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1、棉酚脱除技术及检测方法出处：粮油工程技术 | 发表时间：2010-6-22【摘要】棉籽中含有丰富的棉籽油及棉籽蛋白，是重要的油料作物和植物蛋白来源。但棉籽中含有一定童的游离棉酚，限制了棉籽油和棉籽蛋白的利用。棉酚脱除技术和检测方法备受关注。棉酚脱除技术包括物理法、化学法、生物法、溶剂浸出法等，检测方法包括定性检测法和定黄检浏法。本文对棉酚的各种脱除技术和检测方法进行综述。【关健词】棉酚;脱毒;检测我国是棉花产量是世界第一。棉籽粕中蛋白质含量达45%，品质可与豆粕相媲美，是重要的植物蛋白资源。由于棉籽饼粕中含有0.6%2%的有毒物质棉酚，它是油脂加工中需脱除的有毒成分之一，当榨油时，生棉籽胚经受
2、湿润增温处理便很容易被破坏，一部分游离出来转人棉籽油中，一部分残留在棉籽饼粕中，严重的影响了棉籽油和饼粕的质量，因而限制了棉粕的应用。美国、瑞士等国家采用先进的技术提取棉籽中的蛋白并供食用，而国内只是将棉籽粕作为饲料或农业肥料，棉籽蛋白的利用率较低。 棉酚，又称棉籽醇，系蔡的衍生物。化学名为2.2-双-1,6,7-三羟基-3-甲基-5-异丙基-8-甲醛-二萘。在结构上有醛式、烯醇式、醌式三种形式，呈互变异构，常情况下呈相对稳定的双醛式。棉酚是一种黄色酚类物质，存在于棉葵科棉属植物植株的各部器官中，棉籽仁中含量最高，对碱、热、光均不稳定，易被氧化。棉粕中的棉酚可分为游离棉酚和结合棉酚，两者之和又
3、称为总棉酚。游离棉酚与结合棉酚生理活性不同，导致动物中毒的主要是游离棉酚。游离棉酚是具有活性的棉酚，美国国家棉籽产品协会的贸易标准中规定游离棉酚含量0.04%的棉粕才可称为低酚粕。脱毒工作的主要目的是降低粕中的游离棉酚。 棉籽饼粕脱毒工作的一个重要方面是棉毒素棉酚的检测。通过对未脱毒饼粕中棉酚测定，可以帮助确定脱毒剂加人量，以更经济的成本获得脱毒棉粕;通过对脱毒粕中棉酚的测定，可检测脱毒产品的质量，确保产品合格及向脱毒棉粕蛋白饲料用户提供参考。由此可见棉酚的测定有着重要的意义。1棉酚脱除方法1.1物理法 物理法脱毒主要是利用棉酚在高温、高水分作用下与氨基酸或者蛋白质反应，由游离态转变为结合态，
4、同时自身发生降解反应，从而降低棉酚的毒性。采用物理法，不但可大大降低游离棉酚的含量，而且也降低棉籽饼残油率。物理脱毒方法主要有挤压法、旋液分离法和空气分级法等。 挤压脱毒法是一种较传统的脱毒方法，但是随着工艺条件和设备不断改进，其脱毒率也得到很大提高。从本质上来说，挤压法是一种物理一化学法，由于棉酚在加工过程中与蛋白质发生反应，生成结合棉酚，同时高温高水分也使蛋白质变性程度增加，因此在一定程度上降低棉籽蛋白的营养性能。挤压法虽然操作方便，工艺简单，高效，但是从棉籽饼综合利用角度考虑，该方法也不断受到限制。此外，用于棉籽脱毒的物理方法还有旋液分离法和空气分级法。这两种方法都是利用棉酚色腺体的密度
5、与棉籽其他成分相比较小的特点，在加工过程中不破坏色腺体(棉酚包含在色腺体内)，将之从棉籽而不是棉籽饼粕中分离开来。此类方法在国外于20世纪70年代已有所应用，脱毒效果好，但对设备要求较高，由于成本和技术方面原因，在国内没有进行商业化生产。1.2化学钝化法化学钝化法是在棉籽饼粕中添加一定量的化学试剂，并在一定条件下使游离棉酚变性或转化成结合态棉酚。包括添加硫酸亚铁、尿素、碱、石灰水等，其中最常用的是碱法和硫酸亚铁法。 硫酸亚铁中Fe+能与双醛式游离棉酚反应生成变性棉酚一铁络合物，使游离棉酚的活性经基失去作用而达到脱毒目的。此棉酚一铁络合物不能被吸收，最终排出体外，不会对动物体产生不良作用。该方法
6、的优点是:脱毒效果较好，处理时间短，游离棉酚与硫酸亚铁结合，不再与赖氨酸结合，保持了棉籽蛋白的营养价值;缺点:只能去除游离棉酚，棉酚总量不会发生变化。因为棉酚显一定的酸性，能够与碱反应生成盐，因此可以在棉籽饼粕中添加碱性化合物如纯碱和石灰水等进行脱毒。使用该方法脱酚，碱与脂肪酸、磷脂等结合留在饼粕中，可以提高饼粕的营养价值，且处理后的游离棉酚含量极其微小;但该方法需要用酸碱进行处理，对设备的抗腐蚀性要求高，投资大。此外，还有尿素处理法、氧化脱酚法和乙醇蒸汽失活法。根据棉酚在不同条件下存在不同的结构，还开发了CCDG系列的脱毒剂，使棉酚形成双烯酮异构体，容易热固束，在水中的溶解度增加，从而达到脱
7、毒要求。1.3溶剂漫出法 利用棉酚易溶于极性溶剂的特点，对棉籽粕中游离棉酚可用极性有机溶剂(主要包括甲醉、乙醉、正丁醇、丙酮、异丙醇、二氯甲烷等)进行提取。使用溶剂法对棉籽饼粕进行脱毒，一般是与浸出法提取棉籽油相结合，由于不经高温处理，可避免蛋白质变性和赖氨酸破坏。目前，国内外使用的溶剂浸出法主要是混合溶剂或者单一溶剂一步或者分步提取棉籽油和脱毒。无水乙醇在沸点或者接近沸点的温度下是棉籽油极好溶剂，但由于浸出后回收纯度100%的乙醉很困难，纯乙醇对棉酚的溶解力较差，且促使棉酚与蛋白质相结合生成结合棉酚，因此，在乙醇浸出法中一般使用浓度为95%的乙醇。采用乙醇和丙酮法一步取油和脱毒，可避免一般取
8、油工艺使用的有毒溶剂一轻汽油，减少对环境的污染，节约能源。 采用两种不同比例的混合溶剂进行棉籽萃取的工作在国内外已有很多单位进行研究，刘复光教授研制了酒精一轻汽油混合溶剂法，并进行了中试，得到满意的结果，所得粕中，总棉酚0.8%，游离棉酚0.03% 。丙酮/己烷浸出法工艺路线与乙醇/己烷混合溶剂浸出法相类似。史美仁等人研制了甲醉/己烷混合溶剂法，该方法所得到的棉粕中游离棉酚0.02%，结合棉酚0.4%。采用混合溶剂法，可以一步提取棉籽油和脱毒，脱酚效果好。在工业化生产中，选择哪一种组合的混合溶剂要充分考虑到溶剂成本和回收体系的复杂性问题，含酒精、丙酮的混合溶剂体系在实践中较难为企业界接受。1.
9、4生物脱毒法生物脱毒法是我国从事棉籽饼粕脱毒研究方面的独特方法。处于国际领先地位。在国外仅有前苏联有少量的相关报道。目前从事微生物法棉酚脱毒研究单位主要是中山大学生物系和山东大学微生物系。钟英长等人从自然界霉变棉籽饼粕中，分离筛选出对棉酚有耐受能力霉菌，接种在棉籽中发酵，脱毒效率达60%75%，总脱毒率在80%以上。且棉仁粉和棉籽饼的蛋白质以及氨基酸的含量均有所提高。在此基础上研制微生物固态菌种发酵脱毒法，具有脱毒效率高，发酵时间短，投资少，成本低，工艺简单，发酵工程能增加生物活性物质，改善营养及适合性特点。 使用微生物法对棉籽粕进行脱毒，脱毒效果好，避免化学添加剂法和物理法对棉籽蛋白功能性质
10、的影响，不会对其风味、色泽以及适口性构成损害，还会增加棉籽蛋白的含量，微生物发酵产生的微量元素，如氨基酸、维生素，及纤维素降解生成的葡萄糖也大大提高棉籽蛋白的营养性能。但微生物发酵的水分干燥成本太大，物料粉碎、发酵和烘干路线较长，影响企业效益。 棉酚的脱除技术在今后一段相当长的时间内仍然受到人们的关注。物理法和化学法脱酚都受到一定条件的限制，对饼粕中的蛋白质营养价值影响较大。溶剂浸出法和生物脱毒法脱酚效果好，不会影响棉籽蛋白的营养性能，是完全可以推广普及的。2棉酚的测定21定性测定氯化锡法即取5mL棉籽油加入10mL 95%乙醇充分震荡后，分出醇液，另取少量氯化锡粉末于瓷板上，滴加5滴纯提取液
11、，如果油样有游离棉酚，则出现暗红色;否则不变色。该定性方法专一性强，反应快，灵敏度高，是比较可靠的定性检测方法。2.2定量测定2.2.1质量法 该方法早在20世纪30年代被采用，将样品经过适当处理，通过称取棉酚质量的办法来检测棉籽中棉酚的含量。这种方法操作较繁琐，且较粗略的估计棉酚的含量.现已不再被采用。2.2.2紫外分光光度法(UV)UV法是一种传统的分析方法，是测定样品中游离棉酚的一种国标。首先用纯棉酚表样配制一系列不同浓度的溶液，在378nm处测定吸光度，制作标准曲线。将样品用70%丙酮提取后，同样在378nm处测定其吸光度，然后根据其吸光度的大小与标准系列比较定量。该方法仪器设备少，操
12、作简单易行，回收率高，可适用于中小型企业在棉籽深加工中作为棉籽中棉酚含量的检测方法。但是因对样品中的干扰成分采取消除措施不力，所以其测定结果往往偏高。2.2.3分光光度法分光光度法是在国内外应用较普遍的一种检测方法。一般分为苯胺法、三氯化锑法、甲氧基苯胺法和间苯三酚法，其中苯胺法应用最广。苯胺法是检测游离棉酚的另一种国标方法。也是美国油脂化学学会(AOCS )认可的公职分析方法。该方法是用70%丙酮提取样品中的游离棉酚，于95%乙醇溶液中与苯胺作用生成尔苯胺棉酚黄色物质，然后于445nm处进行比色定量分析。该方法灵敏度高，可达lg，回收率可达80%以上。但该方法稳定性差，毒性大，灵敏度欠佳。
13、三氯化锑法是根据棉酚能与三氯化锑在氯仿溶液中生成一种红色络合物，该络合物在500-520nm处有最大吸收峰的原理，进行比色定量。该方法目前也较常用，但要求样品中棉酚含量超过0.045%，否则将影响结果的准确性。间苯三酚法灵敏度高，其分析速度快，高于苯胺法，但是提取液不稳定。为了克服该缺点，杨伟雄等人又探讨出一种灵敏度高，分析速度更快，线性范围更宽的改良间苯三酚法。采用70%的丙酮作提取液，并缩短抽提时间。改良后的方法灵敏度可达0.1 g。另外，Admasu等人不采用传统的比色法，而建立了一个灵敏度更高的分析方法，检测灵敏度可达0.08g，回收率99.3%一99.5% 。2.2.4高效液相色谙法
14、(HPLC)HPLC具有高效、高速、高灵敏度等特点。该方法用作棉酚检测在国内外已研究多年。目前，以甲醇一水一磷酸作流动相的报道较多。但因为流动相、萃取剂及色谱柱的不同使得结果大多数不太满意。张延坤等人采用了在流动相中加人适量乙睛和增加磷酸用量，即以甲醇一水一乙睛一磷酸作为流动相，并对传统的萃取剂加以改变后，其灵敏度为10ng，回收率为98.98%。采用HPLC检测棉酚，关键是选择合适的萃取剂、流动相和色谱柱。该方法灵敏度高，适合低含量的棉酚测定，但是由于其仪器设备昂贵，尚未能普及。2.2.5薄层分析法(TLC)TLC具有设备简单、操作容易、对混合组分的分离效果好等优点，现已广泛应用于食品中农药
15、残留量、霉菌毒素和某些食品添加剂的分离和分析。其基本过程为:制板一点样一展开一显色一分离分析。目前，一般在棉酚存在的物质中，其类似物较多，若处理方法不当、展开剂不合格，或显色剂选择不妥，均很难成功地定性或者定量分析。姜永等人根据棉酚结构中含有多个酚经基，可能和溴发生取代或氧化反应的特征，探讨了测定棉籽中棉酚含量的TLC一溴库仑法。以70%丙酮一甲醇做提取液，处理后的硅胶H作吸附剂，氯仿一丙酮一冰乙酸作展开剂，溴化钾电解生成溴作显色剂，刮下挥干溶剂后的棉酚点作库伦滴定。该方法回收率为97.1%，检出限为10g.2.2.6极谱法极谱法测定棉酚是基于棉酚结构中芳醛基在滴汞电极上的还原反应:R ( C
16、HO )2+ 4H+4e-1R ( CH2CH )2并在一定底液产生极谱波而进行的。国内外对该方法已研究多年，并建立了棉籽及棉籽油中棉酚含量的极谱测定方法。姜永等人认为棉酚在HCl一丙酮体系中将产生两个波，若是非水体系，产生第一波，受酸、水、温度的影响较大，且灵敏度较低，若为含水体系，则产生第二波，较稳定。从而建立在含水体系中的第二波的极谱测定方法。该方法较简单，快速，具有较高的灵敏度。2.2.7原子吸收光谱法(AAS ) 目前，利用AAS法测定棉酚含量的报道较少，主要是因为没有明确空心阴极灯或无极放电来作电源。董仕林等人通过研究建立了测定游离棉酚的AAS法，方法是用70%的丙酮萃取试样中的游离棉酚，以灯电流4mA，狭缝0.5mm等试验条件直接进行棉籽油中游离棉酚测定，结果与紫外光谱法测得的结果一致。该方法的检出
