亓盛敏，朱科學(xué)，彭 偉，周惠明

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫 214122)

大豆皮果膠不同提取方法的研究

亓盛敏，朱科學(xué)，彭 偉，周惠明*

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫 214122)

為比較不同提取方法對(duì)大豆皮果膠提取得率和產(chǎn)品性質(zhì)方面的影響，以大豆皮為原料，分別采用水浴鹽酸提取法、水浴草酸銨提取法和高壓蒸汽草酸銨提取法從大豆皮中提取果膠，所得果膠提取液經(jīng)乙醇沉析法得到果膠。分析比較了三種提取方法提取的果膠:提取得率、色澤、純度、FTIR和蛋白質(zhì)等指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，草酸銨提取的果膠在色澤、純度上優(yōu)于鹽酸提取的果膠，高壓蒸汽加熱方法能將提取時(shí)間縮短至20min。三種提取方法得到的果膠經(jīng)過鑒別實(shí)驗(yàn)和FTIR分析都有明顯的果膠特征，但果膠產(chǎn)品的純度偏低，其中雜質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。產(chǎn)品的水分和灰分含量都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是其中的蛋白質(zhì)含量都較高，有待進(jìn)一步純化。

大豆皮，果膠，高壓蒸汽，傅里葉變換紅外吸收光譜

果膠(soybean hull pectin，SHP)是一種天然的高分子化合物，主要成分是多聚半乳糖醛酸，是一類復(fù)雜的多糖。因其具有優(yōu)良的凝膠性和乳化性等多種性質(zhì)，因此在食品領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，包括酸奶、糖果、果凍、果汁等。目前果膠提取方法主要是通過酸如鹽酸、檸檬酸、硝酸等將不溶性果膠水解為可溶性果膠，也有通過草酸銨、六偏磷酸鈉等金屬離子螯合劑通過吸附鈣離子來增加原料果膠的可溶性［1－2］。大豆皮中富含膳食纖維，包括纖維素、半纖維素、果膠等［3］。大豆皮作為果膠源在國(guó)內(nèi)外都有研究，國(guó)外Gnanasambandam［4］，Kalapathy［5］，Monsoor［6－7］等人研究了大豆皮果膠的提取方法和性質(zhì)。國(guó)內(nèi)方面，劉季善［8］、周艷紅［9］、張慶軒［10］、劉巖［11］、劉賀［12］等人探

討了大豆皮果膠的不同提取工藝。在果膠提取方法方面也有些新的進(jìn)展，高壓蒸汽加熱是一種新興的提取技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是提取溫度高，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)果膠的溶出。Ossterveld［13］和Fishman［14］用高壓蒸汽法分別從甜菜渣和橘皮中提取得到了果膠多糖，分別在40和6m in內(nèi)完成對(duì)原料中果膠的提取。大豆皮作為一種新的果膠來源，提取工藝和性質(zhì)都有待進(jìn)一步的研究。本文的主要目的是從果膠提取得率和產(chǎn)品性質(zhì)方面對(duì)大豆皮果膠的三種不同提取工藝進(jìn)行比較，并探索高壓蒸汽作為加熱方式在大豆皮果膠提取中的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆皮 東海糧油工業(yè)(張家港)有限公司提供;橘皮果膠 Sigma;鹽酸、草酸銨、無水乙醇 分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

THS－10型精密型超級(jí)恒溫槽 寧波天恒儀器廠;立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;FE20型pH計(jì) 實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)METTLER TOLEDO; DZF－B型真空干燥箱 上海博泰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;NICOLET NEXUS 470型傅里葉變換紅外光譜儀Thermo Electron Corporation。

表1 大豆皮的基本成分含量(%，以濕基計(jì)，(±s，n=3)Table 1 Themass ratio of ingredient in soybean hulls(counted by wet basis，(±s，n=3)

表1 大豆皮的基本成分含量(%，以濕基計(jì)，(±s，n=3)Table 1 Themass ratio of ingredient in soybean hulls(counted by wet basis，(±s，n=3)

原料 水分 灰分 蛋白質(zhì) 脂肪 總膳食纖維 總膳食纖維的組成可溶性 不可溶性 果膠大豆皮 7.48±0.08 4.43±0.08 12.1±0.1 4.07±0.03 71.06±0.71 15.44±0.25 83.87±0.46 15.37±0.86

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大豆皮基本化學(xué)成分測(cè)定 大豆皮的水分、灰分、蛋白質(zhì)、脂肪、總膳食纖維、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維含量的測(cè)定按照GB/T5009－2003的測(cè)定方法［15］;大豆皮的果膠含量測(cè)定按照NY 82.11－1988的測(cè)定方法［16］。

1.2.2 水浴鹽酸大豆皮果膠提取工藝［4］大豆皮→水浸泡、淋洗→紗布過濾、轉(zhuǎn)移→鹽酸調(diào)pH→加熱提取→冷卻、分離提取液→醇沉析→真空干燥

1.2.3 水浴草酸銨大豆皮果膠提取工藝［9］大豆皮→水浸泡、淋洗→紗布過濾、轉(zhuǎn)移→加入一定濃度草酸銨溶液→加熱提取→冷卻、分離提取液→醇沉析→真空干燥

1.2.4 高壓蒸汽草酸銨大豆皮果膠提取工藝［14］大

豆皮→水浸泡、淋洗→紗布過濾、轉(zhuǎn)移→加入一定濃度草酸銨溶液→加入預(yù)熱到一定溫度的高壓滅菌鍋，加熱提取→冷卻、分離提取液→醇沉析→真空干燥

1.2.5 果膠產(chǎn)品的鑒別實(shí)驗(yàn) 果膠產(chǎn)品的鑒別實(shí)驗(yàn)按照GB25533－2010的測(cè)定方法［17］。

1.2.6 果膠產(chǎn)品的成分測(cè)定 果膠的總半乳糖醛酸含量、酯化度，按照GB25533－2010的測(cè)定方法［17］;果膠中的水分、灰分、蛋白質(zhì)含量按照GB/T5009－2003的測(cè)定方法［15］。

1.2.7 果膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)測(cè)定［18］將果膠標(biāo)樣和大豆皮果膠樣品干燥，研磨成粉狀。分別取果膠標(biāo)樣和測(cè)試樣品微量，KBr研磨壓片，采用Nicolet Nexus 470 FTIR于400～4000cm－1范圍內(nèi)掃描。掃描32次，分辨率為4cm－1。利用Om inic3.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆皮基本成分含量的測(cè)定

大豆皮的基本化學(xué)組成見表1。

由表1看出，大豆皮中主要成分是膳食纖維，其中總膳食纖維能達(dá)到70%以上;總膳食纖維中主要是不可溶性膳食纖維，其中的果膠含量也較高，能達(dá)到15.37%，這與傳統(tǒng)果膠源如蘋果渣相比含量相當(dāng)［19］。而且大豆皮水分含量低，只有7.48%，傳統(tǒng)的果膠源如蘋果渣水分含量高，達(dá)到70%以上［19］。與傳統(tǒng)的果膠源相比，大豆皮更容易儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，且無需烘干。由此可見，大豆皮作為果膠源是有優(yōu)勢(shì)的。

2.2 不同方法提取大豆皮果膠條件結(jié)果

三種不同方法提取大豆皮果膠條件及提取效果見表2。

表2 三種提取方法工藝條件和產(chǎn)品得率的比較(以濕基計(jì)，(±s，n=3)Table 2 Conditions and yields of threemethods (counted by wet basis，(±s，n=3)

表2 三種提取方法工藝條件和產(chǎn)品得率的比較(以濕基計(jì)，(±s，n=3)Table 2 Conditions and yields of threemethods (counted by wet basis，(±s，n=3)

提取方法 溫度(℃)時(shí)間(min)得率(%)純度(%，以總半乳糖醛酸計(jì)) WH 90 90 8.71±0.40 37.25±2.96 WO 90 90 7.13±0.32 64.87±1.88 HO 125 20 9.21±0.52 62.07±3.88

由表2看出，在其他條件相同的情況下，不同提取劑提取的果膠差別很大(p＜0.05)。鹽酸作為提取劑提取得率更高，達(dá)到8.71%，但是提取果膠的純度很低，只有37.25%，這與劉季善［8］研究是一致的，而草酸銨雖然得率只有7.13%，而純度達(dá)到64.87%，更接近GB25533－2010的要求(總半乳糖醛酸應(yīng)達(dá)到≥65%)。相對(duì)于鹽酸來說，草酸銨能夠在保證果膠溶出的情況下，減小雜質(zhì)的溶出，純度較高。

以草酸銨作為提取劑，用高壓蒸汽法提取大豆皮果膠的得率可以達(dá)到9.21%，這與Monsoor［6－7］等人的研究中產(chǎn)品得率差別不大，但由于高壓蒸汽的溫度更高，達(dá)到125℃，所用時(shí)間短，只需要20m in，而在Monsoor等人的研究中提取時(shí)間需要60min;水浴加熱法提取大豆皮果膠在90℃下提取90min，得率只有7.13%;兩種加熱方法得到的果膠產(chǎn)品純度無明顯差異(p＜0.05)。由此可見高壓蒸汽加熱可以在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)果膠的溶出。

2.3 大豆皮果膠產(chǎn)品的鑒定

三種工藝得到的果膠按照GB25533－2010的測(cè)定方法，加熱溶解可得到黏稠狀液體。加入堿液后可形成半透明到不透明凝膠或出現(xiàn)半凝膠沉淀。再加入鹽酸溶液，可形成無色凝膠，且煮沸后形成絮狀沉淀。從此看出，三種提取方法得到的果膠經(jīng)鑒定均為果膠產(chǎn)品。

2.4 不同提取方法對(duì)大豆皮果膠品質(zhì)的影響

不同提取方法得到的大豆皮果膠品質(zhì)見表3。

由表3得出，WO法和HO法得到的SHP純度較為接近GB2553－2010要求，能達(dá)到60%以上(p＜0.05)，而WH法得到的 SHP純度相對(duì)較低，只有37.25%。三種果膠的干燥失重、灰分均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且沒有明顯差異。色澤上WH法得到的SHP顏色深，為深棕色，WO法和HO法得到的SHP顏色較淺，符合GB2553－2010要求，這是由于其中雜質(zhì)含量少，干燥過程中褐變較少［20］。WO SHP和HO SHP的酯化度無明顯區(qū)別，但高于WH SHP，這是由于酸提取過程中，鹽酸對(duì)甲氧基的水解造成的［6］。從上表3來看，三種果膠的總半乳糖醛酸均達(dá)不到GB2553－2010要求，而且三種果膠的蛋白質(zhì)含量都較高(p＜ 0.05)，要進(jìn)行進(jìn)一步純化。

表3 三種提取工藝所得的大豆皮果膠產(chǎn)品主要成分比較(以濕基計(jì)，(±s，n=3)Table 3 Composition of soybean hulls pectin extracted by threemethods(counted by wet basis，(x±s，n=3)

表3 三種提取工藝所得的大豆皮果膠產(chǎn)品主要成分比較(以濕基計(jì)，(±s，n=3)Table 3 Composition of soybean hulls pectin extracted by threemethods(counted by wet basis，(x±s，n=3)

指標(biāo) WH SHP WO SHP HO SHP 標(biāo)準(zhǔn)GB2553－2010色澤 深棕色 黃色 淡黃色 白色、淡黃色淺棕色干燥失重 7.2±0.14 7±0.68 7.8±0.68 ≤12灰分 5.2±0.25 2.6±0.06 2.6±0.14 ≤5蛋白質(zhì) 21.61±0.06 18.41±0.09 17.91±0.13 —總半乳糖醛酸 37.25±2.96 64.87±1.88 62.07±3.88 ≥65酯化度 35.53±1.94 56.28±2.56 56.69±1.80—

2.5 果膠的結(jié)構(gòu)分析

標(biāo)準(zhǔn)果膠和三種不同方法提取大豆皮中果膠的紅外光譜分析見圖1。

圖1 四種果膠傅里葉變換紅外吸收光譜圖Fig.1 FTIR of four pectins

紅外光譜顯示，四種果膠在500～4000cm－1范圍均具有糖類的特征吸收峰。在1000～2000cm－1之間的吸收峰代表了果膠主要的化學(xué)官能團(tuán)，而且是區(qū)別不同類型果膠的主要依據(jù)［7］。1000～1140cm－1間的吸收峰代表了糖環(huán)上的C－O－H和糖苷鍵C－O－C的伸縮振動(dòng)。1100～1200cm－1間的吸收峰是果膠分子上環(huán)形結(jié)構(gòu)的R－O－R和 C－C環(huán)鍵引起的。1500cm－1附近的吸收峰是由于OH的彎曲振動(dòng)造成的。1540～1560cm－1間的吸收峰是由于果膠分子中的蛋白質(zhì)酰胺引起的。1590～1600cm－1間的振動(dòng)是由于苯環(huán)的拉伸振動(dòng)。1600～1800cm－1間的振動(dòng)是用來比較不同果膠產(chǎn)品的典型區(qū)域。這個(gè)區(qū)域包括1630～1650cm－1和1740～1760cm－1兩個(gè)吸收峰，分別代表了自由羧基官能團(tuán)(－COO－)和酯化羧基官能團(tuán)(－COOR)。其中酯化羧基官能團(tuán)的吸收峰的大小與產(chǎn)品的酯化度成正相關(guān)。2800～3000cm－1的吸收峰與C－H相關(guān)，通常由于甲酯鍵的甲基(CH3)伸縮振動(dòng)引起的。3600～2400cm－1出現(xiàn)的寬峰是分子內(nèi)或分子間O－H伸縮振動(dòng)的結(jié)果。

紅外光譜結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)果膠和三種提取方法果膠在主要結(jié)構(gòu)上沒有太大的區(qū)別。WH法提取的SHP在1740cm－1附近的吸收峰相對(duì)于其他三種果膠較弱，說明了WH SHP的酯化度低，這與之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果［8］是一致的，原因是酸能夠降解果膠中的甲氧基。WO法和HO法提取的SHP在1630～1650cm－1和1740～1760cm－1均有較強(qiáng)的吸收，說明這兩種提取方法相對(duì)于酸提取法能更好地保護(hù)甲氧基?？偟膩碚f，三種提取方法提取的SHP在結(jié)構(gòu)上與標(biāo)準(zhǔn)果膠相差不大，進(jìn)一步證實(shí)了提取的多糖為果膠多糖的推斷。

3 結(jié)論

酸法提取大豆皮果膠的得率更高，但是顏色很深，提取純度較低，而且總半乳糖醛酸含量和酯化度都較低;草酸銨提取大豆皮果膠得率較低，但是顏色符合果膠標(biāo)準(zhǔn)，純度較高，總半乳糖醛酸含量和酯化度含量都較高。水浴加熱方法提取溫度較低，提取時(shí)間長(zhǎng);高壓蒸汽加熱方法提取溫度高，提取時(shí)間短，提取效率更高。三種果膠經(jīng)過鑒別實(shí)驗(yàn)和FTIR分析都有果膠的明顯特征。產(chǎn)品的水分和灰分含量都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是其中的蛋白質(zhì)含量都較高，有待進(jìn)一步純化。

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Study on pectin from soybean hulls extracted by three different procedures

QISheng－m in，ZHU Ke－xue，PENG W ei，ZHOU Hui－m ing*
(School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China)

In order to contrast the effectof the extractionmethods and conditions on the yields and characters of the soybean hulls pectin(SHP).The pectin was extracted from soybean hulls using three methods:hyd rochloric acid heated by water bath(WH)，oxalic acid amm onium heated by water bath(WO)，as wellas oxalic acid amm onium heated by high p ressure steam(HO).The extrac ting solutions were then p recip itated by ethanol to get the final p roduc t.Effec t of the extrac tion methods and cond itions on the extrac tion yield，color，purification，F(xiàn)TIR and p rotein of pectin were analyzed.The results showed that SHP extracted by oxalic acid ammonium was better than that extrac ted by hyd rochloric acid for their color and purity.Extrac ting time was reduced to 20m in by using the HO method for the higher temperature.Identifying test and FTIR analysis also showed that all the three p roducts had remarkab le characteristics of pectin.However the purity was low.The major impurity in the obtained p roducts was p rotein.The m oisture and ash cam e up to national standard，but the content of p rotein was high and that needed further purification.

soybean hull;pec tin;high p ressure steam;fourier transform infrared spec troscopy(FTIR)

TS214.2

B

1002－0306(2012)12－0306－04

2011－10－31 *通訊聯(lián)系人

亓盛敏(1987－)，男，在讀碩士研究生，研究方向:食品新資源開發(fā)與利用。