豆渣乙醇萃取物的組分分析

宮貴貞，孫聰艷

（徐州工程學院化學化工學院，江蘇 徐州 221111）

我國是世界上加工大豆的主要國家之一。目前我國用于食品加工的大豆，每年約消耗1 000萬t（不包括油用），按每加工1 t大豆產生2 t濕豆渣計算，每年約產生2 000萬t濕豆渣[1]。豆渣由于含水量大，極易腐敗變質[2]。目前沒有得到充分的利用，僅局限于用作動物飼料或直接丟棄，少量用作各種食品的制備[3-7]，附加值低，造成了資源的極大浪費和環境污染[8]。據分析，豆渣含有豐富的營養物質和生理功能性物質，如蛋白質、脂肪、纖維素、維生素、微量元素、磷脂類化合物和甾醇類化合物等[9-10]，不同的加工方法，所得豆渣的成分有所不同[11]。目前對于豆渣高附加值利用集中在一些功能性成分的提取，如大豆多糖[12-14]、膳食纖維[15-16]、蛋白[17-19]和異黃酮[20-22]等的提取。

豆渣高效利用的重要前提是對其組成結構的充分認識。豆渣中小分子物質的研究鮮有報道，李慧勤等[23]用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜分析研究了豆渣的香氣，檢測到一些小分子物質。對豆渣中小分子有機質的研究不僅可對豆渣的分子結構的認識有重要的價值，還可為從中提取高附加值化學品等的研究與利用提供科學依據。

在溫和條件下的溶劑萃取屬于非破壞性分離，可使游離或通過弱鍵結合于豆渣大分子結構中的低分子物質溶出，可相對真實反映豆渣的分子結構。本研究采用乙醇在索式萃取器中對豆渣進行了萃取。通過傅里葉轉換紅外光譜（Fourier transform infrared，FTIR）儀和氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometer，GCMS）儀對產物進行分析，可望從分子水平上深入了解豆渣的組成結構，為高效利用豆渣資源提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆用水浸泡12 h后經豆漿機粉碎，過濾所得新鮮濕豆渣。

乙醇（分析純） 天津市大茂化學試劑廠，經旋轉蒸發儀蒸餾后使用。

1.2 儀器與設備

RE52CS-1型旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠；DHT型攪拌調溫電熱套 山東鄄城華魯電熱儀器有限公司；DZF6020型真空干燥箱 上海賀德實驗設備有限公司；ALPHA型FTIR 德國Bruker公司；7890-5975C型GC-MS 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 豆渣預處理

將新鮮濕豆渣于65 ℃條件下真空干燥24 h，然后保持真空狀態冷卻至室溫，取出干豆渣放入研缽中反復研磨，過150 目篩，置于干燥器內保存備用。

1.3.2 豆渣有機溶劑萃取流程

稱取干燥的豆渣樣品5 g，量取120 mL乙醇，于改進的索氏萃取器中，對豆渣進行連續萃取5 h。萃取結束，冷至室溫，將萃余殘渣取出置于真空干燥箱中干燥，稱質量后用FTIR進行分析。萃取液用旋轉蒸發儀在常壓下蒸除大部分溶劑，然后將濃縮液移至樣品瓶中，使剩余少量溶劑自然揮發至恒質量，得到乙醇萃取物（ethanol extract，EE），稱質量、分析。

1.3.3 儀器分析

GC-MS分析，DB-5MS型石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；氦氣流速1.0 mL/min；分流比50∶1，進樣量1 μL。進樣口溫度250 ℃；電子電離（electron ionization，EI）源，離子化電壓70 eV，離子源溫度230 ℃；質量掃描范圍29～400 u。升溫程序為：起始溫度60 ℃，保溫3 min，以10 ℃/min升溫速率升至100 ℃，保溫2 min，再以10 ℃/min升溫速率升至250 ℃，保溫3 min。對鑒定化合物按概率匹配（probability-based matching，PBM）法與NIST 05a譜庫化合物標準譜數據進行計算機檢索對照，根據置信度或相似度確定化合物的結構。對于譜庫難于確定的化合物則依據GC保留時間、主要離子峰及特征離子峰、分子質量和同位素峰等與文獻色譜、質譜資料相對照進行解析，各組分的相對含量采用峰面積歸一化法進行計算。

1.3.4 萃取率（y）計算公式

式中：m0為豆渣樣品質量/g；m1為乙醇萃取物質量/g。

2 結果與分析

2.1 萃取率

萃取液的顏色隨時間的延長逐漸加深，說明豆渣中的有機質為逐漸析出，在本實驗萃取5 h時，得棕黃色油狀物，萃取率為12.7%。在后續的實驗中發現，隨萃取時間的延長，豆渣中有機質呈規律性析出。

2.2 萃取物的FTIR分析

圖1所示為原料豆渣、萃余殘渣及EE的紅外光譜圖。由圖1可見，原料和萃余殘渣的紅外譜圖基本一致，而萃取物的吸收峰與前兩者有所不同。圖中所示在3 500～3 300 cm－1間寬而強的吸收峰表示OH所形成締合結構的伸縮振動吸收峰，在原料豆渣、萃余殘渣及EE中均較強，表明OH締合結構在3種物質中均占有較大比重，在EE中該峰強度略強于前兩者的吸收強度。2 921、2 820、1463 cm－1左右的吸收峰代表了CH3—和—CH2—的伸縮振動峰及面內彎曲振動，此三位置的吸收依萃余物、原料及EE的順序依次增強，表明乙醇能將含這些官能團的小分子物質從豆渣的大分子結構中提取出來。2 100～2 400 cm－1間吸收峰為三鍵或累積雙鍵伸縮振動區以及蛋白質和氨基酸、銨鹽類化合物中—NH4+的多重復合譜帶，EE中該區間的吸收強于原料及萃余物；1 746 cm－1為C＝O的吸收峰，EE中該峰的吸收遠強于原料及萃余殘渣，可能乙醇可以與C＝O中的氧形成氫鍵，從而提高含C＝O官能團的物質在乙醇中的溶解性，從而使之有效提取出。1 162 cm－1代表C—O的吸收峰，包括醚鍵和醇鍵，原料豆渣、萃余殘渣及EE中均有吸收，三者吸收強度相當，說明萃余殘渣中仍然含有較豐富含該類官能團物質；722 cm－1是C—H鍵的平面外搖擺振動的吸收帶，表示相鄰的CH2數目（n）≥4時的吸收，在EE中該處吸收與原料豆渣及萃余物中有明顯的區別，EE中的吸收明顯強于原料豆渣，萃余物中該處吸收幾乎看不出，表明帶CH2的鏈結構可以從豆渣中有效提出。3 040、1 600 cm－1及700～970 cm－1左右的吸收峰，表示芳香結構的存在，但強度較弱，表明芳香結構在豆渣中含量較低，這幾組吸收峰，在EE中的吸收均強于原料及殘渣，表明乙醇能將含芳環物質從豆渣中富集出來。540 cm－1左右吸收峰代表了含硫官能團的存在，原料豆渣及萃余殘渣中該峰吸收均強于EE，說明乙醇在該實驗條件下較難將含硫的物質萃取出來。

圖1 原料豆渣、萃余殘渣及EE的紅外光譜圖Fig.1 FTIR spectras of soybean dregs, residues after ethanolic extraction and ethanol-extractable fraction

2.3 萃取物的GC-MS分析

利用GC-MS對萃取物進行分析，總離子流色譜圖（total ion chromatograms，TIC）如圖2所示，共鑒定出35 種化合物，根據分子結構和官能團的不同，將這些物質分為烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酸、酯及其他類物質（other species，OSs）7 類組分，其相對應的化合物列于表1。各組分的相對含量分布見圖3，各組分相對含量按從高到低為：醛＞OSs＞酯＞烷烴＞芳香烴＞烯烴＞酸；其中醛的含量（66.8%）最高，遠高于其他物質含量，酸的含量最低僅為0.7%。

圖2 豆渣EE的總離子流色譜圖Fig.2 TIC of ethanol-extractable fraction from soybean dregs

表1 豆渣EE中檢測到的化合物Table 1 Compounds identified in ethanol-extractable fraction from soybean dregs

如表1所示，共檢測到6 種烷烴，相對含量為5.6%。其中5 種直鏈烴（十六碳烷、十七碳烷、十八碳烷、二十碳烷及二十三碳烷），僅1 種支鏈烴（2,6,10,14-四甲基十六碳烷），這些長鏈烷烴可能主要來自于黃豆的蠟質層。正構烷烴是一類重要的化工原料，可用于氯化石蠟、月桂二酸、巴西二酸、長鏈二元酸或高級香料、尼龍塑料、農藥乳化劑、脂肪醇、可被降解的合成洗滌劑、塑料增塑劑、化肥添加劑及化妝品、蛋白濃縮物等。目前正構烷烴主要來源于石油和天然氣等化石資源，其價格受國際市場油價的影響。若能從豆渣中分離出這些物質，將減少其對化石資源的依賴程度，大大降低其市場價格。烯烴和芳香烴各檢測到3種物質，且相對含量均較低，前者為2.6%，后者為4.0%。

醛類共檢測到9 種物質，主要為不飽和醛，其中4 種一烯醛（（E）-2-己烯醛、（E）-2-庚烯醛、（E）-2-癸烯醛和（Z）-2-癸烯醛），4 種二烯醛（（E,E）-2,4-庚二烯醛、（Z,Z）-2,4-庚二烯醛、（2E,4E）-2,4-癸二烯醛及（2Z,4Z）-2,4-癸二烯醛）；只有一種飽和醛壬醛。醛的相對含量在EE萃取物中最高，高達66.8%，遠遠超過其他組分，其中（2E,4E）-2,4-癸二烯醛的相對含量又是該類物質中最高的，為22.8%。烯醛類化合物具有特殊的香氣，在香精行業具有重要的地位[24]。（E,E）-2,4-庚二烯醛呈青草、脂肪、水果和香辛料氣味，主要用于配制藍莓、樹莓和雜錦水果等型香精。（2E,4E）-2,4-癸二烯醛呈強烈的雞香和雞油味，屬于允許使用的香料，主要用于配制雞肉香精及土豆片、柑橘、油炸品和香辛型食品。目前烯醛主要通過合成方法制備，烯醛在豆渣中的含量較高，若能從中分離出烯醛產品將大大降低該類物質的價格，同時提高豆渣的利用價值。

圖3 豆渣EE不同類別化合物的相對含量分布圖Fig.3 Relative contents of the chemical groups of compounds detected in ethanol-extractable fraction from soybean dregs

如表1所示，只檢測到2 種酸Z-11-十六碳烯酸和油酸，含量僅為0.7%。表明豆渣中脂肪酸可能主要以其他形式比如酯的形式存在。酯類化合物共檢測到6 種，其中4 種脂肪酸酯（十六烷酸甲酯、十六烷酸乙酯、亞油酸甲酯及亞油酸乙酯），2 種鄰苯二甲酸二酯（鄰苯二甲酸二異丙基酯和鄰苯二甲酸二丁基酯）。相對含量為7.8%，其中2 種鄰苯二甲酸二酯的含量共計為4.7%。這些酸和酯都具有重要的應用價值，如油酸是人體必需的營養物質，在腫瘤的預防和治療中能發揮積極的作用，還可作為溶劑或表面活性劑在制備單分散納米晶材料方面有著重要的作用[25]。鄰苯二甲酸酯廣泛用于生產樹脂、塑料、涂料、增塑劑及其他一些高端材料等[26]。

OSs共檢測到6 種物質，其中1 種醇（2-甲基-2-己醇）、1 種酮（（E）-3-甲基-3-庚烯-2-酮），其余均為含氮化合物。相對含量為12.5%，在該類物質中N-羥乙基棕櫚酰胺的含量最高為6.9%。

3 結 論

在索式萃取器中，用乙醇對豆渣進行了萃取。在萃取物中共檢測到35 種小分子有機物，主要為烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酸、酯及OSs 7 類組分。其中醛的含量（66.8%）最高，遠高于其他物質含量，酸的含量最低，僅為0.7%。這些有機物中含有一些高附加值化合物如烯醛、油酸及鄰苯二甲酸酯等。該研究在開發豆渣的高附加值利用方面具有重要的參考理論意義。

[1]CHEN Ye, YE Ran, YIN Luo, et al.Novel blasting extrusion processing improved the physicochemical properties of soluble dietary fiber from soybean residue andin vivoevaluation[J].Journal of Food Engineering, 2014, 120: 1-8.

[2]張振山, 葉素萍, 李泉, 等.豆渣的處理與加工利用[J].食品科學,2004, 25(10): 400-406.

[3]REkHA C R, VIJAYALAkSHMI G.Accelerated fermentation of‘idli’ batter using soy residue okara[J].Journal of Food Science and Technology, 2011, 48(3): 329-334.

[4]臧榮鑫, 楊具田, 潘和平.非溶性大豆膳食纖維在面包中的應用研究[J].甘肅農業大學學報, 2003(4): 422-426.

[5]楊君.豆渣饅頭的研制及營養分析[J].廣東農工商職業技術學院學報, 2011, 27(2): 57-61.

[6]孫小凡, 楊依紅.豆渣膳食纖維保健面條烹煮品質特性研究[J].糧食加工, 2011, 35(1): 57-59.

[7]張銳利, 劉華英, 呂驥.豆渣纖維蛋糕的研制[J].糧食加工, 2011,36(3): 61-63.

[8]吳占威, 胡志和.大豆豆渣的生理功能及其在食品中的應用[J].食品科學, 2012, 33(19): 358-362.

[9]姜錄, 胡飛.豆渣酸水解工藝條件的研究[J].食品研究與開發, 2008,29(2): 97-100.

[10]VILLANUEVA M J, YOKOYAMA W H, HONG Y J, et al.Effect of high-fat diets supplemented with okara soybean by-product on lipif profiles of plasma liver and faeces in syrian hamaters[J].Food Chemistry, 2011, 124(1): 72-79.

[11]REDONDO-CUENCA A, VILLANUEVA-SUAMáJOSE M A,MATEOS-APARICIO I.Soybean seeds and its by-product okara as sources of dietary fibre.measurement by AOAC and Englyst methods[J].Food Chemistry, 2008, 108(3): 1099-1105.

[12]陳紅, 王大為, 李俠, 等.不同方法提取大豆多糖的工藝優化研究[J].食品科學, 2010, 31(4): 6-10.

[13]陳紅, 張波, 劉秀奇, 等.超聲波輔助提取水溶性大豆多糖及純化工藝[J].食品科學, 2011, 32(6): 139-142.

[14]范遠景, 張倩, 朱昺.豆渣中水溶性大豆多糖提取及組分鑒定[J].食品科學, 2007, 28(9): 295-298.

[15]孫雁霞, 鄔曉勇, 王躍華, 等.從豆渣中制取水溶性膳食纖維[J].食品與發酵工業, 2009, 35(11): 92-95.

[16]司方, 王明力.酶法提取豆渣水溶性膳食纖維的研究[J].農產品加工: 學刊, 2009(3): 108-110; 148.

[17]馬秀婷, 肖志剛, 孫旭, 等.超聲波輔助提取豆渣蛋白工藝優化[J].食品與機械, 2013, 29(1): 108-112.

[18]MA C Y, LIU W S, KWOK K C, et al.Isolation and characterization of proteins from soymilk residue (okara)[J].Food Research International, 1997, 29(8): 799-805.

[19]徐賞, 華欲飛, 張彩猛.豆渣蛋白的制備及其性質研究[J].中國油脂,2013, 38(2): 36-39.

[20]何恩銘, 齊香君, 魏麗娜.大豆豆渣中大豆異黃酮的提取工藝研究[J].西北農業學報, 2006, 15(4): 160-162.

[21]何恩銘, 李慧華, 常強, 等.超聲波法提取豆渣中大豆異黃酮的工藝研究[J].大豆科學, 2011, 30(4): 680-682.

[22]高金燕, 徐江林.從大豆豆渣中提取大豆異黃酮的初步研究[J].中國食品添加劑, 2003(5): 16-18.

[23]李慧勤, 彭見林, 趙國華.不同干燥方式的豆渣香氣成分的頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜分析[J].食品科學, 2012, 33(22): 167-172.

[24]張華.反式-2-烯醛類化合物和反,反-2,4-二烯醛類化合物在香精中的應用[J].香料香精化妝品, 2006(2): 30-34.

[25]俞鵬飛, 崔斌, 史啟禎.油酸在納米材料合成中的研究與應用[J].材料科學與工程學報, 2007, 25(5): 792-797.

[26]劉玉楠, 張朝暉, 張明磊, 等.鄰苯二甲酸二異辛酯表面印跡聚合物的制備及其固相萃取應用[J].應用化學, 2013, 3(3): 316-322.