李曉寧，郭咪咪，段章群

(國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院，北京 100037)

我國是世界上大豆消耗大國，年消耗量已超億噸，其中大豆榨油消耗量占85%[1]，大豆皮作為油脂加工過程中的副產(chǎn)物，質(zhì)量約占大豆質(zhì)量的8%[2]，產(chǎn)量也近700萬t。大豆皮細胞壁不溶性碳水化合物組分包含50%半纖維素、30%果膠和20%纖維素[3]，可觀的產(chǎn)量和豐富的纖維組成使得大豆皮成為理想的膳食纖維來源。

膳食纖維依據(jù)溶解性不同可分為水溶性和水不溶性兩大類，天然的膳食纖維多為水不溶性的，而水溶性的含量較低。但是相較而言，水溶性膳食纖維具有更強的生理活性和保健功能，對于預(yù)防心腦血管疾病[4-5]、結(jié)腸癌[6]，降低血糖[7]，減肥[8]等具有重要作用。目前大豆可溶性膳食纖維多以豆渣為原料進行研究開發(fā)[9-11]，而對于大豆皮中可溶性膳食纖維的研究和利用卻很有限。從大豆皮中制取膳食纖維的方法有酶法[12-13]、高壓蒸汽法[14]和微波輔助法[15]。酶法提取條件溫和，但是成本較高，存在提取時間長、得率不高等問題，高壓蒸汽法和微波輔助法雖可以有效縮短提取時間，但均需添加特殊輔助設(shè)備，增加成本。酸法制取大豆皮可溶性膳食纖維提取劑成本低廉，操作簡便，且不會在體系中引入新的離子。因此，本文采用酸法制取大豆皮可溶性膳食纖維，以期為大豆皮有益成分的開發(fā)利用和大豆皮深加工產(chǎn)品附加值的提升提供簡便思路。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

大豆皮，取自大豆油加工廠；總膳食纖維檢測試劑盒、三羥甲基氨基甲烷(Tris)、2-(N-嗎啉基)乙磺酸(MES)；石油醚、95%乙醇、乙酸、鹽酸，均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JSP-100型高速多功能粉碎機，AB204-S電子天平，DHG-9076A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，F(xiàn)E20實驗室pH計，C-MAG HS 7加熱磁力攪拌器，HPD-25無油真空泵，RJ-LD-IIB低速大容量多管離心機，SOXTEC8000脂肪測定儀，Rapid N cube全自動杜馬斯定氮儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆皮基本成分的測定

水分的測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準 食品中水分的測定》；脂肪的測定參照GB/T 14488.1—2008《植物油料 含油量測定》；蛋白的測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準 食品中蛋白質(zhì)的測定》；灰分的測定參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標(biāo)準 食品中灰分的測定》；總膳食纖維、可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維的測定參照GB 5009.88—2014《食品安全國家標(biāo)準 食品中膳食纖維的測定》。

1.2.2 大豆皮可溶性膳食纖維的制取

大豆皮粉碎后過40目篩，稱取10 g(m)加入去離子水，室溫下使用1 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH，放入水浴中平衡15 min后計時提取。提取結(jié)束后冷卻至室溫，4 000 r/min離心15 min取上清液，按比例加入95%乙醇沉淀2 h，4 000 r/min離心10 min，將沉淀置于40℃烘箱中恒重，即得到大豆皮可溶性膳食纖維(m1)。按下式計算可溶性膳食纖維得率(Y)。

Y=m1/m×100%

(1)

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.5軟件進行作圖，SPSS22.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆皮的基本成分(見表1)

表1 大豆皮的基本成分 %

由表1可知，膳食纖維是大豆皮最主要的組成部分，其中不溶性成分比例高達95.5%，可溶性成分不足5%。而高膳食纖維低蛋白的比例關(guān)系與大豆皮的獲得方式有關(guān)，在預(yù)處理環(huán)節(jié)直接對大豆進行脫皮處理，極少混入高蛋白的子葉部分，使得大豆皮中蛋白含量較低[16]。

2.2 酸法制取大豆皮可溶性膳食纖維單因素實驗

2.2.1 pH的影響

在料液比1∶16、提取溫度80℃、提取時間1.0 h、乙醇沉淀比例1∶4的條件下，考察pH對可溶性膳食纖維得率的影響?？紤]到水溶性蛋白及與水溶性膳食纖維共價結(jié)合的蛋白在可溶性膳食纖維提取的過程中，也一同被溶解富集，對于可溶性膳食纖維的純度有較大影響，一定程度上可以反映提取的可溶性膳食纖維的純度，因此同時監(jiān)測提取物中蛋白含量的變化。結(jié)果分別見圖1、圖2。

圖1 pH對可溶性膳食纖維得率的影響

酸處理可以有效破壞分子間的部分氫鍵，暴露更多極性基團，從而增加膳食纖維的溶解性[17]。由圖1可知，pH 2.0時可溶性膳食纖維得率最高，pH 3.0時可溶性膳食纖維得率最低。

圖2 pH對蛋白含量的影響

由圖2可知，pH 3.0時可溶性膳食纖維中的蛋白含量最低。分析認為：pH 3.0時可能恰好處于豆皮蛋白的等電點附近，因此較多的游離蛋白沉淀下來；可能有部分纖維與蛋白處于共價結(jié)合狀態(tài)[18]，因處于等電點附近而一并被沉淀下來，造成“雙低”的結(jié)果。綜合考慮，在pH 2.0進行可溶性膳食纖維的提取最為適宜。

2.2.2 提取溫度的影響

在料液比1∶16、pH 2.0、提取時間1.0 h、乙醇沉淀比例1∶4的條件下，考察提取溫度對可溶性膳食纖維得率的影響，同時監(jiān)測提取物中蛋白含量的變化。結(jié)果分別見圖3、圖4。

由圖3可知，隨著提取溫度的升高，豆皮可溶性膳食纖維得率逐漸提高，在70～90℃區(qū)間內(nèi)可溶性膳食纖維得率升高緩慢。高溫使得纖維分子間化學(xué)鍵更容易斷裂，降低了纖維相對分子質(zhì)量，從而使其更易溶解。

圖3 提取溫度對可溶性膳食纖維得率的影響

圖4 提取溫度對蛋白含量的影響

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，可溶性膳食纖維中蛋白含量顯著減少。分析認為高溫酸性環(huán)境可能在一定程度上破壞了纖維與蛋白的共價結(jié)合狀態(tài)，因此在乙醇沉淀時膳食纖維-蛋白質(zhì)共同沉淀的情況有所減少。綜合考慮，80℃是適宜的提取溫度。

2.2.3 料液比的影響

在提取溫度80℃、pH 2.0、提取時間1.0 h、乙醇沉淀比例1∶4的條件下，考察料液比對可溶性膳食纖維得率的影響，同時監(jiān)測提取物中蛋白含量的變化。結(jié)果分別見圖5、圖6。

圖5 料液比對可溶性膳食纖維得率的影響

由圖5可知，隨料液比增大，可溶性膳食纖維得率緩慢增加直至趨于平穩(wěn)。提取劑體積增大時，表現(xiàn)為更多的可溶性膳食纖維溶于提取劑中；但是當(dāng)可溶性膳食纖維溶解較為完全時，即使再加大提取劑體積也不會使得率有所提升，反而還會造成提取劑的浪費，進而造成后期乙醇沉淀時乙醇消耗量的增大。

圖6 料液比對蛋白含量的影響

由圖6可知，隨著料液比增大，蛋白含量緩慢下降直至趨于平緩。低料液比時，溶于水中的蛋白和可溶性膳食纖維量雖不高，但是濃度卻都較高，乙醇沉淀時可能由于二者的間距較小，纏繞在一起而共同沉淀下來；而當(dāng)料液比較大時，可溶性成分分子間距離較遠，減少了共同沉淀的情況。綜合考慮，1∶18為適宜的料液比。

2.2.4 提取時間的影響

在料液比1∶16、提取溫度80℃、pH 2.0、乙醇沉淀比例1∶4的條件下，考察提取時間對可溶性膳食纖維得率的影響，同時監(jiān)測提取物中蛋白含量的變化。結(jié)果分別見圖7、圖8。

圖7 提取時間對可溶性膳食纖維得率的影響

圖8 提取時間對蛋白含量的影響

由圖7可知，隨提取時間延長，可溶性膳食纖維得率緩慢上升，1.5 h后趨于穩(wěn)定。由圖8可知，蛋白含量在提取時間自0.5 h延長到1.0 h時下降，之后變化不大。分析認為提取時間的延長為高相對分子質(zhì)量纖維分子的化學(xué)鍵、纖維-蛋白共價鍵的斷裂提供了機會，但較難斷裂的化學(xué)鍵不會因為作用時間的延長而發(fā)生斷裂，因此繼續(xù)延長時間也不會再對得率有改善。因此，1.5 h為適宜的提取時間。

2.2.5 乙醇沉淀比例的影響

在料液比1∶16、提取溫度80℃、pH 2.0、提取時間1.0 h的條件下，考察乙醇沉淀比例對可溶性膳食纖維得率的影響，同時監(jiān)測提取物中蛋白含量的變化。結(jié)果分別見圖9、圖10。

圖9 乙醇沉淀比例對可溶性膳食纖維得率的影響

圖10 乙醇沉淀比例對蛋白含量的影響

乙醇沉淀的原理在于通過降低多糖水溶液的介電常數(shù)，使多糖“脫水”從而形成聚合沉淀。由圖9可知，隨著乙醇沉淀比例增大，可溶性膳食纖維得率逐漸增大，當(dāng)乙醇沉淀比例達到1∶4后，可溶性膳食纖維得率沒有明顯提高。同時增大乙醇沉淀比例也會造成試劑的浪費。

由圖10可知，隨著乙醇沉淀比例的增大，蛋白含量增大，在乙醇沉淀比例為1∶5時蛋白含量最大，之后變化不大。分析認為可能的原因為蛋白質(zhì)因高比例乙醇造成變性而出現(xiàn)沉淀，造成可溶性膳食纖維中的蛋白含量升高。因此，1∶4為適宜的乙醇沉淀比例。

2.3 酸法制取大豆皮可溶性膳食纖維正交實驗

根據(jù)單因素實驗的結(jié)果，固定乙醇沉淀比例1∶4、pH 2.0，考察提取溫度、提取時間、料液比對大豆皮水溶性膳食纖維提取的影響，正交實驗因素水平見表2，正交實驗結(jié)果與分析見表3，方差分析見表4。

由表3、表4可知，各因素對大豆皮可溶性膳食纖維得率影響由大到小排序為提取溫度 > 提取時間 > 料液比，其中提取溫度對可溶性膳食纖維得率有顯著影響。最優(yōu)工藝組合為A3B3C3，即提取溫度90℃、料液比1∶20、提取時間2.0 h。在最優(yōu)工藝條件下進行驗證實驗，大豆皮可溶性膳食纖維得率為12.49%，純度為60.13%，蛋白含量為18.33%。

表2 正交實驗因素水平

表3 正交實驗結(jié)果與分析

表4 方差分析

3 結(jié) 論

本實驗通過酸法制取大豆皮可溶性膳食纖維，通過單因素實驗結(jié)合正交實驗得到最優(yōu)的大豆皮可溶性膳食纖維制取工藝條件為：pH 2.0，提取溫度90℃，料液比1∶20，提取時間2.0 h，乙醇沉淀比例1∶4。在最優(yōu)工藝條件下，可溶性膳食纖維得率為12.49%，純度為60.13%，蛋白含量為18.33%。相較原料中的可溶性膳食纖維含量(3.10%)顯著提高。