可溶性大豆多糖超聲波提取工藝及其抗氧化性研究

葉長龍　牛志強(qiáng)　吳燕榮　趙秀紅

摘要：研究利用超聲波技術(shù)提取大豆多糖對其抗氧化性的影響，確定最佳提取工藝。通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)，確定各因素對大豆多糖抗氧化性的影響順序?yàn)椋撼暪β?料液比>超聲時間>超聲溫度；得到最佳工藝參數(shù)為：超聲時間60 min、超聲功率90 W、超聲溫度55 ℃、料液比1∶24，在此條件下大豆多糖對羥自由基的清除率為24.8%。

關(guān)鍵詞：大豆多糖；超聲波；響應(yīng)面法；提取工藝；抗氧化性

中圖分類號：TQ461 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）04-0056-03

我國是大豆主要生產(chǎn)國之一，但我國大豆的利用率較低，通常是用來制作豆制品或作為油料、飼料，因此大豆中很多高營養(yǎng)價值的成分沒有得到充分利用，造成資源浪費(fèi)?？扇苄源蠖苟嗵牵⊿oluble soybean polysaccharides，SSPS）是一種從大豆子葉中提取的水溶性細(xì)胞壁多糖，其具有抗氧化性，可以用于保健產(chǎn)品生產(chǎn)，或者作為抗氧化劑加入食物中、化妝品中以及飼料中。本試驗(yàn)對大豆多糖的提取工藝及抗氧化性進(jìn)行研究，旨在為大豆產(chǎn)品開發(fā)及綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 物料與試劑

大豆豆粕；95%乙醇，過氧化氫，硫酸亞鐵，水楊酸，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；JXFM110錘式旋風(fēng)磨：上海嘉定糧油儀器有限公司；TD-5Z型離心機(jī)：湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司；DK-S26電熱恒溫水浴鍋：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TB-114電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；UV-2000型紫外可見分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 豆粕—干燥—粉碎—超聲波浸提—過濾除渣—大豆粗多糖—水浴除蛋白—抽濾提取—離心—抗氧化性的測定。

1.3.2 羥自由基清除率的測定 在試管中依次加入6 mmol/L FeSO4溶液2 mL、不同濃度粗多糖溶液2 mL，6 mmol/L H2O2溶液2 mL，搖勻，靜止10 min，再加入6 mmol/L水楊酸溶液2 mL，搖勻，靜置30 min，于510 nm處測得不同多糖濃度下的吸光度Ai；用水代替水楊酸時，測得某濃度粗多糖的吸光度為本吸光度Aj；用水代替抗氧化劑（大豆多糖）時，測得的吸光度為對照吸光度A0。按公式計(jì)算羥自由基的清除率。

1.3.3 超聲波提取對大豆多糖抗氧化性影響的單因素試驗(yàn) 設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，考察料液比、超聲功率、超聲時間、超聲溫度4個因素對大豆多糖抗氧化性的影響，確定最佳的提取工藝條件。

1） 不同超聲功率對大豆多糖抗氧化性的影響。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在料液比為1∶24、浸提溫度為60 ℃、超聲時間為60 min的條件下，設(shè)置超聲功率分別為60，70，80，90，100 W提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

2） 不同超聲波提取時間對大豆多糖抗氧化性的影響。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在料液比為1∶24、超聲功率為90 W、浸提溫度為60 ℃的條件下，設(shè)置超聲波提取時間分別為20，40，60，80，100 min提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

3） 不同料液比對大豆多糖抗氧化性的影響。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在超聲功率為90 W、浸提溫度為60 ℃、超聲時間為60 min的條件下，設(shè)置料液比分別為1∶8，1∶16，1∶24，1∶32，1∶40提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

4） 不同超聲溫度對大豆多糖抗氧化性的影響。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在料液比為1∶24、超聲功率為90 W、超聲時間為50 min的條件下，設(shè)置超聲溫度分別為50，55，60，65，70 ℃提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

1.3.4 正交優(yōu)化試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，考察各因素相互作用對超聲波提取可溶性大豆多糖提取率的影響，采取四因素三水平正交試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)工藝優(yōu)化（見表1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波法提取可溶性大豆多糖的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 超聲功率對大豆多糖羥自由基清除率的影響 不同超聲功率下，大豆多糖對羥自由基清除情況見圖1。

由圖1可見：當(dāng)超聲功率為60～80 W時，隨著超聲功率的增大，羥自由基的清除率逐漸降低；當(dāng)超聲功率為80～90 W時，隨著超聲功率的增大，羥自由基的清除率也增高；當(dāng)超聲功率大于90 W時，羥自由基清除率下降。這可能是由于過低的超聲波功率下溶解出的多糖含量較少，其對羥自由基的清除率也較弱；而超聲波功率過大，加速了提取液的流動，使物料停留在超聲場中的時間減少，破壁作用隨之減弱，胞內(nèi)多糖溶出量減少，其對羥自由基的清除率也降低。

2.1.2 超聲時間對大豆多糖羥自由基清除率的影響 不同超聲時間下，大豆多糖對羥自由基的清除情況見圖2。

由圖2可見：隨著超聲時間增加，大豆多糖對羥自由基的清除率也增強(qiáng)，在60 min時達(dá)最大值。超聲波可加快水的循環(huán)速度，強(qiáng)化介質(zhì)，加速細(xì)胞的破碎，使提取出的多糖含量逐漸增加，其抗氧化性也逐漸增強(qiáng)。但過長的超聲波時間對多糖結(jié)構(gòu)具有破壞作用，使大分子多糖的糖苷鍵斷裂，導(dǎo)致多糖含量下降，其抗氧化性也逐漸減弱。

2.1.3 料液比對大豆多糖羥自由基清除率的影響 不同料液比下，大豆多糖對羥自由基的清除情況見圖3。

由圖3可見：隨著料液比的增大，提取出的多糖含量也增加，對羥自由基的清除率也逐漸增強(qiáng)。在1∶16至1∶24之間，提取的多糖含量急劇下降；在1∶24至1∶40之間，提取的多糖含量呈輕微浮動。其抗氧化性也呈現(xiàn)相同的變化趨勢。溶劑量較小時，多糖不能完全溶出；而溶劑量較大時，超聲波輻射又被溶劑大量吸收，不能完全作用于物料，因而使多糖的含量減少，其抗氧化性也逐漸減弱。

2.1.4 超聲溫度對大豆多糖羥自由基清除率的影響 不同超聲溫度下，大豆多糖對羥自由基的清除情況見圖4。

由圖4可見：隨著超聲溫度的升高，多糖的提取量逐漸增加，相應(yīng)地對羥自由基的清除率也逐漸增強(qiáng)，在60 ℃達(dá)到最大值。但溫度過高，多糖結(jié)構(gòu)被破壞，其生物活性受到影響，導(dǎo)致其抗氧化性逐漸減弱。

2.2 采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化大豆多糖提取工藝

經(jīng)方差分析得到二次多項(xiàng)式模型的F值為16.15，P值<0.000 1，說明該回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時，其變量和自變量之間的線性關(guān)系顯著，即這種試驗(yàn)方法是可靠的，說明大豆多糖羥自由基清除率的試驗(yàn)值與預(yù)測值之間有較好的擬合度。由回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還可以看出，方程的失擬項(xiàng)很小，表明該方程對試驗(yàn)擬合情況好、誤差小，因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。由回歸方程各項(xiàng)方差的進(jìn)一步檢驗(yàn)可知，一次項(xiàng)中影響極顯著因素為B，顯著因素為D。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對結(jié)果的影響排序?yàn)椋築>D>A>C，即超聲功率>料液比>超聲時間>超聲溫度。

經(jīng)分析可知：超聲時間和超聲溫度對大豆多糖清除羥自由基的影響非常顯著；超聲功率和超聲時間共同作用的結(jié)果、料液比和超聲時間共同作用的結(jié)果、超聲溫度和超聲功率共同作用的結(jié)果、料液比和超聲溫度共同作用的結(jié)果對大豆多糖清除羥自由基的影響相對顯著；料液比和超聲功率共同作用的結(jié)果對大豆多糖清除羥自由基的影響不顯著。

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波提取可溶性大豆多糖的最佳工藝為：超聲時間60 min，超聲功率90 W，超聲溫度55 ℃，料液比1∶24。在此條件下，超聲波提取的可溶性大豆多糖對羥自由基的清除率為24.8%。

3 結(jié)論

采用單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面法對超聲波提取可溶性大豆多糖的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，通過回歸分析建立相關(guān)性良好的方程，得到的最佳提取工藝為：超聲時間60 min、超聲功率90 W、超聲溫度55 ℃、料液比1∶24。各因素對大豆多糖清除羥自由基能力的影響順序?yàn)椋撼暪β?gt;料液比>超聲時間>超聲溫度。

參考文獻(xiàn)

[1] 李里特，王海.功能性大豆食品[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.

[2] 殷涌光，劉靜波.大豆食品工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 侯學(xué)敏，李林霞，張直峰.響應(yīng)面法優(yōu)化薄荷葉總黃酮提取工藝及抗氧化活性[J].食品科學(xué)，2013（34）：124-128.

Abstract： The effects of extraction of soybean polysaccharide using ultrasonic extraction technology on its anti-oxidation was studied and the optimal extraction process was determined. The single factor experiment and response surface method showed influence factors on the antioxidative activity of the soy polysaccharides， i.e. ultrasonic power>solid-liquid ratio>ultrasonic time>ultrasonic temperature； and the optimal process parameters： ultrasonic time of 60 min， ultrasonic power 90 W， ultrasonic temperature 55 ℃， solid-liquid ratio was 1 ∶ 24， on this condition scavenging of hydroxyl radicals by soybean polysaccharide was 24.8%.

Key words： soybean polysaccharides； ultrasonic； response surface method； extraction technology； antioxidation

2.1.4 超聲溫度對大豆多糖羥自由基清除率的影響 不同超聲溫度下，大豆多糖對羥自由基的清除情況見圖4。

由圖4可見：隨著超聲溫度的升高，多糖的提取量逐漸增加，相應(yīng)地對羥自由基的清除率也逐漸增強(qiáng)，在60 ℃達(dá)到最大值。但溫度過高，多糖結(jié)構(gòu)被破壞，其生物活性受到影響，導(dǎo)致其抗氧化性逐漸減弱。

2.2 采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化大豆多糖提取工藝

經(jīng)方差分析得到二次多項(xiàng)式模型的F值為16.15，P值<0.000 1，說明該回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時，其變量和自變量之間的線性關(guān)系顯著，即這種試驗(yàn)方法是可靠的，說明大豆多糖羥自由基清除率的試驗(yàn)值與預(yù)測值之間有較好的擬合度。由回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還可以看出，方程的失擬項(xiàng)很小，表明該方程對試驗(yàn)擬合情況好、誤差小，因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。由回歸方程各項(xiàng)方差的進(jìn)一步檢驗(yàn)可知，一次項(xiàng)中影響極顯著因素為B，顯著因素為D。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對結(jié)果的影響排序?yàn)椋築>D>A>C，即超聲功率>料液比>超聲時間>超聲溫度。

經(jīng)分析可知：超聲時間和超聲溫度對大豆多糖清除羥自由基的影響非常顯著；超聲功率和超聲時間共同作用的結(jié)果、料液比和超聲時間共同作用的結(jié)果、超聲溫度和超聲功率共同作用的結(jié)果、料液比和超聲溫度共同作用的結(jié)果對大豆多糖清除羥自由基的影響相對顯著；料液比和超聲功率共同作用的結(jié)果對大豆多糖清除羥自由基的影響不顯著。

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波提取可溶性大豆多糖的最佳工藝為：超聲時間60 min，超聲功率90 W，超聲溫度55 ℃，料液比1∶24。在此條件下，超聲波提取的可溶性大豆多糖對羥自由基的清除率為24.8%。

3 結(jié)論

采用單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面法對超聲波提取可溶性大豆多糖的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，通過回歸分析建立相關(guān)性良好的方程，得到的最佳提取工藝為：超聲時間60 min、超聲功率90 W、超聲溫度55 ℃、料液比1∶24。各因素對大豆多糖清除羥自由基能力的影響順序?yàn)椋撼暪β?gt;料液比>超聲時間>超聲溫度。

參考文獻(xiàn)

[1] 李里特，王海.功能性大豆食品[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.

[2] 殷涌光，劉靜波.大豆食品工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 侯學(xué)敏，李林霞，張直峰.響應(yīng)面法優(yōu)化薄荷葉總黃酮提取工藝及抗氧化活性[J].食品科學(xué)，2013（34）：124-128.

Abstract： The effects of extraction of soybean polysaccharide using ultrasonic extraction technology on its anti-oxidation was studied and the optimal extraction process was determined. The single factor experiment and response surface method showed influence factors on the antioxidative activity of the soy polysaccharides， i.e. ultrasonic power>solid-liquid ratio>ultrasonic time>ultrasonic temperature； and the optimal process parameters： ultrasonic time of 60 min， ultrasonic power 90 W， ultrasonic temperature 55 ℃， solid-liquid ratio was 1 ∶ 24， on this condition scavenging of hydroxyl radicals by soybean polysaccharide was 24.8%.

Key words： soybean polysaccharides； ultrasonic； response surface method； extraction technology； antioxidation

2.1.4 超聲溫度對大豆多糖羥自由基清除率的影響 不同超聲溫度下，大豆多糖對羥自由基的清除情況見圖4。

由圖4可見：隨著超聲溫度的升高，多糖的提取量逐漸增加，相應(yīng)地對羥自由基的清除率也逐漸增強(qiáng)，在60 ℃達(dá)到最大值。但溫度過高，多糖結(jié)構(gòu)被破壞，其生物活性受到影響，導(dǎo)致其抗氧化性逐漸減弱。

2.2 采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化大豆多糖提取工藝

經(jīng)方差分析得到二次多項(xiàng)式模型的F值為16.15，P值<0.000 1，說明該回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時，其變量和自變量之間的線性關(guān)系顯著，即這種試驗(yàn)方法是可靠的，說明大豆多糖羥自由基清除率的試驗(yàn)值與預(yù)測值之間有較好的擬合度。由回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還可以看出，方程的失擬項(xiàng)很小，表明該方程對試驗(yàn)擬合情況好、誤差小，因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。由回歸方程各項(xiàng)方差的進(jìn)一步檢驗(yàn)可知，一次項(xiàng)中影響極顯著因素為B，顯著因素為D。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對結(jié)果的影響排序?yàn)椋築>D>A>C，即超聲功率>料液比>超聲時間>超聲溫度。

經(jīng)分析可知：超聲時間和超聲溫度對大豆多糖清除羥自由基的影響非常顯著；超聲功率和超聲時間共同作用的結(jié)果、料液比和超聲時間共同作用的結(jié)果、超聲溫度和超聲功率共同作用的結(jié)果、料液比和超聲溫度共同作用的結(jié)果對大豆多糖清除羥自由基的影響相對顯著；料液比和超聲功率共同作用的結(jié)果對大豆多糖清除羥自由基的影響不顯著。

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波提取可溶性大豆多糖的最佳工藝為：超聲時間60 min，超聲功率90 W，超聲溫度55 ℃，料液比1∶24。在此條件下，超聲波提取的可溶性大豆多糖對羥自由基的清除率為24.8%。

3 結(jié)論

采用單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面法對超聲波提取可溶性大豆多糖的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，通過回歸分析建立相關(guān)性良好的方程，得到的最佳提取工藝為：超聲時間60 min、超聲功率90 W、超聲溫度55 ℃、料液比1∶24。各因素對大豆多糖清除羥自由基能力的影響順序?yàn)椋撼暪β?gt;料液比>超聲時間>超聲溫度。

參考文獻(xiàn)

[1] 李里特，王海.功能性大豆食品[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.

[2] 殷涌光，劉靜波.大豆食品工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 侯學(xué)敏，李林霞，張直峰.響應(yīng)面法優(yōu)化薄荷葉總黃酮提取工藝及抗氧化活性[J].食品科學(xué)，2013（34）：124-128.

Abstract： The effects of extraction of soybean polysaccharide using ultrasonic extraction technology on its anti-oxidation was studied and the optimal extraction process was determined. The single factor experiment and response surface method showed influence factors on the antioxidative activity of the soy polysaccharides， i.e. ultrasonic power>solid-liquid ratio>ultrasonic time>ultrasonic temperature； and the optimal process parameters： ultrasonic time of 60 min， ultrasonic power 90 W， ultrasonic temperature 55 ℃， solid-liquid ratio was 1 ∶ 24， on this condition scavenging of hydroxyl radicals by soybean polysaccharide was 24.8%.

Key words： soybean polysaccharides； ultrasonic； response surface method； extraction technology； antioxidation