豆腐皮废甜浆中大豆低聚糖的分离纯化研究

摘要

近年来，随着科学技术的不断发展，低聚糖的生理功能越来越受到广大学者的关注。大豆低聚糖是大豆籽粒中含有的可溶性寡糖的总称，占大豆中总碳水化合物的7—10％。研究发现大豆低聚糖的摄入对于调整肠道菌群平衡、预防许多疾病、增强机体免疫力、延缓衰老等有着重要的作用，研究认为大豆低聚糖的主要作用在于促进双歧杆菌的增殖。有人认为，低聚糖摄入人体后会引起隔气、肠鸣、腹痛等肠胃胀气现象，然而现代安全性检验证明大豆低聚糖不是引起胀气的直接原因，食用大豆低聚糖具有良好的安全性。
　　 在豆腐皮的生产过程中，大豆经浸泡、磨浆、过滤和煮浆后，通过保温蒸发，表面结皮，每隔一定时间收获产品。随着豆腐皮的不断形成，留下粘稠状的浓浆，即甜浆。甜浆是豆腐皮生产过程的终端副产物，其中含有较高浓度的低聚糖。目前甜浆一般被用来做动物饲料；或者重新倒入煮浆池，与新鲜的豆浆一起保温揭皮，但是这样生产出来的豆腐皮质地较脆、易折断，且颜色褐黄，无光泽，膜也较厚，筋性不好。本研究的目的是系统探索从甜浆中提取大豆低聚糖的路线方案，对甜浆资源进行再利用，拓宽大豆低聚糖的生产途经，为工业上的进一步应用提供理论基础和指导。
　　 本研究采用HPLC方法对豆腐皮生产过程中大豆低聚糖的物料平衡进行了跟踪测定。结果表明，低聚糖损失于浸泡阶段、过滤阶段、成皮阶段，损失的低聚糖含量分别为1.43％、48.5％、24.18％(重量比)。浸泡对低聚糖含量的影响不大，蔗糖、棉子糖、水苏糖分别损失0.91％、0.31％和0.21％；过滤是导致低聚糖损失的重要阶段，蔗糖、棉子糖和水苏糖损失量分别占大豆中低聚糖总量的21.68％、10.76％、16.06％，成品保留有原料中14.66％的低聚糖，副产品甜浆含有原料中11.23％的低聚糖，是一种十分有潜力的大豆低聚糖提取来源。
　　 本研究系统分析了工厂采样甜浆的成分。结果显示：总糖占干重的50％以上，其中大部分物质是低聚糖，蔗糖、棉子糖、水苏糖浓度分别为51.42、6.36、34.16 mg/ml，占甜浆干重的40％左右；可溶性蛋白质占甜浆干重的近17％，功能性物质如总黄酮和皂苷含量浓度分别为0.07、0.5 mg/ml，分别占甜浆千重的0.03％、0.22％。SDS—PAGE电泳图谱显示，主要的蛋白带有9条，其分子量大小分别为：76.36、50.37、41.35、37.44、27.14、25.78、19.94、17.62、13.64 kDa。甜浆成分的分析表明，功能性低聚糖含量远远高于大豆乳清废水。从甜浆中分离提取大豆低聚糖，得率和综合能耗可能远低于以乳清废水等为原料的提取工艺。
　　 采用PES膜对大豆低聚糖粗提液进行超滤研究。要保证超滤的正常运行，甜浆溶液必须经过适当的前处理。结果表明：pH值为4.5、温度为70℃、加热5 min、CaCl2浓度为10％是最佳的前处理方式。经过前处理的甜浆溶液中蛋白浓度降到3.99mg/ml，蛋白质的去除率达到89％以上。超滤单因素实验采用MWCO10000 kDa的PES超滤膜进行。结果表明，甜浆中大豆低聚糖的提取最佳方案为：压力1.75Ba，超滤温度为45℃，pH值7.0。正交试验表明，MWCO对蛋白质去除率和低聚糖保留率影响最大。对于蛋白质来说，MWCO为3000 kDa的膜蛋白质去除率最高，但是低聚糖透过率和渗透通量却处于所有实验中的最低水平；而MWCO为10000 kDa的膜低聚糖透过率最大，且渗透通量最高，蛋白质截留率偏低。50℃超滤温度对二者都比较适宜。综合渗透通量、膜衰减系数、蛋白质截留率和低聚糖透过率四方面因素考虑，认为最佳操作条件为：操作压力为1.5 Ba、温度为50℃、pH值为7.0，膜的截留分子量为10000 kDa。通过这样的操作可以截留73％的蛋白质，低聚糖透过率达到85％以上。
　　 超滤后的大豆低聚糖溶液具有很高的含盐量，必须经过脱盐处理以达到大豆低聚糖产品的相关标准。一定浓度的NaCl溶液脱盐实验证明本研究中所使用的电渗析器工作性能稳定。本实验所用的电渗析装置极限电流密度的经验模型表达式为：Ilim=4.13 v0.112c0.033。电渗析单因素试验结果表明，大豆低聚糖溶液的最佳脱盐方案为：20 V左右的操作电压、60L/h左右的流量、稀释15倍。正交实验确定了最佳工艺条件，即电压为20 V、流量为60 L/h、稀释18倍。对低聚糖保留率影响最大的因素是电压，其次是流量，再次是稀释倍数。通过最佳的操作条件进行脱盐可以成功脱除大豆低聚糖溶液中95％以上盐类，保留90％左右的低聚糖。
　　 大豆低聚糖粗提液具有很深的颜色，本研究采用树脂脱色法对其中的色素进行脱除。以静态吸附法从10种树脂中筛选了对大豆低聚糖粗溶液脱色效果较好树脂，并探讨了吸附动力学及其机制。大孔吸附树脂DM—130和AB—8具有较高吸附量，脱色率达到70％以上，解吸率近100％。与AB—8相比，DM—130对糖的吸附较小，是脱色的较合适树脂。温度对树脂脱色效果的影响结果表明，树脂对色素的吸附更容易在低温下发生，说明吸附过程是放热的、自发的。室温20℃是脱色效果较好的温度。当树脂．糖液比例在0.13 g/ml左右时可以达到较高的脱色率，超过这个比例时脱色率变化不明显。树脂对色素的吸附等温线更符合Freundlich等温线模型，说明树脂对色素的吸附是单层吸附，且树脂表面发生对多种成分的吸附。吸附动力学模型的分析表明，树脂对色素的吸附符合pseudo—second—order模型，说明吸附行为是化学吸附，也是限速步骤。粒子内扩散模型说明吸附过程是先发生了表面吸附，然后发生粒子内扩散。动态吸附实验认为最佳流速为1 ml/min，乙醇洗脱液的浓度为50％。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语表

声明

第一章 绪论

1 大豆低聚糖的研究进展

1.1大豆低聚糖的含量与组成

1.2大豆低聚糖的结构

1.3大豆低聚糖的物理化学性质

1.4大豆低聚糖的加工特性

1.5大豆低聚糖的安全性

1.6生理功能

1.7国内外大豆低聚糖的开发状况

1.8大豆低聚糖的应用

2 提取与分离方法的研究进展

2.1提取方法

2.2分离纯化方法

2.3检测方法

3 立题背景与主要研究内容

3.1立题背景

3.2主要研究内容

第二章 豆腐皮生产过程中低聚糖的物料平衡

0 前言

1 材料与方法

1.1实验材料

1.2实验标样及试剂

1.3主要仪器设备

1.4实验方法

2 结果与讨论

2.1大豆粉中低聚糖的含量

2.2浸泡对低聚糖含量的影响

2.3漂洗、磨浆、过滤对低聚糖含量的影响

2.4煮浆对低聚糖含量的影响

2.5成皮过程对低聚糖含量的影响

3 本章小结

第三章 豆腐皮废甜浆中物质的检测分析

0 前言

1 材料和方法

2 结果与讨论

2.1甜浆的基本成分

2.2功能性物质的检测结果

2.3甜浆蛋白的分子量范围测定

3 本章小结

第四章 甜浆中提取大豆低聚糖的超滤研究

0 前言

1 材料和方法

1.1实验材料与试剂

1.2主要仪器和设备

1.3实验方法

1.4超滤实验

2 结果与讨论

2.1甜浆溶液前处理的分析结果

2.2操作压力对PES膜包超滤甜浆溶液的影响

2.3温度对PES膜包超滤甜浆溶液的影响

2.4溶液pH值对PES膜包超滤甜浆溶液的影响

2.5正交实验

3 小结

第五章 电渗析技术脱除低聚糖粗提液中的盐类

0 前言

1 材料和方法

1.1实验材料

1.2实验设备

1.3实验方法

2 结果与分析

2.1超滤透过液中的物质含量

2.2电渗析设备的稳定性测验

2.3电渗析设备的极限电流密度

2.4电渗析实验

3 本章小结

第六章 低聚糖粗提液的脱色研究

0 前言

1 材料与方法

1.1材料及其前处理

1.2主要仪器和设备

1.3实验方法

2 结果与讨论

2.1树脂的筛选及其吸附动力学方程

2.2动态试验结果

3 本章小结

第七章 结论及展望

1 结论

2 主要创新成果

3 展望

参考文献

致谢

附：个人简历及攻读博士学位期间发表的论文