亞麻籽脫毒的研究進(jìn)展 WWW.SFNCC.ORG.CN　?　2008-6-5　
國家食物與營養(yǎng)咨詢委員會

 

       亞麻籽是世界十大油料作物之一，有較高的利用價值，但因生氰糖苷的存在和毒性，限制了亞麻籽的使用和用量。本文詳細(xì)介紹了亞麻籽生氰糖苷的組成、含量、致毒機(jī)理和脫毒方法等方面的國內(nèi)外研究進(jìn)展。
關(guān)鍵詞：亞麻籽；生氰糖苷；脫毒；研究進(jìn)展

    亞麻（Linum ustitatissimum L.）又稱胡麻，屬亞麻科、亞麻屬［1］，是世界十大油料作物之一，主要產(chǎn)于加拿大、阿根廷、印度、美國、中國等國家。目前，全世界亞麻籽總產(chǎn)量在300萬t以上，我國主要產(chǎn)于東北、華北及西北地區(qū)的黑龍江、甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、山西、河北、寧夏等地。據(jù)統(tǒng)計，2005年我國亞麻籽產(chǎn)量大約50萬t，居我國油料總產(chǎn)量的第4位。
    亞麻品種較多，但大致可分為油用型、纖維用型和兼用型3類。亞麻籽由殼和仁組成，其主要成分為油和蛋白，還含有一定量的黏膠、植酸、二糖苷、抗VB6因子等抗?fàn)I養(yǎng)因子或毒性物質(zhì)，特別是其中生氰糖苷的毒性，大大地限制了亞麻籽的使用［2］。為此，國內(nèi)外有關(guān)研究人員對亞麻籽生氰糖苷的脫毒方法及途徑進(jìn)行了廣泛而深入的研究，取得了許多研究成果。本文從亞麻籽生氰糖苷的致毒機(jī)理、脫毒方法等方面對亞麻籽生氰糖苷的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
    1 生氰糖苷的毒性
    生氰糖苷（Cyanogenetic glycosides）亦稱氰苷、氰醇苷，是由氰醇衍生物的羥基和D-葡萄糖縮合形成的糖苷，廣泛存在于豆科、薔薇科、稻科的10000余種植物中；含有生氰糖苷的食源性植物有木薯、杏仁、枇杷和豆類等，主要成分是苦杏仁苷（Amygdalin）和亞麻仁苷（Linamarin）［3］。
    生氰糖苷主要存在于亞麻籽的殼和仁中，亞麻籽中的生氰糖苷主要有二糖苷（Bioside）和單糖苷（Monoglycoside），二糖苷為β-龍膽二糖丙酮氰醇（Linustatin，LN）和β-龍膽二糖甲乙酮氰醇（Neolinustatin，NN），單糖苷是亞麻苦苷（Linamarin）和百脈根苷（Lotaustralin），其中二糖苷含量較多，分別為0.17％和0.19％，單糖苷含量較少［3］。
    生氰糖苷本身不呈現(xiàn)毒性。但含有生氰糖苷的植物被動物采食、咀嚼后，植物組織的結(jié)構(gòu)遭到破壞，在適宜的條件下（有水存在，pH=5左右，溫度40～50℃），生氰糖苷經(jīng)過與其共存的水解酶的作用，水解產(chǎn)生氫氰酸（HCN）而引起動物中毒。但在正常情況下，生氰糖苷和酶存在于不同的部位，并不能接觸，因此不會引起氫氰酸的釋放［4］。生氰糖苷產(chǎn)生氫氰酸的反應(yīng)由兩種酶共同作用。生氰糖苷首先在β-葡萄糖苷酶的作用下分解生成氰醇和糖，氰醇很不穩(wěn)定，自然分解為相應(yīng)的酮、醛化合物和氫氰酸。羥腈分解酶可加速這一降解反應(yīng)。生氰糖苷和β-葡萄糖苷酶處于植物不的同位置，當(dāng)咀嚼或破碎含生氰糖苷的植物食品時，其細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，使得β-葡萄糖苷酶釋放出來，和生氰糖苷作用產(chǎn)生氫氰酸，這便是食用新鮮植物引起氫氰酸中毒的原因［3］。
    生氰糖苷的毒性主要是氫氰酸和醛類化合物的毒性。氫氰酸的主要毒作用在于氫氰酸被吸收后，隨血液循環(huán)進(jìn)入組織細(xì)胞，并透過細(xì)胞膜進(jìn)入線粒體，氰離子（CN-）能迅速與氧化型細(xì)胞色素氧化酶的三價鐵（Fe3+）結(jié)合，生成非常穩(wěn)定的高鐵細(xì)胞色素氧化酶，使其不能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸r鐵（Fe2+）的還原型細(xì)胞色素氧化酶，致使細(xì)胞色素氧化酶失去傳遞電子、激活分子氧的功能，使組織細(xì)胞不能利用氧，形成“細(xì)胞內(nèi)窒息”，導(dǎo)致細(xì)胞中毒性缺氧癥［5，6］。
    生氰糖苷的急性中毒癥狀包括心律紊亂、肌肉麻痹和呼吸窘迫。氫氰酸的最小致死口服劑量為0.5～3.5mg/kg體重。處理急性氰化物類物質(zhì)中毒時，首先應(yīng)立刻讓病人口服亞硝酸鹽或亞硝酸酯（如亞硝酸異戊酯），使病人體中的血紅蛋白（Fe2+）轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅蛋白（Fe3+），高鐵血紅蛋白的加速循環(huán)可將氰化物從細(xì)胞色素氧化酶中脫離出來，使細(xì)胞繼續(xù)呼吸。其后應(yīng)讓病人口服硫代硫酸鹽等解毒劑，使氰化物容易形成硫氰化物而隨尿排出［5，6］。
    2 生氰糖苷的主要脫除方法
    生氰糖苷的毒性是由于β-糖苷酶的作用而使氫化氰（HCN）釋放的結(jié)果，而HCN是一種呼吸抑制劑。人們做了許多的嘗試去除亞麻籽粉中的生氰化合物。常用的亞麻籽脫毒方法有水煮法、溫?zé)崽幚矸ā⑺崽幚怼獫駸崽幚矸ê透蔁崽幚矸?，以及近年來發(fā)展的新方法，如擠壓法、微波法、壓熱法、微生物法和溶劑法［7-15］。
    2.1 水煮法
    水煮法脫毒是亞麻籽在足量的水中使其中的糖苷酶充分地發(fā)揮效力，最終使生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN并得以釋放，此法對亞麻籽粕的脫毒的效果最好。李次力等［9］報道脫除率可達(dá)到96.8l％，楊宏志等［10］研究了加水量、浸提溫度、浸提時間和生氰糖苷去除量之間的關(guān)系，確定了水煮法的最佳工藝條件為溫度80℃、加水量10倍和時間120min。但此方法容易造成部分營養(yǎng)成分的損失和功能性質(zhì)的變化。Madhusudha等［11］報道水煮脫毒使亞麻籽粕中的蛋白質(zhì)分子發(fā)生解離，可利用賴氨酸含量下降30％，但蛋白質(zhì)體外消化率提高38％；相比未處理的亞麻籽粕，水煮處理的亞麻籽粕氮溶解度、吸油能力、起泡性、泡沫穩(wěn)定性和乳化性均下降，但吸水能力升高。
    2.2 溶劑法
    該法主要是利用極性溶劑對生氰糖苷的浸提作用，去除粕中的二糖苷。其脫毒機(jī)理是氰化物易溶于甲醇和水，氨水的作用是使復(fù)雜形式的氰化物水解成簡單形式，最后以HCN的形式釋放出來。李次力等［9］采用甲醇-氨-水/正己烷系統(tǒng)對亞麻籽處理3次，脫除率達(dá)到84.42％；楊宏志等［10，13］研究了溶劑系統(tǒng)、加水量、浸提溫度和浸提次數(shù)對脫毒效果的影響，結(jié)果表明，最佳工藝條件是乙醇（85％）+氨水（5％）+水（10％）（v／v／v）組成的溶劑系統(tǒng)在40℃提取72h，脫除率可達(dá)到89%。但是由于溶劑處理可能會產(chǎn)生有害溶劑殘留，造成環(huán)境污染和引起食品加工的質(zhì)量安全問題。
    2.3 烘烤法
    烘烤法脫除生氰糖苷的效果最差，因為該方法是在干燥情況下進(jìn)行的，沒有（或很少）水分，抑制了酶的活性，從而不能有效地使生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN并使之釋放；同時由于沒有高壓條件存在，故不能使生氰糖苷及其他抗?fàn)I養(yǎng)因子的結(jié)構(gòu)受到破壞［9］。
    2.4 高壓蒸煮法
    高壓蒸煮法是一種在高壓高溫情況下進(jìn)行的加工操作。在一定的溫度下酶活性增加，便于生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN，并使之釋放，另外由于水蒸氣的存在可以促進(jìn)酶反應(yīng)或提高其傳送HCN的能力，同時高壓作用也能使得生氰糖苷以及其他抗?fàn)I養(yǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞甚至失去毒性，從而起到脫毒的作用［13，15］。溫度和時間對生氰糖苷的脫除影響較大，但隨著時間的增加，脫毒速率逐漸下降，這是因為亞麻籽中的糖苷酶在高溫高壓下逐漸被鈍化而失去活力，從而不能有效地使生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN并使之釋放，因此增加蒸煮時間不能顯著增加脫毒效果。楊宏志等［13］報道在高溫條件下（121℃）蒸煮15min，HCN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)只降低了27％，這是因為在高溫時亞麻籽中的糖苷酶被鈍化而失去活力，從而不能有效地使生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN并使之釋放。
    2.5 微生物法
    微生物法是霉菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的少量糖苷酶，并降解亞麻籽中的生氰糖苷達(dá)到脫毒的目的，但是微生物產(chǎn)生酶的活力低，所以脫毒效果較差［9］。
    2.6 微波法
    微波加熱由于其選擇性吸收特點，加熱時水的耗損因子比其他介質(zhì)大，故升溫較快，這樣不會導(dǎo)致其他物質(zhì)升溫過快，即所謂的“調(diào)平”作用。正是由于微波加熱的調(diào)平作用，使得亞麻籽中的水迅速升溫，從而激活了糖苷酶的活性（糖苷酶的升溫速度較水的慢），使生氰糖苷迅速轉(zhuǎn)化成氰醇，繼而裂解成HCN。形成的HCN與水一道被蒸發(fā)釋放出來。另外，由于微波加熱具有使被加熱物質(zhì)里外同時加熱的特點，這使得亞麻籽物料的外表面不會首先形成焦糊堅硬的外殼，從而使水和生成的HCN能比較容易地釋放出來。李次力等［9］采用輸出功率為750W、頻率為2450MHz的家用微波爐，將200g亞麻籽粕擱放在20×20cm2的塑料托盤上，在最大輸出功率加熱4min后，生氰糖苷的脫除率為89.64％；楊宏志等［13］報道了在同樣條件下脫除率為82％。微波法是現(xiàn)代食品工業(yè)工程高新技術(shù)，能顯著降低亞麻籽粕中生氰糖苷含量，應(yīng)用于加工亞麻食品具有優(yōu)越性，故可選用這種方法來進(jìn)行脫毒處理。
    2.7 擠壓法
    擠壓法具有高溫、高壓、短時強(qiáng)烈擠壓、剪切處理和熱處理的功能，使生氰糖苷以及其他抗?fàn)I養(yǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞甚至失去毒性，從而起到脫毒的作用。李次力等［12］利用Brabender DSE-25雙螺桿擠壓機(jī)對亞麻籽粕進(jìn)行了擠壓脫除生氰糖苷的試驗，考察加工條件（水分含量、加工溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度）對系統(tǒng)參數(shù)（扭矩、4區(qū)壓力、5區(qū)壓力）和脫毒效果的影響，結(jié)果表明，使用雙螺桿擠壓處理能達(dá)到使生氰糖苷降解脫毒的目的，合理的脫毒工藝參數(shù)：水分含量30％，加工溫度80-120-130-140-150℃，螺桿轉(zhuǎn)速120r／min，喂料速度18r／min，總氰化物脫除率為96.59％，生氰糖苷含量由257.85mg／g降低至8.79mg／g。宋春芳［14］采用SL G67218.5雙螺桿擠壓機(jī)優(yōu)化亞麻籽脫毒工藝，通過二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗，研究了溫度、含水率、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度對亞麻籽中氰化氫（HCN）去除率的影響。單因素分析表明，亞麻籽中HCN去除率隨溫度升高、含水率增加、螺桿轉(zhuǎn)速提高而升高；隨喂料速度增加呈拋物線，中等喂料速度脫毒效果更好；利用頻數(shù)分析法進(jìn)行優(yōu)化，得到亞麻籽中HCN去除率有95％的可能，其參數(shù)范圍為膨化溫度為147～153℃、亞麻籽含水率為13.8％～17.6％、螺桿轉(zhuǎn)速為186～211r／min、喂料速度為61.7～74.0r／min，為亞麻籽脫毒和開發(fā)利用及現(xiàn)有擠壓膨化機(jī)的操作和調(diào)整提供了理論依據(jù)。
    3 存在的問題
    從以上研究進(jìn)展看，各種脫毒方法雖都可顯著降低亞麻籽中生氰糖苷含量，但都存在一定的缺點。它們或者脫毒率不夠高，或設(shè)備尚未完善，或者成本高，大部分加工工藝會影響亞麻籽中的營養(yǎng)成分，降低營養(yǎng)價值。因此，有必要繼續(xù)尋找低成本、高效率、工藝設(shè)備簡單的脫毒方法，同時注重強(qiáng)化亞麻籽的營養(yǎng)價值，提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率?！?BR>

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*基金項目:蚌埠學(xué)院自然科學(xué)重點研究項目（BBXY2006-202A）。
作者簡介：許暉（1969～ ），男，安徽蚌埠人，碩士，副教授，主要從事食品科學(xué)及食品生物技術(shù)研究。