酵母發酵法去除魔芋飛粉中三甲胺的研究

朱新鵬++唐冬雪++丁彤

摘要：為了研究酵母發酵法對去除魔芋飛粉中三甲胺的最佳條件，利用活性干酵母對魔芋飛粉進行處理，研究發酵時間、發酵溫度、固液比和酵母液質量分數對去除三甲胺的影響，采用正交試驗進行工藝優化，同時分析了酵母發酵對魔芋飛粉化學成分的影響。結果表明，酵母發酵法去除魔芋飛粉中三甲胺的最優工藝條件為酵母液質量分數1.5%，固液比1∶6（g∶mL），發酵溫度45 ℃，發酵時間2.5 h，在該條件下可去除62.00%的三甲胺，降低了魔芋飛粉異味。發酵前后，可溶性糖有所增加，淀粉、蛋白質和脂肪因酵母呼吸代謝消耗而降低。

關鍵詞：酵母；發酵；魔芋飛粉；三甲胺

中圖分類號：S632.3；TS239 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）18-4793-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.040

魔芋干法加工魔芋精粉過程中，產生大量質量小、顆粒小的粉末狀副產品就是魔芋飛粉。其中含有碳水化合物、蛋白質、氨基酸、葡甘露聚糖以及微量礦物質等成分，可應用于食品、飼料、化工等方面。但是魔芋飛粉中含有生物堿、單寧等抗營養物質，以及三甲胺、樟腦、α-蒎烯等異味物質，影響其在飼料、食品等方面的利用[1-3]。因此，去除魔芋飛粉中的異味，是其開發利用的重要環節。異味物質的排除常用方法主要有物理的吸收、抽空、蒸餾、包埋，化學的降解、轉化，以及生物的酶法和發酵等。李晴晴等[4]采用檸檬酸溶液浸提溶解的方法，可除去75.67%的三甲胺。李斌等[5]以鹽酸和檸檬酸洗滌魔芋飛粉，可以有效去除三甲胺、生物堿和單寧等物質。胡敏等[6]證實采用極性溶劑和鼓風加熱排氣法，均能有效地去除魔芋飛粉中的三甲胺等異味成分。

酵母的疏松結構對腥臭物質有吸附作用，其中含有的多種酶可以腥臭物質如醛、酮等大分子物質為底物，轉化為無腥臭物質，從而達到脫腥脫臭的目的[7]。因此，酵母發酵的方法被用來脫除魚類、蠶蛹等的異味物質[7-9]。本試驗以魔芋飛粉為原料，采用正交試驗優化酵母發酵法去除魔芋飛粉中主要異味物質三甲胺的工藝方法，并分析發酵前后的主要化學成分變化情況，為魔芋飛粉的利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魔芋飛粉（三甲胺含量0.59%），陜西省紫陽縣富硒食品有限公司提供。高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司生產。鹽酸、氫氧化鈉、葡萄糖、蒽酮、乙酸乙酯、硫酸、無水乙醇、石油醚（沸程60～90 ℃），均為分析純。

ALC-210-4型電子天平（賽多利斯科學儀器有限公司）；DK-98-Ⅱ型恒溫水浴鍋（天津泰斯特儀器有限公司）；TGL-16G型離心機（上海安亭科學儀器廠）；K9840型自動凱氏定氮儀（濟南海能儀器有限公司）；101-3A型干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；SX-4-20型高溫電阻爐（北京科偉永興儀器有限公司）；UV1800PC型紫外分光光度計（上海美普達儀器有限公司）；SXT-06型索氏抽提器（上海洪紀儀器設備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試樣處理 稱取5.000 g魔芋飛粉于250 mL錐形瓶中，加入一定濃度的酵母溶液，攪勻，將其置入設定溫度的水浴鍋中保溫發酵。發酵結束后，于4 000 r/min離心20 min，傾倒出上層液體，測定上層液體中三甲胺的含量。每個試驗處理重復3次，計算平均值。以三甲胺的提取率為指標，考察的主要因素為發酵時間、發酵溫度、固液比（g∶mL，下同）和酵母液質量分數。

1.2.2 正交試驗設計 在單因素試驗結果基礎上，選用L9（34）進行正交試驗，正交試驗因素與水平見表1。

1.2.3 指標測定

1）三甲胺含量的測定。三甲胺含量的測定采用凱氏定氮蒸餾法測定[10]，每個處理重復3次。

2）可溶性糖的測定。采用蒽酮比色法測定[11]，每個處理重復3次，測定結果以干基含量表示。

3）淀粉的測定。采用蒽酮比色法測定[12]，每個處理重復3次，測定結果以干基含量表示。

4）蛋白質的測定。采用凱氏定氮法測定[13]，每個處理重復3次，測定結果以干基含量表示。

5）脂肪的測定。采用索氏抽提法[13]，每個處理重復3次，測定結果以干基含量表示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 酵母液質量分數 在魔芋飛粉試樣中按固液比1∶8分別加入質量分數為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴鍋中保溫發酵2 h。酵母液質量分數對三甲胺提取的影響結果見圖1。由圖1可知，魔芋飛粉中三甲胺的提取率隨著酵母液質量分數的增加而增加，在酵母液質量分數為2.0%時三甲胺提取率達到39.59%，之后再增加酵母液質量分數，三甲胺的提取率變化不大。由此說明，一定質量分數的酵母液能夠去除三甲胺，可以作為脫除三甲胺的去除劑。三甲胺提取時，適宜的酵母液質量分數為1.5%～2.5%。

2.1.2 固液比 在魔芋飛粉試樣中按照固液比分別為1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9和1∶10加入1.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴鍋中保溫浸提2 h。固液比對三甲胺提取的影響見圖2。由圖2可知，隨著酵母溶液用量的增加，三甲胺的提取率也隨之增加，在固液比為1∶6時提取率達到43.92%，之后再增加酵母溶液的用量，三甲胺的提取率增加幅度不大。這種情況說明，利用酵母溶液去除三甲胺的過程要控制一定的固液比，固液比過大，三甲胺的提取不夠充分，固液比過小，三甲胺的提取率上升不大。因此，三甲胺在提取過程中適宜的固液比范圍為1∶6～1∶8。

2.1.3 發酵時間 在稱取的魔芋飛粉試樣中按照固液比為1∶8的比例加入1.5%的酵母溶液，在25 ℃的水浴鍋中分別保溫浸提0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h。發酵時間對三甲胺提取的影響見圖3。由圖3可知，隨著發酵時間的增長，三甲胺的提取率逐漸增大。在2.0 h時提取率達到43.48%，之后三甲胺提取率增幅不大。酵母的疏松結構可以吸附魔芋飛粉中的腥臭物質，并通過一定的反應時間將醛、酮等大分子腥臭物質轉化為無腥臭物質。因此，發酵時長宜在2.0～3.0 h。

2.1.4 發酵溫度 在稱取的魔芋飛粉試樣中按照固液比為1∶8的比例加入質量分數為1.5%的酵母溶液，分別在溫度為25、30、35、40、45、50 ℃的水浴鍋中保溫浸提2 h。發酵溫度對三甲胺提取的影響見圖4。由圖4可知，隨著發酵溫度的升高，三甲胺的提取率呈現先增大后下降的趨勢，在40 ℃時出現最大值，隨后提取率又逐漸下降?；钚愿山湍冈谝欢〞r間內，適當升高溫度可以提升發酵效果。但在40 ℃以后，溫度過高會影響酵母菌的活性，導致其活性下降甚至失活，致使三甲胺提取率隨之下降。由此可知，發酵適宜的溫度范圍為35～45 ℃。

2.2 正交試驗結果

根據單因素試驗結果，選用L9（34）進行正交試驗，正交試驗結果與分析見表2。由表2可知，各因素對三甲胺提取率的影響順序為C>D>A>B，即對于三甲胺提取率影響最大的因素是發酵溫度，其次是發酵時間，再次是酵母液質量分數，影響最小的是固液比。三甲胺提取的最優組合為A1B1C3D2，即在發酵時，最優發酵條件為酵母液的質量分數1.5%，固液比1∶6，在45 ℃的條件下發酵2.5 h。在此條件下進行3次驗證試驗，所得三甲胺的提取率分別為61.46%、61.78%和62.76%，平均值為62.00%，重復性較好，說明酵母發酵法去除魔芋飛粉中三甲胺可行。

2.3 去除三甲胺前后主要成分的比較

測定發酵前后可溶性糖、淀粉、蛋白質和脂肪含量，結果見表3。由表3可見，經酵母發酵去除三甲胺前后魔芋飛粉中的主要成分中，僅可溶性糖的干基含量有所上升，淀粉、蛋白質、脂肪均在發酵中有所消耗，而以淀粉在發酵中消耗最大。

3 小結與討論

本試驗研究以魔芋飛粉為原料，采用酵母發酵法去除其中的三甲胺，通過單因素試驗和正交試驗得到優化的去除工藝為：酵母液的質量分數1.5%，固液比1∶6，在45 ℃的條件下發酵2.5 h。在此條件下，可去除62.00%三甲胺，但在發酵過程中淀粉、蛋白質和脂肪等成分因呼吸消耗，而可溶性糖含量有所升高。發酵后的魔芋飛粉異味明顯減輕，為其開發利用提供了一條很好的途徑，可進一步應用于食品、飼料等方面。

魔芋飛粉中含量最多的異味物質是三甲胺[4]，所以常被用來作為去除異味的指標性物質?；瘜W法去除三甲胺，常會產生環境污染的弊端，物理法可作為輔助手段以提高去除異味的效果，采用發酵法可以有效去除異味，且產生的環境影響小。

酵母用于除去異味物質的機理目前還不是很清楚，胡文婷等[7]認為可能是由于酵母疏松的結構對腥臭物質的吸作用，酵母所含的多種酶能利用腥臭物質如醛、酮等大分子物質為底物轉化為無腥臭物質。研究結果也基本與此一致，如在單因素試驗中酵母用量增加，三甲胺去除效果提高，存在酵母對腥味物質的吸附作用；隨著發酵溫度提高，酵母菌的活性提高，三甲胺的去除效果提高，而在高溫下，酵母菌活性下降，去除效果亦下降，說明酵母菌能提高三甲胺的去除效果，與其代謝有關。這些變化趨勢與李淑芳[8]、任仙娥[9]等研究結果基本一致。

通過測定發酵前后魔芋飛粉中主要成分的變化，說明酵母發酵對淀粉的降解能力較強，轉化的可溶性糖未能及時被呼吸消耗，有部分積累。蛋白質和脂肪在發酵過程中有部分被消耗。隨著三甲胺等異味物質的去除，魔芋飛粉可作為食品、飼料等予以應用。

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