桂雨豪，郭藹明，楊錦杰，鐘振聲*

（華南理工大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510640）

豆渣是大豆食品加工的副產(chǎn)物，我國每年用于食品加工的大豆約1 000萬t左右，按每加工1 t大豆產(chǎn)生2 t濕豆渣來算，我國大豆行業(yè)每年產(chǎn)生約2 000萬t濕豆渣[1-3]。目前，大部分豆渣被用作飼料、肥料使用，資源的利用度不高。豆渣干物質(zhì)中含有約30%的水溶性多糖類物質(zhì)[1-3]，是一種天然的功能性活性成分，具有良好的抗氧化和穩(wěn)定酸性乳液中蛋白質(zhì)的作用[4-5]。如何高值利用豆渣中的生理活性物質(zhì)是一個有應(yīng)用前景的研究課題。

目前對水溶性大豆多糖（soybean soluble polysaccharide，SPSS）的提取方法主要有熱水提取法、酸法、堿法、微波法和超聲波輔助酶解法等[5-11]。MAKIO M等[12]用熱水蒸煮大豆子葉得到了38%的SPSS；汪洪濤等[13]在酸性條件提取SPSS，提取率達(dá)到36.02%；KAWAMURA S等[14]在90 ℃水中逐步加入草酸銨和0.5%的NaOH得到了32%的SPSS；尹艷等[15]對微波提取豆渣中水溶性大豆多糖進(jìn)行研究，提取率為18.04%；田瑞紅等[16]采用超聲波協(xié)同纖維素酶法提取水溶性大豆多糖，最后提取率為25.92%。

本實驗主要利用水壓熱法從豆渣中提取水溶性大豆多糖的工藝，在密閉反應(yīng)體系中水受熱變成蒸汽并形成一定的壓力，豆渣纖維素、半纖維素等的碳鏈發(fā)生裂解，形成分子質(zhì)量更小的水溶性大豆多糖。水壓熱法不需要添加其他化學(xué)物質(zhì)或酶制劑，產(chǎn)物的分離提純比較簡單，生產(chǎn)設(shè)備也比微波法和超聲波法簡單。本研究探討了各項工藝參數(shù)對所得多糖產(chǎn)品品質(zhì)的影響，嘗試用簡單的工藝在兼顧產(chǎn)物品質(zhì)的同時提高SPSS的收率，為生產(chǎn)高品質(zhì)的水溶性大豆多糖提供一條思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豆渣粗纖維：廣州華匯公司提供；鹽酸、氫氧化鈉等均為分析純試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

島津UV-2450紫外可見分光光度計：杭州瑞析科技有限公司；Scientz-10N冷凍干燥機(jī)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；PHS-3CpH計：寧波新芝生物科技股份有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、SHZ-D（Ⅲ）水循環(huán)真空泵：上海亞榮生化儀器廠；DF-101s集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義予華儀器公司；PCF高壓反應(yīng)釜：鄭州探索者實驗室設(shè)備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 水溶性大豆多糖的制備

將烘干的豆渣粗纖維過40目篩，加入一定體積的蒸餾水，攪拌均勻，加入1∶1（V/V）HCl將溶液調(diào)至合適的pH值，放入高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)一定時間，過濾。取濾液，濃縮至一定體積，在-40℃冷凍干燥，得到大豆粗多糖。

1.3.2 多糖透明度測定[17]

多糖透明度測定按照國家糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LS/T 3301—2005《可溶性大豆多糖》中的方法進(jìn)行。稱取3.00 g粗多糖樣品，慢慢加入97 mL水中，攪拌均勻，配制成3%多糖水溶液。以蒸餾水作參比，用1 cm比色皿，在波長610 nm處測定透光率表示多糖透明度。

1.3.3 還原糖測定

還原糖含量測定按照國標(biāo)GB/T 5009.7—2008《食品中還原糖含量的測定》中的直接滴定法進(jìn)行[18]。

1.3.4 粗多糖的產(chǎn)率

粗多糖的產(chǎn)率計算公式如下：

1.3.5 多糖純度[17]

可溶性多糖含量測定按照國家糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LS/T 3301—2005《可溶性大豆多糖》中附錄A中方法進(jìn)行，所得可溶性多糖含量與大豆粗多糖質(zhì)量之比即為多糖的純度。

1.3.6 單因素試驗

分別以提取溫度（80℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140 ℃）、提取時間（1 h、2 h、3 h、4 h、5 h）、pH值（2.5、3.5、4.5、5.5、6.5）、固液比（1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g∶mL））為影響因素，考察各因素對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響。

1.3.7 正交試驗設(shè)計

表1 提取工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for extraction technology optimization

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行4因素3水平正交試驗。綜合評分（Z）標(biāo)準(zhǔn)為：將各項指標(biāo)除以最大值再乘以100為該項得分，設(shè)定粗多糖產(chǎn)率（x）、還原糖含量（y）、透明度（m）、多糖純度（n）各項系數(shù)為0.25，對四項指標(biāo)加權(quán)求和。通過公式Z=0.25x-0.25y+0.25m+0.25n，得到綜合評分（Z）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 提取溫度對產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響

圖1 提取溫度對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、水溶性大豆多糖純度的影響Fig.1 Effect of extraction temperature on crude polysaccharides yield,reducing sugar content,transparency and purity of SPSS

由圖1可知，在固液比1∶20（g∶mL）、反應(yīng)時間2 h、pH 4.5的固定條件下，產(chǎn)率、還原糖含量與溫度呈正比例關(guān)系，80～120℃產(chǎn)率提高最快，120℃以后增長幅度開始下降；而還原糖含量在110℃以前基本保持不變，之后呈線性增長并有持續(xù)增長的趨勢。在80～120℃之間，產(chǎn)物透明度基本保持不變，溫度＞120℃后透明度直線下降。多糖純度隨著溫度升高先增后減，在110℃純度最高。綜合考慮，選擇提取溫度120℃為宜。

2.1.2 提取時間對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響

圖2 提取時間對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響Fig.2 Effect of extraction time on crude polysaccharides yield,reducing sugar content,transparency and purity of SPSS

由圖2可知，在固液比1∶20（g∶mL）、溫度120 ℃、pH 4.5的固定條件下，產(chǎn)率、還原糖含量與提取時間呈正比例關(guān)系，在1～3 h內(nèi)，產(chǎn)率隨提取時間逐漸升高，3 h之后基本維持穩(wěn)定；而還原糖與提取時間一直保持著線性的增長。透明度和多糖純度與時間呈反比例關(guān)系，在3 h以前，透明度隨時間的增長顯著降低，3 h后下降趨勢變換并有逐漸穩(wěn)定的趨勢；多糖純度雖然一直降低，但是在2～3 h之間變化較慢。為了得到高品質(zhì)的多糖產(chǎn)品，選擇提取時間以2 h為宜。

2.1.3 pH值對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響

圖3 pH對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響Fig.3 Effect of pH on crude polysaccharides yield,reducing sugar content,transparency and purity of SPSS

由圖3可知，在固液比1∶20（g∶mL）、溫度120 ℃、提取時間3 h的固定條件下，產(chǎn)率、還原糖含量與pH值呈反比例關(guān)系，在pH 2.5～4.5時，產(chǎn)率和還原糖含量下降速度很快，當(dāng)pH＞4.5以后，下降速度變緩。透明度和多糖純度與pH值呈正比例關(guān)系，在pH 2.5～4.5，透明度和多糖純度顯著提高，pH＞4.5以后，透明度和多糖純度緩慢提高并有逐漸不變的趨勢。綜合考慮，選擇pH 4.5為宜。

2.1.4 固液比對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響

圖4 固液比對粗多糖產(chǎn)率、還原糖含量、透明度、多糖純度的影響Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on the crude polysaccharides yield,reducing sugar content,transparency and purity of SPSS

由圖4可知，在溫度120℃、pH 4.5、提取時間2 h的固定條件下，產(chǎn)率、多糖純度、透明度與固液比呈正比例關(guān)系，在固液比1∶5～1∶15（g∶mL），產(chǎn)率、透明度、多糖純度均有顯著提高；在固液比＞1∶15（g∶mL）以后，上升變緩；而還原糖含量與固液比變化關(guān)系不大。綜上所述，選擇固液比定在1∶20（g∶mL）為宜。

2.2 多糖提取的工藝優(yōu)化正交試驗

為了優(yōu)化酸性條件下提取水溶性大豆多糖的工藝條件，考察各因素對試驗結(jié)果的影響情況，在單因素試驗基礎(chǔ)上，設(shè)計4因素3水平的L9（34）正交試驗，結(jié)果與分析見表2。

表2 提取工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for extraction technology optimization

由表2可知，以粗多糖產(chǎn)率為評價指標(biāo)各因素的影響順序為提取溫度（B）＞提取時間（D）＞固液比（A）＞pH值（C），溫度對產(chǎn)率的影響最大，粗多糖產(chǎn)率最高的組合是A2B3C1D3，即最佳提取工藝為固液比1∶20（g∶mL），提取溫度130℃，pH 3.5，提取時間3 h。

以還原糖為評價指標(biāo)各因素的影響順序為pH值（C）＞提取溫度（B）＞提取時間（D）＞固液比（A），提取溫度對還原糖含量的影響最大，還原糖最低的組合是A1B1C3D1，即最佳提取工藝為固液比1∶15（g∶mL），提取溫度110 ℃，pH 5.5，提取時間1 h。

以透明度為評價指標(biāo)各因素的影響順序為提取溫度（B）＞pH值（C）＞提取時間（D）＞固液比（A），提取溫度對透明度的影響最大，透明度最高的組合是A3B1C2D1，即最佳提取工藝為固液比1∶25（g∶mL），提取溫度110 ℃，pH 4.5，提取時間1 h。

以多糖純度為評價指標(biāo)各因素的影響順序為pH值（C）＞提取溫度（B）＞提取時間（D）＞固液比（A），pH值對多糖純度的影響最大，多糖純度最高的組合是A2B1C2D1，即最佳提取工藝為固液比1∶20（g∶mL），提取溫度110 ℃，pH 4.5，提取時間1 h。

綜合考慮，提取溫度對可溶性大豆多糖產(chǎn)品影響最大，pH值和提取時間其次，固液比的影響較小。根據(jù)綜合評分，組合4評分最高，所以宜選用A2B1C2D3組合，即工藝條件為固液比1∶20（g∶mL），提取溫度110 ℃，pH 4.5，提取時間3 h。在此最佳條件下得到的水溶性大豆多糖產(chǎn)率為52.4%，透明度為86.14%，還原糖含量為3.86%，多糖純度為69.88%。

3 結(jié)論

本研究通過單因素試驗考察了固液比、溫度、pH值、提取時間對水溶性大豆多糖產(chǎn)品各方面的影響，通過正交試驗確定了影響產(chǎn)率、透明度、還原糖含量、多糖純度的主次順序。通過綜合評價系統(tǒng)得出了采用水壓熱法從豆渣提取大豆多糖的最佳工藝條件為固液比1∶20（g∶mL），溫度110℃，pH 4.5，提取時間3 h。在此最佳條件下得到的水溶性大豆多糖產(chǎn)率為52.4%，透明度為86.14%，還原糖含量為3.86%，多糖純度為69.88%。

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