米曲霉固态发酵脱除菜籽粕中芥子碱和多酚研究

肖 翼 王承明

米曲霉固态发酵脱除菜籽粕中芥子碱和多酚研究

肖 翼 王承明

(农业部食品安全评价重点开放实验室华中农业大学食品科学技术学院，武汉 430070)

为了探讨米曲霉发酵菜籽粕对其中抗营养因子的脱除效果，以米曲霉发酵时间，接种量和麸皮添加量为试验因素，以菜籽粕中芥子碱和多酚脱除率作为评价指标，优化米曲霉固态发酵工艺。方差分析结果表明，米曲霉接种量对芥子碱和多酚脱除率都有显著性影响(P＜0．05)，而发酵时间和麸皮添加量的影响差异性不显著(P＞0．05)。确定最优发酵工艺为:米曲霉接种量为8%，麸皮添加量为10%，以自然pH在30℃下培养60 h后，芥子碱与多酚的脱除效果最好，分别可达50．614%和67．252%。故而，米曲霉固态发酵法是脱除菜籽粕中2种抗营养因子的有效途径之一。

菜籽粕 米曲霉 多酚 芥子碱

中国是世界上油菜籽最主要的生产国之一，年产量超过500万吨，榨油后产生的菜籽饼粕也达350万吨，资源丰富。菜籽粕中蛋白质量分数高达40%左右，氨基酸组成合理，富含赖氨酸，几乎不存在限制性氨基酸，接近联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)的推荐值，营养价值优于大豆蛋白，是一种优质的蛋白资源［1－4］。然而，菜籽粕中含有芥子碱和多酚等多种抗营养因子，极大地影响和限制了菜籽粕的应用价值和领域。为此，寻求有效脱除芥子碱和多酚的方法，是提高菜籽粕利用效率，扩大应用范围的重要途径。

抗营养因子脱除方法主要有物理、化学和微生物学脱毒法。其中物理脱毒主要有脱皮处理和热处理，缺点是处理时间长，能耗大，脱毒效果不明显，氨基酸受损，降低了菜籽粕的利用价值［5－7］。化学法不仅脱毒单一，产品口感差，而且强酸碱或有机试剂的引入，对环境有一定程度的威胁［8－9］。然而，微生物发酵脱毒法相对于其他方法具有成本小、操作简单、蛋白和某些氨基酸都有所提高等优点，倍受研究者的青睐和关注。据报道，可用于脱毒的微生物是很多的，如细菌、霉菌、酵母菌均可，其中又以白地霉、酵母菌、乳杆菌、青霉菌、曲霉菌效果最好，且液体发酵，固体发酵均可。P．Rozan等［10］利用少孢根霉固态发酵菜籽粕，能使其中酚类物质的降解率达30%。Lacki等［11］研究发现白腐真菌产生的酶可显著降低卡诺拉菜粕中的芥子碱含量。然而，目前国内外对菜籽粕微生物脱毒主要集中在硫苷，植酸和粗纤维方面［12－13］。

为此，考虑到菜粕中硫苷和植酸被脱除后，芥子碱和多酚的抗营养作用凸显，本文选用米曲霉进行菜籽粕固态发酵降解芥子碱和多酚的研究，因为米曲霉是一类产复合酶的菌株，其发酵过程中产生的单宁酶，可以使原料中难吸收的单宁降解，从而提高消化率，还对芥子碱有一定的脱除作用。

1 材料与方法

1．1 材料

菌种:米曲霉(Aspergillus oryzae)为本实验室保藏菌株。

菜籽粕:湖北奥星粮油工业有限公司。

1．2 主要仪器

UV100紫外可见分光光度计:天津普瑞斯仪器有限公司;SPX－250B－D摇床:天津泰斯特;SWCJ－2FD无菌操作台、YXQ－SG46－280S高压灭菌锅:上海博迅;SPX－250B恒温培养箱:天津泰斯特公司;WP700TL23－K5微波炉:格兰仕。

1．3 试验方法

1．3．1 生产菌种基础培养基制备

斜面保藏菌种，用马铃薯葡萄糖培养基活化生产高活力米曲霉孢子。

1．3．2 孢子悬浮液的制备［14］

将米曲霉菌种接于PDA斜面培养基上，30℃培养48 h;在无菌条件下，加入30 mL无菌生理盐水，用无菌接种环在培养基表面轻轻刮动，使孢子悬浮于液体中，将液体移入试管，混匀，用无菌的定性滤纸过滤，用血球计数法度数，调整孢子浓度为1．2×106cfu/mL，成为孢子悬浮液，备用。

1．3．3 菜籽粕原料的制备

将菜籽粕粉碎，过40目筛，添加麸皮后与水以1∶2的比例混合均匀，微波灭菌3 min后，接种米曲霉孢子悬浮液，在自然pH，30℃下发酵一定时间。

1．3．4 米曲霉发酵单因素试验

以菜籽粕为基料，麸皮添加量为10%，菌种接种量为8%，于30℃恒温培养箱中分别培养24、36、48、60、72 h后，观察发酵过程中产物所含多酚和芥子碱变化规律。

以菜籽粕为基料，麸皮添加量为10%，菌种接种量(质量比)分别为2%、4%、6%、8%和10%，于30℃恒温培养箱中分别培养60 h后，观察发酵过程中产物所含多酚和芥子碱变化规律。

以菜籽粕为基料，麸皮添加量(质量比)为0%、5%、10%、15%和20%，菌种接种量为8%，于30℃恒温培养箱中分别培养60 h后，观察发酵过程中产物所含多酚和芥子碱变化规律。

1．3．5 正交试验设计优化米曲霉的发酵条件

根据单因素试验结果，确定3因素3水平，选用L9(33)正交表，设计如表1所示。

表1 正交试验因素与水平

1．3．6 测定方法

多酚的测定方法:Folin－Denis法;芥子碱的测定方法［15］:紫外分光光度法;孢子悬浮液浓度测定:血球计数法。

1．3．7 数据处理及分析

数据处理采用Excel 2003，方差分析采用SPSS 17．0 软件。

2 结果与分析

2．1 单因素对米曲霉发酵的影响

2．1．1 发酵时间

如图1所示，随发酵时间的延长，所得发酵产物中芥子碱和多酚脱除率显著增大(P＜0．05)。但是，芥子碱在48 h后的脱除效果不显著。多酚脱除率在60 h后变化不显著(P＞0．05)。综合考虑芥子碱和多酚同时脱除效果最佳，故选择发酵时间为60 h为宜。

图1 不同发酵时间对芥子碱和多酚含量的影响

2．1．2 接种量

如图2所示，接种量对芥子碱和多酚的影响趋势是相同的。随着接种量的增大，发酵产物中芥子碱和多酚的脱除率显著增大(P＜0．05)，到接种量为8%时，变化趋于稳定。因此，选择米曲霉的接种量为8%最好。

图2 不同接种量对芥子碱和多酚含量的影响

2．1．3 麸皮添加量

如图3所示，随着麸皮添加量的增加，芥子碱和多酚的脱除率显著增大(P＜0．05)，到添加量为10%后，变化差异不显著(P＞0．05)。利用麸皮作为基质的填充物能有效的促进芥子碱和多酚的分解，最佳麸皮添加量为10%。

图3 不同麸皮添加量对芥子碱和多酚含量的影响

2．2 米曲霉发酵正交试验极差与方差分析

由表2极差分析结果显示，当以多酚脱除率为指标时，影响因素的主次顺序为B＞A＞C，最佳方案为A2B2C1。当以芥子碱脱除率为指标时，影响因素的主次顺序为B ＞A＞C，最佳条件为A3B2C3。表3方差分析结果显示，发酵时间对多酚和芥子碱脱除率的影响不显著(P＞0．05)。米曲霉接种量对芥子碱和多酚脱除率都有显著影响(P＜0．05)，而麸皮添加量的影响差异不显著(P＞0．05)。综合极差和方差分析结果确定最佳发酵条件为:A2B2C1，即米曲霉接种量和麸皮添加量分别为8%和10%，在自然pH，30℃下发酵60 h脱除效果最佳。验证试验得到多酚和芥子碱的脱除率分别为67．252%和50．614%，均高于正交组。

表3 方差分析结果

3 结论

米曲霉接种量、发酵时间和麸皮添加量对发酵后的菜籽粕中多酚和芥子碱含量均有不同程度的影响。适宜于米曲霉发酵菜籽粕的条件为接种孢子悬浮液液为1．2×106cfu/mL的米曲霉，9 cm培养皿中装入9 g菜籽粕，1 g麸皮与水以1:2的比例混合均匀后，接种8%菌种于30℃培养60 h后，所得发酵物产物芥子碱和多酚的脱除效果最好。

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Study on Removal of Sinapine and Polyphenols in Rapeseed Meals by Aspergilus Oryzae Solid－State Fermentation

Xiao Yi Wang Chengming
(MOA Key Laboratory of Food Safety Evaluation，College of Food Science and Tech－nology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070)

To investigate the removal efficiency of anti－nutritional factors in rapeseed meal fermentation by Aspergillus oryzae，three factors as fermentation time，a amount of Aspergilus oryzae inoculations and bran additions，which effected the contents of polyphenols and sinapine in the fermentation products，were researched to optimize fermentation process with the removal rate of polyphenols and sinapine as the evaluation index．The results showed an amount of Aspergilus oryzae inoculations greatly effected the removal rate of polyphenols and sin pine(P ＜0．05)，rather than the fermentation time and bran additions(P ＞0．05)．The optimal conditions determined were as follows:with 8%in the amount of Aspergilus oryzae inoculations and 10%in the amount of bran addition respectively，the removal rate of polyphenols and sinapine were the best under the natural pH and temperature 30 centigrade after cultivating 60 h，which reached 50．614%and 67．252%respectively．So，it was an effective way to remove two anti－ nutritional factors in rapeseed meal by solid－state fermentation of Aspergillus oryzae．

rapeseed meal，aspergilus oryzae，polyphenols，sinapine

TQ920．6

A

1003－0174(2011)10－0079－04

国家科技支撑计划(2006BAD21B03)

2010－12－09

肖翼，女，1985年出生，硕士，食品化学

王承明，男，1964年出生，教授，粮油加工