可溶性大豆多糖超声波提取工艺及其抗氧化性研究

叶长龙　牛志强　吴燕荣　赵秀红

摘要：研究利用超声波技术提取大豆多糖对其抗氧化性的影响，确定最佳提取工艺。通过单因素试验和响应面法优化试验，确定各因素对大豆多糖抗氧化性的影响顺序为：超声功率>料液比>超声时间>超声温度；得到最佳工艺参数为：超声时间60 min、超声功率90 W、超声温度55 ℃、料液比1∶24，在此条件下大豆多糖对羟自由基的清除率为24.8%。

关键词：大豆多糖；超声波；响应面法；提取工艺；抗氧化性

中图分类号：TQ461 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0056-03

我国是大豆主要生产国之一，但我国大豆的利用率较低，通常是用来制作豆制品或作为油料、饲料，因此大豆中很多高营养价值的成分没有得到充分利用，造成资源浪费。可溶性大豆多糖（Soluble soybean polysaccharides，SSPS）是一种从大豆子叶中提取的水溶性细胞壁多糖，其具有抗氧化性，可以用于保健产品生产，或者作为抗氧化剂加入食物中、化妆品中以及饲料中。本试验对大豆多糖的提取工艺及抗氧化性进行研究，旨在为大豆产品开发及综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 物料与试剂

大豆豆粕；95%乙醇，过氧化氢，硫酸亚铁，水杨酸，以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器设备

DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；KQ5200DB型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；JXFM110锤式旋风磨：上海嘉定粮油仪器有限公司；TD-5Z型离心机：湖南凯达科学仪器有限公司；DK-S26电热恒温水浴锅：上海精宏实验设备有限公司；TB-114电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；UV-2000型紫外可见分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程 豆粕—干燥—粉碎—超声波浸提—过滤除渣—大豆粗多糖—水浴除蛋白—抽滤提取—离心—抗氧化性的测定。

1.3.2 羟自由基清除率的测定 在试管中依次加入6 mmol/L FeSO4溶液2 mL、不同浓度粗多糖溶液2 mL，6 mmol/L H2O2溶液2 mL，摇匀，静止10 min，再加入6 mmol/L水杨酸溶液2 mL，摇匀，静置30 min，于510 nm处测得不同多糖浓度下的吸光度Ai；用水代替水杨酸时，测得某浓度粗多糖的吸光度为本吸光度Aj；用水代替抗氧化剂（大豆多糖）时，测得的吸光度为对照吸光度A0。按公式计算羟自由基的清除率。

1.3.3 超声波提取对大豆多糖抗氧化性影响的单因素试验 设计单因素试验，考察料液比、超声功率、超声时间、超声温度4个因素对大豆多糖抗氧化性的影响，确定最佳的提取工艺条件。

1） 不同超声功率对大豆多糖抗氧化性的影响。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在料液比为1∶24、浸提温度为60 ℃、超声时间为60 min的条件下，设置超声功率分别为60，70，80，90，100 W提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

2） 不同超声波提取时间对大豆多糖抗氧化性的影响。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在料液比为1∶24、超声功率为90 W、浸提温度为60 ℃的条件下，设置超声波提取时间分别为20，40，60，80，100 min提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

3） 不同料液比对大豆多糖抗氧化性的影响。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在超声功率为90 W、浸提温度为60 ℃、超声时间为60 min的条件下，设置料液比分别为1∶8，1∶16，1∶24，1∶32，1∶40提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

4） 不同超声温度对大豆多糖抗氧化性的影响。取豆粕5.00 g，浸泡16 h，在料液比为1∶24、超声功率为90 W、超声时间为50 min的条件下，设置超声温度分别为50，55，60，65，70 ℃提取大豆多糖，研究其抗氧化性。

1.3.4 正交优化试验 在单因素试验基础上，考察各因素相互作用对超声波提取可溶性大豆多糖提取率的影响，采取四因素三水平正交试验进行设计工艺优化（见表1）。

2 结果与分析

2.1 超声波法提取可溶性大豆多糖的单因素试验结果

2.1.1 超声功率对大豆多糖羟自由基清除率的影响 不同超声功率下，大豆多糖对羟自由基清除情况见图1。

由图1可见：当超声功率为60～80 W时，随着超声功率的增大，羟自由基的清除率逐渐降低；当超声功率为80～90 W时，随着超声功率的增大，羟自由基的清除率也增高；当超声功率大于90 W时，羟自由基清除率下降。这可能是由于过低的超声波功率下溶解出的多糖含量较少，其对羟自由基的清除率也较弱；而超声波功率过大，加速了提取液的流动，使物料停留在超声场中的时间减少，破壁作用随之减弱，胞内多糖溶出量减少，其对羟自由基的清除率也降低。

2.1.2 超声时间对大豆多糖羟自由基清除率的影响 不同超声时间下，大豆多糖对羟自由基的清除情况见图2。

由图2可见：随着超声时间增加，大豆多糖对羟自由基的清除率也增强，在60 min时达最大值。超声波可加快水的循环速度，强化介质，加速细胞的破碎，使提取出的多糖含量逐渐增加，其抗氧化性也逐渐增强。但过长的超声波时间对多糖结构具有破坏作用，使大分子多糖的糖苷键断裂，导致多糖含量下降，其抗氧化性也逐渐减弱。

2.1.3 料液比对大豆多糖羟自由基清除率的影响 不同料液比下，大豆多糖对羟自由基的清除情况见图3。

由图3可见：随着料液比的增大，提取出的多糖含量也增加，对羟自由基的清除率也逐渐增强。在1∶16至1∶24之间，提取的多糖含量急剧下降；在1∶24至1∶40之间，提取的多糖含量呈轻微浮动。其抗氧化性也呈现相同的变化趋势。溶剂量较小时，多糖不能完全溶出；而溶剂量较大时，超声波辐射又被溶剂大量吸收，不能完全作用于物料，因而使多糖的含量减少，其抗氧化性也逐渐减弱。

2.1.4 超声温度对大豆多糖羟自由基清除率的影响 不同超声温度下，大豆多糖对羟自由基的清除情况见图4。

由图4可见：随着超声温度的升高，多糖的提取量逐渐增加，相应地对羟自由基的清除率也逐渐增强，在60 ℃达到最大值。但温度过高，多糖结构被破坏，其生物活性受到影响，导致其抗氧化性逐渐减弱。

2.2 采用响应面试验优化大豆多糖提取工艺

经方差分析得到二次多项式模型的F值为16.15，P值<0.000 1，说明该回归方程描述各因素与响应值之间的关系时，其变量和自变量之间的线性关系显著，即这种试验方法是可靠的，说明大豆多糖羟自由基清除率的试验值与预测值之间有较好的拟合度。由回归方程各项的方差分析结果还可以看出，方程的失拟项很小，表明该方程对试验拟合情况好、误差小，因此可用该回归方程代替试验真实点对结果进行分析和预测。由回归方程各项方差的进一步检验可知，一次项中影响极显著因素为B，显著因素为D。在所选的各因素水平范围内，按照对结果的影响排序为：B>D>A>C，即超声功率>料液比>超声时间>超声温度。

经分析可知：超声时间和超声温度对大豆多糖清除羟自由基的影响非常显著；超声功率和超声时间共同作用的结果、料液比和超声时间共同作用的结果、超声温度和超声功率共同作用的结果、料液比和超声温度共同作用的结果对大豆多糖清除羟自由基的影响相对显著；料液比和超声功率共同作用的结果对大豆多糖清除羟自由基的影响不显著。

响应面法优化超声波提取可溶性大豆多糖的最佳工艺为：超声时间60 min，超声功率90 W，超声温度55 ℃，料液比1∶24。在此条件下，超声波提取的可溶性大豆多糖对羟自由基的清除率为24.8%。

3 结论

采用单因素试验及响应面法对超声波提取可溶性大豆多糖的工艺条件进行优化，通过回归分析建立相关性良好的方程，得到的最佳提取工艺为：超声时间60 min、超声功率90 W、超声温度55 ℃、料液比1∶24。各因素对大豆多糖清除羟自由基能力的影响顺序为：超声功率>料液比>超声时间>超声温度。

参考文献

[1] 李里特，王海.功能性大豆食品[M].北京：中国轻工业出版社，2006.

[2] 殷涌光，刘静波.大豆食品工艺学[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3] 侯学敏，李林霞，张直峰.响应面法优化薄荷叶总黄酮提取工艺及抗氧化活性[J].食品科学，2013（34）：124-128.

Abstract： The effects of extraction of soybean polysaccharide using ultrasonic extraction technology on its anti-oxidation was studied and the optimal extraction process was determined. The single factor experiment and response surface method showed influence factors on the antioxidative activity of the soy polysaccharides， i.e. ultrasonic power>solid-liquid ratio>ultrasonic time>ultrasonic temperature； and the optimal process parameters： ultrasonic time of 60 min， ultrasonic power 90 W， ultrasonic temperature 55 ℃， solid-liquid ratio was 1 ∶ 24， on this condition scavenging of hydroxyl radicals by soybean polysaccharide was 24.8%.

Key words： soybean polysaccharides； ultrasonic； response surface method； extraction technology； antioxidation

2.1.4 超声温度对大豆多糖羟自由基清除率的影响 不同超声温度下，大豆多糖对羟自由基的清除情况见图4。

由图4可见：随着超声温度的升高，多糖的提取量逐渐增加，相应地对羟自由基的清除率也逐渐增强，在60 ℃达到最大值。但温度过高，多糖结构被破坏，其生物活性受到影响，导致其抗氧化性逐渐减弱。

2.2 采用响应面试验优化大豆多糖提取工艺

经方差分析得到二次多项式模型的F值为16.15，P值<0.000 1，说明该回归方程描述各因素与响应值之间的关系时，其变量和自变量之间的线性关系显著，即这种试验方法是可靠的，说明大豆多糖羟自由基清除率的试验值与预测值之间有较好的拟合度。由回归方程各项的方差分析结果还可以看出，方程的失拟项很小，表明该方程对试验拟合情况好、误差小，因此可用该回归方程代替试验真实点对结果进行分析和预测。由回归方程各项方差的进一步检验可知，一次项中影响极显著因素为B，显著因素为D。在所选的各因素水平范围内，按照对结果的影响排序为：B>D>A>C，即超声功率>料液比>超声时间>超声温度。

经分析可知：超声时间和超声温度对大豆多糖清除羟自由基的影响非常显著；超声功率和超声时间共同作用的结果、料液比和超声时间共同作用的结果、超声温度和超声功率共同作用的结果、料液比和超声温度共同作用的结果对大豆多糖清除羟自由基的影响相对显著；料液比和超声功率共同作用的结果对大豆多糖清除羟自由基的影响不显著。

响应面法优化超声波提取可溶性大豆多糖的最佳工艺为：超声时间60 min，超声功率90 W，超声温度55 ℃，料液比1∶24。在此条件下，超声波提取的可溶性大豆多糖对羟自由基的清除率为24.8%。

3 结论

采用单因素试验及响应面法对超声波提取可溶性大豆多糖的工艺条件进行优化，通过回归分析建立相关性良好的方程，得到的最佳提取工艺为：超声时间60 min、超声功率90 W、超声温度55 ℃、料液比1∶24。各因素对大豆多糖清除羟自由基能力的影响顺序为：超声功率>料液比>超声时间>超声温度。

参考文献

[1] 李里特，王海.功能性大豆食品[M].北京：中国轻工业出版社，2006.

[2] 殷涌光，刘静波.大豆食品工艺学[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3] 侯学敏，李林霞，张直峰.响应面法优化薄荷叶总黄酮提取工艺及抗氧化活性[J].食品科学，2013（34）：124-128.

Abstract： The effects of extraction of soybean polysaccharide using ultrasonic extraction technology on its anti-oxidation was studied and the optimal extraction process was determined. The single factor experiment and response surface method showed influence factors on the antioxidative activity of the soy polysaccharides， i.e. ultrasonic power>solid-liquid ratio>ultrasonic time>ultrasonic temperature； and the optimal process parameters： ultrasonic time of 60 min， ultrasonic power 90 W， ultrasonic temperature 55 ℃， solid-liquid ratio was 1 ∶ 24， on this condition scavenging of hydroxyl radicals by soybean polysaccharide was 24.8%.

Key words： soybean polysaccharides； ultrasonic； response surface method； extraction technology； antioxidation

2.1.4 超声温度对大豆多糖羟自由基清除率的影响 不同超声温度下，大豆多糖对羟自由基的清除情况见图4。

由图4可见：随着超声温度的升高，多糖的提取量逐渐增加，相应地对羟自由基的清除率也逐渐增强，在60 ℃达到最大值。但温度过高，多糖结构被破坏，其生物活性受到影响，导致其抗氧化性逐渐减弱。

2.2 采用响应面试验优化大豆多糖提取工艺

经方差分析得到二次多项式模型的F值为16.15，P值<0.000 1，说明该回归方程描述各因素与响应值之间的关系时，其变量和自变量之间的线性关系显著，即这种试验方法是可靠的，说明大豆多糖羟自由基清除率的试验值与预测值之间有较好的拟合度。由回归方程各项的方差分析结果还可以看出，方程的失拟项很小，表明该方程对试验拟合情况好、误差小，因此可用该回归方程代替试验真实点对结果进行分析和预测。由回归方程各项方差的进一步检验可知，一次项中影响极显著因素为B，显著因素为D。在所选的各因素水平范围内，按照对结果的影响排序为：B>D>A>C，即超声功率>料液比>超声时间>超声温度。

经分析可知：超声时间和超声温度对大豆多糖清除羟自由基的影响非常显著；超声功率和超声时间共同作用的结果、料液比和超声时间共同作用的结果、超声温度和超声功率共同作用的结果、料液比和超声温度共同作用的结果对大豆多糖清除羟自由基的影响相对显著；料液比和超声功率共同作用的结果对大豆多糖清除羟自由基的影响不显著。

响应面法优化超声波提取可溶性大豆多糖的最佳工艺为：超声时间60 min，超声功率90 W，超声温度55 ℃，料液比1∶24。在此条件下，超声波提取的可溶性大豆多糖对羟自由基的清除率为24.8%。

3 结论

采用单因素试验及响应面法对超声波提取可溶性大豆多糖的工艺条件进行优化，通过回归分析建立相关性良好的方程，得到的最佳提取工艺为：超声时间60 min、超声功率90 W、超声温度55 ℃、料液比1∶24。各因素对大豆多糖清除羟自由基能力的影响顺序为：超声功率>料液比>超声时间>超声温度。

参考文献

[1] 李里特，王海.功能性大豆食品[M].北京：中国轻工业出版社，2006.

[2] 殷涌光，刘静波.大豆食品工艺学[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3] 侯学敏，李林霞，张直峰.响应面法优化薄荷叶总黄酮提取工艺及抗氧化活性[J].食品科学，2013（34）：124-128.

Abstract： The effects of extraction of soybean polysaccharide using ultrasonic extraction technology on its anti-oxidation was studied and the optimal extraction process was determined. The single factor experiment and response surface method showed influence factors on the antioxidative activity of the soy polysaccharides， i.e. ultrasonic power>solid-liquid ratio>ultrasonic time>ultrasonic temperature； and the optimal process parameters： ultrasonic time of 60 min， ultrasonic power 90 W， ultrasonic temperature 55 ℃， solid-liquid ratio was 1 ∶ 24， on this condition scavenging of hydroxyl radicals by soybean polysaccharide was 24.8%.

Key words： soybean polysaccharides； ultrasonic； response surface method； extraction technology； antioxidation