微波提取水溶性大豆多糖的工艺研究.docx
- 文档编号:5837364
- 上传时间:2023-01-01
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:84.04KB
微波提取水溶性大豆多糖的工艺研究.docx
《微波提取水溶性大豆多糖的工艺研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微波提取水溶性大豆多糖的工艺研究.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
微波提取水溶性大豆多糖的工艺研究
武汉生物工程学院
WUHANBIOENGINEERINGINSTITUTE
学士学位论文
微波提取水溶性大豆多糖的工艺研究
题目类别毕业论文
系别生物工程
专业班级07014202
学生姓名卢肖兰
指导教师李云捷
辅导教师孙丽
起止日期2010年10月—2011年4月
论文提交日期2011年5月
二零一一年五月
目录
摘要
关健词
Abstract
Keywords
0前言1
1材料与方法2
1.1实验材料2
1.2主要试剂2
1.3主要仪器2
2实验方法2
2.1大豆成分的检测2
2.1.1大豆水分含量的检测3
2.1.2大豆蛋白质含量的检测3
2.1.3大豆脂类的含量检测3
2.1.4大豆还原糖含量的检测4
2.1.5大豆多糖含量的检测4
2.2.葡萄糖标准曲线的制作4
2.3微波提取水溶性大豆多糖的工艺路线5
2.4微波提取水溶性大豆多糖的单因素实验5
2.4.1微波功率对大豆多糖提取率的影响5
2.4.2微波提取时间对大豆多糖提取率的影响5
2.4.3固液比对大豆多糖提取率的影响5
2.4.4提取次数对大豆多糖提取率的影响5
2.4.5乙醇浓度对大豆多糖提取率的影响5
2.4正交实验5
3结果与分析6
3.1大豆主要成分测定分析结果6
3.1.1大豆水分含量6
3.1.2大豆蛋白质含量6
3.1.3大豆脂类含量6
3.1.4大豆还原糖含量6
3.1.5大豆多糖含量6
3.2葡萄糖标准曲线绘制6
3.3微波提取水溶性大豆多糖的单因素实验结果6
3.3.1.微波功率对大豆多糖提取率的影响结果6
3.3.2微波提取时间对大豆多糖提取率的影响结果7
3.3.3固液比对大豆多糖提取率的影响结果7
3.3.4提取次数对大豆多糖提取率的影响结果7
3.3.5乙醇浓度对大豆多糖提取率的影响结果8
3.4正交实验结果9
3.5验证实验结果9
4结果讨论9
参考文献11
致谢12
微波提取水溶性大豆多糖的工艺研究
摘要
本文采用微波提取法提取大豆多糖,通过研究微波功率、微波提取时间、固液比、提取次数和乙醇浓度等五个因素对大豆多糖提取率的影响,确定最佳水平,利用正交实验设计对大豆多糖提取条件的优化。
实验证明提取大豆多糖的最佳条件:
提取的功率280W、微波时间15min和固夜比1:
10。
在此条件下大豆多糖的提取率为4.933%。
关键词
大豆;微波提取;水溶性大豆多糖
Microwaveextractiontechnologyofwater-solublesoybeanpolysaccharides
Abstract
Thispaperintroduceusingbeandregsasrawmaterialandusingthemicrowaveextractionmethodscangetthesoybeanpolysaccharides.Throughthepowerofmicrowave,microwaveextractiontime,solid-liquidratio,extractiontimesandethanolconcentrationfivefactorsonthesinglefactorexperiment,andtheorthogonalexperimentdesignfortheextractionofsoybeanpolysaccharidesconditionisoptimized.Experimentsprovingthatthebestconditionofsoybeanpolysaccharidesextractis280W,thepower:
toextract15minandSolid-liquidratiothan1:
10.Intheseconditions4.933%extractionrateofsoybeanpolysaccharides.
Keywords
beandregs;microwaveextraction;solublesoybeanpolysaccharide
0前言
在农作物中,大豆以及大豆制品的蛋白质和脂肪含量与小麦、玉米、大米相比高出2~5倍和6~10倍以上[1]。
它含有多种氨基酸,并且齐全人体必需的8种氨基酸,根据营养价值综合分析,大豆蛋白是优质蛋白[2]。
大豆含脂肪含量20%左右,是重要的油料作物。
大豆脂肪在人体内的消化率高达98%,脂肪中的不饱和脂肪酸占60%,除外,大豆中含有卵磷脂,脑磷脂,肌醇磷脂,还含有钙,铁,磷等矿物质元素和多种维生素,所以大豆的营养价值高[3]。
由于大豆的营养成分全面,含量丰富,并随国内外对大豆功能性成分的深入研究,大豆的综合开发以及利用逐渐得到世界人民的关注。
美国最早推出磷脂保健食品,作为乳化剂和脑力劳动者的特殊营养补剂使用。
日本以大豆蛋白为原料采用模压技术,吹塑技术生产可食性保鲜薄膜及薄膜的工业制品。
芬兰从豆渣中提取水溶性多糖作为食品的乳化剂和增稠剂,在酸性条件下具有类似阿拉伯胶化辛酸乙酯和乙醇的乳化能力,但粘性比阿拉伯胶低5%[4]。
由此可见大豆的这一潜力,已经逐步得到科学工作者和商业界的肯定。
其中大豆多糖能作为双歧因子和膳食纤维,具有优越的生理保健功,能对蛋白质的稳定作用[5],乳化及乳化稳定性[6],抗黏结性,泡沫稳定性、抑制蛋白凝胶化以及防止油脂氧化的功能特性[7]。
应用在保健食品中,作为治疗便秘、糖尿病、肥胖等各种疾病的健康食品的原辅料和载体,强化膳食纤维,降低热量,这是目前我国除了大豆多糖外其他膳食纤维(含水溶性膳食纤维)应用的主体部分。
应用于烘焙食品中,大豆多糖添加到饼干、面包、馒头等食品中的作用[8]。
大豆多糖在各种乳饮料及含乳饮料中应用广泛,利用大豆多糖的乳化稳定特性还能生产出具有酸性清爽型口感的产品,典型的有酸豆奶、酸椰汁奶、酸杏仁露、酸花生牛奶、酸奶茶等[9]。
国外已有很多报道关于提取大豆多糖,有的是研究在中性pH下从热水中提取,有的在碱性条件用热水提取,有的还添加了络合剂,在酸性条件下提取[10],这些都是在研究如何提高豆渣的利用率。
我国是食用大豆产品最多的国家,大豆产品普及到所有的城市和乡镇。
当前,国内大豆油脂企业加工能力过剩的同时,传统豆制品企业发展不景气,整个大豆产业处于低迷状态。
中国农业科学院原院长王连铮研究员作了题《国内外大豆生产的现状和大豆品种创新问题》的报告[11]。
研究从大豆中提取大豆多糖是对目前国内的大豆业生产的副产品的合理开发利用。
从经过许多研究:
将不同来源的多糖作为膳食纤维以及其对谷物食品资料的影响,但从中国的传统豆制品中提取多糖,可能是由于豆腥味的存在,难以形成规模效益,使用受到很多阻扰[12]。
总的来说,国内对这方面的研究还是较少,不少豆渣被作为工业废弃物,浪费资源的同时,污染环境。
目前国内加快与国外技术接轨,增加对豆渣的利用率,不断增加对豆渣的二次利用提出工艺研究。
所以进行大豆多糖的提取工艺进行研究,加快现状大豆多糖的发展和利用提供更加优良便利的方法。
目前,水溶性大豆多糖提取方法比较好的去甲基化的方法主要有水提取法、酸提取法、碱提取法、超声提取法、微波提取法和超滤法[13]。
水提法用水作溶剂来提取多糖是最常用的方法之一,可以用热水浸煮提取,也可以用冷水浸提,所得多糖提取液可直接或离心除去不溶物;或者利用多糖不溶于高浓度乙醇的性质,用高浓度乙醇沉淀提纯多糖。
酸碱提取方法比较有利于提取含有糖醛酸的多糖及酸性多糖。
超声提取法具有提取时间短、能耗低、效率高等特点,能够有效地减小、消除与水相之间的阻滞层,加大了传质效率。
同时,高速射流对植物细胞组织产生一种物理剪切力,使之变形、破裂并释放出内含物,这就大大加速了萃取过程,而且多次级效应如热效应、溶化、扩散、击碎、化学效应、生物效应、凝聚效应等也能加速植物有效成分在溶剂中的扩散释放,促进植物有效成分与溶剂混合,有利于萃取。
微波提取的原理是利用频率介于300MHz和300GHz之间的电磁波,微射线辐射于溶剂并透过细胞壁到达细胞内部,由于溶剂及细胞液吸收微波能,细胞内部温度升高,压力增大,当压力超过细胞壁的承受能力时,细胞壁破裂,位于细胞内部的有效成份从细胞中释放出来,传递转移到溶剂周围被溶剂溶解。
微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点[14]。
微波辐射(MWI)可以大大加快反应速度,缩短反应时间。
微波技术应用于植物细胞破壁,有效地提高了收率[15]。
超滤(Ultrafiltration,UF)是膜分离科学的重要分支,其原理是以选择性透过膜为分离介质,在外界压力作用下,原料组分选择性地透过膜,以达到分离、提纯的目的。
将超滤膜用于多糖这种生物活性物质的分离,不损害活性、分离效率高、能耗低、设备简单、可连续生产、无污染等。
本文主要是研究微波提取水溶性大豆多糖的最佳工艺条件,并将其优化。
1.材料与方法
1.1材料
原材料:
大豆
1.2主要试剂
无水乙醇、乙醚、石油醚AR天津市富宇精细化工有限公司
盐酸、硫酸AR信宇精细化工有限公司
氨水、乙醇AR开封东大化工有限公司试剂厂
碱性酒石酸铜、2,4-二硝基苯肼AR北京化工精细有限公司
乙酸锌、亚铁氰化钾AR中西远大科技有限公司
1.3主要仪器
离心机,DT4-1B长沙英泰离心机生产厂
旋转蒸发器,RE—52AAA金坛市信诚实验仪器制造厂
微波炉,WG700格兰仕
电子天平,HAT-A+100型广州市花都方衡电子称有限公司
2方法
2.1大豆主要成分的检测
2.1.1大豆水分含量的检测
取洁净称量瓶,2g~10g大豆粉,放入此称量瓶中置于101℃~105℃干燥箱中,瓶盖斜支于瓶边,加热1.0h,取出盖好,置干燥器内冷却0.5h,称量,并重复干燥至前后两次质量差不超过2mg,计算其水分含量[9]。
X--试样中水分的含量(g.100g-1);
m1--称量瓶和试样的质量(g);
m2--称量瓶和试样干燥后的质量(g);
m3--称量瓶的质量(g)。
2.1.2蛋白质含量的测定:
采用凯氏定氮法
1)试样处理:
称取大豆粉2g,移入干燥的250mL定氮瓶中加入0.2g硫酸铜、6g硫酸钾及20mL硫酸,轻摇后于瓶口放一小漏斗,将瓶以45°角斜支于有小孔的石棉网上。
小心加热,待内容物全部炭化,泡沫完全停止后,加强火力,并保持瓶内液体微沸,至液体呈蓝绿色并澄清透明后,再继续加热0.5h~1h。
取下放冷,小心加入20mL水。
放冷后,移入100mL容量瓶中,并用少量水洗定氮瓶,洗液并入容量瓶中,再加水至刻度,混匀备用。
同时做试剂空白试验。
2)测定:
装置定氮蒸馏装置,向水蒸气发生器内装水至2/3处,加入数粒玻璃珠,加甲基红乙醇溶液数滴及数毫升硫酸,以保持水呈酸性,加热煮沸水蒸气发生器内的水并保持沸腾。
向接收瓶内加入10.0mL硼酸溶液及2滴混合指示液,并使冷凝管的下端插入液面下,根据试样中氮含量,准确吸取2.0mL试样处理液由小玻杯注入反应室,以10mL水洗涤小玻杯并使之流入反应室内,随后塞紧棒状玻塞。
将10.0mL氢氧化钠溶液倒入小玻杯,提起玻塞使其缓缓流入反应室,立即将玻塞盖紧,并加水于小玻杯以防漏气。
夹紧螺旋夹,开始蒸馏。
蒸馏10min后移动蒸馏液接收瓶,液面离开冷凝管下端,再蒸馏1min。
然后用少量水冲洗冷凝管下端外部,取下蒸馏液接收瓶。
以硫酸标准滴定溶液滴定至终点,其中2份甲基红乙醇溶液与1份亚甲基蓝乙醇溶液指示剂,颜色由紫红色变成灰色,pH5.4。
同时作试剂空白。
3)计算含氮量[12]:
X--试样中蛋白质的含量(g.100g-1);
V1--试液消耗硫酸标准滴定液的体积(mL);
V2--试剂空白消耗硫酸标准滴定液的体积(mL);
V3--吸取消化液的体积(mL);
c--盐酸标准滴定溶液浓度(mol.L-1);
0.0140—1.0mL硫酸[c(H2SO4)=1.000mol.L-1]相当的氮的质量(g);
m--试样的质量(g);
F--氮换算为蛋白质的系数(大豆的蛋白质系数为1)。
2.1.3脂类的含量检测:
索氏抽提法
称取样品m0g大豆粉,用脱脂滤纸包裹,称重m1g放置在抽提器的抽提筒中。
将滤纸放在抽提筒中,连接已干燥置恒重的接收瓶,由抽提器的冷凝管上端加入无水乙醚至瓶子容积的2/3处,于水浴锅上加热,让乙醚不断的回流提取4h。
取下滤纸称重m2。
X--大豆样品的粗脂含量(g);
m0--大豆粉样品重量(g);
m1--样品质量和滤纸的重量和(g);
m2--试样的质量(已经抽提后,干燥)(g)。
2.1.4还原糖的检测
1)试剂的配置
菲林试剂的配制:
碱性酒石酸铜甲液:
溶解34.6g五水硫酸铜晶体于足量蒸馏水中,然后稀释至500mL。
碱性酒石酸铜乙液:
溶解173g结晶酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)及50gNaOH于足量蒸馏水中,然后稀释至500mL。
乙酸锌溶液的配制:
称取21.90g乙酸锌,加3mL冰乙酸,加水溶解并定溶至100mL。
亚铁氰化钾的配制:
称取10.6g亚铁氰化钾,加水溶解并定溶至100mL。
2)样品处理
称取大豆粉3g,在250mL容量瓶中,加入50mL水,再慢慢加入5mL乙酸锌溶液和5mL亚铁氰化钾溶液,加水定容,摇匀备用。
3)标定碱性酒石酸铜溶液
吸取5mL碱性酒石酸铜甲液和5mL碱性酒石酸铜乙液,置于锥形瓶中,加入10mL水,加入玻璃珠,在滴定管中加入9mL左右的葡萄糖标准溶液,控制在2min内煮沸,控制在2秒1滴的速度滴加葡萄糖标准溶液,直至蓝色退去为标定终点,记录消耗的葡萄糖标准溶液的体积。
4)试样滴定
吸取5mL碱性酒石酸铜甲液和5mL碱性酒石酸铜乙液,置于锥形瓶中,加入10mL水,加入玻璃珠,控制在2min内加热到沸腾,从滴定管中滴加试样溶液,知道溶液的蓝色刚好退去记录样液消耗体积
5)计算
X--样液中还原糖的含量(g.100g-1);
m1--碱性酒石酸铜溶液相当于葡萄糖标准溶液的质量(mg);
m--试样的质量(g);
V--试样消耗的体积(mL)。
2.1.5多糖含量的测定:
苯酚硫酸法测定
2.2葡萄糖标准曲线的制作
1)标准曲线的操作
准确称取标准葡萄糖20mg于500mL容量瓶中,加水至刻度,取20mL刻度试管7支,从0-7分别编号,分别吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2,各以蒸馏水补至2.0mL,然后加入6%苯酚5.0mL及浓硫酸5.0mL,摇匀冷却,室温放置20分钟,以后于490nm测光密度,以2.0mL水按同样显色操作为空白,在490nm波长下比色测定,横坐标为多糖微克数,纵坐标为光密度值,得标准曲线,绘制标准曲线,作出标准直线方程。
2)试样测定
吸取样品液于试管中(重复2次),同制作标准曲线的步骤,按顺序分别加入苯酚、浓硫酸溶液,测定吸光度。
3)计算
由标准线性方程求出糖的量,按下式计算测试样品中糖含量。
X--可溶性糖含量(%);
c--从标准曲线查得糖的量(μg);
V--试样的体积(mL);
106--换算系数;
m--试样质量(g)。
2.3微波提取水溶性大豆多糖的工艺路线
称取豆渣,加入水,在一定的功率下,微波提取数次,过滤,上清液用无水乙醇洗涤,得到白色析出物,经过离心干燥后即可得到水溶性的大豆多糖粗品见图1:
图1微波提取水溶性大豆多糖的工艺路线
2.4微波提取水溶性大豆多糖的单因素实验
2.4.1微波功率对大豆多糖提取率的影响
称取10g豆渣,按照相同固液比1:
5加入水,采用不同的微波功率119W(解冻)、259W(低火)、280W(中低火)、462W(中火)、595W(中高火)、700W(高火)下,提取15min,提取3次,过滤,取上清液调节乙醇浓度至70%,得到白色析出物,经过离心,干燥后即可得到水溶性的大豆多糖粗品。
2.4.2微波提取时间对大豆多糖提取率的影响
称取10g豆渣,按照相同固液比1:
5加入水,采用不同提取时间5min、10min、15min、20min、25min、30min下,在微波功率259W(低火),经过微波提取3次,过滤,取上清液调节乙醇浓度至70%,得到白色析出物,经离心,干燥后即可得到水溶性的大豆多糖粗品。
2.4.3固液比对大豆多糖提取率的影响
称取10g豆渣,按照不同的固液比1:
5、1:
10、1:
13、1:
15、1:
17、1:
20加入水,在微波功率259W(低火),提取15min,经过微波提取3次,过滤,取上清液调节乙醇浓度至70%,得到白色析出物,经离心,干燥后即可得到水溶性的大豆多糖粗品。
2.4.4微波提取次数对大豆多糖提取率的影响
称取10g的豆渣,100mL的水,微波功率为259W(低火),提取15min,单个样品分别加热次数1、2、3、4次,分别过滤并调节水中乙醇浓度至80%,经离心,干燥后得到多糖粗品A1、A2、A3、A4。
2.4.5乙醇浓度对大豆多糖提取率的影响
称取10g的豆渣,100mL的水,微波功率为259W(低火),提取15min,提取3次,单个样品分别加入不同体积的无水乙醇,并调节浓度至55%、60%、65%、70%、75%、80%,经离心,干燥后得到的多糖粗品A1、A2、A3、A4、A5、A6。
2.4.6正交实验
在最佳反应条件下用微波加热提取水溶性大豆多糖进行了研究正交试验。
为确定最佳的提取方法,选取微波功率、固液比和微波提取时间作为三个单因素进行正交实验。
正交表是采用正交试验L9(33),考察的提取的微波功率、提取时间、固液比3个因素对水溶性大豆多糖提取工艺效果的影响。
3.结果与讨论
3.1大豆主要成分的测定分析
大豆的主要成分经过检测见下表1:
表1大豆原料主要成分含量
项目
水分
蛋白质
脂类
糖类
含量/%
10.2
36.3
18
31.1
大豆中的主要成分是蛋白质36.3%、多糖31.1%、脂类18%、水分10.2%。
可溶性大豆多糖主要组成是阿拉伯半乳糖,阿拉伯聚糖,酸性聚糖等聚糖类,多糖类机构是以鼠李半乳糖醛酸和高聚半乳糖酸为主链,半乳聚糖和阿拉伯糖未侧链结合的近似球状体,大豆中糖类含量高,且占31.1%,有利于提取。
3.2葡萄糖的标准曲线绘制
葡萄糖标准曲线绘制和回归方程的制作,根据吸光度(A)与葡萄糖溶液浓度的对应关系,绘制出葡萄糖标准曲线(图2):
图2葡萄糖标准曲线
通过Excel软件得回归方程为:
y=11.089x+0.0033,R2=0.9991,糖浓度控制在O.01~0.06mg.mL-1内线性较好。
3.3微波提取水溶性大豆多糖的单因素实验结果
3.3.1微波功率对大豆多糖提取率的影响结果
通过研究微波功率对大豆多糖提取率的影响,得到实验结果表2:
表2微波功率对大豆多糖提取率的影响结果
微波功率W
119W解冻
259W低火
280W中低火
462W中火
595W中高火
700W高火
2.89
3.25
3.38
2.09
1.78
1.45
多糖提取率%
2.78
3.31
3.46
2.38
1.67
1.52
2.88
3.58
3.54
2.77
1.81
1.60
通过表2可以看出,当微波功率低于280W(中低火)时,随着微波功率的增大,大豆多糖的提取率增大,有可能是因为大豆内部发生剧烈反应,液态水分子发生摩擦生热,并是细胞膜和细胞壁的通透性增大,使溶质更容易溶到溶剂中。
当微波功率在280W(中低火)时,大豆多糖的溶出率达到最大,提取率最大;当微波功率超过280W(中低火)时,大豆多糖的提取率逐渐下降,是因为在高微波功率下,提取液中的水分挥发严重,造成溶解率的下降,降低大豆多糖的提取率。
故为保证一定的提取率的基础上,选择微波功率119W(解冻),259W(低火),280W(中低火)作为3水平进行正交实验。
3.3.2微波提取时间对大豆多糖提取率的影响结果
通过研究微波提取时间对大豆多糖提取率的影响,得到实验结果表3:
表3微波提取时间对大豆多糖提取率的影响结果
提取时间/min
5
10
15
20
25
30
3.27
3.95
4.01
2.98
2.72
2.40
多糖提取率%
3.50
4.12
4.28
3.21
2.60
2.31
3.15
4.19
4.22
2.76
2.66
2.41
通过表3可以看出,微波提取时间对大豆多糖提取率也有显著影响。
当微波提取时间低于15min时,大豆多糖提取率随微波提取时间的增加而明显增大,是由于随着时间的延长,细胞内的大豆多糖溶出,提高大豆多糖的提取率;当提取15min时,大豆多糖的溶出达到最大值,提取率大豆最大;但微波提取时间超过15min时,提取率逐渐变小,是由于提取时间的延长,溶剂的挥发,使得大豆多糖溶解率下降,从而降低提取率。
所以选择微波提取时间:
5min,10min,15min作为3水平进行正交实验。
3.3.3固液比对大豆多糖提取率的影响结果
通过研究固液比对大豆多糖提取率的影响,得到实验结果表4:
表4固液比对大豆多糖提取率的影响结果
固液比
1:
5
1:
7
1:
10
1:
13
1:
15
1:
20
2.982
3.095
3.842
2.251
1.618
1.376
多糖提取率%
2.801
3.370
3.571
2.227
1.865
1.860
2.917
3.188
3.601
2.301
2.004
1.802
通过表4可以看出,当固液比没超过1:
10的时,随着固液比的增加,提取率增大,是因为随着固液比增大,水分比例增大,有助于提取液中的多糖溶出;当固液比增加到1:
10的时,大豆多糖的提取率最大,是因为大豆多糖的溶解率达到最大,使大豆多糖的提取率达到最大;当固液比超过1:
10的时,随着固液比逐步增大,使浓度梯度不断的下降,使大豆多糖无发再溶出,提取率下降。
所以选择固液比:
1:
5、1:
7、1:
10作为3水平进行正交实验
3.3.4微波提取次数对大豆多糖提取率的影响结果
通过研究提取次数对大豆多糖的提取率的影响,得到实验结果表5:
表5微波提取次数对大豆多糖提取率的影响结果
提取次数
1
2
3
4
2.543
2.647
2.666
2.669
大豆多糖提取率/%
2.612
2.728
2.751
2.754
2.526
2.681
2.762
2.771
通过表5可以看出,在相同的提取工艺下,随着提取次数增加,大豆多糖的提取率增大,当提取次数到3次时,其提取率无明显增加,表明提取次数超过3次后,无明显提高提取率。
表明该实验可以采用提取次数为3,可得到最大的微波提取功率。
3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 微波 提取 水溶性 大豆 多糖 工艺 研究