不同來源大豆水溶性多糖理化性質的研究

于培玲，徐正康，黃鈺雯，黃立新*

（1.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州510640；2.廣州雙橋股份有限公司，廣東廣州510280）

不同來源大豆水溶性多糖理化性質的研究

于培玲1，2，徐正康1，2，黃鈺雯1，黃立新1*

（1.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州510640；2.廣州雙橋股份有限公司，廣東廣州510280）

大豆多糖是從豆渣中提取出來的酸性水溶性多糖，具有乳化穩定性、抗黏結性、成膜性等特性，可廣泛應用在食品加工中。該文使用紅外光譜、紫外-可見光譜和高效液相色譜（HPLC）等儀器，測定國內外不同大豆多糖的分子鍵類型、紫外-可見光特征吸收、糖組分等理化特性。結果表明，國產1#樣品的灰分、黏度、表面張力小，乳化性一般，蛋白、二糖、葡萄糖和果糖的含量相對較高，溶液吸光度值最大；國產2#樣品的紅外光譜和3#樣品相近，但乳化性較差，呈碎片狀，與1#、3#樣品的近球狀差別較大；國外3#樣品的表觀黏度為90.0～204.3 mPa·s，表面張力介于31.2～51.6 mN/m2，在同等條件下較1#、3#樣品高；其乳化性能較好，綜合顏色等因素，3#大豆多糖樣品的性能最好。

大豆多糖；糖組分；黏度；乳化性；理化性質

豆渣為加工豆乳、腐竹、醬油[1]等大豆制品所余的副產物，其水分含量較高（通常85%左右），運輸不便，極易變質，一般作為飼料或者廢棄物，既浪費又污染環境[2-3]。大豆水溶性多糖為豆渣提取的天然多糖，主要由阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、半乳糖、葡萄糖和半乳糖醛酸等多種單糖或糖衍生物單元構成[4]。在水溶性大豆多糖類中，含有與蛋白質結合的多糖類，多糖部分為親水基，蛋白部分為疏水基，由此具有乳化功能和優良的應用特性，可作為乳化劑用于食品體系[5]，穩定酸性乳飲料中的蛋白質[6-7]和抑制脂類氧化[8]；大豆多糖可以促進腸道有害物質的吸附與排泄，促進礦物質的吸收利用，調節血脂和血糖等；在抑菌、免疫調節和抗病毒方面也有一定的功效[9-12]。

國外對大豆多糖的研究已有很多報道，并已進行了工業化生產及應用[13]，近些年來，國內對大豆多糖的研究力度逐漸加大，但是主要停留在對大豆多糖提取方法的研究上，針對大豆多糖的性質研究還不是很系統、全面，只是停留在單一的X-射線衍射[14]、紅外光譜[15]、黏度性質[16]的分析和比較上。本研究收集了國內外多個不同來源的水溶性大豆多糖產品，測定其蛋白、灰分、pH、糖組分等理化指標，以及微觀結構和黏度、表面張力、乳化性等理化性質，比較其性能方面的差異，為改進大豆多糖產品的生產、評價和控制產品品質提供指導。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1#大豆多糖樣品：廣州某公司產品，棕褐色粉末；2#大豆多糖樣品：河南平頂山某公司產品，淡黃色粉末；3#大豆多糖樣品：日本某公司產品，乳白色粉末。

1.2儀器與設備

DDS-307型電導率儀：上海精密科學儀器有限公司；PW4400/40原子熒光光譜儀：荷蘭帕納科公司；Waters 2695高效液相色譜儀（high performance liquid chromatography，HPLC）：美國Waters公司；S3700N型掃描電鏡：日本Hitachi公司；UNICANUV500型紫外-可見分光光度計、NICOLET-6700型紅外光譜：美國Thermo公司；D-MAX2200VPC X-射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀：日本RIGAKU公司；DV-1型Prime旋轉黏度計：美國Brookfield公司；K11-MK1（XX40-0003）型表面張力計：德國KRUSS GmbH公司；T25數字均質乳化機：德國IKA公司。

1.3實驗方法

1.3.1基本指標

水分含量：采用105℃烘箱干燥法；蛋白質含量：采用凱氏定氮法；灰分含量：參照國標GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》中的方法；配制質量分數5.0%的大豆多糖樣品溶液，室溫條件下分別用酸度計及電導率儀測定pH和電導率。

1.3.2樣品灰分的元素分析

大豆多糖樣品充分灼燒灰化，將大豆多糖樣品的灰分進行硼酸壓片，利用X射線熒光光譜（X-ray fluorescence，XRF）法測定大豆多糖中碳、氫、氧元素外的元素種類及其含量比例。

1.3.3糖組分

大豆多糖樣品用去離子水溶解，精濾配成質量濃度約1 mg/100 mL的多糖溶液，利用高效液相色譜儀測定其中的糖分。高效液相色譜檢測條件：流動相為超純水，流速為0.6mL/min；菲羅門鈣離子柱（300 mm×7.8 mm），柱溫85℃；折光示差檢測器，溫度40℃；進樣量20 μL。

1.3.4電鏡觀察

樣品用導電膠固定，真空噴金處理，放入電鏡中，觀察拍攝樣品顆粒形貌。

1.3.5紫外-可見光吸收特征

配制1.0 mg/100 mL的樣品溶液，在190～800 nm波長范圍內進行掃描，觀察樣品的紫外-可見光吸收特征。

1.3.6紅外光譜

采用溴化鉀（KBr）壓片的方法。在波數400～4000cm-1范圍下進行紅外光譜掃描。

1.3.7X-射線衍射

測定條件：銅靶，管流30 mA，管壓30 kV，掃描速度3°/min，掃描步長0.02°。掃描方式：連續，重復一次，掃描范圍：5～80°。

1.3.8黏度

大豆多糖樣品水溶配制成質量分數為15%的多糖溶液，用旋轉黏度計在合適的轉速下，測定在20～70℃條件下的表觀黏度。

1.3.9表面張力[17]

大豆多糖樣品水溶配制成質量分數為1%～5%的多糖溶液，采用表面張力計在室溫條件下測定其表面張力。

1.3.10乳化性能[18]

準確稱取0.100 0 g大豆多糖樣品，溶解于25 mL蒸餾水中，加入5 mL大豆油，均質（3 000 r/min）1 min，得到乳狀液，移至10 mL的離心管中，以3 500 r/min離心15 min，記錄乳化層高度和液體總高度。乳化能力按如下公式計算：

2　結果與分析

2.1基本指標

各樣品在室溫條件下均水溶，溶解性好，其水分、蛋白質、灰分、pH、電導率等理化指標的測定結果見表1。

表1　大豆多糖樣品的理化指標測定結果Table 1　Determination results of physicochemical indexes of soybean polysaccharides samples

由表1可知，樣品的蛋白含量相差較大，1#大豆多糖樣品的蛋白質含量為8.42%，2#、3#大豆多糖樣品蛋白質含量相對較低，分別為3.43%、4.82%。豆渣原料、提取方法、工藝條件及其純化精制工藝的不同差異，是造成不同來源的大豆多糖產品蛋白質含量存在差別的主要原因。

1#大豆多糖樣品的灰分最低，2#、3#大豆多糖樣品的較為接近，分別為6.49%、6.72%。樣品溶液的電導率都較高（自來水的電導率為0.15～0.40 mS/cm），1#和2#大豆多糖樣品的電導率接近，分別為2.57 mS/cm、2.47 mS/cm，3#大豆多糖樣品電導率較高，為3.37 mS/cm，與它們為離子性的多糖和結合較多的（金屬）陽離子有關，也是樣品灰分的來源。另外，1#、3#大豆多糖樣品的pH值較低，分別為4.61、5.50，2#大豆多糖樣品的pH較高，為6.79，接近中性，與水解后的中和以及除灰精制等操作條件有關。1#、3#大豆多糖樣品的水分含量接近，分別為9.89%、10.92%，2#大豆多糖樣品的水分含量較高，為12.52%。

2.2樣品灰分的XRF分析

各樣品灰分的XRF分析結果見表2。由表2可知，各樣品灰分中的Ca、K元素含量比例均最大或較大，占其灰分元素總量的73%以上。1#、2#大豆多糖樣品中Ca元素含量幾乎為3#大豆多糖樣品的兩倍；2#大豆多糖樣品中的K元素含量最低，而3#樣品灰分中的K元素含量比例最大，超過50%，可能與樣品生產過程中所用試劑，處理條件不同有關。

表2　大豆多糖樣品的XRF分析結果Table 2　Results of XRF analysis of soybean polysaccharides

2.3高效液相色譜分析

樣品溶液的色譜圖見圖1，各糖組分的含量比例測定結果見表3。

圖1　大豆多糖樣品的高效液相色譜圖Fig.1　HPLC chromatogram of soybean polysaccharides samples

表3　大豆多糖樣品中糖組分高效液相色譜分析結果Table 3　HPLC analysis results of sugar compositions in soybean polysaccharides samples%

由圖1和表3可知，各樣品均主要由三糖和四糖及以上的組分組成（分別占總糖含量的44.02%、67.25%、76.88%）。其中1#大豆多糖樣品中含有一定量的二糖、葡萄糖和果糖，含量比例合計超過14%，具有較高的還原性；2#、3#大豆多糖樣品幾乎不含有二糖，含有0.7%～2.3%的果糖和葡萄糖。

2.4掃描電鏡分析

各樣品的電鏡結果見圖2。由圖2可知，1#和3#大豆多糖樣品形態基本呈球狀，幾十微米到100微米的大小，應為噴霧干燥所得的結果，1#大豆多糖樣品中球狀顆粒有破裂，3#大豆多糖樣品的球狀顆粒上聯接有小球狀的顆粒；2#大豆多糖樣品呈碎片狀，不規整，無定型，顆粒也較小，與1#、3#大豆多糖樣品的顆粒形態相差很大，可能固體樣為粉碎所得的結果。

圖2　大豆多糖樣品SEM圖片(200×)Fig.2　SEM photographs of soybean polysaccharides samples(200×)

2.5紫外-可見吸收特征

樣品的紫外-可見吸收光譜掃描結果圖3。由圖3可知，2#和3#大豆多糖樣品在波長300 nm處均有吸收峰，1#大豆多糖樣品在波長347 nm處有吸收峰，最大吸光度值為2.42，較2#和3#大豆多糖樣品都大。1#大豆多糖樣品富含蛋白質以及較多量的二糖、葡萄糖和果糖，在加熱水解的生產過程中，容易發生美拉德反應，精制有限，可能還未進行脫色處理，故其樣品粉末呈棕褐色，較2#、3#大豆多糖樣品深，溶液有最大的吸光度值。

圖3　大豆多糖樣品的紫外-可見光吸收光譜掃描結果Fig.3　Ultraviolet-visible spectroscopy scan results of soybean polysaccharides samples

2.6紅外光譜

各樣品的紅外譜圖見圖4。由圖4可知，樣品均在波數3 500～3 200 cm-1和1 700～900 cm-1都有吸收峰。其中波數3 380 cm-1處的吸收峰是由于-OH的伸縮振動產生的；波數1 655～1 615 cm-1吸收峰則表明大豆多糖樣品中可能有羰基（C=O）的存在；波數1 100～1 000 cm-1吸收峰則表明醚鍵（-C-O-C-）的存在[19]。

將3#大豆多糖樣品的紅外譜圖加入sample IR spectral search譜圖庫中，檢索發現1#、2#大豆多糖樣品的紅外譜圖與3#樣品的匹配度分別為87.28%、98.61%，1#大豆多糖樣品在波數1 730 cm-1處存在肩峰，與其他樣品有差別，可能是因為1#大豆多糖樣品純度較低引起的。

圖4　大豆多糖樣品的紅外光譜圖Fig.4　Infrared spectrogram of soybean polysaccharides samples

2.7XRD衍射譜圖

各樣品的XRD衍射譜圖結果見圖5。XRD衍射譜圖主要反映物質內部的晶體結構類型，由圖5可知，樣品都呈現無定型的狀態，2#和3#大豆多糖樣品的XRD譜圖曲線基本相同，具有相似的聚集狀態。

圖5　大豆多糖樣品的X-衍射譜圖Fig.5　X-diffraction spectrogram of soybean polysaccharides samples

2.8黏度

質量分數15.0%的大豆多糖樣品水溶液，在20～70℃條件下表觀黏度的測定結果見表4。由表4可知，樣品的黏度均隨著溫度的增加呈現下降的趨勢，與楊城等[16]的實驗結果趨勢一致。在相同溫度條件下，樣品的黏度值相差較大，1#大豆多糖樣品的黏度范圍在3.1～8.2 mPa·s，結合表2各樣品的液相色譜分析結果，1#大豆多糖樣品的三糖、四糖及以上含量占總糖含量的85%，相對分子質量較低。2#、3#大豆多糖樣品的黏度范圍分別在19.4～127.2 mPa·s、90.0～204.3 mPa·s，說明2#、3#大豆多糖樣品的分子質量較1#大豆多糖高，2#、3#大豆多糖樣品的三糖、四糖及以上含量占總糖含量均達到93%以上。

表4　不同溫度下大豆多糖樣品溶液的黏度值Table 4　Viscosity of soybean polysaccharides samples in different temperaturemPa·s

樣品在不同質量分數對應的表面張力的測定結果見表5。由表5可知，1#和3#大豆多糖樣品的表面張力隨質量分數的升高呈現相同的變化趨勢，均是一直降低，并且在質量分數4.0%～5.0%范圍內出現較大幅度的下降。2#大豆多糖樣品的表面張力是在質量分數1.0%～3.0%范圍內呈現下降趨勢，在3.0%～5.0%的范圍內基本穩定。3#大豆多糖樣品的表面張力在質量分數1.0%～5.0%范圍內變化很小。

表5　不同濃度下大豆多糖樣品溶液的表面張力Table 5　Surface tension of soybean polysaccharides samples solution with different concentrationsmN/m2

2.10乳化性能

各樣品乳化性能參數的測定結果見表6。

表6　樣品乳化性能參數的測定結果Table 6　Emulsifying performance parameters of samples

由表6可知，各樣品的乳化力由大到小依次為：3#＞1#＞2#，其中2#大豆多糖的乳化能力最低，可能與2#大豆多糖樣品的蛋白質含量最小相關。

3　結論

各大豆多糖樣品的蛋白含量相差較大，1#大豆多糖樣品的蛋白質含量較高。pH、電導率等指標存在差異；各大豆多糖樣品灰分中的Ca、K元素含量比例較大；1#和3#大豆多糖樣品的微觀形態相近，基本呈球狀，應當是經過噴霧干燥獲得的。1#樣品的黏度、表面張力小，乳化性一般，但蛋白、二糖、葡萄糖和果糖的含量相對較高，可能較易進行的美德拉反應使其產品的外觀顏色較深，相同的樣品水溶液在紫外區有較高的吸光度值。2#大豆多糖樣品成碎片狀，推測其在生產過程中經過了粉碎處理；2#與3#大豆多糖樣品的紅外譜圖匹配度較好，但乳化性較差；3#樣品的黏度、表面張力最高，其乳化性能比較好，再綜合其外觀顏色等因素，3#大豆多糖樣品理化性質最好。

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Physicochemical properties of water-soluble soybean polysaccharides from different sources

YU Peiling1,2,XU Zhengkang1,2,HUANG Yuwen1,HUANG Lixin1*
(1.College of Food Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China; 2.Guangzhou Shuang Qiao Co.,Ltd.,Guangzhou 510280,China)

Soybean polysaccharide is a kind of acidic water-soluble polysaccharides which extracted from soybean dregs.It has emulsifying stability, anti-adhesion,film-forming properties and other functions,and it can be widely used in food processing.In this paper,different water-soluble soybean polysaccharide samples from home and abroad on molecular bond type,UV absorption characteristics,sugar components and some other parameters were measured by infrared spectroscopy,ultraviolet-visible spectroscopy and HPLC.The results showed that the ash viscosity,surface tension of domestic sample 1#was low and the emulsification character was in general,while the contents of protein,disaccharide,glucose and fructose were relatively high,and the absorbance value was the highest.However,the infrared spectrum of domestic sample 2#was close to sample 3#,but its emulsification property was poor.The microscopic morphology of sample 2#was fragmented,while 1#and 3#were nearly spherical.The apparent viscosity of sample 3#was 90.0-204.3 mPaos,and its surface tension was 31.2-51.6 mN/m2,which were higher than samples 1#and 3#on equal terms;and sample 3#had good emulsifying properties.Taking exterior color and other factors into account,the sample 3#soybean polysaccharide was the best.

soybean polysaccharides;sugar components;viscosity;emulsibility;physicochemical properties

TQ461

0254-5071（2016）10-0031-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.008

2016-05-14

國家自然科學基金重點項目（31130042）；華南理工大學“學生研究計劃”項目（105612016S552）；“百步梯攀登計劃”研究項目（30716061）

于培玲（1989-），女，碩士研究生，研究方向為食品工程。

黃立新（1967-），男，副教授，博士，研究方向為碳水化合物功能化。