大豆多糖的提取、分離純化與功能的研究進(jìn)展

傅晶依，王思琪，丁修慶，趙珺

（長春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春130022）

我國目前是世界食用大豆制品最多的國家，大豆制品已經(jīng)普及到所有的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)。由于其富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、不飽和脂肪酸以及低聚糖等對人體有益的營養(yǎng)因子，而廣受大眾喜愛。然而，我國的大豆行業(yè)仍然存在高端功能營養(yǎng)產(chǎn)品缺乏，原料利用率低等問題，因此對于大豆及其副產(chǎn)品的精深加工是非常必要的[1]。豆渣是大豆加工后的主要副產(chǎn)物，目前利用的廣度和深度還比較淺，大多數(shù)是作為飼料或者肥料直接使用，處理不當(dāng)還會對環(huán)境造成污染。研究表明，豆渣中膳食纖維的含量高達(dá)51.80%，是制備可溶性大豆多糖很好的原料[2]。

可溶性大豆多糖（soluble soybean polysaccharides，SSPS）是一種存在于大豆中的酸性多糖，其分子量主要分布在6×105D左右，由半乳糖醛酸、鼠李糖、阿拉伯糖以及半乳糖組成[3]。SSPS主鏈由半乳糖醛酸聚糖和鼠李糖交替連接，側(cè)鏈則主要是由阿拉伯聚糖和半乳聚糖組成[4]，是一種典型的RG-I型果膠。SSPS是一種天然的活性因子，具有調(diào)節(jié)免疫、抗氧化和抗腫瘤等功效，對人體具有良好的保健作用；同時，由于SSPS具有絮凝性、穩(wěn)定性等理化性質(zhì)，可以改善食品的食用品質(zhì)及外觀特性，所以被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)中。本文對大豆多糖的提取方法、分離純化、結(jié)構(gòu)解析以及生物活性方面進(jìn)行簡要的概括與分析，以期為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 可溶性大豆多糖的提取

獲得可溶性大豆多糖的方法主要有熱水提取法、酸堿提取法和酶解提取法等。為了提高多糖的得率，還會使用微波和超聲波等方法輔助提取。目前關(guān)于大豆多糖提取方法的研究主要集中在國內(nèi)，主要分為熱水提取、酸堿提取、酶法提取、微波輔助提取、超聲波輔助提取和亞臨界萃取。

1.1 熱水提取

目前，多以大豆制品的副產(chǎn)物豆渣為原料，提取可溶性大豆多糖。高溫可以加速細(xì)胞壁多糖的溶解，從而提高多糖的產(chǎn)量[5]。熱水提取以環(huán)保、低毒、操作簡易等特點成為提取水溶性多糖的最常用方法[6]。徐啟紅等[7]以市售豆渣為材料得到最優(yōu)工藝參數(shù)是：提取溫度為90 ℃、固液比為 1 ∶5（g/mL）、提取時間為 3 h。經(jīng)測定，SSPS含量為7.47%。施翠娥等[8]試驗得出最佳工藝為固液比1∶80（g/mL）、提取時間2 h、提取溫度90℃時提取2次，并確定了影響大豆多糖得率的主要因素順序為提取溫度>提取時間>固液比。桂雨豪等[9]以豆渣為原料，得到優(yōu)化后的工藝條件為固液比1∶20（g/mL）、提取溫度110℃、pH4.5、提取時間3 h，所得粗多糖產(chǎn)率52.4%。

1.2 酸堿提取

在酸堿條件下細(xì)胞會充分吸水膨脹而破裂，從而提高胞內(nèi)多糖的得率。此外，有機酸能夠降低提取過程中蛋白質(zhì)的溶出率，因此，SSPS提取一般是在酸堿條件下進(jìn)行的。孟岳成等[10]以豆渣為原料在堿性條件下以固液比 1 ∶20（g/mL）、pH11.0、提取溫度 120℃、反應(yīng)時間2 h的操作條件得到SSPS的得率為16.24%。涂宗財?shù)萚11]通過六偏磷酸鈉輔助酸法從豆渣中提取大豆多糖膠，最佳制備工藝條件為固液比1∶15（g/mL）、提取溫度80℃、六偏磷酸鈉濃度0.8%、pH6.0、提取時間1 h，此時大豆多糖膠的得率為8.99%。熊杰等[12-13]得到提取的最佳工藝為提取溫度110℃、提取時間1.5 h、用酒石酸調(diào)節(jié)pH3.8，蛋白質(zhì)溶出率僅為2.18%，SSPS得率達(dá)27.65%。

1.3 酶法提取

大豆豆渣中除可溶性大豆多糖外還含有蛋白質(zhì)和不溶性膳食纖維等物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在會影響可溶性大豆多糖的提取效果。酶輔助水提取可以溫和地降解植物細(xì)胞壁，破壞植物細(xì)胞壁，增加多糖的溶解度，提高多糖的提取效率[14]。宋慧等[15]以大豆豆粕為原料采用雙酶法確定了最佳提取條件為pH 6.0、酶解時間為 6 h、固液比 1 ∶20（g/mL）、加酶量為酸性蛋白酶10%+風(fēng)味酶8%，提取率為9.28%。羿慶燕等[16]利用纖維素酶得出最佳工藝條件為酶解溫度50℃、酶解時間50 min、pH值5.5、纖維素酶添加量1.0%，得率為14.18%。王立峰等[17]以脫脂豆粕為原料探究提取SSPS的最佳條件。結(jié)果表明選擇堿性蛋白酶且當(dāng)條件為pH6.0、酶解溫度50℃、酶解時間1.5h和固液比1∶20（g/mL）時，SSPS的提取率可達(dá)到最大值17.92%，粗多糖的純度為86.32%。

1.4 微波輔助提取

微波輻射可以加快反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)時間，有效地提高多糖的提取率。陳姿含等[18]以低溫豆粕為原料得到了提取SSPS的最佳條件為pH8.0、固液比1∶6（g/mL）、微波提取時間2.6 min、微波功率380 W，可溶性大豆多糖的得率可達(dá)5.86%。任花[19]以豆渣為原料，最終得出最佳工藝參數(shù)為微波處理時間4 min、固液比1 ∶40（g/mL）、微波功率 700 W，提取 2次，此時可溶性大豆多糖的得率6.64%。陳紅等[20-21]以擠壓豆渣為原料，在微波功率600 W、微波處理時間7 min、固液比1∶15（g/mL）、纖維素酶用量 1.5%、酶解溫度50℃、酶解時間40 min、pH5.0的條件下，SSPS得率為15.85%。

1.5 超聲波輔助提取

超聲波提取作為一種先進(jìn)的可溶性大豆多糖提取方法，具有能耗低、提取時間短、效率高等特點，可以在較低的溫度下高效提取生物活性產(chǎn)物[22-25]。田海娟等[26]以豆腐坊中的豆渣為原料確定最佳工藝條件為超聲波處理功率200 W、超聲波處理時間20 min、固液比1∶25（g/mL）、浸提溫度90℃，在此條件下大豆多糖的得率為1.869%。郝繼偉[27]探究超聲環(huán)境下的最優(yōu)工藝條件參數(shù)為浸提溫度80℃、固液比1∶10（g/mL）、浸提時間40 min、超聲波處理功率160 W。經(jīng)苯酚－硫酸法測定，獲得可溶性大豆多糖提取率為7.36%。田瑞紅等[28-29]以水酶法提油后的豆渣為試驗原料，用超聲波輔助熱水浸提SSPS并確定優(yōu)化后的工藝條件為超聲波處理功率150 W、浸提溫度88℃、超聲波處理時間17 min、固液比 1 ∶28（g/mL）、六偏磷酸鈉溶液添加量2%，在此條件下SSPS提取率為11.52%。

1.6 亞臨界萃取

亞臨界萃取是一種提取天然產(chǎn)物中有效成分的新技術(shù)。利用亞臨界水作為提取劑（100℃≤T≤374℃），通過控制溫度和壓力，加快水的傳質(zhì)效率，用于提取極性或非極性的天然產(chǎn)物。并可以通過改變亞臨界溶劑性質(zhì)，如介電常數(shù)和極性等，有效提高提取率[30-33]。婁冠群等[34]得出亞臨界水提取SSPS的最佳工藝條件為亞臨界水溫度150℃、固液比1∶35（g/mL）、提取時間11 min，該條件下可溶性大豆多糖得率達(dá)22.8%。

2 可溶性大豆多糖的分離純化及結(jié)構(gòu)解析

從豆渣中提取出來的大豆多糖是分子量分布較廣的多糖混合物，為進(jìn)一步獲得分子量和電荷相對均一的多糖組分，需要對其進(jìn)行分離純化。目前多采用醇沉、超濾等方法進(jìn)行粗分離，再利用離子交換和分子篩柱層析對多糖組分進(jìn)一步分離純化[35]。

2.1 可溶性大豆多糖的分離純化

2.1.1 醇沉法

乙醇能夠降低溶液的介電常數(shù)，降低水的極性，使水分子與多糖分子間的相互作用力減小，從而提高多糖分子間的相互作用，使多糖分子更容易相互吸引而凝集下來，達(dá)到對多糖的粗分離。已有研究表明，不同濃度的乙醇可以將多糖分為不同分子量的組分[33，36-40]。施翠娥等[8]在提取出SSPS后探究最佳的醇沉條件為乙醇濃度為80%，沉淀時間3 h。于培玲[41]將透析后的溶液加入95%乙醇中沉淀大豆多糖，獲得平均分子量為314.36 kDa的多糖組分。

2.1.2 超濾法

超濾法純化多糖分子的主要機理是超濾膜對大分子物質(zhì)的物理篩分作用。除了分子篩的作用外，膜表面微孔內(nèi)吸附的粒子和膜孔阻塞也會使大分子物質(zhì)被截留，從而使溶液中的各組分由于膜的遷移速率的不同而分離非均相物系[42]。韓晴[43]采用超濾法對可溶性大豆多糖進(jìn)行分離，通過高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）和傅里葉變換（fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）光譜分析得出超濾法能很好的將不同分子量的可溶性大豆多糖進(jìn)行分離的結(jié)論。

2.1.3 層析法

層析系統(tǒng)包括固定相和流動相兩部分，根據(jù)各類物質(zhì)的理化性質(zhì)存在的差異，使得它與此系統(tǒng)產(chǎn)生相互作用的程度不同，因此在系統(tǒng)中的分配比例也不同，使多糖得到分離。張倩[3]通過DEAE-52纖維素柱層析對大豆多糖進(jìn)行純化，結(jié)果顯示SSPS最高含量可以達(dá)到70.85%。姚磊[44]利用DEAE-52陰離子纖維素層析、SephadexG-100葡聚糖凝膠層析對大豆多糖進(jìn)行純化，能夠得到比較理想的目標(biāo)多糖。王龍艷[45]采用DEAE Sepharose Fast Flow柱層析法和Sephacryl S-300柱層析法純化。試驗結(jié)果表明，在上樣量為8 mL，上樣濃度為10 mg/mL時得到兩個組分，再經(jīng)流速為0.5 mL/min，上樣量為2 mL，上樣濃度為6 mg/mL時得到一個組分，洗脫效果較好。Tang HL等[46]將粗多糖經(jīng)過DEAE纖維素柱與Sephadex G-150色譜柱純化后，得到純度為96.53%的產(chǎn)品。

2.2 可溶性大豆多糖的結(jié)構(gòu)解析

多糖的主要結(jié)構(gòu)特征包括單糖組成、單糖的連接方式、糖鏈構(gòu)型、糖鏈類型和糖鏈位置等內(nèi)容。通過分離純化得到的均一組分的大豆多糖可以利用酸水解、甲基化分析、高鐵酸鹽氧化、史密斯降解等方法，結(jié)合紅外光譜（infrared spectroscopy，IR）、氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、高效液相色譜（HPLC）和氣相色譜（gas chromatography，GC）等儀器分析法進(jìn)行基本化學(xué)結(jié)構(gòu)的測定。張倩[3]將SSPS完全水解后與單糖標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行薄層層析對比，確定了可溶性大豆多糖主要是由阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖、葡萄糖、木糖等單糖組成。姚磊[44]采用HPGPC、GC-MS、FT-IR、高碘酸氧化-Smith降解和NMR技術(shù)對纖維素酶法輔助提取的大豆多糖進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)糖殘基構(gòu)型主要為 1，4-β-D-Glcp、1，3，6-α-D-Manp 和1，4-α-D-Galp。主鏈?zhǔn)怯蒅lcp和Manp組成的甘露葡聚糖，其中t-β-D-Glcp為主鏈的非還原性末端殘基，側(cè)鏈由 1，3，6-α-D-Manp 通過 O-6 位與 1，4-α-DGalp殘基相連構(gòu)成。Wang Q等[47]利用尺寸排阻色譜法得出SSPS由D-半乳糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖醛酸和L-鼠李糖組成，且其主要骨干是由半乳糖醛酸和鼠李糖半乳糖醛酸組成，其中后者由二糖單位→4）-α-D-GalA-（1→2）-α-L-Rha-（1→重復(fù)組成。Nakamura等[48]確定了從大豆子葉中提取的SSPS由鼠李半乳糖醛酸聚糖組成主鏈，由β-1，4-半乳聚糖和α-1，3-或α-1，5-阿拉伯糖鏈分支，并且研究發(fā)現(xiàn)[49]SSPS的半乳糖醛酸骨架由高半乳糖醛酸聚糖（α-1，4-半乳糖醛酸聚糖）和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（重復(fù)單元由α-1，2-鼠李糖和α-1，4組成）構(gòu)成，而支鏈則是由β-1，4-半乳聚糖和α-1，3-或α-1，5-阿拉伯糖構(gòu)成。

3 可溶性大豆多糖的生物活性

研究表明，多糖具有很好的生物學(xué)活性，例如能夠有效預(yù)防高血壓、心臟病，此外，在抗氧化、抑菌、抗腫瘤和免疫力調(diào)節(jié)等方面也具有一定的功效[50-54]。多糖的生物活性與其分子量有著重要聯(lián)系。大豆多糖是大豆中重要的生物活性成分，其保健作用已通過大量實驗得到證實[55]。

3.1 抗氧化

葉長龍等[56]研究了SSPS的抗氧化性，結(jié)果顯示在超聲時間60 min、超聲功率90 W、超聲溫度55℃、固液比1∶24（g/mL）的條件下獲得的SSPS對羥基自由基的清除率為24.8%。汪洪濤等[57]研究了經(jīng)酸法提取后的SSPS的抗氧化性。結(jié)果表明SSPS對DPPH自由基的清除率隨其質(zhì)量濃度的增大而增大，且SSPS質(zhì)量濃度為0.2 g/L時清除率為42%。姚磊[44]通過體外抗氧化篩選模型，研究了經(jīng)纖維素酶解法提取的SSPS的抗氧化能力，結(jié)果表明，SSPS具有良好的氫原子傳遞能力，可以防止自由基誘導(dǎo)氧化的發(fā)生，且具有良好的金屬離子螯合能力，能夠有效抑制脂質(zhì)的過氧化并呈現(xiàn)出良好的劑量效應(yīng)關(guān)系。何喜珍等[58-59]研究了4種不同分子量的SSPS的抗氧化能力，結(jié)果表明，4種大豆多糖抗氧化活性高低有所不同，分子量為285 kDa的大豆多糖對自由基的清除能力最強，分子量為21 kDa的大豆多糖對自由基的清除能力最弱。

3.2 抑菌性

汪洪濤等[57]探究了經(jīng)酸法提取后的SSPS所具有的抑菌性，結(jié)果表明SSPS對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌和蠟樣芽苞桿菌均有一定的抑制作用，且隨SSPS質(zhì)量濃度的增加，其抑菌效果增強。田龍[60]探究了大豆多糖對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、產(chǎn)黃青霉和黑曲霉的抑制作用，結(jié)果顯示，在pH6的條件下大豆多糖抑菌活性最強，且大豆多糖對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、黑曲霉和產(chǎn)黃青霉的最小抑菌質(zhì)量濃度分別為 8.0、6.0、1.0、1.0 mg/mL。

3.3 抗腫瘤

SSPS的抗腫瘤作用可能是通過提高免疫能力，抑制腫瘤生長，達(dá)到抗腫瘤效果。張秀娟等[61-64]從免疫學(xué)的角度探究了SSPS的抗腫瘤作用，結(jié)果表明：SSPS對S180肉瘤生長有一定的抑制作用，且以高劑量為佳。并且SSPS能夠通過調(diào)節(jié)荷瘤小鼠免疫功能而增強環(huán)磷酰胺的抗腫瘤作用，并減輕其毒副作用。

4 可溶性大豆多糖的理化特性及應(yīng)用

可溶性大豆多糖的各項理化性質(zhì)使其具有了良好的應(yīng)用性，將大豆多糖應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等產(chǎn)品中能夠顯著改善其品質(zhì)。

在某些陽離子的作用下，SSPS具有一定的絮凝作用。鐘碧疆等[65-66]考察了陽離子種類及濃度對SSPS在高嶺土懸浮液中絮凝性的影響。結(jié)果表明，不同陽離子價態(tài)對大豆多糖促凝性不同，三價陽離子優(yōu)于二價陽離子，一價陽離子不具促凝性。同時，高文宏等[67]分析數(shù)學(xué)回歸模型得到啤酒酵母懸濁液的絮凝最佳條件為SSPS質(zhì)量濃度11.56 mg/L、Fe3+濃度0.26 mmoL/L、pH值9.05、溫度30.68℃。

SSPS是優(yōu)秀的蛋白穩(wěn)定劑，能提高蛋白質(zhì)在高溫或者冷凍環(huán)境中的穩(wěn)定性，尤其是在酸性條件下對蛋白質(zhì)的保護(hù)性和穩(wěn)定性更好，常替代果膠和黃原膠等作為酸性飲料的穩(wěn)定劑。汪洪濤等[57]得出當(dāng)SSPS作穩(wěn)定劑時酸性乳飲料的黏度較小，且穩(wěn)定效果優(yōu)于果膠的結(jié)論。Gao W等[68]明確了SSPS可有效防止魚糜在冷凍過程中肌原纖維蛋白變性和蛋白結(jié)構(gòu)變化，并表現(xiàn)出與液氮的協(xié)同效果，可應(yīng)用于魚糜的冷凍保鮮。Sónia R等[69]研究發(fā)現(xiàn)對多糖分子量的合理選擇可以用來改變大豆蛋白的結(jié)構(gòu)和膠凝性能，較高分子量的多糖能夠增強大豆蛋白的膠凝特性，由此產(chǎn)生的各種流變特性和微觀結(jié)構(gòu)可以影響新型食品配方的設(shè)計。Shi X等[70]研究了SSPS對乳糖結(jié)晶的影響，結(jié)果顯示，SSPS在回收乳糖方面有巨大的潛力。

SSPS可以保持食品中的水分，作為水分保持劑和淀粉回生抑制劑添加到食品中，可防止食品因為失去水分，淀粉老化所引起的產(chǎn)品品質(zhì)下降，使產(chǎn)品不粘連、不混湯，還能防止?jié)衩娴恼尺B，提高非油榨面的復(fù)水性能。林靜等[71]研究了SSPS對掛面品質(zhì)的影響，通過對添加了SSPS的掛面進(jìn)行感官評定，當(dāng)添加量為0.75%時可以改善掛面的感官品質(zhì)。劉倩[72]等發(fā)現(xiàn)可溶性大豆多糖可以提高面包保水性，并且延緩面包淀粉老化，從而實現(xiàn)延長面包貨架期的目的。

SSPS具有較好的成膜特性，可以作為藥品、食品被膜劑、黏附劑或成膜劑使用，成為微膠囊壁材的新選擇。王興敏[73]利用SSPS與明膠的復(fù)凝聚方法制備植酸酶微膠囊。結(jié)果顯示，復(fù)凝聚法制備的微囊植酸酶耐高溫作用良好，具有更好的高溫保護(hù)效果，可以作為制備植酸酶微膠囊的壁材應(yīng)用。Luo L等[74]設(shè)計了基于SSPS的納米顆粒，將其對乳鏈菌肽的包埋率提高到了99.8%，賦予了乳酸鏈球菌素持久的抗菌性，從而延長了新鮮番茄汁的保質(zhì)期。

5 總結(jié)與展望

我國大豆加工行業(yè)發(fā)展十分迅速，加工過程中會產(chǎn)生大量的廢棄豆渣，所以豆渣的深加工與利用十分重要?？扇苄源蠖苟嗵鞘谴嬖谟诖蠖怪械囊环N酸性多糖，是一種典型的RG-I型果膠，可以從廢棄豆渣中提取出來。相比較其他的植物多糖而言，可溶性大豆多糖具有更優(yōu)良的穩(wěn)定性、乳化性，一般在食品中用作穩(wěn)定劑、食物特性改善劑。同時，大豆多糖在抗氧化、抗菌、抗腫瘤等方面也具有一定的功效，還能夠調(diào)節(jié)人體免疫能力?，F(xiàn)階段國內(nèi)對大豆多糖的研究還不夠完整。雖然大豆多糖的提取已經(jīng)有了比較系統(tǒng)的方法，但對于生物活性的應(yīng)用研究還不夠深入，多局限在食品添加劑的使用上，而結(jié)構(gòu)分析方面存在的不足限制了可溶性大豆多糖相關(guān)功能性食品的開發(fā)。因此，建立快速制備豆渣中可溶性大豆多糖的最佳工藝路線，確定活性多糖的構(gòu)效關(guān)系，必定會為可溶性大豆多糖相關(guān)功能性食品的開發(fā)和大豆的精深加工提供理論基礎(chǔ)。