宮貴貞，孫聰艷

（徐州工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221111）

我國(guó)是世界上加工大豆的主要國(guó)家之一。目前我國(guó)用于食品加工的大豆，每年約消耗1 000萬(wàn)t（不包括油用），按每加工1 t大豆產(chǎn)生2 t濕豆渣計(jì)算，每年約產(chǎn)生2 000萬(wàn)t濕豆渣[1]。豆渣由于含水量大，極易腐敗變質(zhì)[2]。目前沒(méi)有得到充分的利用，僅局限于用作動(dòng)物飼料或直接丟棄，少量用作各種食品的制備[3-7]，附加值低，造成了資源的極大浪費(fèi)和環(huán)境污染[8]。據(jù)分析，豆渣含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生理功能性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、維生素、微量元素、磷脂類化合物和甾醇類化合物等[9-10]，不同的加工方法，所得豆渣的成分有所不同[11]。目前對(duì)于豆渣高附加值利用集中在一些功能性成分的提取，如大豆多糖[12-14]、膳食纖維[15-16]、蛋白[17-19]和異黃酮[20-22]等的提取。

豆渣高效利用的重要前提是對(duì)其組成結(jié)構(gòu)的充分認(rèn)識(shí)。豆渣中小分子物質(zhì)的研究鮮有報(bào)道，李慧勤等[23]用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜分析研究了豆渣的香氣，檢測(cè)到一些小分子物質(zhì)。對(duì)豆渣中小分子有機(jī)質(zhì)的研究不僅可對(duì)豆渣的分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)有重要的價(jià)值，還可為從中提取高附加值化學(xué)品等的研究與利用提供科學(xué)依據(jù)。

在溫和條件下的溶劑萃取屬于非破壞性分離，可使游離或通過(guò)弱鍵結(jié)合于豆渣大分子結(jié)構(gòu)中的低分子物質(zhì)溶出，可相對(duì)真實(shí)反映豆渣的分子結(jié)構(gòu)。本研究采用乙醇在索式萃取器中對(duì)豆渣進(jìn)行了萃取。通過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜（Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）儀和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometer，GCMS）儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析，可望從分子水平上深入了解豆渣的組成結(jié)構(gòu)，為高效利用豆渣資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆用水浸泡12 h后經(jīng)豆?jié){機(jī)粉碎，過(guò)濾所得新鮮濕豆渣。

乙醇（分析純） 天津市大茂化學(xué)試劑廠，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸餾后使用。

1.2 儀器與設(shè)備

RE52CS-1型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠；DHT型攪拌調(diào)溫電熱套 山東鄄城華魯電熱儀器有限公司；DZF6020型真空干燥箱 上海賀德實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ALPHA型FTIR 德國(guó)Bruker公司；7890-5975C型GC-MS 美國(guó)Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 豆渣預(yù)處理

將新鮮濕豆渣于65 ℃條件下真空干燥24 h，然后保持真空狀態(tài)冷卻至室溫，取出干豆渣放入研缽中反復(fù)研磨，過(guò)150 目篩，置于干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 豆渣有機(jī)溶劑萃取流程

稱取干燥的豆渣樣品5 g，量取120 mL乙醇，于改進(jìn)的索氏萃取器中，對(duì)豆渣進(jìn)行連續(xù)萃取5 h。萃取結(jié)束，冷至室溫，將萃余殘?jiān)〕鲋糜谡婵崭稍锵渲懈稍铮Q質(zhì)量后用FTIR進(jìn)行分析。萃取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在常壓下蒸除大部分溶劑，然后將濃縮液移至樣品瓶中，使剩余少量溶劑自然揮發(fā)至恒質(zhì)量，得到乙醇萃取物（ethanol extract，EE），稱質(zhì)量、分析。

1.3.3 儀器分析

GC-MS分析，DB-5MS型石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；氦氣流速1.0 mL/min；分流比50∶1，進(jìn)樣量1 μL。進(jìn)樣口溫度250 ℃；電子電離（electron ionization，EI）源，離子化電壓70 eV，離子源溫度230 ℃；質(zhì)量掃描范圍29～400 u。升溫程序?yàn)椋浩鹗紲囟?0 ℃，保溫3 min，以10 ℃/min升溫速率升至100 ℃，保溫2 min，再以10 ℃/min升溫速率升至250 ℃，保溫3 min。對(duì)鑒定化合物按概率匹配（probability-based matching，PBM）法與NIST 05a譜庫(kù)化合物標(biāo)準(zhǔn)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)檢索對(duì)照，根據(jù)置信度或相似度確定化合物的結(jié)構(gòu)。對(duì)于譜庫(kù)難于確定的化合物則依據(jù)GC保留時(shí)間、主要離子峰及特征離子峰、分子質(zhì)量和同位素峰等與文獻(xiàn)色譜、質(zhì)譜資料相對(duì)照進(jìn)行解析，各組分的相對(duì)含量采用峰面積歸一化法進(jìn)行計(jì)算。

1.3.4 萃取率（y）計(jì)算公式

式中：m0為豆渣樣品質(zhì)量/g；m1為乙醇萃取物質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取率

萃取液的顏色隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸加深，說(shuō)明豆渣中的有機(jī)質(zhì)為逐漸析出，在本實(shí)驗(yàn)萃取5 h時(shí)，得棕黃色油狀物，萃取率為12.7%。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，豆渣中有機(jī)質(zhì)呈規(guī)律性析出。

2.2 萃取物的FTIR分析

圖1所示為原料豆渣、萃余殘?jiān)癊E的紅外光譜圖。由圖1可見(jiàn)，原料和萃余殘?jiān)募t外譜圖基本一致，而萃取物的吸收峰與前兩者有所不同。圖中所示在3 500～3 300 cm－1間寬而強(qiáng)的吸收峰表示OH所形成締合結(jié)構(gòu)的伸縮振動(dòng)吸收峰，在原料豆渣、萃余殘?jiān)癊E中均較強(qiáng)，表明OH締合結(jié)構(gòu)在3種物質(zhì)中均占有較大比重，在EE中該峰強(qiáng)度略強(qiáng)于前兩者的吸收強(qiáng)度。2 921、2 820、1463 cm－1左右的吸收峰代表了CH3—和—CH2—的伸縮振動(dòng)峰及面內(nèi)彎曲振動(dòng)，此三位置的吸收依萃余物、原料及EE的順序依次增強(qiáng)，表明乙醇能將含這些官能團(tuán)的小分子物質(zhì)從豆渣的大分子結(jié)構(gòu)中提取出來(lái)。2 100～2 400 cm－1間吸收峰為三鍵或累積雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)以及蛋白質(zhì)和氨基酸、銨鹽類化合物中—NH4+的多重復(fù)合譜帶，EE中該區(qū)間的吸收強(qiáng)于原料及萃余物；1 746 cm－1為C＝O的吸收峰，EE中該峰的吸收遠(yuǎn)強(qiáng)于原料及萃余殘?jiān)赡芤掖伎梢耘cC＝O中的氧形成氫鍵，從而提高含C＝O官能團(tuán)的物質(zhì)在乙醇中的溶解性，從而使之有效提取出。1 162 cm－1代表C—O的吸收峰，包括醚鍵和醇鍵，原料豆渣、萃余殘?jiān)癊E中均有吸收，三者吸收強(qiáng)度相當(dāng)，說(shuō)明萃余殘?jiān)腥匀缓休^豐富含該類官能團(tuán)物質(zhì)；722 cm－1是C—H鍵的平面外搖擺振動(dòng)的吸收帶，表示相鄰的CH2數(shù)目（n）≥4時(shí)的吸收，在EE中該處吸收與原料豆渣及萃余物中有明顯的區(qū)別，EE中的吸收明顯強(qiáng)于原料豆渣，萃余物中該處吸收幾乎看不出，表明帶CH2的鏈結(jié)構(gòu)可以從豆渣中有效提出。3 040、1 600 cm－1及700～970 cm－1左右的吸收峰，表示芳香結(jié)構(gòu)的存在，但強(qiáng)度較弱，表明芳香結(jié)構(gòu)在豆渣中含量較低，這幾組吸收峰，在EE中的吸收均強(qiáng)于原料及殘?jiān)?，表明乙醇能將含芳環(huán)物質(zhì)從豆渣中富集出來(lái)。540 cm－1左右吸收峰代表了含硫官能團(tuán)的存在，原料豆渣及萃余殘?jiān)性摲逦站鶑?qiáng)于EE，說(shuō)明乙醇在該實(shí)驗(yàn)條件下較難將含硫的物質(zhì)萃取出來(lái)。

圖1 原料豆渣、萃余殘?jiān)癊E的紅外光譜圖Fig.1 FTIR spectras of soybean dregs, residues after ethanolic extraction and ethanol-extractable fraction

2.3 萃取物的GC-MS分析

利用GC-MS對(duì)萃取物進(jìn)行分析，總離子流色譜圖（total ion chromatograms，TIC）如圖2所示，共鑒定出35 種化合物，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的不同，將這些物質(zhì)分為烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酸、酯及其他類物質(zhì)（other species，OSs）7 類組分，其相對(duì)應(yīng)的化合物列于表1。各組分的相對(duì)含量分布見(jiàn)圖3，各組分相對(duì)含量按從高到低為：醛＞OSs＞酯＞烷烴＞芳香烴＞烯烴＞酸；其中醛的含量（66.8%）最高，遠(yuǎn)高于其他物質(zhì)含量，酸的含量最低僅為0.7%。

圖2 豆渣EE的總離子流色譜圖Fig.2 TIC of ethanol-extractable fraction from soybean dregs

表1 豆渣EE中檢測(cè)到的化合物Table 1 Compounds identified in ethanol-extractable fraction from soybean dregs

如表1所示，共檢測(cè)到6 種烷烴，相對(duì)含量為5.6%。其中5 種直鏈烴（十六碳烷、十七碳烷、十八碳烷、二十碳烷及二十三碳烷），僅1 種支鏈烴（2,6,10,14-四甲基十六碳烷），這些長(zhǎng)鏈烷烴可能主要來(lái)自于黃豆的蠟質(zhì)層。正構(gòu)烷烴是一類重要的化工原料，可用于氯化石蠟、月桂二酸、巴西二酸、長(zhǎng)鏈二元酸或高級(jí)香料、尼龍塑料、農(nóng)藥乳化劑、脂肪醇、可被降解的合成洗滌劑、塑料增塑劑、化肥添加劑及化妝品、蛋白濃縮物等。目前正構(gòu)烷烴主要來(lái)源于石油和天然氣等化石資源，其價(jià)格受國(guó)際市場(chǎng)油價(jià)的影響。若能從豆渣中分離出這些物質(zhì)，將減少其對(duì)化石資源的依賴程度，大大降低其市場(chǎng)價(jià)格。烯烴和芳香烴各檢測(cè)到3種物質(zhì)，且相對(duì)含量均較低，前者為2.6%，后者為4.0%。

醛類共檢測(cè)到9 種物質(zhì)，主要為不飽和醛，其中4 種一烯醛（（E）-2-己烯醛、（E）-2-庚烯醛、（E）-2-癸烯醛和（Z）-2-癸烯醛），4 種二烯醛（（E,E）-2,4-庚二烯醛、（Z,Z）-2,4-庚二烯醛、（2E,4E）-2,4-癸二烯醛及（2Z,4Z）-2,4-癸二烯醛）；只有一種飽和醛壬醛。醛的相對(duì)含量在EE萃取物中最高，高達(dá)66.8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他組分，其中（2E,4E）-2,4-癸二烯醛的相對(duì)含量又是該類物質(zhì)中最高的，為22.8%。烯醛類化合物具有特殊的香氣，在香精行業(yè)具有重要的地位[24]。（E,E）-2,4-庚二烯醛呈青草、脂肪、水果和香辛料氣味，主要用于配制藍(lán)莓、樹(shù)莓和雜錦水果等型香精。（2E,4E）-2,4-癸二烯醛呈強(qiáng)烈的雞香和雞油味，屬于允許使用的香料，主要用于配制雞肉香精及土豆片、柑橘、油炸品和香辛型食品。目前烯醛主要通過(guò)合成方法制備，烯醛在豆渣中的含量較高，若能從中分離出烯醛產(chǎn)品將大大降低該類物質(zhì)的價(jià)格，同時(shí)提高豆渣的利用價(jià)值。

圖3 豆渣EE不同類別化合物的相對(duì)含量分布圖Fig.3 Relative contents of the chemical groups of compounds detected in ethanol-extractable fraction from soybean dregs

如表1所示，只檢測(cè)到2 種酸Z-11-十六碳烯酸和油酸，含量?jī)H為0.7%。表明豆渣中脂肪酸可能主要以其他形式比如酯的形式存在。酯類化合物共檢測(cè)到6 種，其中4 種脂肪酸酯（十六烷酸甲酯、十六烷酸乙酯、亞油酸甲酯及亞油酸乙酯），2 種鄰苯二甲酸二酯（鄰苯二甲酸二異丙基酯和鄰苯二甲酸二丁基酯）。相對(duì)含量為7.8%，其中2 種鄰苯二甲酸二酯的含量共計(jì)為4.7%。這些酸和酯都具有重要的應(yīng)用價(jià)值，如油酸是人體必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在腫瘤的預(yù)防和治療中能發(fā)揮積極的作用，還可作為溶劑或表面活性劑在制備單分散納米晶材料方面有著重要的作用[25]。鄰苯二甲酸酯廣泛用于生產(chǎn)樹(shù)脂、塑料、涂料、增塑劑及其他一些高端材料等[26]。

OSs共檢測(cè)到6 種物質(zhì)，其中1 種醇（2-甲基-2-己醇）、1 種酮（（E）-3-甲基-3-庚烯-2-酮），其余均為含氮化合物。相對(duì)含量為12.5%，在該類物質(zhì)中N-羥乙基棕櫚酰胺的含量最高為6.9%。

3 結(jié) 論

在索式萃取器中，用乙醇對(duì)豆渣進(jìn)行了萃取。在萃取物中共檢測(cè)到35 種小分子有機(jī)物，主要為烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酸、酯及OSs 7 類組分。其中醛的含量（66.8%）最高，遠(yuǎn)高于其他物質(zhì)含量，酸的含量最低，僅為0.7%。這些有機(jī)物中含有一些高附加值化合物如烯醛、油酸及鄰苯二甲酸酯等。該研究在開(kāi)發(fā)豆渣的高附加值利用方面具有重要的參考理論意義。

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