醬渣大豆異黃酮大孔樹脂純化工藝及其抗氧化活性研究

唐銀 陳婧司 沈子綺 何貴萍 張佳琪 呂遠平

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.03.010

引文格式：唐銀，陳婧司，沈子綺，等.醬渣大豆異黃酮大孔樹脂純化工藝及其抗氧化活性研究[J].中國調味品，2024，49（3）：61-67.

TANG Y， CHEN J S， SHEN Z Q， et al. Study on purification process of soybean isoflavones from sauce residue by macroporous resin and its antioxidant activity[J].China Condiment，2024，49（3）：61-67.

摘要：研究醬渣大豆異黃酮的純化工藝及其抗氧化活性。選用5種樹脂（AB-8、HPD300、ADS-7、DM301、D101）進行靜態吸附試驗，篩選吸附效果最好的樹脂，再以動態吸附試驗篩選最佳純化工藝，最后研究純化后醬渣大豆異黃酮的抗氧化活性。結果表明，AB-8樹脂的吸附效果最好，在流速1.5 mL/min、pH 3的條件下吸附0.6 mg/mL的樣品溶液75 mL，再用100 mL 60%乙醇溶液解吸，樣品純度可由11.37%提升到55.84%；純化后的醬渣大豆異黃酮具有較好的抗氧化活性，其濃度為0.07 mg/mL時，對DPPH自由基和ABTS自由基的清除率分別為93.35%和98.67%。AB-8樹脂可用于醬渣大豆異黃酮的分離純化且效果較好，醬渣大豆異黃酮具有較強的抗氧化活性。

關鍵詞：醬渣；大豆異黃酮；大孔樹脂；純化；抗氧化

中圖分類號：TS264.24????? 文獻標志碼：A????? 文章編號：1000-9973（2024）03-0061-07

Study on Purification Process of Soybean Isoflavones from Sauce Residue

by Macroporous Resin and Its Antioxidant Activity

TANG Yin1， CHEN Jing-si2， SHEN Zi-qi1， HE Gui-ping1，

ZHANG Jia-qi1， LYU Yuan-ping1*

（1.College of Biomass Science and Engineering， Sichuan University， Chengdu 610065， China;

2.School of Public Health， Suzhou Medical College of Soochow University， Suzhou 215123， China）

Abstract： The purification process and antioxidant activity of soybean isoflavones from sauce residue are studied. Five resins （AB-8， HPD300， ADS-7， DM301 and D101） are selected for static adsorption test to screen the resin with the best adsorption effect， and then the optimal purification process is screened by dynamic adsorption test. Finally， the antioxidant activity of soybean isoflavones from sauce residue after purification is studied. The results show that AB-8 resin has the best adsorption effect. Under the conditions of the flow rate of 1.5 mL/min and pH 3， 75 mL 0.6 mg/mL sample solution is adsorbed， and then desorbed with 100 mL 60% ethanol solution. The purity of the sample can increase from 11.37% to 55.84%. The purified soybean isoflavones from sauce residue have good antioxidant activity. When its concentration is 0.07 mg/mL， the scavenging rates on DPPH radicals and ABTS radicals are 93.35% and 98.67% respectively. AB-8 resin can be used for the separation and purification of soybean isoflavones from sauce residue with good effect， and soybean isoflavones from sauce residue have strong antioxidant activity.

Key words： sauce residue; soybean isoflavones; macroporous resin; purification; antioxidant activity

收稿日期：2023-07-21

基金項目：2021年度四川大學-瀘州市人民政府戰略合作項目（2021CDLZ-18）

作者簡介：唐銀（1999—），男，碩士，研究方向：食品科學與營養健康。

*通信作者：呂遠平（1971—），女，教授，博士，研究方向：食品科學。

醬渣是醬油釀造的副產物，每生產1 t醬油會產生0.67 t醬渣[1]。醬油由大豆釀造而成，因此醬渣中含有豐富的營養物質[2]。目前醬渣主要用于制備動物飼料和肥料，但由于其水分和鹽含量太高，這些產品存在適口性差或易導致土壤鹽化等問題[3-4]。醬渣中富含大豆異黃酮，因此，從醬渣中提取大豆異黃酮可能成為醬渣高值化利用的一個重要方向[5]。

大豆異黃酮是大豆生長過程中形成的一類次級代謝產物，影響人體激素分泌、蛋白質合成、生長因子活性等[6-7]。此外，大豆異黃酮在保護血液系統、保護神經系統、治療糖尿病和增強免疫系統等方面都具有較好的作用，因此被廣泛研究并應用于醫療和食品行業[8-9]。

大豆異黃酮的純化方法主要有大孔吸附樹脂純化法、薄層層析法、硅膠色譜法、膜分離法等[10]。薄層層析法更多應用于黃酮類化合物的檢測、鑒定等方面[11]。硅膠色譜法可能會用到三氯甲烷或醋酸乙酯等，不宜用于食品中相關物質的提取[12]。膜分離法是近年來迅速發展起來的一種高新技術，純化效果較好，但該技術還不夠成熟[13]。大孔樹脂是一類具有較好吸附性能的有機高聚物吸附劑，選擇性較好、使用方便且可重復利用，在黃酮類化合物的純化方面應用較廣泛[14]。本文用大孔吸附樹脂法探究醬渣大豆異黃酮分離純化的最佳工藝，為醬渣的綜合利用及大豆異黃酮的純化提供了理論參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料與試劑

醬渣：由四川合江縣永興誠釀造有限責任公司提供；無水乙醇（分析純）：成都市科隆化學品有限公司；2，2′-聯氮雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）（均為分析純）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；AB-8、HPD300、ADS-7、DM301、D101大孔樹脂：江蘇東鴻化工有限公司。

1.2? 主要儀器與設備

UV-6000PC紫外可見分光光度計? 上海元析儀器有限公司；H1850高速臺式離心機? 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；RE-52A旋轉蒸發器? 上海亞榮生化儀器廠；KQ5200DE數控超聲波清洗器? 昆山市超聲儀器有限公司；SQP電子天平? 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；數控計滴自動部分收集器? 上海滬西分析儀器廠有限公司；PHS-3C型pH計? 上海儀電科學儀器股份有限公司；SCIENTZ-10N冷凍干燥機? 寧波新芝生物科技股份有限公司；SHZ-C水浴恒溫振蕩器? 上海博迅醫療生物儀器股份有限公司。

1.3? 試驗方法

1.3.1? 大豆異黃酮的提取

取適量脫脂醬渣，以料液比1∶50加入55%乙醇溶液，于溫度50 ℃、超聲功率420 W條件下提取130 min。將提取液于6 000 r/min條件下離心20 min，上清液用旋轉蒸發儀濃縮得大豆異黃酮粗提液，備用[15]。

1.3.2? 大豆異黃酮純度的測定

參考王林美等[16]的方法測定大豆異黃酮的純度。將1.3.1所得大豆異黃酮粗提液和純化后的大豆異黃酮溶液濃縮、凍干，得到干粉。取適量大豆異黃酮干粉，用95%乙醇溶液溶解并定容至100 mL，在259 nm波長處測定其吸光度。按公式（1）計算大豆異黃酮的純度。

X=8.453 2×A－0.981 7M×10×100%。（1）

式中：X為大豆異黃酮的純度，%；A為樣品溶液的吸光度；M為樣品的質量，mg。

1.3.3? 大孔樹脂預處理

取5種樹脂AB-8、HPD300、ADS-7、DM301、D101，用95%乙醇溶液浸泡24 h，用蒸餾水洗滌至無醇味；再用5%的氫氧化鈉溶液浸泡12 h，用蒸餾水洗滌至中性；最后用5%的HCl溶液浸泡12 h，用蒸餾水洗滌至中性，備用。

1.3.4? 靜態吸附-解吸試驗

1.3.4.1? 樹脂的篩選

分別稱取5種樹脂各5 g于50 mL具塞錐形瓶中，加入20 mL質量濃度為0.4 mg/mL的大豆異黃酮粗提液，于25 ℃下振蕩吸附24 h。吸附結束后，用蒸餾水洗滌吸附后的樹脂，加入60%乙醇溶液20 mL，于25 ℃下振蕩解吸24 h，測定大豆異黃酮的濃度。按照公式（2）～（4）分別計算吸附率、解吸率和回收率。

Q=C0－C1C0×100%。（2）

D=C2C0－C1×100%。（3）

P=C2C0×100%。（4）

式中：Q為吸附率，%；D為解吸率，%；P為回收率，%；C0為吸附前大豆異黃酮的濃度，mg/mL；C1為吸附后大豆異黃酮的濃度，mg/mL；C2為解吸液中大豆異黃酮的濃度，mg/mL。

1.3.4.2? 靜態吸附動力學試驗

稱取5 g AB-8大孔樹脂于50 mL具塞錐形瓶中，加入20 mL質量濃度為0.6 mg/mL的大豆異黃酮粗提液，于25 ℃下振蕩吸附，定時測定溶液中大豆異黃酮的濃度，直至吸附率趨于穩定，繪制靜態吸附曲線。

1.3.5? 動態吸附-解吸試驗

1.3.5.1? 泄漏曲線的繪制

取20 g預處理后的AB-8大孔樹脂濕法裝柱（1.6 cm×30 cm），徑高比約為9.5∶1，以質量濃度為0.6 mg/mL、流速為1.5 mL/min、pH為3上樣吸附，用自動收集器分段收集流出液，檢測流出液中大豆異黃酮的質量濃度，繪制泄漏曲線。

1.3.5.2? 上樣液質量濃度

固定上樣流速為1.5 mL/min，上樣液pH為3，分別吸附質量濃度為0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mg/mL的大豆異黃酮提取液，用自動部分收集器收集流出液，測定流出液中大豆異黃酮的濃度。

1.3.5.3? 上樣流速

固定上樣液質量濃度為0.6 mg/mL，上樣液pH為3，分別以0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 mL/min的上樣流速吸附，用自動部分收集器收集流出液，測定流出液中大豆異黃酮的濃度。

1.3.5.4? 上樣液pH

固定上樣液質量濃度為0.6 mg/mL，上樣流速為1.5 mL/min，分別吸附pH為1，2，3，4，5的大豆異黃酮提取液75 mL，計算吸附率和吸附量。

1.3.5.5? 解吸液乙醇濃度

分別用30%、40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液，以1.5 mL/min的流速洗脫吸附后的樹脂，分段收集流出液，計算解吸率。

1.3.5.6? 解吸液體積

用60%的乙醇溶液，以1.5 mL/min的流速洗脫吸附后的樹脂，分段收集流出液，計算不同體積乙醇溶液的解吸率，確定最佳解吸液體積。

1.3.6? 大孔樹脂純化工藝驗證

參照篩選得到的最佳純化工藝，對醬渣大豆異黃酮進行純化，將所得解吸液進行濃縮，冷凍干燥得到大豆異黃酮粉末，計算純度。

1.3.7? 醬渣大豆異黃酮抗氧化能力研究

1.3.7.1? 醬渣大豆異黃酮對DPPH自由基清除率的測定

分別配制濃度為0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07 mg/mL的醬渣大豆異黃酮溶液和VC溶液，作為待測樣品。取2 mL樣品溶液與2 mL 0.1 mmol/L的DPPH溶液混合，室溫下避光靜置30 min，在517 nm處測定吸光度（A1）；取2 mL樣品溶液與2 mL 無水乙醇混合，室溫下避光靜置30 min，在517 nm處測定吸光度（A2）；取2 mL無水乙醇與2 mL 0.1 mmol/L的 DPPH溶液混合，室溫下避光靜置30 min，在517 nm處測定吸光度（A3），按公式（5）計算樣品對DPPH自由基的清除率[17]。

Q=1－A1－A2A3×100%。（5）

1.3.7.2? 醬渣大豆異黃酮對ABTS自由基清除率的測定

分別配制濃度為0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07 mg/mL的醬渣大豆異黃酮溶液和Vc溶液，作為待測樣品。取0.2 mL樣品溶液與4 mL ABTS工作液混合，靜置10 min，在734 nm處測定吸光度（A1）；取0.2 mL蒸餾水與4 mL ABTS工作液混合，靜置10 min，在734 nm處測定吸光度（A2），按公式（6）計算樣品對ABTS自由基的清除率[17]。

Q=1－A1A2×100%。（6）

2? 結果與討論

2.1? 靜態吸附-解吸試驗

2.1.1? 樹脂的篩選

大孔吸附樹脂對樣品的吸附效果受樹脂極性、比表面積和孔徑等的影響，在選擇樹脂時，應從多方面進行考慮，所選5種樹脂的物理特性及其對醬渣大豆異黃酮的吸附性能比較分別見表1和圖1。

由表1和圖1可知，5種樹脂對大豆異黃酮均具有一定的吸附能力，其中AB-8的吸附率最高，可能是因為AB-8具有較大的比表面積，且與大豆異黃酮都是弱極性，從而能更好地吸附大豆異黃酮[18]。此外，AB-8、DM301和HPD300的解吸性能都很好，AB-8的回收率最高，綜合考慮，選擇AB-8純化大豆異黃酮。

2.1.2? 吸附動力學曲線

吸附動力學反映了吸附劑對樣品的吸附能力及其達到吸附平衡所需的時間。分別用準一級動力學模型和準二級動力學模型評價AB-8吸附醬渣大豆異黃酮的過程，得到的動力學曲線見圖2，動力學模型擬合參數見表2。

由圖2可知，隨著吸附的進行，AB-8對醬渣大豆異黃酮的吸附率逐漸增大，且在前5 h增長較快，而在5 h后，吸附率增長較慢，并逐漸趨于穩定。由表2可知，準二級動力學模型的R2大于準一級動力學模型，且預測的吸附率可達到76.3%，較準一級動力學模型（69.3%）高，因此該吸附過程更加接近準二級動力學模型特性，表明吸附過程可能是單層吸附，受到邊界層擴散和顆粒內擴散等的影響[19]，同時較長的吸附平衡時間也滿足準二級動力學吸附的特征。

2.2? 動態吸附-解吸試驗

2.2.1? 泄漏曲線繪制

泄漏點是評價樹脂吸附能力的重要指標，在動態吸附中，當流出液中樣品濃度達到上樣液濃度的10%時視為達到泄漏點，若繼續吸附，會導致樣品大量損失。

AB-8吸附醬渣大豆異黃酮的泄漏曲線見圖3。

由圖3可知，隨著吸附的進行，樹脂的吸附點位逐漸減少，樹脂的吸附能力逐漸減弱，流出液中大豆異黃酮的濃度逐漸增大。當流出液體積達到75 mL時，大豆異黃酮的濃度為0.604 mg/mL，達到泄漏點，此時吸附量為2.17 mg/g；當流出液體積繼續增大，流出液中大豆異黃酮濃度增長較快，樣品損失較多，當流出液體積達到210 mL時，大豆異黃酮濃度接近上樣液，樹脂吸附達到飽和，此時吸附量為3.46 mg/g。因此，確定最佳上樣體積為75 mL，此時樹脂吸附量達到飽和吸附的62.67%。

2.2.2? 上樣液質量濃度的確定

由圖4和圖5可知，隨著吸附的進行，流出液中大豆異黃酮的濃度逐漸增大，上樣液濃度越大，達到泄漏點越快。在樣品濃度較小時，樹脂的吸附點位較多，因此吸附量逐漸增大，當樣品濃度為0.6 mg/mL時，吸附量達到最大值（2.17 mg/g），當樣品濃度過大時，樹脂在短時間內吸附達到飽和，且樣品中雜質的濃度也較大，可能導致樹脂被雜質覆蓋或堵塞，泄漏點出現過早，進而導致吸附效果不佳[20]。因此，選擇0.6 mg/mL為適宜的上樣液質量濃度。

2.2.3? 上樣流速的確定

由圖6和圖7可知，上樣流速影響吸附量的大小與泄漏點出現的早晚，隨著流速的增大，吸附量逐漸減小，泄漏點出現逐漸提前。在流速為2.5 mL/min時，泄漏點在35 mL時就出現，此時吸附量僅為1.16 mg/g，這是由于流速過快導致異黃酮分子還未與樹脂充分接觸，樣品吸收不充分[21]；在流速為0.5 mL/min時，醬渣大豆異黃酮的吸附量為2.48 mg/g，是所有流速中吸附量最大的，但其達到泄漏點所需的時間太長，不利于操作；在流速為1.5 mL/min時，醬渣大豆異黃酮的吸附量可達到2.18 mg/g，與流速為0.5 mL/min時的吸附量差距不大，但其達到泄漏點所需的時間遠遠小于流速為0.5 mL/min時，此時樹脂吸附醬渣大豆異黃酮的效果較好且所需時間不長。綜合考慮，適宜的上樣流速為1.5 mL/min。

2.2.4? 上樣液pH的確定

由圖8可知，吸附率和吸附量隨pH增大的變化規律相同，都是先增大后減小，在pH為3時達到最大值，此時吸附率為90.57%，吸附量為2.17 mg/g；當pH增大或減小時，吸附率和吸附量都減小。異黃酮分子中含有酚羥基，在溶液中呈酸性，但在pH小于3的環境中，由于酸性太強，溶液中的氫離子與異黃酮分子競爭吸附點位，而在pH大于3的環境中，異黃酮分子的穩定性可能較pH為3時低，因此吸附率和吸附量都降低[22]。綜上，選擇pH為3的上樣液較適宜。

2.2.5? 解吸液乙醇濃度的確定

適當的乙醇濃度有利于減弱樹脂對大豆異黃酮的吸附作用，從而達到解吸的目的。解吸液濃度對解吸率的影響見圖9。

由圖9可知，當乙醇濃度為60%時，解吸率最大（94.16%），其他濃度的乙醇溶液解吸率都較小。低濃度的乙醇溶液減弱樹脂對大豆異黃酮吸附作用的能力較弱，因此不能將大豆異黃酮有效地洗脫下來；而根據相似相溶原理，高濃度的乙醇溶液并不能使大豆異黃酮有效溶出，反而會導致其他大分子雜質被洗脫，使得純化效果減弱[23]。因此，適宜的解吸液乙醇濃度為60%。

2.2.6? 解吸液體積的確定

解吸液體積與解吸率的關系見圖10。

由圖10可知，隨著解吸液體積的增加，大豆異黃酮的解吸率逐漸增大。當解吸液體積為0～60 mL時，解吸率增長較快；當解吸液體積為60～80 mL時，解吸率增長較緩慢；當解吸液體積達到80 mL后，解吸率達到90%以上，增長極緩慢。綜合考慮解吸所用時間以及解吸液消耗量，選擇最佳解吸液體積為100 mL，此時解吸率為94.16%。

2.3? 純化前后大豆異黃酮的純度

采用AB-8樹脂純化醬渣中大豆異黃酮，以上樣流速為1.5 mL/min、上樣液濃度為0.6 mg/mL、pH為3上樣吸附75 mL，吸附結束后用100 mL 60%乙醇溶液進行解吸，純化后樣品的純度由11.37%提升到55.84%，與邵哲等[24]的研究結果相似，表明該工藝純化醬渣大豆異黃酮效果較好。

2.4? 醬渣大豆異黃酮的抗氧化活性研究

2.4.1? DPPH自由基清除率試驗

由圖11可知，隨著樣品濃度的增大，醬渣大豆異黃酮對DPPH自由基的清除率逐漸提升，在濃度達到0.06 mg/mL時，對DPPH自由基的清除率達到90%以上。在0.01～0.05 mg/mL范圍內，樣品濃度與DPPH自由基的清除率具有線性關系，通過回歸方程計算出醬渣大豆異黃酮清除DPPH自由基的IC50為0.023 mg/mL，VC的IC50為0.009 mg/mL，表明醬渣大豆異黃酮具有較強的DPPH自由基清除能力，但稍弱于VC。

2.4.2? ABTS自由基清除率試驗

不同濃度醬渣大豆異黃酮和VC對ABTS自由基清除能力的比較見圖12。

由圖12可知，隨著樣品濃度的增大，醬渣大豆異黃酮和VC對ABTS自由基的清除率都逐漸提升且比較接近。通過回歸方程計算出醬渣大豆異黃酮和VC清除ABTS自由基的IC50分別為0.024 mg/mL和0.018 mg/mL，兩者比較相近，表明醬渣大豆異黃酮具有較強的ABTS自由基清除能力。

3? 結論

本試驗通過靜態吸附和解吸試驗，從5種大孔吸附樹脂中選擇AB-8樹脂純化醬渣中大豆異黃酮。通過動態吸附和解吸試驗優化純化條件，并對其抗氧化活性進行了初步研究。結果表明，AB-8樹脂對醬渣大豆異黃酮具有較好的純化效果，在上樣液濃度為0.6 mg/mL、pH為3、上樣流速為1.5 mL/min的條件下上樣吸附75 mL，并用100 mL 60%乙醇溶液進行解吸，得到的大豆異黃酮純度可達55.84%。此外，純化后的醬渣大豆異黃酮具有較好的抗氧化活性，當其濃度為0.07 mg/mL時，對DPPH自由基和ABTS自由基的清除率分別為93.35%和98.67%。綜上所述，AB-8大孔樹脂對醬渣大豆異黃酮的純化效果好，具有較高的理論價值，能為醬油副產物的回收利用提供一定技術參考。

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