超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖的研究

孙军涛，肖付刚，陈东菊

（河南省博士后研发基地，许昌学院食品与生物工程学院，河南许昌461000）

超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖的研究

孙军涛，肖付刚，陈东菊

（河南省博士后研发基地，许昌学院食品与生物工程学院，河南许昌461000）

研究豆渣制备大豆低聚木糖的工艺。采用超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖，并对大豆低聚糖的制备工艺进行优化。结果表明，最佳工艺条件为：超声波功率250 W，温度50℃，时间50 min，碱浓度2.0 mol/L，料液比为1∶20（g/mL）。在该条件下豆渣大豆低聚糖提取率为10.19%。

豆渣；大豆低聚糖；超声波；碱法

大豆低聚糖是大豆中的可溶性寡糖的总称，主要由棉籽糖、水苏糖、蔗糖组成，具有促进双歧杆菌的增殖、预防癌症、调节脂肪代谢、降低血压、保护肝脏、提高人体免疫力和预防龋齿等作用，广泛应用于饮料、酸奶、果酱、糕点和面包等食品中［1-3］。

豆渣是加工豆腐、豆乳等豆制品的副产物，按照每加工1 t大豆产生2 t湿豆渣计算，目前我国每年大约生产2 000万t湿豆渣［4］。豆渣由于其水分含量大，运输困难，又极易腐败变质，通常作为饲料肥料或废弃。豆渣中膳食纤维的含量高达50%以上，目前关于豆渣的综合利用主要集中于膳食纤维相关产品的开发［5-7］。豆渣中也含有一定量的大豆多糖，日本食品公司从豆渣中制备大豆多糖，作为食品保水保型剂、分散剂和阿拉伯树胶替代品等应用于食品工业中［4］。

目前大豆低聚糖提取方法主要有碱提酸沉法、水浸提法和膜分离等方法，但每种方法都存在缺点，如水浸取法效率低；碱液提取浸取时间长，高浓度碱对设备腐蚀性大；膜技术设备投资大、工艺较复杂。超声波辅助提取可以降低提取温度、缩短提取时间、提高提取效率，避免提取物长时间在高温条件下发生降解和褪色等变化，广泛应用于功能成分的提取［8］。因此，本文将碱法制备与超声波结合，优化碱法提取的工艺条件，减少碱法制备的不利之处，为豆渣低聚糖的制备提供一定的技术支持。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

豆渣：河南省许昌县产；葡萄糖：上海迈坤化工有限公司；酒石酸钾钠：国药试剂有限公司；3，5-二硝基水杨酸：上海科丰化学试剂有限公司；苯酚：天津市科密欧化学试剂有限公司；无水乙醇：天津市大茂化学试剂厂。

FA1004B分析天平：上海佑科仪器仪表有限公司；BLUESTAR紫外分光光度计：北京莱伯泰科仪器有限公司；TDZ5-WS离心机：湖南湘仪实验仪器开发有限公司；FW-100万能粉碎机：北京科伟永兴仪器有限公司；DK-8D电热恒温水浴锅：常州普天仪器制造有限公司；SHZ-D循环水真空泵：巩义市峪华科仪器厂；IS128pH计：上海仪迈仪器科技有限公司。

1.2方法

1.2.1测定方法

1.2.1.1还原糖的测定

还原糖测定方法参照3，5-二硝基水杨酸（DNS）法［9］。

1.2.1.2可溶性总糖的测定

取待测上清液1 mL于试管中，加入6 mol/L盐酸2 mL，沸水浴10 min，冷却后用6 mol/L NaOH中和至中性，按照还原糖的测定方法测定可溶性总糖含量，待测液中大豆低聚糖的提取率按以下公式计算。

1.2.2豆渣的预处理

取一定量干燥后的豆渣，用石油醚在50℃下抽提8 h，干燥后用粉碎机粉碎备用。

1.2.3超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖单因素试验

分别选择超声波功率（200、250、300、350、400 W）、温度（30、40、50、60、70℃）、时间（20、30、40、50、60 min）、NaOH浓度（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mol/L）和料液比［1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30（g/mL）］影响因素，以大豆低聚糖的提取率为指标，研究各因素对制备大豆低聚糖的影响。

1.2.4超声波辅助碱法制备大豆低聚糖正交试验

在单因素试验的基础上，选取超声波功率、温度、时间和碱浓度4个因素中的三水平进行L9（34）的正交试验，以大豆低聚糖的提取率为评价指标，确定大豆低聚糖的最佳制备工艺。

1.2.5大豆低聚糖制备对比试验

为了考察超声波辅助的效果，豆渣大豆低聚糖制备过程中分别选择超声波辅助碱法制备和碱法制备两种方法做对比研究，以大豆低聚糖的提取率为指标，对比分析两种方法。

2　结果与分析

2.1标准曲线绘制

采用DNS测定方法，以葡萄糖浓度为横坐标，以吸光值为纵坐标，得到葡萄糖标准曲线的回归标准方程为y=1.326 4x-0.022 7（R2=0.998 6），葡萄糖在0～0.8 mg/mL的范围内，葡萄糖浓度与吸光值呈现很好的线性关系。

2.2超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖单因素试验

2.2.1超声波功率对大豆低聚糖提取率的影响

在温度40℃，时间30 min，碱浓度2 mol/L，料液比1∶20（g/mL）条件下，考察超声波功率对大豆低聚糖提取率的影响，结果见图1。

图1　超声波功率对大豆低聚糖提取率影响Fig.1　Effect of ultrasonic power on the extration of soy oligosaccharides

由图1所示，随着超声波功率的提高，大豆低聚糖的提取率呈现先上升后下降，随着功率的增大，细胞壁碎裂，溶出的糖含量增加，但随着功率的逐渐升高，糖的结构被破坏程度可能性也随之增加，导致糖含量下降，因此，大豆低聚糖的提取率液随之降低［10］。当超声波功率为250 W时，大豆低聚糖的提取率达到最高为5.45%。

2.2.2温度对大豆低聚糖提取率的影响

在超声波功率250W，时间30 min，碱浓度2 mol/L，料液比1∶20（g/mL）条件下，考察温度对大豆低聚糖提取率的影响，结果见图2。

如图2所示，随着超声温度的升高，大豆低聚糖的提取率逐渐增加，当超声温度达到50℃时，大豆低聚糖提取率达到最高为5.06%；当超声温度超过50℃，随着温度的升高，导致提取液中部分糖发生焦糖化反应，使大豆低聚糖提取液的颜色逐渐变深，影响大豆低聚糖的感官品质，同时大豆低聚糖的提取率逐渐降低。因此，超声温度为50℃较宜。

图2　温度对大豆低聚糖提取率的影响Fig.2　Effect of temperature on the extration of soy oligosaccharides

2.2.3时间对大豆低聚糖提取率的影响

在超声波功率250W，温度50℃，碱浓度2 mol/L，料液比1∶20（g/mL）条件下，考察时间对大豆低聚糖提取率的影响，结果见图3。

图3　时间对大豆低聚糖提取率的影响Fig.3　Effect of time on the extration of soy oligosaccharides

如图3所示，超声时间过短，原料与氢氧化钠溶液之间的接触不够充分，糖溶解的不彻底；超声时间过长，对已经溶出的糖的结构可能存在破坏作用，进而降低低聚糖的提取率。当超声波时间达为50 min时，大豆低聚糖的提取率达到最高为5.85%。

2.2.4碱浓度对大豆低聚糖提取率的影响

在超声波功率250W，温度50℃，时间50 min，料液比1∶20（g/mL）条件下，考察碱浓度对大豆低聚糖提取率的影响，结果见图4。

图4　碱浓度对大豆低聚糖提取率的影响Fig.4　Effect of alkali concentration on the extration of soy oligosaccharides

NaOH对木聚糖提取率的影响如图4所示，NaOH浓度在0.5 mol/L～2 mol/L范围内，随着NaOH浓度的增加，破坏了豆渣中半纤维素与纤维素、木质素及其他成分间的结合键，有利于低聚糖游离出来，大豆低聚糖的提取率逐渐升高［11］。当NaOH浓度为2 mol/L时，大豆低聚糖的提取率达到最高约为4.52%。之后，随着NaOH浓度增加，大豆低聚糖的提取逐渐降低。

2.2.5料液比对大豆低聚糖提取率的影响

在超声波功率250W，温度50℃，时间50 min，碱浓度2 mol/L条件下，考察料液比对大豆低聚糖提取率的影响，结果见图5。

图5　料液比对大豆低聚糖提取率的影响Fig.5　Effect of the ratio of solid to liquid on the extration of soy oligosaccharides

如图5所示，当料液比为1∶10（g/mL）时，大豆低聚糖的提取率较低，仅为2.31%，当料液比较小时，由于碱液量少，豆渣颗粒无法充分溶胀，造成豆渣中的糖不能充分溶出，因此大豆低聚糖的提取率偏低［12］；当料液比升至1∶20（g/mL）时，大豆低聚糖的提取率达到最高为4.95%，之后随着料液比的增加，大豆低聚糖的提取率逐渐降低。

2.3超声波辅助碱法制备大豆低聚糖正交试验

选取超声波功率、温度、时间和碱浓度四因素中的三水平，进行L9（34）正交试验，确定最佳制备工艺，因素水平表和正交试验结果见表1和表2所示。

表1　正交试验因素水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

由表2可以看出，极差结果表明影响大豆低聚糖提取率的因素排列顺序依次为：C>B>A>D，即时间、温度、超声波功率、碱浓度；超声波辅助碱法制备大豆低聚糖的最优组合为A2B3C3D3，即超声波功率250 W，温度50℃，时间50 min，碱浓度2.0 mol/L。在最佳优化条件下，超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖的平均提取率为10.17%。

表2　正交试验结果Table 2　Results of orthogonal test

选择优化的最佳条件A2B3C3D3和正交试验中提取率最高组合A1B3C3D3做对比试验，结果表明，在A2B3C3D3的最佳优化条件下，超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖的平均提取率10.19%，组合为A1B3C3D3的平均提取率为9.92%，优化后的工艺条件具有较高的提取率。

2.4对比试验

为了分析超声波辅助的效果，分别采用超声波辅助碱法和碱法两种方法制备豆渣大豆低聚糖。超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖工艺条件为超声波功率250 W，温度50℃，时间50 min，碱浓度2.0 mol/L，料液比为1∶20（g/mL）；碱法制备大豆低聚糖工艺条件为温度50℃，时间50 min，碱浓度2.0 mol/L，料液比为1∶20（g/mL）。试验结果表明，采用碱法制备豆渣大豆低聚糖的提取率为5.24%，与超声波辅助碱法相比降低了4.95%，因此，超声波辅助能够显著提高豆渣大豆低聚糖的提取率。

3　结论

通过单因素和正交试验确定了超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖的最佳工艺：超声波功率250 W，温度50℃，时间50 min，碱浓度2.0 mol/L，料液比为1∶20（g/mL）。在最优条件下，超声波辅助碱法制备豆渣大豆低聚糖的提取率为10.19%。

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Ultrasound-assisted Alkali Extraction of Soy Oligosaccharides from Soybean Dregs

SUN Jun-tao，XIAO Fu-gang，CHEN Dong-ju
（Henan Postdoctoral Research Base，Food and Bioengineering College，Xuchang University，Xuchang 461000，Henan，China）

Ultrasound-assisted alkali extraction of soy oligosaccharides from soybean dregs was studied.Result indicated that the optimal parameters were as follows：ultrasonic power 250 W，ultrasonic temperature 50℃，ultrasonic time 50 min，the sodium hydroxide amount of 2.0 mol/L，solid to liquid ratio of 1∶20（g/mL）.Under the optimized conditions，the yield of soy oligosaccharides was about 10.19%.

soybean dregs；soy oligosaccharides；ultrasonics；alkali methods

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.020

河南省高等学校科技创新团队支持计划（15IRTSTHN016）；许昌市科技经费资助项目重点科技计划项目（20141213）；许昌学院产学研项目（2015CXY06）

孙军涛（1982—），男（汉），讲师，博士，研究方向：食品科学。

2015-12-31