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        不同來源大豆水溶性多糖理化性質的研究

        2016-12-03 02:36:03于培玲徐正康黃鈺雯黃立新
        中國釀造 2016年10期
        關鍵詞:表面張力水溶性灰分

        于培玲,徐正康,黃鈺雯,黃立新*

        (1.華南理工大學食品科學與工程學院,廣東廣州510640;2.廣州雙橋股份有限公司,廣東廣州510280)

        不同來源大豆水溶性多糖理化性質的研究

        于培玲1,2,徐正康1,2,黃鈺雯1,黃立新1*

        (1.華南理工大學食品科學與工程學院,廣東廣州510640;2.廣州雙橋股份有限公司,廣東廣州510280)

        大豆多糖是從豆渣中提取出來的酸性水溶性多糖,具有乳化穩(wěn)定性、抗黏結性、成膜性等特性,可廣泛應用在食品加工中。該文使用紅外光譜、紫外-可見光譜和高效液相色譜(HPLC)等儀器,測定國內外不同大豆多糖的分子鍵類型、紫外-可見光特征吸收、糖組分等理化特性。結果表明,國產1#樣品的灰分、黏度、表面張力小,乳化性一般,蛋白、二糖、葡萄糖和果糖的含量相對較高,溶液吸光度值最大;國產2#樣品的紅外光譜和3#樣品相近,但乳化性較差,呈碎片狀,與1#、3#樣品的近球狀差別較大;國外3#樣品的表觀黏度為90.0~204.3 mPa·s,表面張力介于31.2~51.6 mN/m2,在同等條件下較1#、3#樣品高;其乳化性能較好,綜合顏色等因素,3#大豆多糖樣品的性能最好。

        大豆多糖;糖組分;黏度;乳化性;理化性質

        豆渣為加工豆乳、腐竹、醬油[1]等大豆制品所余的副產物,其水分含量較高(通常85%左右),運輸不便,極易變質,一般作為飼料或者廢棄物,既浪費又污染環(huán)境[2-3]。大豆水溶性多糖為豆渣提取的天然多糖,主要由阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、半乳糖、葡萄糖和半乳糖醛酸等多種單糖或糖衍生物單元構成[4]。在水溶性大豆多糖類中,含有與蛋白質結合的多糖類,多糖部分為親水基,蛋白部分為疏水基,由此具有乳化功能和優(yōu)良的應用特性,可作為乳化劑用于食品體系[5],穩(wěn)定酸性乳飲料中的蛋白質[6-7]和抑制脂類氧化[8];大豆多糖可以促進腸道有害物質的吸附與排泄,促進礦物質的吸收利用,調節(jié)血脂和血糖等;在抑菌、免疫調節(jié)和抗病毒方面也有一定的功效[9-12]。

        國外對大豆多糖的研究已有很多報道,并已進行了工業(yè)化生產及應用[13],近些年來,國內對大豆多糖的研究力度逐漸加大,但是主要停留在對大豆多糖提取方法的研究上,針對大豆多糖的性質研究還不是很系統(tǒng)、全面,只是停留在單一的X-射線衍射[14]、紅外光譜[15]、黏度性質[16]的分析和比較上。本研究收集了國內外多個不同來源的水溶性大豆多糖產品,測定其蛋白、灰分、pH、糖組分等理化指標,以及微觀結構和黏度、表面張力、乳化性等理化性質,比較其性能方面的差異,為改進大豆多糖產品的生產、評價和控制產品品質提供指導。

        1 材料與方法

        1.1材料與試劑

        1#大豆多糖樣品:廣州某公司產品,棕褐色粉末;2#大豆多糖樣品:河南平頂山某公司產品,淡黃色粉末;3#大豆多糖樣品:日本某公司產品,乳白色粉末。

        1.2儀器與設備

        DDS-307型電導率儀:上海精密科學儀器有限公司;PW4400/40原子熒光光譜儀:荷蘭帕納科公司;Waters 2695高效液相色譜儀(high performance liquid chromatography,HPLC):美國Waters公司;S3700N型掃描電鏡:日本Hitachi公司;UNICANUV500型紫外-可見分光光度計、NICOLET-6700型紅外光譜:美國Thermo公司;D-MAX2200VPC X-射線衍射(X-ray diffraction,XRD)儀:日本RIGAKU公司;DV-1型Prime旋轉黏度計:美國Brookfield公司;K11-MK1(XX40-0003)型表面張力計:德國KRUSS GmbH公司;T25數(shù)字均質乳化機:德國IKA公司。

        1.3實驗方法

        1.3.1基本指標

        水分含量:采用105℃烘箱干燥法;蛋白質含量:采用凱氏定氮法;灰分含量:參照國標GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》中的方法;配制質量分數(shù)5.0%的大豆多糖樣品溶液,室溫條件下分別用酸度計及電導率儀測定pH和電導率。

        1.3.2樣品灰分的元素分析

        大豆多糖樣品充分灼燒灰化,將大豆多糖樣品的灰分進行硼酸壓片,利用X射線熒光光譜(X-ray fluorescence,XRF)法測定大豆多糖中碳、氫、氧元素外的元素種類及其含量比例。

        1.3.3糖組分

        大豆多糖樣品用去離子水溶解,精濾配成質量濃度約1 mg/100 mL的多糖溶液,利用高效液相色譜儀測定其中的糖分。高效液相色譜檢測條件:流動相為超純水,流速為0.6mL/min;菲羅門鈣離子柱(300 mm×7.8 mm),柱溫85℃;折光示差檢測器,溫度40℃;進樣量20 μL。

        1.3.4電鏡觀察

        樣品用導電膠固定,真空噴金處理,放入電鏡中,觀察拍攝樣品顆粒形貌。

        1.3.5紫外-可見光吸收特征

        配制1.0 mg/100 mL的樣品溶液,在190~800 nm波長范圍內進行掃描,觀察樣品的紫外-可見光吸收特征。

        1.3.6紅外光譜

        采用溴化鉀(KBr)壓片的方法。在波數(shù)400~4000cm-1范圍下進行紅外光譜掃描。

        1.3.7X-射線衍射

        測定條件:銅靶,管流30 mA,管壓30 kV,掃描速度3°/min,掃描步長0.02°。掃描方式:連續(xù),重復一次,掃描范圍:5~80°。

        1.3.8黏度

        大豆多糖樣品水溶配制成質量分數(shù)為15%的多糖溶液,用旋轉黏度計在合適的轉速下,測定在20~70℃條件下的表觀黏度。

        1.3.9表面張力[17]

        大豆多糖樣品水溶配制成質量分數(shù)為1%~5%的多糖溶液,采用表面張力計在室溫條件下測定其表面張力。

        1.3.10乳化性能[18]

        準確稱取0.100 0 g大豆多糖樣品,溶解于25 mL蒸餾水中,加入5 mL大豆油,均質(3 000 r/min)1 min,得到乳狀液,移至10 mL的離心管中,以3 500 r/min離心15 min,記錄乳化層高度和液體總高度。乳化能力按如下公式計算:

        2 結果與分析

        2.1基本指標

        各樣品在室溫條件下均水溶,溶解性好,其水分、蛋白質、灰分、pH、電導率等理化指標的測定結果見表1。

        表1 大豆多糖樣品的理化指標測定結果Table 1 Determination results of physicochemical indexes of soybean polysaccharides samples

        由表1可知,樣品的蛋白含量相差較大,1#大豆多糖樣品的蛋白質含量為8.42%,2#、3#大豆多糖樣品蛋白質含量相對較低,分別為3.43%、4.82%。豆渣原料、提取方法、工藝條件及其純化精制工藝的不同差異,是造成不同來源的大豆多糖產品蛋白質含量存在差別的主要原因。

        1#大豆多糖樣品的灰分最低,2#、3#大豆多糖樣品的較為接近,分別為6.49%、6.72%。樣品溶液的電導率都較高(自來水的電導率為0.15~0.40 mS/cm),1#和2#大豆多糖樣品的電導率接近,分別為2.57 mS/cm、2.47 mS/cm,3#大豆多糖樣品電導率較高,為3.37 mS/cm,與它們?yōu)殡x子性的多糖和結合較多的(金屬)陽離子有關,也是樣品灰分的來源。另外,1#、3#大豆多糖樣品的pH值較低,分別為4.61、5.50,2#大豆多糖樣品的pH較高,為6.79,接近中性,與水解后的中和以及除灰精制等操作條件有關。1#、3#大豆多糖樣品的水分含量接近,分別為9.89%、10.92%,2#大豆多糖樣品的水分含量較高,為12.52%。

        2.2樣品灰分的XRF分析

        各樣品灰分的XRF分析結果見表2。由表2可知,各樣品灰分中的Ca、K元素含量比例均最大或較大,占其灰分元素總量的73%以上。1#、2#大豆多糖樣品中Ca元素含量幾乎為3#大豆多糖樣品的兩倍;2#大豆多糖樣品中的K元素含量最低,而3#樣品灰分中的K元素含量比例最大,超過50%,可能與樣品生產過程中所用試劑,處理條件不同有關。

        表2 大豆多糖樣品的XRF分析結果Table 2 Results of XRF analysis of soybean polysaccharides

        2.3高效液相色譜分析

        樣品溶液的色譜圖見圖1,各糖組分的含量比例測定結果見表3。

        圖1 大豆多糖樣品的高效液相色譜圖Fig.1 HPLC chromatogram of soybean polysaccharides samples

        表3 大豆多糖樣品中糖組分高效液相色譜分析結果Table 3 HPLC analysis results of sugar compositions in soybean polysaccharides samples%

        由圖1和表3可知,各樣品均主要由三糖和四糖及以上的組分組成(分別占總糖含量的44.02%、67.25%、76.88%)。其中1#大豆多糖樣品中含有一定量的二糖、葡萄糖和果糖,含量比例合計超過14%,具有較高的還原性;2#、3#大豆多糖樣品幾乎不含有二糖,含有0.7%~2.3%的果糖和葡萄糖。

        2.4掃描電鏡分析

        各樣品的電鏡結果見圖2。由圖2可知,1#和3#大豆多糖樣品形態(tài)基本呈球狀,幾十微米到100微米的大小,應為噴霧干燥所得的結果,1#大豆多糖樣品中球狀顆粒有破裂,3#大豆多糖樣品的球狀顆粒上聯(lián)接有小球狀的顆粒;2#大豆多糖樣品呈碎片狀,不規(guī)整,無定型,顆粒也較小,與1#、3#大豆多糖樣品的顆粒形態(tài)相差很大,可能固體樣為粉碎所得的結果。

        圖2 大豆多糖樣品SEM圖片(200×)Fig.2 SEM photographs of soybean polysaccharides samples(200×)

        2.5紫外-可見吸收特征

        樣品的紫外-可見吸收光譜掃描結果圖3。由圖3可知,2#和3#大豆多糖樣品在波長300 nm處均有吸收峰,1#大豆多糖樣品在波長347 nm處有吸收峰,最大吸光度值為2.42,較2#和3#大豆多糖樣品都大。1#大豆多糖樣品富含蛋白質以及較多量的二糖、葡萄糖和果糖,在加熱水解的生產過程中,容易發(fā)生美拉德反應,精制有限,可能還未進行脫色處理,故其樣品粉末呈棕褐色,較2#、3#大豆多糖樣品深,溶液有最大的吸光度值。

        圖3 大豆多糖樣品的紫外-可見光吸收光譜掃描結果Fig.3 Ultraviolet-visible spectroscopy scan results of soybean polysaccharides samples

        2.6紅外光譜

        各樣品的紅外譜圖見圖4。由圖4可知,樣品均在波數(shù)3 500~3 200 cm-1和1 700~900 cm-1都有吸收峰。其中波數(shù)3 380 cm-1處的吸收峰是由于-OH的伸縮振動產生的;波數(shù)1 655~1 615 cm-1吸收峰則表明大豆多糖樣品中可能有羰基(C=O)的存在;波數(shù)1 100~1 000 cm-1吸收峰則表明醚鍵(-C-O-C-)的存在[19]。

        將3#大豆多糖樣品的紅外譜圖加入sample IR spectral search譜圖庫中,檢索發(fā)現(xiàn)1#、2#大豆多糖樣品的紅外譜圖與3#樣品的匹配度分別為87.28%、98.61%,1#大豆多糖樣品在波數(shù)1 730 cm-1處存在肩峰,與其他樣品有差別,可能是因為1#大豆多糖樣品純度較低引起的。

        圖4 大豆多糖樣品的紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectrogram of soybean polysaccharides samples

        2.7XRD衍射譜圖

        各樣品的XRD衍射譜圖結果見圖5。XRD衍射譜圖主要反映物質內部的晶體結構類型,由圖5可知,樣品都呈現(xiàn)無定型的狀態(tài),2#和3#大豆多糖樣品的XRD譜圖曲線基本相同,具有相似的聚集狀態(tài)。

        圖5 大豆多糖樣品的X-衍射譜圖Fig.5 X-diffraction spectrogram of soybean polysaccharides samples

        2.8黏度

        質量分數(shù)15.0%的大豆多糖樣品水溶液,在20~70℃條件下表觀黏度的測定結果見表4。由表4可知,樣品的黏度均隨著溫度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢,與楊城等[16]的實驗結果趨勢一致。在相同溫度條件下,樣品的黏度值相差較大,1#大豆多糖樣品的黏度范圍在3.1~8.2 mPa·s,結合表2各樣品的液相色譜分析結果,1#大豆多糖樣品的三糖、四糖及以上含量占總糖含量的85%,相對分子質量較低。2#、3#大豆多糖樣品的黏度范圍分別在19.4~127.2 mPa·s、90.0~204.3 mPa·s,說明2#、3#大豆多糖樣品的分子質量較1#大豆多糖高,2#、3#大豆多糖樣品的三糖、四糖及以上含量占總糖含量均達到93%以上。

        表4 不同溫度下大豆多糖樣品溶液的黏度值Table 4 Viscosity of soybean polysaccharides samples in different temperaturemPa·s

        樣品在不同質量分數(shù)對應的表面張力的測定結果見表5。由表5可知,1#和3#大豆多糖樣品的表面張力隨質量分數(shù)的升高呈現(xiàn)相同的變化趨勢,均是一直降低,并且在質量分數(shù)4.0%~5.0%范圍內出現(xiàn)較大幅度的下降。2#大豆多糖樣品的表面張力是在質量分數(shù)1.0%~3.0%范圍內呈現(xiàn)下降趨勢,在3.0%~5.0%的范圍內基本穩(wěn)定。3#大豆多糖樣品的表面張力在質量分數(shù)1.0%~5.0%范圍內變化很小。

        表5 不同濃度下大豆多糖樣品溶液的表面張力Table 5 Surface tension of soybean polysaccharides samples solution with different concentrationsmN/m2

        2.10乳化性能

        各樣品乳化性能參數(shù)的測定結果見表6。

        表6 樣品乳化性能參數(shù)的測定結果Table 6 Emulsifying performance parameters of samples

        由表6可知,各樣品的乳化力由大到小依次為:3#>1#>2#,其中2#大豆多糖的乳化能力最低,可能與2#大豆多糖樣品的蛋白質含量最小相關。

        3 結論

        各大豆多糖樣品的蛋白含量相差較大,1#大豆多糖樣品的蛋白質含量較高。pH、電導率等指標存在差異;各大豆多糖樣品灰分中的Ca、K元素含量比例較大;1#和3#大豆多糖樣品的微觀形態(tài)相近,基本呈球狀,應當是經過噴霧干燥獲得的。1#樣品的黏度、表面張力小,乳化性一般,但蛋白、二糖、葡萄糖和果糖的含量相對較高,可能較易進行的美德拉反應使其產品的外觀顏色較深,相同的樣品水溶液在紫外區(qū)有較高的吸光度值。2#大豆多糖樣品成碎片狀,推測其在生產過程中經過了粉碎處理;2#與3#大豆多糖樣品的紅外譜圖匹配度較好,但乳化性較差;3#樣品的黏度、表面張力最高,其乳化性能比較好,再綜合其外觀顏色等因素,3#大豆多糖樣品理化性質最好。

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        Physicochemical properties of water-soluble soybean polysaccharides from different sources

        YU Peiling1,2,XU Zhengkang1,2,HUANG Yuwen1,HUANG Lixin1*
        (1.College of Food Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China; 2.Guangzhou Shuang Qiao Co.,Ltd.,Guangzhou 510280,China)

        Soybean polysaccharide is a kind of acidic water-soluble polysaccharides which extracted from soybean dregs.It has emulsifying stability, anti-adhesion,film-forming properties and other functions,and it can be widely used in food processing.In this paper,different water-soluble soybean polysaccharide samples from home and abroad on molecular bond type,UV absorption characteristics,sugar components and some other parameters were measured by infrared spectroscopy,ultraviolet-visible spectroscopy and HPLC.The results showed that the ash viscosity,surface tension of domestic sample 1#was low and the emulsification character was in general,while the contents of protein,disaccharide,glucose and fructose were relatively high,and the absorbance value was the highest.However,the infrared spectrum of domestic sample 2#was close to sample 3#,but its emulsification property was poor.The microscopic morphology of sample 2#was fragmented,while 1#and 3#were nearly spherical.The apparent viscosity of sample 3#was 90.0-204.3 mPaos,and its surface tension was 31.2-51.6 mN/m2,which were higher than samples 1#and 3#on equal terms;and sample 3#had good emulsifying properties.Taking exterior color and other factors into account,the sample 3#soybean polysaccharide was the best.

        soybean polysaccharides;sugar components;viscosity;emulsibility;physicochemical properties

        TQ461

        0254-5071(2016)10-0031-05

        10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.008

        2016-05-14

        國家自然科學基金重點項目(31130042);華南理工大學“學生研究計劃”項目(105612016S552);“百步梯攀登計劃”研究項目(30716061)

        于培玲(1989-),女,碩士研究生,研究方向為食品工程。

        黃立新(1967-),男,副教授,博士,研究方向為碳水化合物功能化。

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