大豆多糖胶制备工艺的优化研究

涂宗财，胡月明，王 辉，陈智韡，张秋婷，刘 玮，张 兰

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047;2.江西师范大学，江西南昌330022)

我国大豆产量居世界首位，大豆加工业的蓬勃发展的同时，副产物豆渣的高效利用也成为当今资源高值化综合利用的研究重点。豆渣中富含膳食纤维及蛋白质等有效成分，具有很高的开发利用价值［1-6］。目前，国内外学者已从豆渣中制备得到了多种有效成分，如:大豆膳食纤维［7-9］、大豆异黄酮［10-12］、可溶性大豆多糖［13-14］、大豆种皮果胶［15］等。研究发现，豆渣中含有一种类似于低甲氧基果胶的可凝胶多糖类物质——大豆多糖胶，它是豆渣中提取的有效成分与六偏磷酸钠在弱酸性高温条件下螯合反应得到的［16-18］。大豆多糖胶的性质受制备过程中各因素的影响较大，为了制备高品质的大豆多糖胶，本研究以半乳糖醛酸含量和凝胶强度为指标，采用多指标综合评分法得到最佳制备工艺条件，为豆渣的高值化利用提供一条有效途径及工艺指导，并为后续研究提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜豆渣 购于江西省南昌市江大南路青山湖菜市场;D-(+)-半乳糖醛酸(含量≥97.0%)瑞士Fluka公司;间羟基联苯 美国Sigma公司;六偏磷酸钠、磷酸、氢氧化钠、四硼酸(均为分析纯)天津市大茂化学试剂厂。

JMS-80胶体磨 廊坊通用机械有限公司;DGG-9140电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司;N-1001旋转蒸发仪 日本EYELA公司;TDL-5-A离心机 上海安亭科学仪器厂;LGJ-1冷冻干燥机 北京亚泰科隆仪器技术有限公司;T6新世纪紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;BROOKFIELD CT3质构仪 英国SMSTA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大豆多糖胶制备工艺流程 大豆豆渣→均质→清洗→热风干燥→粉碎→过筛→六偏磷酸钠辅助酸法制备→过滤→浓缩→醇沉→离心→复溶→透析→醇沉→冷冻干燥→大豆多糖胶

1.2.2 单因素实验 以大豆多糖胶中半乳糖醛酸含量和凝胶强度(综合考虑粘性和弹性)为指标，分别探讨料液比(1∶10～1∶45)、六偏磷酸钠浓度(0.0%～

2.0 %)、制备温度(60～120℃)、pH(4.0～7.0)和制备时间(0.0～5.0h)对豆渣中制备的大豆多糖胶的半乳糖醛酸含量及凝胶性(主要包括:凝胶强度、粘性和弹性等)的影响，综合考虑分析确定主要影响因素及水平，为正交实验做准备。

1.2.3 多指标正交实验 在单因素实验的基础上，选取制备温度(℃)、六偏磷酸钠浓度(%)、pH、制备时间(h)为考察因素，通过SPSS Statistics 17.0分析软件设计多指标正交实验，采用正交表L9(34)进行四因素三水平正交实验，以大豆多糖胶产品中半乳糖醛酸含量和凝胶强度作为考察指标，综合分析评价，研究不同因素对豆渣中大豆多糖胶制备的影响，并得到最佳制备工艺条件。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Levels and factors of orthogonal array design

1.2.4 半乳糖醛酸含量测定［19］采用间羟基联苯法分别绘制标准曲线和对大豆多糖胶中半乳糖醛酸含量进行测定。标准曲线:y=10.92x+0.0196，R2=0.995(y为吸光度;x为半乳糖醛酸含量(mg/mL))。

式中:ρ样为标准工作曲线测得样品中半乳糖醛酸质量浓度(mg/mL);V为所取溶液体(mL);W样为样品质量(mg)。

1.2.5 凝胶性质的测定［20］将不同条件制备得到的大豆多糖胶样品配制成质量浓度为2.0%的凝胶溶液15mL，100℃水浴加热搅拌20min后，冷却至室温，于4℃左右冰箱中放置24h，采用BROOKFIELD CT3型质构仪对大豆多糖胶样品的凝胶性质进行测定。测定参数:TPA模式;探头TA10;目标深度10mm;速度1mm/s。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 料液比的确定 由图1可知，料液比对半乳糖醛酸含量及凝胶性均有显著的影响，半乳糖醛酸含量随着液体体积的增大先增加后减小，在1∶15时达到最高;凝胶强度和粘力均在料液比1∶15时达到最大，弹性在料液比1∶30时达到最大。对上述结果进行综合考虑后，选取料液比1∶15为最佳料液比。

2.1.2 六偏磷酸钠浓度的确定 由图2可知，半乳糖醛酸含量随六偏磷酸钠浓度的增加先增大后减小，在浓度达到0.8%时达到最大值，且此时凝胶强度也为最佳。这可能是由于六偏磷酸钠不溶于醇，在醇沉过程中，过量的六偏磷酸钠随大豆多糖胶析出，使溶液中六偏磷酸钠的浓度提高，从而使大豆多糖胶中半乳糖醛酸含量和凝胶性质减小。因此，选择六偏磷酸钠的最佳浓度为0.8%。

图1 料液比对大豆多糖胶制备的影响Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on preparation of soybean polysaccharide gel

图2 六偏磷酸钠浓度对大豆多糖胶制备的影响Fig.2 Effect of concentration of sodium hexametaphosphate on preparation of soybean polysaccharide gel

2.1.3 制备温度的确定 由图3可知，半乳糖醛酸含量和凝胶性受制备温度影响显著。随着温度的延长，半乳糖醛酸含量和凝胶性均先升高后降低，均在90℃时达到最高，可能是由于温度过高会破坏大豆多糖胶的分子结构，发生降解，因此选择最佳制备温度为90℃进行正交实验。

2.1.4 pH的确定 由图4可知，半乳糖醛酸的含量随pH的提高有所提高，在pH6.0趋于平稳;凝胶强度和粘力随pH的增大而先升高后降低，在pH6.0时达到最大;而pH对弹性的影响并不是很显著。综合考虑分析，选择pH为6.0。

2.1.5 制备时间的确定 由图5可知，随着制备时间的延长，半乳糖醛酸含量及凝胶性都呈上升趋势，半乳糖醛酸含量在1.0h时达到最高，随后略微降低并趋于稳定，凝胶性与半乳糖醛酸含量的趋势相似，综合考虑，选择制备时间为1.0h。

图3 温度对大豆多糖胶制备的影响Fig.3 Effect of temperature on preparation of soybean polysaccharide gel

图4 pH对大豆多糖胶制备的影响Fig.4 Effect of pH on preparation of soybean polysaccharide gel

2.2 正交实验

经单因素实验，选取制备温度、六偏磷酸钠浓度、pH、和制备时间四个因素进行四因素三水平二指标正交实验，实验结果如表2。

对正交实验进行分析，由表3可知各因素对大豆多糖胶中半乳糖醛酸含量的影响主次顺序为:C＞D＞A＞B，理论最佳工艺条件为A1B3C2D2，即制备温度为80℃、六偏磷酸钠浓度1.0%、pH6.0、制备时间1.0h时大豆多糖胶中半乳糖醛酸含量最高;各因素对大豆多糖胶的凝胶强度的影响主次顺序为:B＞C＞A＞D，理论最佳工艺条件为A1B2C3D2，即制备温度为80℃、六偏磷酸钠浓度0.8%、pH6.5、制备时间1.0h时大豆多糖胶凝胶强度最高。

图5 时间对大豆多糖胶制备的影响Fig.5 Effect of time on preparation of soybean polysaccharide gel

表2 实验设计及测定结果Table 2 Experimental design and determination results

由方差分析表(见表4)可知，制备温度、六偏磷酸钠浓度、pH、制备时间对于大豆多糖胶中半乳糖醛酸的含量都具有影响，但六偏磷酸钠浓度的影响不显著，贡献率仅为0.50%，而其余三个因素的影响都达到极显著，其中pH的贡献率最高为41.10%;制备温度、六偏磷酸钠浓度、pH、制备时间对于大豆多糖胶凝胶强度均可视为重要影响因素，且均达到极显著水平，其中六偏磷酸钠浓度的贡献率最高达49.10%，pH次之，贡献率为33.80%。制备温度、pH、制备时间对大豆多糖胶中半乳糖醛酸的含量具有统计学意义，制备温度、六偏磷酸钠浓度、pH、制备时间对凝胶强度具有统计学意义。

2.3 正交实验结果影响因素成对比较及综合分析

通过SPSS Statistics 17.0分析软件对各影响因素不同水平成对比较分析，结果显示制备温度、半乳糖醛酸含量和凝胶强度，均在80℃时为最佳。同时得出六偏磷酸钠浓度0.8%、pH6.0、制备时间1h时三个指标综合水平最佳。大豆多糖胶的最佳制备工艺条件为:料液比1∶15、制备温度80℃、六偏磷酸钠浓度0.8%、pH6.0、制备时间1h，此条件制备的大豆多糖胶的得率为8.99%、半乳糖醛酸含量为50.78%、凝胶强度为54.02g，综合指标最优。

表3 直观分析表Table 3 Intuitionistic analysis

表4 方差分析表Table 4 Variance analysis

3 结论

采用六偏磷酸钠辅助酸法从豆渣中制备大豆多糖胶，在单因素实验基础上，采用多指标正交实验研究大豆多糖胶制备过程中不同影响因素对大豆多糖胶的影响。结果表明:各因素对半乳糖醛酸含量的影响依次为:pH＞时间＞温度＞六偏磷酸钠浓度各因素对产品凝胶强度的影响依次为:六偏磷酸钠浓度＞pH＞温度＞时间。大豆多糖胶的最佳制备工艺条件为:料液比1∶15、制备温度80℃、六偏磷酸钠浓度0.8%、pH6.0、制备时间1h，此时大豆多糖胶的得率为8.99%、半乳糖醛酸含量为50.78%、凝胶强度为54.02g，综合指标最优。该工艺简单快速，为豆渣的再利用提供了一条有效途径，在后续研究中需拓宽大豆多糖胶的应用范围，具有很好的应用前景。

［1］张振山，叶素萍，李泉，等.豆渣的处理与加工利用［J］.食品科学，2004，25(10):400-406.

［2］张延坤.关于豆渣的综合开发利用［J］.天津农业科学，1994(4):23-25.

［3］陈红，王大为，李侠，等.不同方法提取大豆多糖的工艺优化研究［J］.食品科学，2010，31(4):6-10.

［4］Duxbury D D.Dietary fiber［J］.Journal of Food Process Engineering，1991(2):136.

［5］董英.大豆渣营养价值及其综合利用［J］.粮油与油脂，2001(12):41-42.

［6］肖少香.豆渣产品研发综述［J］.粮食科技与经济，2006(6):45-48.

［7］尚永彪，侯大军，李睿晓.豆渣水不溶性膳食纤维提取工艺研究［J］.粮油加工，2007(11):120-123.

［8］徐广超.豆渣可溶性膳食纤维的制备及功能性的研究［D］.无锡:江南大学，2005.

［9］涂宗财，李金林，汪菁琴，等.微生物发酵法研制高活性大豆膳食纤维的研究［J］.食品工业科技，2005，26(5):49-50.

［10］何恩铭，齐香君，魏丽娜.大豆豆渣中大豆异黄酮的提取工艺研究［J］.西北农业学报，2006，15(4):160-162.

［11］徐春华，张治广，谢明杰.大豆异黄酮的抗氧化和抗肿瘤活性研究［J］.大豆科学，2010，29(5):870-873.

［12］Shim H Y，Park J H，Paik H D，et al.Genistein-induced apoptosis of human breast cancer MCF-7 cells involves ealpaincaspase and apoptosis signaling kinase l-p38 mitogen-activated protein kinase activation cascades［J］.Anti-Cancer Drugs，2007，18:649-657.

［13］Morita M.Polysaccharides of soybean seeds:Polysaccharide constituents of“hot-water-extract”faction of soybean seed and an arabinogalactan as its major component［J］.Agriculture Biochemistry，1965，29:564-573.

［14］Aspinall G O.Polysaccharides of soybean PartⅣ［J］.Canadian Journal of Chemistry，1967:1071-1080.

［15］Ravin Gnanasambandam，A Proctor.Preparation of soy hull pectin［J］.Food Chemistry，1999，65:461-467.

［16］Nakamura A，Furuta H，Maeda H，et al.Structural studies by stepwise enzymatic degradation of the main backbone of soybean soluble polysaccharides consisting of galacturonan［J］.Bioscience Biotechnology Biochemistry，2002，66(5):1155-1158.

［17］Aspinall G O，Cottrell I W，Egan S V，et al.Polysaccharides of soybean.PartⅣ.Partial hydrolysis of the acidic polysaccharide complex from cotyledon meal［J］.Journal of the Chemical Society，1967，5:1071-1080.

［18］赖富饶，温其标，李琳，等.豆皮多糖与豆渣多糖的物化性质和功能特性［J］.华南理工大学学报:自然科学版，2010，38(4):50-54.

［19］帕丽达·阿不力孜，丛媛媛，王勇.阿里红多糖中糖醛酸的含量测定［J］.食品科技，2010，35(3):284-286.

［20］涂宗财，刘玮，王辉，等.大豆多糖胶的凝胶性研究［J］.食品工业科技，2011，32(8):118-119.