豆渣中功能性低聚糖的提取*

高晶晶，劉麗娜，王 震，閆君芝，慕 苗，陳錦中

(榆林學院 化學與化工學院，陜西 榆林 719000)

豆渣是生產豆腐或豆制品過程中所產生的副產品[1]。經研究表明，大豆中有很大一部分營養成分殘留在豆渣中，其含有豐富的蛋白質、脂肪、纖維、維生素、礦物質、功能性低聚糖等營養成分[2-3]。中國是豆腐生產的發源地，豆腐的生產、銷售量都較大，相應的豆渣產量也很大[4]。然而豆渣卻常被人們當食物殘渣扔掉或者作為飼料，并不能凸顯出豆渣自身所含有的價值，還會造成資源的浪費，對環境造成嚴重的影響[5]。豆渣功能性低聚糖對人體有很多的好處，如促進腸道內雙歧桿菌增殖[6]、保護肝臟、抑制體內腐敗物質的生成[7]、輔助降低血壓功效[8]、降低血清膽固醇[9]、清潔腸道，緩解便秘[10]、治療肝炎和肝硬化[11]、益于胃腸健康、促進腸道內營養物質的生成和吸收[12]、抑制有害物生成等[13]。

作者以豆渣為研究對象，對其中的功能性低聚糖進行提取研究，利用單因素實驗和響應面優化法對提取條件進行優化，得到了豆渣中功能性低聚糖的提取工藝路線，為其后續應用研究提供了一定理論基礎[14]。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑與儀器

豆渣：榆林學院西門豆腐坊。

正己烷：山東利昂新材料科技有限公司；無水乙醇：成都市六順精細化工有限公司；苯酚：天津市科密歐化學試劑有限公司；葡萄糖標準品：上海金穗生物科技有限公司；3,5-二硝基水楊酸：上海凱賽化工有限公司；蒽酮：上海天蓮精細化工有限公司；以上試劑均為分析純。

電子天平：FA1004，上海良平儀器儀表有限公司；可見分光光度計：723N，上海佑科儀器儀表有限公司；粉碎機：200 g，浙江省上虞市大亨橋儀器廠；數顯恒溫水浴鍋；HH-1，金壇市丹陽門石英玻璃廠；鼓風干燥箱：DHG-9030A，上海皓莊儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準曲線的繪制

1.2.1.1 還原糖標準曲線的繪制

量取低聚糖提取液1 mL至1支干凈的25 mL比色管中，然后向其中加入3 mL的3,5-二硝基水楊酸溶液，快速搖勻，放置燒開的水中6 min，取出，立即放入冷水中冷卻，后加入蒸餾水稀釋至刻度線，靜放5 min，用蒸餾水代替樣品溶液作空白試劑，用1 cm比色皿在分光光度計上最大波長540 nm處測定吸光度，然后利用標準曲線方程求出還原糖含量[15]。

1.2.1.2 總糖標準曲線的繪制

吸取蒸餾水和提取液各2 mL，分別放入2支干凈的比色管中，后向其中各加入10 mL的蒽酮溶液，快速搖勻，放進燒水鍋中加熱10 min取出，立即放入冷水涼至室溫，用1 cm比色皿在可見分光光度計上于最大波長620 nm處測定吸光度，利用標準曲線方程求出總糖含量[16]。

1.2.2 提取率的計算[17]

低聚糖提取率=(總糖提取率-還原糖提取率)×100%

式中：ρ為還原糖或總糖質量濃度，mg/mL；V為總糖或還原糖提取液總體積，mL；m為樣品質量，g；N為稀釋倍數。

1.2.3 豆渣脫脂

取新鮮剛購買的豆渣，用新紗布包裹擠去豆渣中多余的水分，散開鋪放在干凈的盤子里，晾曬至質量恒定。后將其放入粉碎機中粉碎后過孔徑178 μm篩，裝入準備好的袋子，密封保存備用[18]。

準確稱取20 g的豆渣粉末過孔徑為178 μm篩，倒進三口燒瓶中，向其中加入30 mL正己烷溶液，快速搖晃均勻，封住瓶口，放至50 ℃的數顯恒溫水浴鍋中，插入冷凝管，浸提2 h后將所得溶液進行過濾，將過濾后豆渣放置干燥箱中40 ℃干燥1 h，即為脫脂豆渣粉末[19]。

1.2.4 單因素實驗

準確稱取10 g脫脂后的豆渣，置于三口燒瓶中，加入一定φ(乙醇)的溶液，在一定溫度的恒溫水浴下攪拌，提取一定時間后，過濾，取上清液，用3,5-二硝基水楊酸法和蒽酮法分別檢測還原糖和總糖的含量，然后計算出功能性低聚糖的含量及提取率。

1.2.5 響應面優化實驗

利用響應面回歸設計實驗分析得到最佳的工藝條件。在上述單因素實驗的基礎上，選擇提取時間(A)、φ(乙醇)(B)、提取溫度(C)，對提取率影響較大的因素進行三因素三水平的響應面優化設計，水平因素設計見表1。

表1 設計因素與水平編碼表

2 結果與討論

2.1 還原糖標準曲線

以ρ(葡萄糖)-吸光度作還原糖標準曲線見圖1。

ρ(葡萄糖)/(mg·mL-1)圖1 還原糖標準曲線

2.2 總糖標準曲線

總糖標準曲線見圖2。

ρ(葡萄糖)/(mg·mL-1)圖2 總糖標準曲線

2.3 單因素實驗結果

各影響因素對豆渣低聚糖提取率的影響見圖3。由圖3a可知，t=1.0～2.5 h，隨著提取時間的增長，豆渣功能性低聚糖的提取率顯著增加，t=2.5 h，豆渣低聚糖提取率達到最高，而t=2.5～3.0 h，低聚糖的提取率反而下降，可能是因為提取時間過長導致部分低聚糖分解。綜上所述，t=2.5 h，豆渣中功能性低聚糖的提取率最佳。由圖3b可知，V(乙醇提取液)∶m(豆渣)(簡稱液料比)=10∶1～25∶1 mL/g，隨著提取液的增多，低聚糖的提取率明顯增加，而液料比為25∶1～30∶1 mL/g，低聚糖提取率逐漸平穩。綜上所述，豆渣中功能性低聚糖的最佳提取液料比為25∶1 mL/g。由圖3c可知，t=30～60 ℃，隨著提取溫度的不斷升高，低聚糖的提取率明顯增加，這是因為溫度升高，低聚糖類物質的滲透能力和擴散能力會隨溫度的升高而增加。隨著溫度的繼續升高，低聚糖的提取率反而下降，這是因為溫度不斷升高會使低聚糖類物質發生氧化，含量下降。因此確定豆渣功能性低聚糖的最佳提取溫度為60 ℃。由圖3d可知，φ(乙醇)=40%～70%，隨著φ(乙醇)的不斷增加，低聚糖的提取率明顯增加，持續增加φ(乙醇)，提取率反而下降。可能是低聚糖在乙醇溶液中被其他物質溶解，所以導致提取率降低。因此最佳φ(乙醇)=70%，此時提取率為3.421%。

t/ha 提取時間

液料比/(mL·g-1)b 液料比

t/℃c 溫度

φ(乙醇)/%d φ(乙醇)圖3 各因素對豆渣低聚糖提取率的影響

2.4 響應面優化實驗結果

2.4.1 實驗結果

根據單因素實驗結果選出提取時間(A)、φ(乙醇)(B)、提取溫度(C)3個對提取率影響較大的因素進行響應面優化設計，實驗設計及實驗結果見表2，方差分析見表3。

表2 Box-Benhnken實驗設計與低聚糖提取率

續表

表3 豆渣低聚糖提取模型方差分析

由表3可知，以低聚糖的提取率作為響應值，該模型P<0.000 1，表明該模型顯著，可以用來模擬該提取過程。失擬項P=0.507 7>0.010，失擬項不顯著，表明該回歸模型的誤差較小，可以較好預測并且分析實驗結果。由均方和對比可得3個因素對低聚糖提取率的影響程度為提取時間>提取溫度>φ(乙醇)。利用響應面軟件進行響應面回歸分析，得到二次多項回歸方程模型。

2.4.2 各因素間交互作用分析

各因素間交互作用分析結果見圖4。

a 提取時間和φ(乙醇)交互作用

b 提取時間和提取溫度交互作用

c φ(乙醇)和提取溫度交互作用圖4 各因素交互作用對低聚糖提取率的影響

3D立面圖中，越陡峭的一方對提取率的影響越大。由圖4a可知，提取時間對低聚糖提取率的影響程度大于φ(乙醇)；由圖4b可知，提取時間對低聚糖提取率的影響程度大于提取溫度；由圖4c可知，提取溫度對低聚糖提取率的影響程度大于φ(乙醇)。

經Design Expert軟件分析可以預測最佳條件為提取時間2.88 h，φ(乙醇)=72.29%，提取溫度60.91 ℃，提取率為3.562%。為了方便繼續進行實驗，提取條件圓整為提取時間2.8 h，φ(乙醇)為72%，提取溫度為61 ℃。為了驗證模型預測條件及結果是否準確，進行了3組平行驗證實驗。低聚糖平均提取率為3.570%，與預測值3.562%相近，表示該模型可靠。

3 結 論

以豆渣為研究對象，對豆渣中功能性低聚糖進行提取研究，結論如下。

(1)單因素實驗表明在提取時間為2.5 h，液料比為25∶1 mL/g，提取溫度為60 ℃，φ(乙醇)=70%時，功能性低聚糖提取率為3.421%；

(2)通過響應面優化得出在提取時間為2.8 h，提取溫度為61 ℃，φ(乙醇)=72%的條件下，低聚糖的平均提取率為3.570%。