豆渣中可溶性膳食纤维的提取

豆渣中可溶性膳食纤维的提取及其理化性质的研究Studyonsolubledietaryfiberextractionfromsoybeandregsandanalysisofitsphysicalandchemicalproperties05级食品质量与安全专业：杨春梅指导教师：徐克成前言随着人们生活水平的提高，膳食日趋精细，高热量、高蛋白、高脂肪和精细食品的大量摄入,所导致的富贵病（糖尿病、心血管病、肥胖、肠道癌、便秘、胆结石、脂肪肝等）越来越普遍。研究发现，膳食纤维对以上各种疾病有明显的预防和治疗作用，具有突出的保健功能，被公认为“第七大营养素”。大量的研究表明，膳食纤维的溶解性是影响其生理功能的重要因素。可溶性膳食纤维（SDF）比不溶性膳食纤维（IDF）的生理功能更加突出。SDF在降低血脂、血清总胆固醇与低密度脂蛋白等水平方面更具有明显的效果。研究表明，大豆膳食纤维是一种安全的优质膳食纤维。豆渣是生产大豆分离蛋白、豆粉和豆腐等豆制品的副产品。长期以来主要用作牲畜的饲料，附加值低，许多豆渣未被有效利用,造成资源的浪费,并对环境造成污染。如何合理开发利用这一资源，生产水溶性膳食纤维，提高大豆资源的利用率，减少环境污染，是目前世界食品工业研究的热点。为此本实验以豆渣为原料，对其可溶性膳食纤维（SDF）的提取工艺和理化特性进行了研究。本论文分为两个部分：1、豆渣SDF制备工艺的研究2、豆渣SDF理化性质的研究实验一豆渣可溶性膳食纤维制备工艺的研究1.实验材料实验样本：豆渣（自制）主要试剂：无水乙醇、浓硫酸、氢氧化钠、苯酚等ViscozymeL植物复合水解酶诺维信生物技术有限公司食品级Alcalase蛋白水解酶诺维信生物技术有限公司食品级2.技术路线：豆渣预处理豆渣粉成分分析豆渣SDF酶法制备工艺的单因素分析酶法提取SDF的正交试验分析3.1豆渣预处理原料→烘干→粉碎→过80目筛→豆渣粉3.实验方法3.2豆渣成分分析蛋白质含量测定：GB5009.5—85方法脂肪含量的测定：GB5009.6—85方法水分含量的测定：GB5009.3—85方法灰分含量的测定：GB5009.4—85方法总糖的测定：苯酚硫酸法粗纤维的测定：GB5009.10—2003方法3.3豆渣SDF的酶法制备工艺原料豆渣粉→复合水解酶酶解（45℃）→加热灭酶（100℃，10min）→蛋白酶水解(60℃,2h)→加热灭酶（100℃，10min）→抽滤→滤液加四倍无水乙醇，沉淀过夜→离心（5000rpm,15min）→沉淀水溶→离心(800rpm,20min)→上清旋转蒸发(45℃)→冷冻干燥3.4影响豆渣SDF得率的单因素分析研究表明，经过植物复合水解酶(纤维素酶、果胶酶、半乳聚糖水解酶、阿拉伯聚糖水解酶等)的工业酶酶解处理可以使不溶性的细胞壁组分转化为可溶性组分从而使豆渣中SDF得率提高。因此本实验拟应用控制性酶解技术对豆渣进行酶解工艺处理，以提高豆渣中SDF的提取率。为了确定工艺条件，我们分别就料水比、提取时间、提取温度、复合植物水解酶添加量以及溶液pH值对可溶性膳食纤维得率的影响进行了单因素分析。单因素水平表见表1.1。表1.1单因素水平表水平因素料水比温度（℃）pH酶添加量（%）提取时间（h）11:10352.50.10.521:154030.15131:20453.50.21.541:255040.9251:30554.51.32.53.5酶水解提取豆渣SDF的正交实验在单因素实验的基础上，确定提取温度、酶添加量以及溶液pH值为影响提取率的主要因素。设计三因素三水平的正交试验以优化酶水解工艺条件。3.6SDF提取率的计算SDF提取率（%）=（SDF冷冻干燥品质量/干豆渣粉质量）×1004.结果与讨论4.1豆渣成分分析对烘干粉碎后的豆渣进行成分分析，结果见表1.2。从结果可知，豆渣的主要成分是粗纤维、蛋白质和脂肪，含量分别为45.01%、24.58%和10.5%，而灰分和总糖含量比较低，只有4.3%和5.09%。表1.2豆渣成分分析表成分含量（%）干基蛋白质24.58脂肪10.5水分10.52灰分4.3总糖5.09粗纤维45.014.2单因素结果分析根据单因素实验结果可知，酶解反应的主要影响因素为：pH值、酶添加量、酶解温度。因此我们选择ph2.5~3.5，温度45~55℃，加酶量1~3%进行正交试验。且最适料水比1：15，提取时间2.5h。单因素结果表如下图：012345671:101:121:151:181:211:241:271:301:33料水比SDF得率%图1料水比料水比—SDF得率关系图4.555.566.50.511.522.53提取时间SDF得率%图3提取时间—SDF得率关系图44.555.566.533.544.55溶液pHSDF得率%图4溶液pH—SDF得率关系图01234567800.511.52酶添加量SDF得率图5酶添加量—SDF得率关系图图2温度—SDF得率关系图012345673540455055温度SDF得率%4.3正交试验结果分析在料水比1：15、提取时间2.5小时的条件下，采用正交试验研究温度、pH、加酶量这三个因素的相互作用对SDF得率的影响，该正交试验设定三因素三水平，所选条件和实验结果见下表1.3、1.4。表1.3正交试验因素水平表水平因素ABC温度(℃)pH酶添加量%1452.51250323553.53表1.4SDF正交实验结果表实验号pH温度（℃）[E]%得率%11116.421226.231337.642127.452237.862316.673131083218.493326.6K16.7337.9337.133K27.2677.4676.733K38.3336.9338.467R1.611.734从正交试验极差分析结果（R值）可知，各因素对SDF提取率影响最大的因素酶添加量（C），其次是pH（A），影响最小是酶解温度（B）。由正交试验均值分析结果（K值）可知SDF制备最适工艺条件为A3B1C3，即pH值为3.5，酶解温度45℃，加酶量为3%。在此条件下从豆渣中提取SDF的得率最大，达到10%。1.经过原料成分分析，结果表明豆渣中豆渣的主要成分是粗纤维和蛋白质，含量分别为45.01%、24.58%，而脂肪、灰分和总糖含量比较低，只有10.5%、4.3%和5.09%。2.通过单因素实验和正交试验确定酶水解豆渣提取SDF最佳的工艺参数为：料水比：1：15；提取时间2.5h，pH为3.5，酶解温度45℃，加酶量3%。在此条件下SDF得率为10%。3.经过冷冻干燥得到的SDF，产品色泽浅，易漂白无异味。小结实验二豆渣可溶性膳食纤维理化性质的研究1.实验材料与仪器1.1实验材料实验原料：豆渣SDF（按实验一确定的工艺制备）主要试剂：盐酸羟胺、乙酸酐、三氟乙酸1.2主要设备高效液相色谱仪气相色谱仪UV—2802S型紫外可见分光光度计EQUINOX55—傅立叶变换红外光谱仪2.实验内容1）液相色谱测定豆渣SDF分子量分布2）气相色谱分析豆渣SDF单糖组分3）傅立叶变换红外光谱分析（FTIR）结构4）紫外光谱分析3.实验方法3.1液相色谱测定豆渣SDF分子量分布取Dextran葡聚糖(右旋糖酐)标准品分别进样，记录洗脱峰的保留时间，由凝胶渗透色谱GPC专用软件绘制标准曲线，以标准分子量的对数值为纵坐标，以相应色谱峰的保留时间为横坐标进行线性回归，得回归方程。根据GPC专用软件绘制的标准曲线及供试品的保留时间采用GPC专用软件计算样品各组分的重均分子量及其分子量分布。3.2气相色谱分析豆渣SDF单糖组分30mg样品+2mol/L三氟乙酸2ml→于10ml具塞试管中→塞上塞子，胶条封口→杀菌锅中120℃水解1h→自然冷却→45℃旋转蒸干去除三氟乙酸→加甲醇蒸干，重复3次→水洗2次，蒸干→加入0.5ml吡啶溶解+10mg盐酸羟胺→90℃水浴反应30min→冷却，加入0.5ml乙酸酐，90℃水浴反应30min→冷却至室温→进样分析。同时作单糖标准品（鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和木糖）GC分析，并以采用内标法（以肌醇为内标）通过以下公式进行定性定量分析:式中A样、A内样指样品图谱中样品和肌醇内标的峰面积；A标、A内标分别标准品图谱中各标准品和肌醇内标的峰面积。内标标：内样样内标标：内样样傅立叶变换红外光谱分析（FTIR）结构取干燥的样品2mg,与200mg经干燥的溴化钾粉末在红外灯下,于玛瑙研钵研磨后经压片机压片，傅立叶变换红外光谱分析仪在400～4000cm-1扫描。3.4紫外光谱分析取0.2mg/ml样品溶液于紫外分光光度计上测定其紫外光谱，扫描波段为190～700nm。4.结果与讨论4.1液相色谱测定豆渣SDF分子量分布根据3.1的方法建立标准曲线见图2.1。由图可见该方法的标准校正曲线线性良好。由标准曲线得到的回归方程为：LgMw=11.6-0.377t（其中，Mw为重均分子量，t为保留时间），相关系数达0.9989。取测试样品溶液20μL，根据3.1的方法得到豆渣SDF的分子量分布图见图2.2，软件分析结果见表2.1。由图2.2，根据标准曲线回归方程分析得到豆渣SDF的分子量分布见表2.2。由表2.2可见，分子量大于10000Da的组分占17%，分子量分布在10000～800Da的约占65%，还有16%左右的组分分子量分布在800Da以下。由此可见，从豆渣中提取的SDF产品主要分子量分布在861.805～2586.37和2586.37～9379.053，说明提取出来的SDF以中等分子量可溶性多糖为主。LogMolWt2.003.004.005.006.007.008.00RetentionTime10.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.00图2.1标准曲线2484981335130882031730330MV-2.000.002.004.006.008.0010.00Minutes12.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.0030.00图2.2豆渣SDF分子量分布图NameArea%AreaStartTimeEndTimeMnMwMP1Peak7744814.5715.18317.8501797502312782484982Peak821111512.9617.85020.2331686921815133513Peak249774130.5620.23321.7174148470530884Peak355865934.3021.71722.9831686182920315Peak61460188.9722.98323.8006386647306Peak41405058.6323.80025.467295312330表2.1豆渣SDF分子量分布HPLC测定结果表表2.2豆渣SDF各组分分子量分布及比例分子量含量%74224.96～751638.474.579379.053～74224.9612.962586.37～9379.05330.56861.805～2586.3734.399.76～424.0338.634.2气相色谱分析豆渣SDF单糖组分对单糖混标（鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖）进行气相色谱分析，其保留时间分析图见图2.3，峰面积图谱见图2.4。由图可知，各种单糖其保留时间分别为鼠李糖12.107min、阿拉伯糖13.115min、木糖13.72min、甘露糖17.26min、葡萄糖17.06min和半乳糖18.603min。肌醇（内标）保留时间为20.44min。豆渣SDF的气相色谱分析结果见图2.5，软件处理后得到的峰面积图谱见图2.6。根据出峰时间判断单糖种类，见图2.3和2.5，根据峰面积的比值确定各单糖间的比例关系，见图2.4和2.6。计算各种单糖质量，进而计算所占百分比含量。豆渣SDF单糖组成及比例见表2.3