最佳，硫甙脱除率为86.9%。

综上所述，筛选出硫甙脱除率最佳条件：料液比为1∶5(g/mL)，温度为40 ℃，时间为120 min，成功将菜籽饼中有害物质硫甙脱除，脱除率为86.9%。

2.2 响应面分析

2.2.1 料液比和温度的三维曲面图

由图2可知，当70%丙酮溶液浸泡菜籽饼的反应时间不发生改变的条件下，温度为45 ℃和料液比为1∶5.5(g/mL)时，硫甙的脱除率处于最低点，脱除率为91.8%。温度为40 ℃和料液比为1∶5(g/mL)时硫甙的提取率为98.7%，硫甙的脱除率处于最高点。当时间不变，温度范围在35～45 ℃，随着温度升高，硫甙的提取率随温度的变化是先增大后减小。在40 ℃时是最优的温度。料液比范围1∶4.5～1∶5.5(g/mL)，硫甙的提取率随着料液比的变化是先增大后减小。当料液比为1∶5(g/mL)时条件最优。

图2 料液比和温度的三维曲面图Fig.2 3D surface diagram of solid-liquid ratio and temperature

2.2.2 温度-时间三维曲面图

由图3可知，当70%丙酮溶液浸泡菜籽饼的料液比不发生改变的情况下。料液比为1∶4.5(g/mL)，70%丙酮溶液浸取菜籽饼的时间为150 min时，图3上出现一个最低点，硫甙的提取率91.9%。在料液比为1∶5(g/mL)，丙酮溶液浸取菜籽饼的时间为120 min时，在图3上出现一个最高点，硫甙的提取率为98.7%。浸取菜籽饼的时间范围在90～150 min，硫甙提取率随时间的的变化是先增大后减小，当浸取时间为120 min时条件最优。温度范围在35～45 ℃，硫甙提取率随温度的变化是先增大后减小，当温度为40 ℃时条件最优。

图3 温度和料液比的三维曲面图Fig.3 3D surface diagram of temperature and solid-liquid ratio

2.2.3 料液比-时间三维曲面图

由图4可知，当70%丙酮溶液浸泡菜籽饼的温度不发生改变的情况下，70%丙酮溶液浸取菜籽饼的时间为90 min，温度为35 ℃，在图4上出现一个最低点，硫甙的提取率92.0%。丙酮溶液浸取菜籽饼的时间为120 min和实验温度为40 ℃时，在图4上出现一个最高点，硫甙的提取率为98.7%。丙酮溶液浸取菜籽饼的时间范围在90～150 min，硫甙脱除率随着时间的变化是先增大后减小，当时间为120 min时条件最优。料液比的范围在1∶4.5～1∶5.5(g/mL)，硫甙提取率随料液比的变化是先增大后减小，料液比为1∶5(g/mL)时条件最优。

图4 料液比和时间的三维曲面图Fig.4 3D surface diagram of solid-liquid ratio and time

3 结 论

通过研究，得到如下结论：

(1)在单因素实验研究中，当料液比为1∶5(g/mL)时硫甙含量最低，硫甙脱除率为86.8%；温度为40 ℃时硫甙含量最低，硫甙脱除率为86.2%；丙酮溶液浸取时间为120 min时硫甙含量最低，硫甙脱除率为86.9% 。

(2)通过响应面实验可以得出脱除硫甙的最优条件是温度：40 ℃、时间：120 min、料液比为1∶5(g/mL)，在此条件下硫甙的脱除率为98.7%。