蒸汽爆破對(duì)豆渣中大豆異黃酮的影響研究

靳羽慧 劉長(zhǎng)忠 徐 響 康芳芳 楊 偉 李 波

(河南科技學(xué)院1，新鄉(xiāng) 453003)(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所2, 北京 100093)

蒸汽爆破對(duì)豆渣中大豆異黃酮的影響研究

靳羽慧1劉長(zhǎng)忠1徐 響2康芳芳1楊 偉1李 波1

(河南科技學(xué)院1，新鄉(xiāng) 453003)(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所2, 北京 100093)

采用高效液相色譜法研究蒸汽爆破處理對(duì)豆渣中大豆異黃酮組成和含量的影響。結(jié)果表明，豆渣經(jīng)蒸汽爆破處理后，6種大豆異黃酮含量均顯著增高，大豆苷、大豆苷元、黃豆黃苷、黃豆黃素、染料木苷、染料木素分別由汽爆前的3.69、11.22、0.84、2.76、2.13、27.45 μg/g增至38.04、74.96、15.75、23.36、20.36、66.28 μg/g。黃豆黃苷增幅最大，較汽爆前增高了17.75倍；染料木素增幅最小，較汽爆前增高了1.41倍。而且，大豆異黃酮的增幅隨汽爆強(qiáng)度增加呈上升趨勢(shì)，在汽爆壓強(qiáng)2.0 MPa、維壓時(shí)間30 s時(shí)達(dá)到最大值(黃豆黃苷為2.0 MPa、60 s)。研究表明，采用適宜的汽爆強(qiáng)度處理豆渣，能夠顯著提高大豆異黃酮含量，這為豆渣的開發(fā)利用提供了有益參考。

豆渣 蒸汽爆破 大豆異黃酮 高效液相色譜法

大豆異黃酮(Soybean isoflavones)是大豆中一類多酚化合物的總稱，具有廣泛的生物學(xué)活性，對(duì)心血管疾病、癌癥、骨質(zhì)疏松癥、更年期綜合征等有預(yù)防效果[1-4]。大豆異黃酮在大豆中以苷元和糖苷的形式存在，包括3種游離型異黃酮苷元和9種結(jié)合型糖苷。3種苷元為大豆苷元(Daidzein)、染料木素(Genistein)和黃豆黃素(Glycitein)；9種糖苷由3種苷元衍生而成，分別是葡萄糖苷型的大豆苷(Daidzin)、染料木苷(Genistin)和黃豆黃苷(Glycitin)，丙二?；咸烟擒招偷谋；蠖管?Malonyl Daidzin)、丙二?；玖夏拒?Malonyl Genistin)和丙二酰基黃豆黃苷(Malonyl Glycitin)，乙?；咸烟擒招偷囊阴；蠖管?Acetyl Daidzin)、乙酰基染料木苷(Acety Genistin)和乙?；S豆黃苷(Acety Glycitin)[4-6]。

植物多酚具有許多功能特性，多以共價(jià)結(jié)合的形式存在于植物體的不同組織中。研究表明，熱處理能夠使多酚類化合物從共價(jià)結(jié)構(gòu)中釋放出來，從而提高了它們的功能特性。例如，柑橘皮經(jīng)熱處理后，可釋放出一些低分子質(zhì)量的多酚類化合物，從而增加柑桔皮的抗氧化能力[7-8]。蒸汽爆破(簡(jiǎn)稱汽爆)是其中一種熱處理方式，其原理是將原料置于高溫高壓的環(huán)境中，當(dāng)瞬間解除高壓時(shí)，原料空隙中的過熱蒸汽迅速氣化，體積急劇膨脹而使細(xì)胞破裂。汽爆技術(shù)迄今已有80多年歷史，主要用于木質(zhì)纖維的預(yù)處理，提高纖維素對(duì)酶及化學(xué)試劑的可及性[9]。汽爆對(duì)黃酮類化合物的影響研究迄今僅有少量報(bào)道。張兵兵等[10]報(bào)道，汽爆處理后，銀杏葉黃酮提取率可提高2.1倍；張棋等[11]報(bào)道，粉葛經(jīng)汽爆處理后，總黃酮提取量可增加1.3倍，且提取物抗氧化活性顯著提高。

豆渣是大豆加工的副產(chǎn)物，約含有50%的膳食纖維和20%的蛋白質(zhì)，還含有大豆異黃酮等其他營養(yǎng)功能成分[12]。我國每年約產(chǎn)生2 000萬t豆渣，但其開發(fā)利用率很低，大都作為飼料或廢棄物處理，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。本試驗(yàn)將豆渣進(jìn)行汽爆處理，采用高效液相色譜法(HPLC)研究汽爆處理?xiàng)l件對(duì)大豆異黃酮種類和含量的影響，以期為豆渣的開發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

濕豆渣來自加工豆腐、豆?jié){的副產(chǎn)物，由常州蘇豆食品有限公司提供。濕豆渣經(jīng)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥后得豆渣粉，含水量為4.9%。6種大豆異黃酮標(biāo)準(zhǔn)品(大豆苷、染料木苷、黃豆黃苷、大豆苷元、染料木素、黃豆黃素)：上海源葉生物科技有限公司。乙腈和甲醇為色譜純?cè)噭谆鶃嗧亢鸵宜釣榉治黾冊(cè)噭?/p>

SXG-4型旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)：江蘇宇通干燥設(shè)備廠；QBS-80超音速彈射式氣爆機(jī)：鶴壁正道生物能源有限公司；Agilent1260 Infinity高效液相色譜儀：安捷倫公司；Quanta 200環(huán)境掃描電子顯微鏡：美國FEI公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 豆渣的汽爆處理

過40目篩的豆渣粉，分別采用不同壓強(qiáng)(0.5、1.0、1.5、2.0 MPa)和維壓時(shí)間(30、60、120 s)對(duì)其進(jìn)行汽爆處理。汽爆豆渣在80℃烘干后粉碎，過40目篩備用。

1.2.2 樣品處理

參照文獻(xiàn)[6]的方法。精確稱取1.000 0 g豆渣粉和汽爆豆渣粉，置于離心管中，加入5 mL乙腈和5 mL超純水，密封后充分混勻，用搖床在250r/min 25 ℃下振蕩提取2 h，然后在6 000 r/min下離心20 min，上清液用中速定性濾紙過濾。濾液在35 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，加入3 mL 80%甲醇溶液以溶解干物質(zhì)，采用0.45 μm有機(jī)系過濾器除去不溶物，濾液在-20 ℃下冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)品處理

分別精確稱取6種大豆異黃酮標(biāo)準(zhǔn)品10 mg，以1∶1∶2的比例(體積比)向其中加入二甲亞砜、乙腈和80%甲醇溶液，充分溶解標(biāo)準(zhǔn)品，配制成1 mg/mL的原始溶液。單一標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：使用80%甲醇溶液將原始溶液稀釋成100 μg/mL的單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)液?；旌蠘?biāo)準(zhǔn)溶液的配制：等量吸取6種標(biāo)準(zhǔn)品原始溶液，混合，加入80%甲醇溶液配制成10、20、30、40、50 μg/mL不同質(zhì)量濃度梯度溶液，以制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.4 高效液相色譜條件

Waters公司SunFireTMC18色譜柱，5 μm，4.6 mm×250 mm；柱溫35℃；進(jìn)樣量10 μL；檢測(cè)波長(zhǎng)262 nm；流速1 mL/min。采用梯度洗脫，流動(dòng)相A為含有0.1%乙酸的超純水溶液，流動(dòng)相B為含有0.1%乙酸的乙腈溶液，運(yùn)行時(shí)間45 min，洗脫梯度見表1。

表1 洗脫梯度

1.2.5 掃描電鏡觀測(cè)

將過80目篩的汽爆豆渣在105 ℃干燥至恒重，取適量粘于樣品臺(tái)上，采用離子濺射方法鍍金，然后用環(huán)境掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)由HPLC 1260 系統(tǒng)自動(dòng)記錄。數(shù)據(jù)采用Office Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆異黃酮標(biāo)準(zhǔn)品的液相色譜分析

大豆異黃酮的檢測(cè)方法有紫外分光光度法、HPLC法、液質(zhì)聯(lián)用法等[13-16]。其中，HPLC法具有分離效果好、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。

天然存在的大豆異黃酮分為3類，即大豆苷類、染料木苷類、黃豆黃素苷類，分別以游離型、葡萄糖苷型、乙?；咸烟擒招汀⒈；咸烟擒招?種形式存在[4]。其中，丙二?；咸烟擒招秃鸵阴；咸烟擒招途哂袩岵环€(wěn)定性，在加熱和堿性條件下可去掉丙二?；鸵阴；D(zhuǎn)化為葡萄糖苷型。葡萄糖苷型異黃酮比較穩(wěn)定，需在強(qiáng)酸、高溫或酶存在下，才會(huì)水解掉葡萄糖基轉(zhuǎn)化為苷元型異黃酮。有鑒于此，美國分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(AOAC)測(cè)定方法中采用了6種大豆異黃酮標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行檢測(cè)[17]?？紤]檢測(cè)工作的實(shí)效性，本研究選用3種苷元型異黃酮和3種葡萄糖苷型異黃酮作為標(biāo)準(zhǔn)品，它們的HPLC圖譜見圖1。結(jié)果顯示，本研究所采用的分析方法能夠?qū)?種大豆異黃酮標(biāo)準(zhǔn)品很好的分離，且在一定范圍呈良好的線性關(guān)系。

注：1-大豆苷，2-黃豆黃苷，3-染料木苷，4-大豆苷元，5-黃豆黃素，6-染料木素。下同。圖1 大豆異黃酮標(biāo)準(zhǔn)品的HPLC色譜圖

樣品出峰時(shí)間/min回歸方程R2大豆苷11．896y=32．461x-14．2000．9989黃豆黃苷12．769y=27．906x+27．8590．9945染料木苷18．345y=43．632x+23．9870．9961大豆苷元27．989y=46．270x+19．3160．9968黃豆黃素29．169y=46．719x+36．1560．9937染料木素35．157y=56．475x+22．9820．9965

2.2 豆渣中大豆異黃酮的檢測(cè)

將濕豆渣旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥后得豆渣粉，采用HPLC法測(cè)定其大豆異黃酮含量，結(jié)果見圖2。

圖2 豆渣中大豆異黃酮的HPLC色譜圖

圖2顯示，豆渣中含有至少6種大豆異黃酮。其中，染料木素和大豆苷元含量較多，分別為27.45、11.22 μg/g，其次是大豆苷、黃豆黃素和染料木苷，含量在2～3 μg/g之間，黃豆黃苷含量最少，僅有0.84 μg/g。分析結(jié)果表明，豆渣中仍含有一定數(shù)量的大豆異黃酮，且苷元型異黃酮含量較多，這可能與其水溶性較差有關(guān)。已有研究證實(shí)，只有苷元型異黃酮才能被人體直接消化吸收，而糖苷型異黃酮需經(jīng)β-葡萄糖苷酶水解去除糖基后才能被吸收[18]。由此可見，豆渣中的大豆異黃酮生理功效較高，具有良好的開發(fā)利用價(jià)值。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，大豆異黃酮對(duì)熱比較敏感，熱處理可導(dǎo)致黃豆、豆?jié){中的丙二?；彤慄S酮含量降低，而苷元型和糖苷型含量增加[19-20]。因而，濕豆渣經(jīng)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥制備豆渣粉的過程中，異黃酮的組成含量均可能會(huì)發(fā)生一些變化。

2.3 汽爆豆渣中大豆異黃酮的檢測(cè)

采用蒸汽爆破處理物料，不僅能夠破壞細(xì)胞壁，將小分子物質(zhì)從細(xì)胞內(nèi)釋放出來，還能使膳食纖維等大分子物質(zhì)發(fā)生降解[9]。因此，汽爆處理有可能對(duì)豆渣中的異黃酮也產(chǎn)生較大影響。本試驗(yàn)采用不同汽爆強(qiáng)度處理豆渣粉，研究其對(duì)大豆異黃酮種類和含量的影響，結(jié)果見表3。

表3 不同汽爆條件處理豆渣的大豆異黃酮種類和含量

分析結(jié)果顯示，豆渣經(jīng)汽爆處理后，6種大豆異黃酮含量均顯著增加。其中，大豆苷由3.69 μg/g最高增至38.04 μg/g，大豆苷元由11.22 μg/g最高增至74.96 μg/g，黃豆黃苷由0.84 μg/g最高增至15.75 μg/g，黃豆黃素由2.76 μg/g最高增至23.36 μg/g，染料木苷由2.13 μg/g最高增至20.36 μg/g，染料木素由27.45 μg/g最高增至66.28 μg/g。增幅最大的是黃豆黃苷，其含量較汽爆前增加17.75倍；增幅最小的染料木素，其含量也增加了1.41倍。而且，汽爆壓強(qiáng)和維壓時(shí)間對(duì)大豆異黃酮含量有較大影響。隨著汽爆強(qiáng)度增大，各種大豆異黃酮含量總體呈上升趨勢(shì)，除黃豆黃苷在2.0 MPa、60 s含量最高外，其余5種大豆異黃酮均在2.0 MPa、30 s時(shí)含量達(dá)到最大值。在本試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件下，汽爆壓強(qiáng)的影響大于維壓時(shí)間，壓強(qiáng)增加后，異黃酮含量變化顯著。在較低壓強(qiáng)時(shí)，維壓時(shí)間對(duì)異黃酮的影響趨勢(shì)不顯著，但當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到2.0 MPa時(shí)，異黃酮含量隨維壓時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。

豆渣經(jīng)汽爆處理后異黃酮含量增加的可能原因，一方面是豆渣細(xì)胞壁的完整性經(jīng)汽爆后受到破壞，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)被釋放出來，提高了大豆異黃酮的提取率。另一方面，豆渣中的膳食纖維發(fā)生降解和斷裂，致使一些原來與這些大分子物質(zhì)結(jié)合的大豆異黃酮轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)，從而易被溶劑提取出來。而且，汽爆強(qiáng)度越大，對(duì)細(xì)胞壁的破壞和對(duì)膳食纖維的降解程度越高，故而釋放出來的大豆異黃酮數(shù)量越多。此外，蒸汽爆破時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓環(huán)境可使丙二酰基葡萄糖苷型異黃酮和乙?；咸烟擒招彤慄S酮轉(zhuǎn)化為葡萄糖苷型異黃酮，從而使大豆苷、黃豆黃苷、染料木苷含量增加。檢測(cè)結(jié)果也顯示，這3種葡萄糖苷型異黃酮的增幅高于3種苷元型異黃酮。

分析結(jié)果還顯示，隨著汽爆強(qiáng)度增加，雜質(zhì)峰數(shù)量逐漸增多，這可能是因?yàn)樵谄^程中形成了5-羥甲基糠醛等小分子物質(zhì)[11]。當(dāng)汽爆強(qiáng)度過大時(shí)，大豆異黃酮含量反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這可能與過高的溫度和壓強(qiáng)使異黃酮氧化成半醌和醌結(jié)構(gòu)，這類物質(zhì)重新聚合形成不溶性聚集體或進(jìn)一步與蛋白質(zhì)或多糖共價(jià)結(jié)合有關(guān)[21-22]。

2.4 蒸汽爆破對(duì)豆渣微觀結(jié)構(gòu)的影響

掃描電鏡觀測(cè)(圖3)顯示，豆渣的微觀結(jié)構(gòu)呈較完整的片狀結(jié)構(gòu)。汽爆強(qiáng)度為1.0 MPa 30 s時(shí)，豆渣片狀結(jié)構(gòu)的邊緣被破壞，形成很多小的碎片。汽爆強(qiáng)度為2.0 MPa 30 s時(shí)，片狀結(jié)構(gòu)完全消失，豆渣呈現(xiàn)較分散的顆粒狀。汽爆強(qiáng)度為2.0 MPa 120 s時(shí)，小顆粒發(fā)生聚集，形成大的塊狀。豆渣經(jīng)汽爆處理后，其片狀結(jié)構(gòu)的完整性遭受破壞，逐漸變成更多更小的顆粒，因而異黃酮容易被提取出來。當(dāng)汽爆強(qiáng)度過高時(shí)，小顆粒發(fā)生聚集，導(dǎo)致異黃酮的提取率下降。

注：放大倍數(shù)均為2 000倍。圖3 汽爆豆渣的掃描電鏡圖

3 結(jié)論

豆渣中染料木素、大豆苷元含量較高，生理功效較好。豆渣經(jīng)汽爆處理后，6種異黃酮含量均顯著增加，且隨汽爆強(qiáng)度增加增幅呈上升趨勢(shì)，在2.0 MPa、30 s時(shí)達(dá)到最大值(黃豆黃苷為2.0 MPa、60 s)。葡萄糖苷型異黃酮的增幅略高于3種苷元型異黃酮。研究結(jié)果表明，采用適宜的汽爆強(qiáng)度處理豆渣，能夠顯著提高大豆異黃酮含量，這為有效開發(fā)利用豆渣提供了新思路。

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Effect of Steam Explosion Treatment on Soybean Isoflavones of Okara

Jin Yuhui1Liu Changzhong1Xu Xiang2Kang Fangfang1Yang Wei1Li Bo1

(Henan Institute of Science and Technology1, Xinxiang 453003)(Institute of Apicultural Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences2, Beijing 100093)

The contents and components of soybean isoflavones of okara treated by steam explosion (SE) were determined by high performance liquid chromatography (HPLC). The results showed that the contents of six kinds of soybean isoflavones of okara increased distinctly after SE treatment. The contents of daidzin, daidzein, glycitin, glycitein, genistin and genistein raised from 3.69, 11.22, 0.84, 2.76, 2.13 and 27.45 μg/g to 38.04, 74.96, 15.75, 23.36, 20.36 and 66.28 μg/g after SE treatment, respectively. Glycitin content increased largest, 17.75 times higher than that before SE. Genistein content increased smallest, which was 1.41 times higher than that before SE. Furthermore, the enhancement of soybean isoflavones presented a rising trend with the increase of SE strength and maximum at the steam explosion of 2.0 MPa and pressure preserving time of 30 s (glycitin was 2.0 MPa 60s). This study suggested that the proper SE treatment could improve significantly the contents of soybean isoflavones of okara, which provided a useful reference for the development of okara.

okara, steam explosion, soybean isoflavones, HPLC

TS209

A

1003-0174(2017)10-0016-06

河南省科技創(chuàng)新杰出人才項(xiàng)目(2017JR0006)，河南科技學(xué)院2015年度重大培育項(xiàng)目(2015ZD01)

2016-10-12

靳羽慧，女，1994年出生，碩士，功能性食品

李波，男，1973年出生，教授，功能性食品