大豆多糖的提取、分離純化與功能的研究進展

傅晶依，王思琪，丁修慶，趙珺

（長春大學食品科學與工程學院，吉林長春130022）

我國目前是世界食用大豆制品最多的國家，大豆制品已經普及到所有的城市和鄉鎮。由于其富含蛋白質、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因子，而廣受大眾喜愛。然而，我國的大豆行業仍然存在高端功能營養產品缺乏，原料利用率低等問題，因此對于大豆及其副產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物，目前利用的廣度和深度還比較淺，大多數是作為飼料或者肥料直接使用，處理不當還會對環境造成污染。研究表明，豆渣中膳食纖維的含量高達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，具有調節免疫、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、穩定性等理化性質，可以改善食品的食用品質及外觀特性，所以被廣泛應用于食品行業中。本文對大豆多糖的提取方法、分離純化、結構解析以及生物活性方面進行簡要的概括與分析，以期為后續相關研究提供參考。

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。目前關于大豆多糖提取方法的研究主要集中在國內，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物豆渣為原料，提取可溶性大豆多糖。高溫可以加速細胞壁多糖的溶解，從而提高多糖的產量[5]。熱水提取以環保、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工藝參數是：提取溫度為90 ℃、固液比為 1 ∶5（g/mL）、提取時間為 3 h。經測定，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，所得粗多糖產率52.4%。

1.2 酸堿提取

在酸堿條件下細胞會充分吸水膨脹而破裂，從而提高胞內多糖的得率。此外，有機酸能夠降低提取過程中蛋白質的溶出率，因此，SSPS提取一般是在酸堿條件下進行的。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℃、反應時間2 h的操作條件得到SSPS的得率為16.24%。涂宗財等[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、用酒石酸調節pH3.8，蛋白質溶出率僅為2.18%，SSPS得率達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和不溶性膳食纖維等物質，這些物質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胞壁，破壞植物細胞壁，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。結果表明選擇堿性蛋白酶且當條件為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速度，縮短反應時間，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5.86%。任花[19]以豆渣為原料，最終得出最佳工藝參數為微波處理時間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]探究超聲環境下的最優工藝條件參數為浸提溫度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物中有效成分的新技術。利用亞臨界水作為提取劑（100℃≤T≤374℃），通過控制溫度和壓力，加快水的傳質效率，用于提取極性或非極性的天然產物。并可以通過改變亞臨界溶劑性質，如介電常數和極性等，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22.8%。

2 可溶性大豆多糖的分離純化及結構解析

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，為進一步獲得分子量和電荷相對均一的多糖組分，需要對其進行分離純化。目前多采用醇沉、超濾等方法進行粗分離，再利用離子交換和分子篩柱層析對多糖組分進一步分離純化[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，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的物理篩分作用。除了分子篩的作用外，膜表面微孔內吸附的粒子和膜孔阻塞也會使大分子物質被截留，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，FT-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行分離的結論。

2.1.3 層析法

層析系統包括固定相和流動相兩部分，根據各類物質的理化性質存在的差異，使得它與此系統產生相互作用的程度不同，因此在系統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行純化，結果顯示SSPS最高含量可以達到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行純化，能夠得到比較理想的目標多糖。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%的產品。

2.2 可溶性大豆多糖的結構解析

多糖的主要結構特征包括單糖組成、單糖的連接方式、糖鏈構型、糖鏈類型和糖鏈位置等內容。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，結合紅外光譜（infrared spectroscopy，IR）、氣相色譜-質譜（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）等儀器分析法進行基本化學結構的測定。張倩[3]將SSPS完全水解后與單糖標準液進行薄層層析對比，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技術對纖維素酶法輔助提取的大豆多糖進行結構表征，發現糖殘基構型主要為 1，4-β-D-Glcp、1，3，6-α-D-Manp 和1，4-α-D-Galp。主鏈是由Glcp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，側鏈由 1，3，6-α-D-Manp 通過 O-6 位與 1，4-α-DGalp殘基相連構成。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，并且研究發現[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（重復單元由α-1，2-鼠李糖和α-1，4組成）構成，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活性，例如能夠有效預防高血壓、心臟病，此外，在抗氧化、抑菌、抗腫瘤和免疫力調節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]研究了經酸法提取后的SSPS的抗氧化性。結果表明SSPS對DPPH自由基的清除率隨其質量濃度的增大而增大，且SSPS質量濃度為0.2 g/L時清除率為42%。姚磊[44]通過體外抗氧化篩選模型，研究了經纖維素酶解法提取的SSPS的抗氧化能力，結果表明，SSPS具有良好的氫原子傳遞能力，可以防止自由基誘導氧化的發生，且具有良好的金屬離子螯合能力，能夠有效抑制脂質的過氧化并呈現出良好的劑量效應關系。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]探究了經酸法提取后的SSPS所具有的抑菌性，結果表明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、產黃青霉和黑曲霉的抑制作用，結果顯示，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、黑曲霉和產黃青霉的最小抑菌質量濃度分別為 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，達到抗腫瘤效果。張秀娟等[61-64]從免疫學的角度探究了SSPS的抗腫瘤作用，結果表明：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能夠通過調節荷瘤小鼠免疫功能而增強環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用

可溶性大豆多糖的各項理化性質使其具有了良好的應用性，將大豆多糖應用于食品、醫藥等產品中能夠顯著改善其品質。

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。結果表明，不同陽離子價態對大豆多糖促凝性不同，三價陽離子優于二價陽離子，一價陽離子不具促凝性。同時，高文宏等[67]分析數學回歸模型得到啤酒酵母懸濁液的絮凝最佳條件為SSPS質量濃度11.56 mg/L、Fe3+濃度0.26 mmoL/L、pH值9.05、溫度30.68℃。

SSPS是優秀的蛋白穩定劑，能提高蛋白質在高溫或者冷凍環境中的穩定性，尤其是在酸性條件下對蛋白質的保護性和穩定性更好，常替代果膠和黃原膠等作為酸性飲料的穩定劑。汪洪濤等[57]得出當SSPS作穩定劑時酸性乳飲料的黏度較小，且穩定效果優于果膠的結論。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構變化，并表現出與液氮的協同效果，可應用于魚糜的冷凍保鮮。Sónia R等[69]研究發現對多糖分子量的合理選擇可以用來改變大豆蛋白的結構和膠凝性能，較高分子量的多糖能夠增強大豆蛋白的膠凝特性，由此產生的各種流變特性和微觀結構可以影響新型食品配方的設計。Shi X等[70]研究了SSPS對乳糖結晶的影響，結果顯示，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品品質下降，使產品不粘連、不混湯，還能防止濕面的粘連，提高非油榨面的復水性能。林靜等[71]研究了SSPS對掛面品質的影響，通過對添加了SSPS的掛面進行感官評定，當添加量為0.75%時可以改善掛面的感官品質。劉倩[72]等發現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與明膠的復凝聚方法制備植酸酶微膠囊。結果顯示，復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效果，可以作為制備植酸酶微膠囊的壁材應用。Luo L等[74]設計了基于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期。

5 總結與展望

我國大豆加工行業發展十分迅速，加工過程中會產生大量的廢棄豆渣，所以豆渣的深加工與利用十分重要。可溶性大豆多糖是存在于大豆中的一種酸性多糖，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良的穩定性、乳化性，一般在食品中用作穩定劑、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，還能夠調節人體免疫能力。現階段國內對大豆多糖的研究還不夠完整。雖然大豆多糖的提取已經有了比較系統的方法，但對于生物活性的應用研究還不夠深入，多局限在食品添加劑的使用上，而結構分析方面存在的不足限制了可溶性大豆多糖相關功能性食品的開發。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，確定活性多糖的構效關系，必定會為可溶性大豆多糖相關功能性食品的開發和大豆的精深加工提供理論基礎。