大豆多糖膠制備工藝的優化研究

涂宗財，胡月明，王 輝，陳智韡，張秋婷，劉 瑋，張 蘭

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047;2.江西師范大學，江西南昌330022)

我國大豆產量居世界首位，大豆加工業的蓬勃發展的同時，副產物豆渣的高效利用也成為當今資源高值化綜合利用的研究重點。豆渣中富含膳食纖維及蛋白質等有效成分，具有很高的開發利用價值［1-6］。目前，國內外學者已從豆渣中制備得到了多種有效成分，如:大豆膳食纖維［7-9］、大豆異黃酮［10-12］、可溶性大豆多糖［13-14］、大豆種皮果膠［15］等。研究發現，豆渣中含有一種類似于低甲氧基果膠的可凝膠多糖類物質——大豆多糖膠，它是豆渣中提取的有效成分與六偏磷酸鈉在弱酸性高溫條件下螯合反應得到的［16-18］。大豆多糖膠的性質受制備過程中各因素的影響較大，為了制備高品質的大豆多糖膠，本研究以半乳糖醛酸含量和凝膠強度為指標，采用多指標綜合評分法得到最佳制備工藝條件，為豆渣的高值化利用提供一條有效途徑及工藝指導，并為后續研究提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮豆渣 購于江西省南昌市江大南路青山湖菜市場;D-(+)-半乳糖醛酸(含量≥97.0%)瑞士Fluka公司;間羥基聯苯 美國Sigma公司;六偏磷酸鈉、磷酸、氫氧化鈉、四硼酸(均為分析純)天津市大茂化學試劑廠。

JMS-80膠體磨 廊坊通用機械有限公司;DGG-9140電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;N-1001旋轉蒸發儀 日本EYELA公司;TDL-5-A離心機 上海安亭科學儀器廠;LGJ-1冷凍干燥機 北京亞泰科隆儀器技術有限公司;T6新世紀紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;BROOKFIELD CT3質構儀 英國SMSTA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆多糖膠制備工藝流程 大豆豆渣→均質→清洗→熱風干燥→粉碎→過篩→六偏磷酸鈉輔助酸法制備→過濾→濃縮→醇沉→離心→復溶→透析→醇沉→冷凍干燥→大豆多糖膠

1.2.2 單因素實驗 以大豆多糖膠中半乳糖醛酸含量和凝膠強度(綜合考慮粘性和彈性)為指標，分別探討料液比(1∶10～1∶45)、六偏磷酸鈉濃度(0.0%～

2.0 %)、制備溫度(60～120℃)、pH(4.0～7.0)和制備時間(0.0～5.0h)對豆渣中制備的大豆多糖膠的半乳糖醛酸含量及凝膠性(主要包括:凝膠強度、粘性和彈性等)的影響，綜合考慮分析確定主要影響因素及水平，為正交實驗做準備。

1.2.3 多指標正交實驗 在單因素實驗的基礎上，選取制備溫度(℃)、六偏磷酸鈉濃度(%)、pH、制備時間(h)為考察因素，通過SPSS Statistics 17.0分析軟件設計多指標正交實驗，采用正交表L9(34)進行四因素三水平正交實驗，以大豆多糖膠產品中半乳糖醛酸含量和凝膠強度作為考察指標，綜合分析評價，研究不同因素對豆渣中大豆多糖膠制備的影響，并得到最佳制備工藝條件。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Levels and factors of orthogonal array design

1.2.4 半乳糖醛酸含量測定［19］采用間羥基聯苯法分別繪制標準曲線和對大豆多糖膠中半乳糖醛酸含量進行測定。標準曲線:y=10.92x+0.0196，R2=0.995(y為吸光度;x為半乳糖醛酸含量(mg/mL))。

式中:ρ樣為標準工作曲線測得樣品中半乳糖醛酸質量濃度(mg/mL);V為所取溶液體(mL);W樣為樣品質量(mg)。

1.2.5 凝膠性質的測定［20］將不同條件制備得到的大豆多糖膠樣品配制成質量濃度為2.0%的凝膠溶液15mL，100℃水浴加熱攪拌20min后，冷卻至室溫，于4℃左右冰箱中放置24h，采用BROOKFIELD CT3型質構儀對大豆多糖膠樣品的凝膠性質進行測定。測定參數:TPA模式;探頭TA10;目標深度10mm;速度1mm/s。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 料液比的確定 由圖1可知，料液比對半乳糖醛酸含量及凝膠性均有顯著的影響，半乳糖醛酸含量隨著液體體積的增大先增加后減小，在1∶15時達到最高;凝膠強度和粘力均在料液比1∶15時達到最大，彈性在料液比1∶30時達到最大。對上述結果進行綜合考慮后，選取料液比1∶15為最佳料液比。

2.1.2 六偏磷酸鈉濃度的確定 由圖2可知，半乳糖醛酸含量隨六偏磷酸鈉濃度的增加先增大后減小，在濃度達到0.8%時達到最大值，且此時凝膠強度也為最佳。這可能是由于六偏磷酸鈉不溶于醇，在醇沉過程中，過量的六偏磷酸鈉隨大豆多糖膠析出，使溶液中六偏磷酸鈉的濃度提高，從而使大豆多糖膠中半乳糖醛酸含量和凝膠性質減小。因此，選擇六偏磷酸鈉的最佳濃度為0.8%。

圖1 料液比對大豆多糖膠制備的影響Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on preparation of soybean polysaccharide gel

圖2 六偏磷酸鈉濃度對大豆多糖膠制備的影響Fig.2 Effect of concentration of sodium hexametaphosphate on preparation of soybean polysaccharide gel

2.1.3 制備溫度的確定 由圖3可知，半乳糖醛酸含量和凝膠性受制備溫度影響顯著。隨著溫度的延長，半乳糖醛酸含量和凝膠性均先升高后降低，均在90℃時達到最高，可能是由于溫度過高會破壞大豆多糖膠的分子結構，發生降解，因此選擇最佳制備溫度為90℃進行正交實驗。

2.1.4 pH的確定 由圖4可知，半乳糖醛酸的含量隨pH的提高有所提高，在pH6.0趨于平穩;凝膠強度和粘力隨pH的增大而先升高后降低，在pH6.0時達到最大;而pH對彈性的影響并不是很顯著。綜合考慮分析，選擇pH為6.0。

2.1.5 制備時間的確定 由圖5可知，隨著制備時間的延長，半乳糖醛酸含量及凝膠性都呈上升趨勢，半乳糖醛酸含量在1.0h時達到最高，隨后略微降低并趨于穩定，凝膠性與半乳糖醛酸含量的趨勢相似，綜合考慮，選擇制備時間為1.0h。

圖3 溫度對大豆多糖膠制備的影響Fig.3 Effect of temperature on preparation of soybean polysaccharide gel

圖4 pH對大豆多糖膠制備的影響Fig.4 Effect of pH on preparation of soybean polysaccharide gel

2.2 正交實驗

經單因素實驗，選取制備溫度、六偏磷酸鈉濃度、pH、和制備時間四個因素進行四因素三水平二指標正交實驗，實驗結果如表2。

對正交實驗進行分析，由表3可知各因素對大豆多糖膠中半乳糖醛酸含量的影響主次順序為:C＞D＞A＞B，理論最佳工藝條件為A1B3C2D2，即制備溫度為80℃、六偏磷酸鈉濃度1.0%、pH6.0、制備時間1.0h時大豆多糖膠中半乳糖醛酸含量最高;各因素對大豆多糖膠的凝膠強度的影響主次順序為:B＞C＞A＞D，理論最佳工藝條件為A1B2C3D2，即制備溫度為80℃、六偏磷酸鈉濃度0.8%、pH6.5、制備時間1.0h時大豆多糖膠凝膠強度最高。

圖5 時間對大豆多糖膠制備的影響Fig.5 Effect of time on preparation of soybean polysaccharide gel

表2 實驗設計及測定結果Table 2 Experimental design and determination results

由方差分析表(見表4)可知，制備溫度、六偏磷酸鈉濃度、pH、制備時間對于大豆多糖膠中半乳糖醛酸的含量都具有影響，但六偏磷酸鈉濃度的影響不顯著，貢獻率僅為0.50%，而其余三個因素的影響都達到極顯著，其中pH的貢獻率最高為41.10%;制備溫度、六偏磷酸鈉濃度、pH、制備時間對于大豆多糖膠凝膠強度均可視為重要影響因素，且均達到極顯著水平，其中六偏磷酸鈉濃度的貢獻率最高達49.10%，pH次之，貢獻率為33.80%。制備溫度、pH、制備時間對大豆多糖膠中半乳糖醛酸的含量具有統計學意義，制備溫度、六偏磷酸鈉濃度、pH、制備時間對凝膠強度具有統計學意義。

2.3 正交實驗結果影響因素成對比較及綜合分析

通過SPSS Statistics 17.0分析軟件對各影響因素不同水平成對比較分析，結果顯示制備溫度、半乳糖醛酸含量和凝膠強度，均在80℃時為最佳。同時得出六偏磷酸鈉濃度0.8%、pH6.0、制備時間1h時三個指標綜合水平最佳。大豆多糖膠的最佳制備工藝條件為:料液比1∶15、制備溫度80℃、六偏磷酸鈉濃度0.8%、pH6.0、制備時間1h，此條件制備的大豆多糖膠的得率為8.99%、半乳糖醛酸含量為50.78%、凝膠強度為54.02g，綜合指標最優。

表3 直觀分析表Table 3 Intuitionistic analysis

表4 方差分析表Table 4 Variance analysis

3 結論

采用六偏磷酸鈉輔助酸法從豆渣中制備大豆多糖膠，在單因素實驗基礎上，采用多指標正交實驗研究大豆多糖膠制備過程中不同影響因素對大豆多糖膠的影響。結果表明:各因素對半乳糖醛酸含量的影響依次為:pH＞時間＞溫度＞六偏磷酸鈉濃度各因素對產品凝膠強度的影響依次為:六偏磷酸鈉濃度＞pH＞溫度＞時間。大豆多糖膠的最佳制備工藝條件為:料液比1∶15、制備溫度80℃、六偏磷酸鈉濃度0.8%、pH6.0、制備時間1h，此時大豆多糖膠的得率為8.99%、半乳糖醛酸含量為50.78%、凝膠強度為54.02g，綜合指標最優。該工藝簡單快速，為豆渣的再利用提供了一條有效途徑，在后續研究中需拓寬大豆多糖膠的應用范圍，具有很好的應用前景。

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