亞臨界水水解豆渣多糖工藝條件的研究

韓業輝

(黑龍江省農業科學院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾 161006)

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亞臨界水水解豆渣多糖工藝條件的研究

韓業輝

(黑龍江省農業科學院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾 161006)

[目的]考察亞臨界水提取豆渣中還原糖的最佳工藝條件。[方法] 利用亞臨界水對豆渣中的可溶性大豆多糖進行提取， 通過單因素和正交試驗優化提取工藝條件。 [結果]試驗表明，豆渣多糖最佳提取條件為:亞臨界水溫度為140 ℃,液料比為30∶1 ml/g,提取時間為7 min,壓力為1.2 MPa,鹽酸提取量為6 ml,該條件下還原糖得率達到57.2%。 [結論] 與傳統提取方法相比, 亞臨界水提取法最大的優點是提取時間明顯縮短,且多糖得率提高。一般在多糖酶活力測定時，DNS添加量為3 ml較適宜，且還原糖含量與吸光度之間的線性范圍較寬。

亞臨界水；提??；豆渣；還原糖

大豆是人類種植時間悠久,利用廣泛的農作物之一，由于其富含多種營養成分,大豆的加工工業發展迅速。大豆加工工藝中主要的副產物是豆渣,隨著大豆加工量的增加,豆渣的產量也日趨增加[1-2]。利用酶技術、膜技術等現代科技手段對豆渣進行綜合利用與加工,使其營養成分得以全面開發,解決廢棄豆渣所造成的環境污染,實現廢物的循環利用,已經成為當今研究的熱點和趨勢[3]。

多糖水解的方法主要有：微波水解多糖、酸性離子液多糖水解、超聲輔助水解多糖、金屬離子助催化稀酸水解多糖[4]。筆者利用亞臨界水對豆渣中的可溶性大豆多糖進行提取，優化豆渣中還原糖的提取工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

原料：豆渣為黑龍江八一農墾大學食堂饋贈,70 ℃烘干至恒重后用高速萬能粉碎機粉碎過40目篩備用。主要試劑：葡萄糖、3, 5-二硝基水楊酸、丙三醇、苯酚、濃硫酸,均為分析純。主要儀器：METTLER TOLEDO AG135型電子天平, FW型高速萬能粉碎機,高壓磁力攪拌反應釜,恒溫水浴鍋,TU-1901雙光束紫外可見分光光度計。

1.2 方法

還原糖測定采用3，5-二硝基水楊酸法[5]。利用豆渣水解制備還原糖的工藝流程如下：原料豆渣→烘干→粉碎→脫脂→亞臨界水提取→抽濾→冷卻后定容測定還原糖含量。

具體操作過程：取一定質量的豆渣樣品，烘干、粉碎、脫脂后加入一定體積的蒸餾水，及少量鹽酸，在一定的亞臨界水提取溫度下提取一定時間。按下式計算還原糖得率：

還原糖得率=(C×V)/m

式中,C為提取液還原糖質量濃度(mg/ml)；V1為提取液體積(ml)；M為原料質量(g)。

還原糖測定方法：取上清液,按照Miller的方法,使用DNS試劑,通過測定540 nm波長下的光吸收值來確定還原糖的含量,并以葡萄糖為標準來表示。另外，也可用Somogyi方法來測定還原糖的生成量。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗2.1.1

亞臨界水提取時間的選擇。在液料比35∶1 ml/g，亞臨界水提取溫度120 ℃條件下，提取時間對還原糖得率的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，隨提取時間的延長,還原糖得率增加趨勢明顯，9 min后還原糖得率增加趨勢逐漸趨于平緩。綜合考慮選定亞臨界水提取時間為9 min。

2.1.2 液料比的選擇。在亞臨界水提取溫度120 ℃，提取時間9 min條件下，液料比對還原糖得率的影響如圖2所示。由圖2可以看出，液料比在15∶1～25∶1 ml/g,還原糖得率增長較快，超過25∶1 ml/g后繼續提高液料比，還原糖得率變化趨于平緩。對液料比的選擇,若加水太少，還原糖提取不徹底;加水太多，降低了提取的還原糖濃度，試驗初步選定液料比為25∶1 ml/g。

2.1.3 亞臨界水提取溫度的選擇。在液料比25∶1 ml/g，提取時間9 min條件下，提取溫度對還原糖得率的影響如圖3所示。由圖3可以看出，還原糖得率隨著亞臨界水提取溫度的升高逐漸升高，在100～140 ℃范圍內升高趨勢明顯， 140 ℃之后隨溫度升高還原糖得率有下降趨勢。這是因為過高的提取溫度可能會破壞還原糖焦糖化，影響其生物活性，從提取物得率及節能等方面綜合考慮，選取溫度140 ℃[6]。

2.1.4 亞臨界水壓力的選擇。如圖4可以看出，還原糖得率隨著壓力的升高組建升高，在0.2～1.4 MPa范圍內升高趨勢明顯，在1.4 MPa之后隨溫度的升高還原糖得率有下降趨勢。這是因為過高的提取溫度可能會使還原糖分解，有一部分發生美拉德反應。從提取物得率及節能等方面綜合考慮，選取壓力1.4 MPa。

2.1.5 亞臨界水鹽酸含量的選擇。在總量140 ml，原料4 g的條件下，鹽酸添加量對還原糖得率的影響如圖5所示。如圖5可以看出，還原糖得率隨著鹽酸量的升高逐漸升高，在2～5 ml范圍內升高趨勢明顯，5 ml之后又有降低趨勢。這是因為過高的提取鹽酸量可能會破壞還原糖的結構，影響其生物活性，從提取物得率及對反應釜的腐蝕作用等方面綜合考慮，選取鹽酸5 ml。

2.2 正交試驗

根據單因素試驗結果，選取亞臨界水提取溫度、液料比和提取時間、壓力、鹽酸提取量5個因素，做 L16(45)正交試驗,以確定亞臨界水提取豆渣中還原糖的最佳工藝條件,因素水平見表1,正交試驗結果見表2。

表1 正交試驗因素水平

表2 L16(45)正交試驗結果分析

從表2極差分析結果得出，影響還原糖提取得率的因素主次順序為E>A>B>D>C，即鹽酸添加量對還原糖得率的影響作用最大，提取溫度影響作用次之，提取時間影響不明顯。最佳組合為A2B3C1D2E4，即亞臨界水提取溫度140 ℃，液料比30∶1 ml/g，提取時間7 min，壓力1.2 MPa，鹽酸含量6 ml。

3 結論

通過該試驗可以看出，隨著DNS添加量的增加，顯色液的吸光度變化不大，但有逐漸增加的趨勢。這可能是由于DNS添加量的增多使其吸光度增大的緣故。DNS添加量主要與待測液的還原糖含量有關[7]。一般在多糖酶活力測定時，DNS添加量為3 ml較適宜，且還原糖含量與吸光度之間的線性范圍較寬。與傳統熱水提取法相比，亞臨界水提取法最大的優點是提取時間明顯縮短，且還原糖得率提高，通過對亞臨界水提取豆渣中還原糖的單因素試驗和正交試驗的研究，確定提取的最佳工藝參數為：亞臨界水提取溫度140 ℃，液料比30∶1 ml/g，提取時間7 min，壓力1.2 MPa，鹽酸提取量6 ml。此時還原糖得率為57.2%。

[1] 趙健,趙國華.亞臨界水萃取技術及其在食品方面的應用[J].食品工業科技,2009,30(4): 364-367.

[2] 蘇浩.豆渣中水溶性大豆多糖提取、結構鑒定及物性學研究[J].烏魯木齊：新疆農業大學，2009:35-37.

[3] 盛國華.亞臨界水提取技術在有效利用食品副產物中的應用[J].中國食品添加劑, 2009,12(2): 127-129.

[4] 伍軍,艾啟俊,于同泉,等.大豆黃漿水處理過程中超濾膜的選擇[J].北京.農學院學報,2003,12(3):56-59.

[5] 婁冠群. 亞臨界水提取豆渣中可溶性大豆多糖工藝研究[J].大豆科學,2010,6(1):23-25.

[6] 郭娟,丘泰球,楊日福,等.亞臨界水萃取技術在天然產物提取中的研究進展[J]. 現化工,2007,27(12):19-24.

[7] 張佳.豆渣可溶性多糖提取與純化新工藝[D].北京：北京化工大學, 2007:15-18.

Study on Process Conditions of Polysaccharide in Subcritical Water Hydrolysis of Soybean Residue

HAN Ye-hui

(Qiqihaer Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Qiqihaer, Heilongjiang 161006)

[Objective] The optimum conditions of extracting soybean soluble polysaccharide with sub-criticalwater from soybean dregs were studied. [Method] Soybean soluble polysaccharide was extracted from soybean dregs by using sub-criticalwater, the technique conditions were optimized through single-factor test and orthogonal test. [Result] The results showed that the optimum conditions were as follows: temperature 140 ℃, ratio ofwater volume to stuffmass 30∶1 ml/g, extraction time 7 min, pressure 1.2 MPa, hydrochloric acid 6 ml, under the above conditions, the yield of soybean soluble polysaccharide was 57.2%. [Conclusion] Compared with traditional extraction method, the sub-criticalwater extraction could shorten the extraction time and improve the yield of soybean soluble polysaccharide. General in the polysaccharide enzymes activity assay, DNS additives for 3 ml is suitable, and reducing sugar and absorbency wide between the linear.

Sub-criticalwater; Extraction; Soybean dregs; Reducing sugar

韓業輝(1982- )，男，黑龍江牡丹江人，助理研究員，碩士,從事育種研究。

2015-11-13

S 565.1

A

0517-6611(2015)35-151-02