超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖的研究

孫軍濤，肖付剛，陳東菊

（河南省博士后研發(fā)基地，許昌學院食品與生物工程學院，河南許昌461000）

超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖的研究

孫軍濤，肖付剛，陳東菊

（河南省博士后研發(fā)基地，許昌學院食品與生物工程學院，河南許昌461000）

研究豆渣制備大豆低聚木糖的工藝。采用超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖，并對大豆低聚糖的制備工藝進行優(yōu)化。結果表明，最佳工藝條件為：超聲波功率250 W，溫度50℃，時間50 min，堿濃度2.0 mol/L，料液比為1∶20（g/mL）。在該條件下豆渣大豆低聚糖提取率為10.19%。

豆渣；大豆低聚糖；超聲波；堿法

大豆低聚糖是大豆中的可溶性寡糖的總稱，主要由棉籽糖、水蘇糖、蔗糖組成，具有促進雙歧桿菌的增殖、預防癌癥、調(diào)節(jié)脂肪代謝、降低血壓、保護肝臟、提高人體免疫力和預防齲齒等作用，廣泛應用于飲料、酸奶、果醬、糕點和面包等食品中［1-3］。

豆渣是加工豆腐、豆乳等豆制品的副產(chǎn)物，按照每加工1 t大豆產(chǎn)生2 t濕豆渣計算，目前我國每年大約生產(chǎn)2 000萬t濕豆渣［4］。豆渣由于其水分含量大，運輸困難，又極易腐敗變質(zhì)，通常作為飼料肥料或廢棄。豆渣中膳食纖維的含量高達50%以上，目前關于豆渣的綜合利用主要集中于膳食纖維相關產(chǎn)品的開發(fā)［5-7］。豆渣中也含有一定量的大豆多糖，日本食品公司從豆渣中制備大豆多糖，作為食品保水保型劑、分散劑和阿拉伯樹膠替代品等應用于食品工業(yè)中［4］。

目前大豆低聚糖提取方法主要有堿提酸沉法、水浸提法和膜分離等方法，但每種方法都存在缺點，如水浸取法效率低；堿液提取浸取時間長，高濃度堿對設備腐蝕性大；膜技術設備投資大、工藝較復雜。超聲波輔助提取可以降低提取溫度、縮短提取時間、提高提取效率，避免提取物長時間在高溫條件下發(fā)生降解和褪色等變化，廣泛應用于功能成分的提?。?］。因此，本文將堿法制備與超聲波結合，優(yōu)化堿法提取的工藝條件，減少堿法制備的不利之處，為豆渣低聚糖的制備提供一定的技術支持。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

豆渣：河南省許昌縣產(chǎn)；葡萄糖：上海邁坤化工有限公司；酒石酸鉀鈉：國藥試劑有限公司；3，5-二硝基水楊酸：上海科豐化學試劑有限公司；苯酚：天津市科密歐化學試劑有限公司；無水乙醇：天津市大茂化學試劑廠。

FA1004B分析天平：上海佑科儀器儀表有限公司；BLUESTAR紫外分光光度計：北京萊伯泰科儀器有限公司；TDZ5-WS離心機：湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司；FW-100萬能粉碎機：北京科偉永興儀器有限公司；DK-8D電熱恒溫水浴鍋：常州普天儀器制造有限公司；SHZ-D循環(huán)水真空泵：鞏義市峪華科儀器廠；IS128pH計：上海儀邁儀器科技有限公司。

1.2方法

1.2.1測定方法

1.2.1.1還原糖的測定

還原糖測定方法參照3，5-二硝基水楊酸（DNS）法［9］。

1.2.1.2可溶性總糖的測定

取待測上清液1 mL于試管中，加入6 mol/L鹽酸2 mL，沸水浴10 min，冷卻后用6 mol/L NaOH中和至中性，按照還原糖的測定方法測定可溶性總糖含量，待測液中大豆低聚糖的提取率按以下公式計算。

1.2.2豆渣的預處理

取一定量干燥后的豆渣，用石油醚在50℃下抽提8 h，干燥后用粉碎機粉碎備用。

1.2.3超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖單因素試驗

分別選擇超聲波功率（200、250、300、350、400 W）、溫度（30、40、50、60、70℃）、時間（20、30、40、50、60 min）、NaOH濃度（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mol/L）和料液比［1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30（g/mL）］影響因素，以大豆低聚糖的提取率為指標，研究各因素對制備大豆低聚糖的影響。

1.2.4超聲波輔助堿法制備大豆低聚糖正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取超聲波功率、溫度、時間和堿濃度4個因素中的三水平進行L9（34）的正交試驗，以大豆低聚糖的提取率為評價指標，確定大豆低聚糖的最佳制備工藝。

1.2.5大豆低聚糖制備對比試驗

為了考察超聲波輔助的效果，豆渣大豆低聚糖制備過程中分別選擇超聲波輔助堿法制備和堿法制備兩種方法做對比研究，以大豆低聚糖的提取率為指標，對比分析兩種方法。

2　結果與分析

2.1標準曲線繪制

采用DNS測定方法，以葡萄糖濃度為橫坐標，以吸光值為縱坐標，得到葡萄糖標準曲線的回歸標準方程為y=1.326 4x-0.022 7（R2=0.998 6），葡萄糖在0～0.8 mg/mL的范圍內(nèi)，葡萄糖濃度與吸光值呈現(xiàn)很好的線性關系。

2.2超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖單因素試驗

2.2.1超聲波功率對大豆低聚糖提取率的影響

在溫度40℃，時間30 min，堿濃度2 mol/L，料液比1∶20（g/mL）條件下，考察超聲波功率對大豆低聚糖提取率的影響，結果見圖1。

圖1　超聲波功率對大豆低聚糖提取率影響Fig.1　Effect of ultrasonic power on the extration of soy oligosaccharides

由圖1所示，隨著超聲波功率的提高，大豆低聚糖的提取率呈現(xiàn)先上升后下降，隨著功率的增大，細胞壁碎裂，溶出的糖含量增加，但隨著功率的逐漸升高，糖的結構被破壞程度可能性也隨之增加，導致糖含量下降，因此，大豆低聚糖的提取率液隨之降低［10］。當超聲波功率為250 W時，大豆低聚糖的提取率達到最高為5.45%。

2.2.2溫度對大豆低聚糖提取率的影響

在超聲波功率250W，時間30 min，堿濃度2 mol/L，料液比1∶20（g/mL）條件下，考察溫度對大豆低聚糖提取率的影響，結果見圖2。

如圖2所示，隨著超聲溫度的升高，大豆低聚糖的提取率逐漸增加，當超聲溫度達到50℃時，大豆低聚糖提取率達到最高為5.06%；當超聲溫度超過50℃，隨著溫度的升高，導致提取液中部分糖發(fā)生焦糖化反應，使大豆低聚糖提取液的顏色逐漸變深，影響大豆低聚糖的感官品質(zhì)，同時大豆低聚糖的提取率逐漸降低。因此，超聲溫度為50℃較宜。

圖2　溫度對大豆低聚糖提取率的影響Fig.2　Effect of temperature on the extration of soy oligosaccharides

2.2.3時間對大豆低聚糖提取率的影響

在超聲波功率250W，溫度50℃，堿濃度2 mol/L，料液比1∶20（g/mL）條件下，考察時間對大豆低聚糖提取率的影響，結果見圖3。

圖3　時間對大豆低聚糖提取率的影響Fig.3　Effect of time on the extration of soy oligosaccharides

如圖3所示，超聲時間過短，原料與氫氧化鈉溶液之間的接觸不夠充分，糖溶解的不徹底；超聲時間過長，對已經(jīng)溶出的糖的結構可能存在破壞作用，進而降低低聚糖的提取率。當超聲波時間達為50 min時，大豆低聚糖的提取率達到最高為5.85%。

2.2.4堿濃度對大豆低聚糖提取率的影響

在超聲波功率250W，溫度50℃，時間50 min，料液比1∶20（g/mL）條件下，考察堿濃度對大豆低聚糖提取率的影響，結果見圖4。

圖4　堿濃度對大豆低聚糖提取率的影響Fig.4　Effect of alkali concentration on the extration of soy oligosaccharides

NaOH對木聚糖提取率的影響如圖4所示，NaOH濃度在0.5 mol/L～2 mol/L范圍內(nèi)，隨著NaOH濃度的增加，破壞了豆渣中半纖維素與纖維素、木質(zhì)素及其他成分間的結合鍵，有利于低聚糖游離出來，大豆低聚糖的提取率逐漸升高［11］。當NaOH濃度為2 mol/L時，大豆低聚糖的提取率達到最高約為4.52%。之后，隨著NaOH濃度增加，大豆低聚糖的提取逐漸降低。

2.2.5料液比對大豆低聚糖提取率的影響

在超聲波功率250W，溫度50℃，時間50 min，堿濃度2 mol/L條件下，考察料液比對大豆低聚糖提取率的影響，結果見圖5。

圖5　料液比對大豆低聚糖提取率的影響Fig.5　Effect of the ratio of solid to liquid on the extration of soy oligosaccharides

如圖5所示，當料液比為1∶10（g/mL）時，大豆低聚糖的提取率較低，僅為2.31%，當料液比較小時，由于堿液量少，豆渣顆粒無法充分溶脹，造成豆渣中的糖不能充分溶出，因此大豆低聚糖的提取率偏低［12］；當料液比升至1∶20（g/mL）時，大豆低聚糖的提取率達到最高為4.95%，之后隨著料液比的增加，大豆低聚糖的提取率逐漸降低。

2.3超聲波輔助堿法制備大豆低聚糖正交試驗

選取超聲波功率、溫度、時間和堿濃度四因素中的三水平，進行L9（34）正交試驗，確定最佳制備工藝，因素水平表和正交試驗結果見表1和表2所示。

表1　正交試驗因素水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

由表2可以看出，極差結果表明影響大豆低聚糖提取率的因素排列順序依次為：C>B>A>D，即時間、溫度、超聲波功率、堿濃度；超聲波輔助堿法制備大豆低聚糖的最優(yōu)組合為A2B3C3D3，即超聲波功率250 W，溫度50℃，時間50 min，堿濃度2.0 mol/L。在最佳優(yōu)化條件下，超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖的平均提取率為10.17%。

表2　正交試驗結果Table 2　Results of orthogonal test

選擇優(yōu)化的最佳條件A2B3C3D3和正交試驗中提取率最高組合A1B3C3D3做對比試驗，結果表明，在A2B3C3D3的最佳優(yōu)化條件下，超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖的平均提取率10.19%，組合為A1B3C3D3的平均提取率為9.92%，優(yōu)化后的工藝條件具有較高的提取率。

2.4對比試驗

為了分析超聲波輔助的效果，分別采用超聲波輔助堿法和堿法兩種方法制備豆渣大豆低聚糖。超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖工藝條件為超聲波功率250 W，溫度50℃，時間50 min，堿濃度2.0 mol/L，料液比為1∶20（g/mL）；堿法制備大豆低聚糖工藝條件為溫度50℃，時間50 min，堿濃度2.0 mol/L，料液比為1∶20（g/mL）。試驗結果表明，采用堿法制備豆渣大豆低聚糖的提取率為5.24%，與超聲波輔助堿法相比降低了4.95%，因此，超聲波輔助能夠顯著提高豆渣大豆低聚糖的提取率。

3　結論

通過單因素和正交試驗確定了超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖的最佳工藝：超聲波功率250 W，溫度50℃，時間50 min，堿濃度2.0 mol/L，料液比為1∶20（g/mL）。在最優(yōu)條件下，超聲波輔助堿法制備豆渣大豆低聚糖的提取率為10.19%。

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Ultrasound-assisted Alkali Extraction of Soy Oligosaccharides from Soybean Dregs

SUN Jun-tao，XIAO Fu-gang，CHEN Dong-ju
（Henan Postdoctoral Research Base，F(xiàn)ood and Bioengineering College，Xuchang University，Xuchang 461000，Henan，China）

Ultrasound-assisted alkali extraction of soy oligosaccharides from soybean dregs was studied.Result indicated that the optimal parameters were as follows：ultrasonic power 250 W，ultrasonic temperature 50℃，ultrasonic time 50 min，the sodium hydroxide amount of 2.0 mol/L，solid to liquid ratio of 1∶20（g/mL）.Under the optimized conditions，the yield of soy oligosaccharides was about 10.19%.

soybean dregs；soy oligosaccharides；ultrasonics；alkali methods

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.020

河南省高等學?？萍紕?chuàng)新團隊支持計劃（15IRTSTHN016）；許昌市科技經(jīng)費資助項目重點科技計劃項目（20141213）；許昌學院產(chǎn)學研項目（2015CXY06）

孫軍濤（1982—），男（漢），講師，博士，研究方向：食品科學。

2015-12-31