大豆水溶性膳食纤维提取的研究

[摘要]豆渣是多种膳食纤维原料中质高价廉的一种，本文研究了在碱性条件下豆渣中水溶性膳食纤维（SDF）的提取工艺。研究表明豆渣中SDF提取的最佳工艺条件为：碳酸钠浓度为4%，浸泡时间为1.5 h，浸泡处理温度为60℃，料液比为1：30。以此最佳条件提取的水溶性膳食纤维产率可达33馏%，具有良好的产业化应用前景。

[关键词]豆渣；水溶性膳食纤维；提取

中图分类号：S565.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0200-02

膳食纤维（Dietary fiber，DF）是一种复杂的混合物，按其特性可分为水溶性纤维（Soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性纤维（Insoluble dietary fiber，IDF）两大类。膳食纤维对人类健康有积极作用，在预防人体胃肠道疾病和维护胃肠道健康方面功能突出。早期流行病学研究显示，膳食纤维能够预防结肠癌，一定程度上可以治疗慢性疾病，因而有“肠道清道夫”的美誉。虽然目前膳食纤维的准确作用机理仍难以确定，但研究表明，膳食纤维含量充足的饮食，无论是在预防还是在治疗糖尿病方面都具有特殊功效。另外，膳食纤维能够延缓和减少人体对重金属等有害物质的吸收。目前用于制备膳食纤维的原料有豆渣、小麦麸皮、玉米皮、玉米芯、农产品和食品加工果渣皮、米糠、蔗渣等。豆渣是生产大豆膳食纤维的重要原料，提取方法主要有加热提取法和酶法等方法。缺点是提取率低，成本高，产纯度较低，不容易产业化。本研究利用新鲜的豆渣为原料，采用正交设计，研究了提取水溶性膳食纤维的最佳条件，消除了豆渣原料的弊端，研制出质高、价廉、方便保存的食用的膳食纤维，为工业化生产和其他研究工作者提供一定的参考。

1、材料与方法

1.1 材料

豆渣（自制），碳酸钠、无水乙醇、95%乙醇等试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器

分析天平，干燥箱，蒸馏装置，恒温水浴锅，压力灭菌筒，低速离心机，旋转蒸发器。

1.3 方法

1.3.1 原理

纤维素分子在碱性条件下的降解过程有两种类型，即碱性水解和“剥皮反应”。在高温下，易发生碱性水解，当温度在150℃以下，纤维素在碱性介质中主要发生剥皮反应。所谓的剥皮反应即纤维素分子末端具有还原性的醛基，在碱的作用下，一个接一个的脱去，直到产生的纤维素末端基转化为偏变糖酸基才停止反应。因此，在试验中应严格控制碱液浓度、温度、提取时间。

1.3.2 提取工艺

将豆渣样品干燥、粉碎后，用清水反复浸洗以去除附着在表面的蛋白质，加入碳酸钠溶液，调节pH值，置于水浴中恒温处理一段时间，进行剥皮反应后将提取液进行抽滤，滤液装入透析袋透析24 h后，蒸发浓缩，用乙醇作沉淀剂将水溶性膳食纤维沉淀下来，蒸发溶剂，在干燥箱内于90℃干燥，得白色粉末状水溶性膳食纤维SDF。

1.3.3 影响因素实验

取5g样品，以处理温度、碳酸钠溶液的浓度、处理时间和料液比为考查因素，探讨其对水溶性膳食纤维提取率的影响。

SDF提取率（%）一水溶性膳食纤维质量（g）/原料豆渣质量（g）×100%。

2、结果与分析

2.1 提取温度对豆渣中水溶性膳食纤维提取率的影响

在料液比为1：20，浸泡时间为1h，碳酸钠浓度为2.0%的条件下，分别设定温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，研究提取温度对豆渣中水溶性膳食纤维提取率的影响，结果如图1所示。

由图1可以看出，在实验温度5012至90℃范围内，SDF提取率随温度升高而升高，但提取率上升幅度不大，仅约4%。考虑到选择温度高会增加能源消耗，并且对设备的要求相应提高，所以选取60℃作为最佳提取温度。

2.1.2 碳酸钠浓度对豆渣中水溶性膳食纤维提取率的影响

分别选择碳酸钠浓度为2.0%、3.0%、4.0%、5.0%，固定其他条件：料液比为1：20，提取时间为1 h，提取温度为60℃。研究提取试剂浓度对豆渣中水溶性膳食纤维的提取率的影响，试验结果见图2。

由图2可以看出，SDF提取率随碳酸钠浓度的增加而增加。当碳酸钠浓度增至4%时，SDF提取率达到29.5%，浓度继续增大，SDF提取率增加趋势减缓。说明试剂浓度大于4%时，浓度变化对提取率的影响减小。为节约生产成本，选择提取试剂浓度为4%。

2.1.3 料液比对豆渣中水溶性膳食纤维提取率的影响

在提取时间1 h，提取温度60 0C，碳酸钠浓度2%的条件下，调节样品与反应料液比分别为1：20、1：30、1：40、1：50，研究了料液比对豆渣中水溶性膳食纤维提取率的影响，结果如图3所示。

从图3中可以看出，当料液比从1：20增加到1：30时，SDF提取率增加1.7%，而料液比由1：30N加到1：50，SDF提取率仅增加约0.5%。为节约水及能源，选择最佳的料液比为1：30。

2.1.4 浸泡时间对豆渣中水溶性膳食纤维提取率的影响

在提取温度60℃、碳酸钠质量分数为2%的条件下，研究了提取时间对豆渣中SDF提取率的影响，结果见图4。

由图4看出，当提取时间由0.5h增加到1.5 h时，SDF提取率由15.8%增大到25.6%，随提取时间的增加而SDF提取率显著提高。提取时间超过1.5 h后，SDF提取率增加缓慢，为提高生产效率，选择提取时间为1.5h较合适。

根据上述讨论，选择的最优工艺条件为：温度为60℃、时间为1.5h、碳酸钠浓度为4%，料液比为1：30。经实验证，在此最优工艺条件下豆渣的SDF提取率为33.8%。

3、小结

从节约能源和提高生产效率方面考虑，选择豆渣中SDF的提取最优工艺条件为：碳酸钠浓度4%，浸泡时间1.5 h，浸泡处理温度60℃，料液比l：30。以此最佳条件提取的水溶性膳食纤维产率可达33.8%，具有良好的产业化应用前景。