豆渣中多糖超聲輔酶法的提取工藝研究

張佳怡， 郎伍營，2，高薪淞，曹湘韻，趙翰童欣，趙永平

（1.商洛學院生物醫藥與食品工程學院，陜西商洛 726000；2.商洛學院商洛市糧食工程技術研究中心，陜西商洛 726000；3.商洛學院電子信息與電氣工程學院，陜西商洛 726000）

0 引言

豆渣是豆漿、豆腐等豆制品在生產加工過程中產生的具有一定營養價值的副產品，因存在豆腥味較重、易變質，危害生態環境等問題很難被充分利用[1]。豆渣多糖作為植物多糖與大多數植物多糖一樣具有抗氧化功效和抑菌性，是一種天然活性物質，主要結構為豆渣多糖中的β-1,4-半乳聚糖結構，同時因可清除自由基具有抗腫瘤功效[2-3]。豆渣中多糖的提取方法有熱水浸提法[4-6]、超聲輔助法、復合酶法[7]等，3 種方法中熱水浸提法時間過長，超聲輔助法較復合酶法提取粉質較細膩但提取率低[7]，綜合前三者方法優缺點選取超聲輔助復合酶法提取豆渣多糖，以期尋找到更高效率提取豆渣中多糖的方法，為合理利用豆渣及生產豆渣新產品提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：東北小粒黃豆，牡丹江小馮電子商務有限公司提供；D-無水葡萄糖標準品，合肥美博生物科技有限責任公司提供；酸性蛋白酶、纖維素酶、無水檸檬酸、檸檬酸鈉，均為食品級，河南萬邦化工科技有限公司提供。

儀器：智能型電熱恒溫鼓風干燥箱，上?，槴\試驗設備有限公司產品；TDL-6 型低速冷凍離心機，四川蜀科儀器有限公司產品；HH-4 型數顯恒溫水浴鍋，上海力辰邦西儀器科技有限公司產品；DF-101D 型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、YRE-2000E 型旋轉蒸發儀、SHZ-D（Ⅲ）型循環水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責任公司產品；TP-313 型電子天平，丹佛儀器有限公司產品；X-8 型紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司產品；KQ-2500M型靜音超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產品；800C 型多功能粉碎機，永康市紅太陽機電有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 豆渣多糖提取方法

（1）豆渣多糖的提取工藝流程。黃豆→浸泡（12 h）→打磨→過濾→烘干→取豆渣→加蒸餾水→加復合酶（纖維素酶、果膠酶）→加檸檬酸-檸檬酸鈉調pH 值至5→置于超聲波清洗器中→在100 ℃滅酶→過濾取濾液→濃縮→乙醇沉淀（12 h）→離心→恒溫干燥→干豆渣多糖。

（2）豆渣的前期制備。將黃豆提前清洗并浸泡12 h，以1∶10（濕黃豆∶蒸餾水）的比例將黃豆放入料理機內打磨，加工完畢后使用濾布過濾，此時濾布上殘留物質為豆渣，豆渣收集后于干燥箱內60 ℃烘干5 h 至恒質量，粉碎，于干燥處保存，備用。

（3）豆渣多糖的提取流程。取豆渣2 g 置于燒杯內，取適量纖維素酶和酸性蛋白酶置于燒杯內，加入適量蒸餾水，加檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液調節pH值至5。將燒杯置于靜音超聲波清洗器內一定時間后取出，再于100 ℃條件下將所得溶液滅酶10 min，使用真空泵抽取濾液，將濾液旋轉蒸發至原體積1/5得到濃縮液，加入濃縮液3 倍體積無水乙醇于4 ℃冰箱內冷藏靜置12 h 過夜。靜置后將溶液從燒杯內移至離心管內，使用離心機離心（以轉速4 000 r/min離心15 min），取沉淀物使用乙醇丙酮混合液進行抽濾，得到濕豆渣多糖，將濕豆渣置于干燥箱內于50 ℃條件下烘干至恒質量，最終得到干燥的豆渣多糖。

1.2.2 豆渣提取率測定方法

根據黃群等人[8]的方法稍微修改，得到葡萄糖濃度-吸光度標準曲線Y=1.537 1X+0.026 2，R2=0.999 8。豆渣多糖提取率的計算公式：

式中：H——豆渣的多糖提取率，%；

C——樣品溶液中多糖質量濃度，mg/mL；

N——樣品溶液的稀釋倍數；

V——測定體積，mL；

m——樣品的質量，mg。

1.2.3 豆渣多糖單因素試驗方法設計

（1）超聲功率單因素試驗設計。稱量2 g 豆渣，固定料液比1∶25，超聲溫度60 ℃，超聲時間40 min，復合酶添加量2.5 %，復合酶比1∶1，分別以超聲功率150，175，200，225，250 W 做單因素試驗分析，使用紫外分光光度計測量其吸光度，最終得到相關數據分析超聲功率對提取率的影響。

（2）超聲時間單因素試驗設計。稱量2 g豆渣，固定料液比1∶25，超聲溫度60 ℃，超聲功率150 W，復合酶添加量2.5%，復合酶比1∶1，分別以超聲時間10，20，30，40，50 min 做單因素試驗分析，使用紫外分光光度計測量其吸光度，最終得到相關數據分析超聲時間對提取率的影響。

（3）超聲溫度單因素試驗設計。稱量2 g 豆渣，固定料液比1∶25，超聲時間40 min，超聲功率150 W，復合酶添加量2.5%，復合酶比1∶1，分別以超聲溫度40，50，60，70，80 ℃做單因素試驗分析，使用紫外分光光度計測量其吸光度，最終得到相關數據分析超聲溫度對提取率的影響。

（4）料液比單因素試驗設計。稱量2 g 豆渣，固定超聲溫度60 ℃，超聲時間40 min，超聲功率150 W，復合酶添加量2.5 %，復合酶比1∶1，分別以料液比1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35做單因素試驗分析，使用紫外分光光度計測量其吸光度，最終得到相關數據分析料液比對提取率的影響。

（5）復合酶添加量單因素試驗設計。稱量2 g 豆渣，固定料液比1∶25，超聲溫度60 ℃，超聲時間40 min，超聲功率150 W，復合酶比1∶1，分別以復合酶添加量1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，3.5%做單因素試驗分析，使用紫外分光光度計測量其吸光度，最終得到相關數據分析復合酶添加量對提取率的影響。

（6）復合酶組成比例單因素試驗設計。稱量2 g豆渣，固定料液比1∶25，超聲溫度60 ℃，超聲時間40 min，超聲功率150 w，復合酶添加量2.5%，分別以復合酶組成比例1∶1，1∶2，2∶1，1∶3，3∶1（纖維素酶∶酸性蛋白酶）做單因素試驗分析，使用紫外分光光度計測量其吸光度，最終得到相關數據分析復合酶組成比例對提取率的影響。

1.2.4 正交試驗設計

根據單因素試驗結果數據，挑選其中影響豆渣多糖提取率高的3 個因素，采用L9（34）表做三因素三水平正交試驗[9]，根據正交表得出的極差數據分析得出最優提取條件。

2 結果與分析

2.1 豆渣多糖提取率單因素分析

2.1.1 超聲功率對豆渣多糖提取率的影響

超聲功率對豆渣多糖提取率的影響見圖1。

圖1 超聲功率對豆渣多糖提取率的影響

由圖1 可知，當超聲功率為225 W 時，豆渣多糖提取率最高；低于225 W 時隨著功率提高豆渣多糖提取率升高，可能是因為隨著超聲功率的升高，其粉碎物質的能力增強，物質粉碎程度加重，物質析出的量越多；當超聲功率大于225 W 時提取率降低，可能是因為當超聲功率過高時其他雜質被溶出，導致多糖提取率降低。

2.1.2 超聲時間對豆渣多糖提取率的影響

超聲時間對豆渣多糖提取率的影響見圖2。

圖2 超聲時間對豆渣多糖提取率的影響

由圖2 可知，當超聲時間為30 min 時，豆渣多糖提取率最高；低于30 min 時隨著時間增長豆渣多糖提取率增高，可能是因為隨著時間增加，更多多糖被析出，使多糖濃度增高；當超聲時間大于30 min 后豆渣多糖提取率降低，可能是因為隨著反應時間增長，更多的雜質溶于蒸餾水內，降低多糖純度，導致多糖提取率降低。

2.1.3 超聲溫度對豆渣多糖提取率的影響

超聲溫度對豆渣多糖提取率的影響見圖3。

圖3 超聲溫度對豆渣多糖提取率的影響

由圖3 可知，當超聲波溫度為60 ℃時，豆渣多糖提取率最高；低于60 ℃時隨著溫度升高豆渣提取率升高，可能是由于隨著溫度升高，多糖更容易析出，豆渣多糖提取率增高；當超聲溫度高于60 ℃時多糖提取率降低，可能是由于溫度過高導致多糖結構被破壞。

2.1.4 料液比對豆渣多糖提取率的影響

料液比對豆渣多糖提取率的影響見圖4。

圖4 料液比對豆渣多糖提取率的影響

由圖4 可知，當料液比為1∶25 時，豆渣多糖提取率最高；低于1∶25 時隨著料液比增大，豆渣多糖提取率增高，可能是隨著料液比增高，可溶于蒸餾水內的多糖增多，使豆渣多糖提取率升高；當料液比高于1∶25 時豆渣多糖提取率降低，可能是因為單位面積提取出的豆渣多糖濃度降低。

2.1.5 復合酶添加量對豆渣多糖提取率的影響

復合酶添加量對豆渣多糖提取率的影響見圖5。

圖5 復合酶添加量對豆渣多糖提取率的影響

由圖5 可知，當復合酶添加量為2.0%時，豆渣多糖提取率最高；低于2.0%時隨著復合酶添加量的增多，豆渣多糖提取率升高，可能是由于底物與復合酶充分接觸，酶分解豆渣更加徹底，導致豆渣多糖濃度增大；當復合酶添加量高于2.0%時豆渣多糖提取率降低，可能是由于進一步反應分解出雜質過多。

2.1.6 復合酶組成比例對豆渣多糖提取率的影響

豆渣多糖復合酶組成比例對豆渣多糖提取率的影響見表1。

表1 豆渣多糖復合酶組成比例對豆渣多糖提取率的影響

由表1 可知，復合酶最佳比例為纖維素酶∶酸性蛋白酶為3∶1，最高提取率為7.838 1%。由結果可知，纖維素酶占比高的試驗組提取率高，酸性蛋白酶的作用較小，原因可能是纖維素酶發揮作用是水解纖維素，在豆渣中纖維素占比較大，水解纖維素較多，豆渣分解較徹底，豆渣多糖提取率較高。

2.2 正交試驗設計及其結果分析

2.2.1 正交試驗設計表

根據單因素結果，影響因素選擇超聲時間、超聲功率、復合酶添加量，考查指標是紫蘇葉多糖提取率，進行L9（33）正交試驗。

正交試驗設計見表2。

表2 正交試驗設計

2.2.2 正交試驗結果分析

正交分析試驗結果見表3。

表3 正交分析試驗結果

由表3 可知，超聲功率影響最大，其次為超聲時間，最后是復合酶添加量。3 種因素的極差對比空白項極差，除復合酶添加量以外，其他2 個因素極差均大于空白項極差證明因素具有可分析性，同時，由K 和K 值可得各因素最優水平分別為A1，B2，C1，因此豆渣多糖最優提取工藝為A1B2C1，即超聲時間25 min，超聲功率225 W，復合酶添加量2.0%。

2.3 驗證性試驗

為驗證正交試驗結果的準確性和重復性，按最優提取工藝進行重復試驗3 次。3 次驗證試驗結果基本一致，表明優化的提取工藝合理可行、穩定性好。

豆渣葉多糖提取率正交試驗的驗證試驗結果見表4。

表4 豆渣葉多糖提取率正交試驗的驗證試驗結果/%

3 結論

以廢棄物豆渣重新利用為研究點，對豆渣內有效成分多糖的提取工藝進行優化。根據單因素試驗分析和正交試驗分析可得出最佳提取條件為超聲功率225 W，超聲波時間25 min，超聲波溫度60 ℃，料液比1∶25，復合酶添加量2.0%，復合酶組成比例（纖維素酶∶酸性蛋白酶）為3∶1，此條件下豆渣多糖提取率為8.869 6%。

豆渣中含有豐富營養物質，但豆渣因多種不利因素難以直接利用，豆渣中含有豐富的易于提取的豆渣多糖，所以研究豆渣間接利用不但具有一定的經濟價值，而且可以減少對環境的損耗[10]。豆渣多糖提取工藝的研究較多，但提取工藝條件各不相同。李銀峰等人[11]采用酸浸提法提取豆渣中多糖，最佳工藝條件為提取液pH 值3.0，料液比1∶25，提取時間1.5 h 時，提取率可達4%左右。高晶晶等人[4]使用熱水浸提法提取豆渣中多糖，提取時間為4.2 h，提取溫度為50 ℃，料液比為1∶30（g∶mL），最高提取率為6.29%。以上試驗提取時間相對較長，而且提取率低，證明試驗采用的工藝對豆渣多糖的提取率具有一定的優化性。此外，傅晶依等人[7]研究超聲波輔助提取法和復合酶解提取法，2 種方法的提取率分別為6.13%和7.72%，2 種方法的提取率皆低于試驗使用的超聲波輔酶法，且試驗中超聲輔酶法比超聲波提取時間較短。分析其可能原因是超聲波能夠擊破自身組織，易于組織內生物活性物質析出，再用酶的高效選擇性，獲得的多糖產物性質穩定、活性高。為后續豆渣的廢物利用及新產品的研發提供了理論支撐。