CN113354749A - 一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法。该方法包括：将大豆豆渣过筛，加入水，于酸性条件下置于脉冲电场提取，再进行超声提取；然后抽滤，取滤液，浓缩，加入无水乙醇进行醇沉；离心，取沉淀，预冷冻后冷冻干燥，得到水溶性大豆多糖。与现有技术相比，本发明通过高压脉冲电场协同超声提取法，水溶性大豆多糖得率高，达到15％以上，超过传统水提法的6～10％；纯度大于80％；同时减少了1/2～3/4的提取时间，实现了常温提取，为豆渣的综合开发利用提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及大分子成分提取领域，涉及一种多糖提取技术，具体涉及一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法。
背景技术
豆渣作为大豆加工产品的主要副产物，膳食纤维含量超过60％，含有丰富的营养成分及矿物元素，如磷、铁、钙等等。它可以作为一种天然膳食纤维补充剂来预防心血管疾病、糖尿病等，是一种具有较高利用价值的生产副产物。然而当前对于豆渣的加工利用不足，主要将豆渣作为饲料使用，导致了大量的浪费。事实上，豆渣中含有的水溶性大豆多糖，是一种具有抗氧化、抗肿瘤等活性的功能性多糖，从豆渣中提取水溶性大豆多糖是当前豆渣利用的一大热点。
传统的植物多糖提取方法主要有热水提取法、酸碱提取法、复合酶法等等，这些方法也适用于豆渣中水溶性大豆多糖的提取。但是，热水提取法耗时较长，一般为2～3h，且需要70～90℃的高温条件；酸碱提取法由于反应条件较为剧烈，容易造成多糖片段的断裂；复合酶法条件温和，可以得到较高的提取率，但酶价格昂贵，且反应条件较为严格。
CN110540605A公开了一种可溶性大豆多糖的提取和纯化方法。该方法包括：(1)称取豆渣，按照料液比为1：(30～40)的比例加入去离子水混合均匀，调节pH值到3.0～4.0；(2)将其放入超声波中处理60分钟，温度设置为65℃；超声波处理过程中加入异丙醇夹带剂；(3)放入100℃水浴中加热并搅拌1.0～2.0小时；(4)离心得上清液，冷却后加入0.1mol/L的NaOH溶液，调其pH为11；(5)75℃水浴中加热并搅拌50分钟；(6)加入乙醇，使乙醇的百分含量为75～95％，静置一夜，离心得沉淀；(7)将沉淀用无水乙醇洗涤两次，60℃烘干。该方法存在处理时间长、处理温度高等缺点。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法。
本发明的目的是为了解决当前传统热水提取水溶性大豆多糖能耗大的问题，提供一种利用高压脉冲电场协同超声的提取方法，缩短提取时间，降低提取温度，从而有效减少能耗。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，包括如下步骤：
(1)将大豆豆渣烘干，粉碎，过筛，然后加入去离子水中，得到混合液1；
(2)调节步骤(1)所述混合液1的pH为酸性或中性，然后进行脉冲电场处理，得到混合液2；
(3)将步骤(2)所述混合液2进行超声提取处理，得到混合液3；
(4)将步骤(3)所述混合液3过滤，取滤液，浓缩，得到浓缩液，往所述浓缩液中加入无水乙醇，进行醇沉处理，离心取沉淀，预冷后进行冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖。
进一步地，步骤(1)所述过筛的筛孔大小为40～60目。
进一步地，步骤(1)所述大豆豆渣与水的质量体积比(固液比)为1:10～1:20g/mL。
进一步地，步骤(2)所述混合液1的pH调节为5.0～7.0。
进一步地，步骤(2)所述脉冲电场处理的电场强度为4.0～6.0kV/cm，脉冲电场处理的脉冲次数为50～60次，脉冲电场处理的脉宽的100～200μs。
进一步地，步骤(3)所述超声提取处理的功率200～250W，超声提取处理的时间为20～30min。
进一步地，步骤(4)所述浓缩液的体积为滤液体积的1/4～1/3。
进一步地，步骤(4)所述无水乙醇的体积为浓缩液体积的3～4倍，醇沉处理的温度为0～4℃，醇沉处理的时间为10～15h
优选地，步骤(4)所述醇沉处理的温度为4℃。
进一步地，步骤(4)所述离心的速率为6000～8000rpm，离心的时间为10～20min。
进一步地，步骤(4)所述冷冻干燥的温度为-50～-80℃，冷冻干燥的真空度为15～20pa。
本发明提供的方法中，高压脉冲电场由于其在两极板间瞬时释放高电压使植物细胞产生电穿孔，促进细胞内容物流出，提高了细胞内活性物质的提取效率。超声由于其独特的空化效应，可以在瞬间使植物细胞产生破裂，同样促进胞内多糖等物质的快速溶出。两种方法均可以在常温下破坏细胞结构，实现多糖的提取。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明提供的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，与传统热水提取法相比，协同提取的水溶性大豆多糖得率超过热水提取的6～10％，纯度超过80％，同时降低了提取温度，将提取时间缩短了1/2～3/4，有效降低了能耗，可以为工业生产降低成本；并且，该法提取得到的水溶性大豆多糖具有较高的纯度，有利于后续纯化步骤的进行。
附图说明
图1是苯酚-硫酸法测定多糖含量的标准曲线；
图2是实施例2与对比例1、2、3的纯度柱状图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
以下实施例和对比例中产物的得率的计算公式为：
式中m为冻干后得到的粗多糖质量(g)，M为豆渣质量(g)。
以下实施例和对比例中产物的纯度，是采用苯酚-硫酸法测定的，计算公式如下：
式中m1为苯酚-硫酸法测定的多糖含量(g)，m为冻干后的粗多糖质量(g)。图1是苯酚-硫酸法测定多糖含量的标准曲线，以下对比例和实施例是以葡萄糖为参照物计算产物中的多糖含量。
实施例1
一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，包括如下步骤：
(1)称取10.0g大豆豆渣，加入100mL去离子水，搅拌均匀，得到混合液1，调节所述混合液1的pH＝5.0；
(2)在电场强度4.0kV/cm条件下对步骤(1)调节pH后的混合液1进行脉冲电场处理，脉冲数50次，脉宽100μs，得到混合液2；
(3)将步骤(2)所述混合液2于常温下进行超声提取，超声功率200W，超声时间20min，得到混合液3；
(4)将步骤(3)得到的混合液3进行抽滤，取滤液，于旋转蒸发仪中旋转浓缩至原体积的1/4，得到浓缩液，加入浓缩液3倍体积的无水乙醇于0℃下醇沉10h，得到混合液4；
(5)将步骤(4)所述混合液4进行离心，离心的速率为7000rpm，离心的时间为15min，取沉淀，于-80℃预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥的真空度为15pa，得到所述水溶性大豆多糖，得到的粗多糖(所述水溶性大豆多糖)质量为1.582g，多糖得率为15.82％，纯度为80.46％。
实施例2
一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，包括如下步骤：
(1)称取10.0g大豆豆渣，加入150mL去离子水，搅拌均匀，得到混合液1，调节所述混合液1的pH＝6.0；
(2)在电场强度5.0kV/cm条件下对步骤(1)调节pH后的混合液1进行提取，脉冲数60次，脉宽200μs，得到混合液2；
(3)步骤(2)所述混合液2于常温下进行超声提取，超声功率220W，超声时间28min，得到混合液3；
(4)将步骤(3)得到的混合液3进行抽滤，取滤液，于旋转蒸发仪中旋转浓缩至原体积1/4，得到浓缩液，加入浓缩液4倍体积的无水乙醇于4℃下醇沉12h，得到混合液4；
(5)将步骤(4)所述混合液4离心，离心的速率为6000rpm，离心的时间为10min，取沉淀，于-80℃预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥的真空度为18pa，得到所述水溶性大豆多糖，得到的粗多糖(所述水溶性大豆多糖)质量为1.924g，多糖得率为19.24％，纯度为83.41％。
实施例3
一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，包括如下步骤：
(1)称取10.0g大豆豆渣，加入200mL去离子水，搅拌均匀，得到混合液1，调节所述混合液1的pH＝7.0；
(2)在电场强度6.0kV/cm条件下对步骤(1)调节pH后的混合液1进行提取，脉冲数55次，脉宽100μs，得到混合液2；
(3)将步骤(2)所述混合液2于常温下进行超声提取，超声功率250W，超声时间30min，得到混合液3；
(4)将步骤(3)得到的混合液3进行抽滤，取滤液，于旋转蒸发仪中旋转浓缩至原体积1/3，得到浓缩液，加入浓缩液4倍体积的无水乙醇于2℃下醇沉15h，得到混合液4；
(5)将步骤(4)所述混合液4进行离心，离心的速率为8000rpm，离心的时间为20min，取沉淀，于-80℃预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥的真空度为20pa，得到所述水溶性大豆多糖，得到的粗多糖(所述水溶性大豆多糖)质量为1.718g，多糖得率为17.18％，纯度为80.29％。
对比例1
一种提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，包括如下步骤：
(1)取10.0g大豆豆渣，加入150mL去离子水，搅拌均匀，得到混合液1，调节所述混合液1的pH＝6.0；
(2)将步骤(1)调节pH后的混合液1于80℃热水中提取3h，得到混合液2；
(3)将步骤(2)得到的混合液2进行抽滤，取滤液，于旋转蒸发仪中旋转浓缩至原体积1/4，得到浓缩液，加入浓缩液4倍体积的无水乙醇于4℃下醇沉12h，得到混合液3；
(4)将步骤(3)所述混合液3离心，离心的速率为6000rpm，离心的时间为10min，取沉淀于-80℃预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥的真空度为18pa，得到所述水溶性大豆多糖，得到的粗多糖(所述水溶性大豆多糖)质量为0.950g，多糖得率为9.50％，纯度为56.91％。
对比例2
一种提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，包括如下步骤：
(1)取10.0g大豆豆渣，加入150mL去离子水，搅拌均匀，得到混合液1，调节所述混合液1的pH＝6.0；
(2)将步骤(1)调节pH后的混合液1在电场强度5.0kV/cm条件下进行提取，脉冲数60次，脉宽200μs，得到混合液2；
(3)将步骤(2)得到的混合液2进行抽滤，取滤液，于旋转蒸发仪中旋转浓缩至原体积1/4，得到浓缩液，加入浓缩液4倍体积的无水乙醇于4℃下醇沉12h，得到混合液3；
(4)将步骤(3)所述混合液3离心，离心的速率为6000rpm，离心的时间为10min，取沉淀，于-80℃预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥的真空度为18pa，得到所述水溶性大豆多糖，得到的粗多糖(所述水溶性大豆多糖)质量为1.050g，多糖得率为10.50％，纯度为72.88％。
对比例3
一种提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，包括如下步骤：
(1)取10.0g大豆豆渣，加入150mL去离子水，搅拌均匀，得到混合液1，调节所述混合液1的pH＝6.0；
(2)将步骤(1)调节pH后的混合液1于常温下进行超声提取，超声功率200W，超声时间20min，得到混合液2；
(3)将步骤(2)得到的混合液2进行抽滤，取滤液，于旋转蒸发仪中旋转浓缩至原体积1/4，得到浓缩液，加入浓缩液4倍体积的无水乙醇于4℃下醇沉12h，得到混合液3；
(4)将步骤(3)所述混合液3离心，离心的速率为6000rpm，离心的时间为10min，取沉淀，于-80℃预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥的真空度为18pa，得到所述水溶性大豆多糖，得到的粗多糖(所述水溶性大豆多糖)质量为1.043g，多糖得率为10.43％，纯度为75.79％。
由图2可以看出，四种提取方法中，水提法得到的水溶性大豆多糖纯度较低，仅为56.91％，含有较多杂质；高压脉冲电场法和超声提取法均提高了所得到水溶性大豆多糖的纯度，分别为72.88％和75.78％；协同提取的纯度最高，达到83.41％，可以较大程度减少后续纯化时间。图2中的水提表示对比例1的产物纯度，高压脉冲电场表示对比例2的产物纯度，超声表示对比例3的产物纯度，协同表示实施例2的产物纯度。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将大豆豆渣过筛，然后加入水中，得到混合液1；
(2)调节步骤(1)所述混合液1的pH为酸性或中性，然后进行脉冲电场处理，得到混合液2；
(3)将步骤(2)所述混合液2进行超声提取处理，得到混合液3；
(4)将步骤(3)所述混合液3过滤，取滤液，浓缩，得到浓缩液，往所述浓缩液中加入无水乙醇，进行醇沉处理，离心取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖。
2.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(1)所述过筛的筛孔大小为40～60目。
3.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(1)所述大豆豆渣与水的固液比为1:10～1:20g/mL。
4.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(2)所述混合液1的pH调节为5.0～7.0。
5.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(2)所述脉冲电场处理的电场强度为4.0～6.0kV/cm，脉冲电场处理的脉冲次数为50～60次，脉冲电场处理的脉宽的100～200μs。
6.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(3)所述超声提取处理的功率200～250W，超声提取处理的时间为20～30min。
7.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(4)所述浓缩液的体积为滤液体积的1/4～1/3。
8.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(4)所述无水乙醇的体积为浓缩液体积的3～4倍，醇沉处理的温度为0～4℃，醇沉处理的时间为10～15h。
9.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(4)所述离心的速率为6000～8000rpm，离心的时间为10～20min。
10.根据权利要求1所述的利用高压脉冲电场协同超声提取豆渣中水溶性大豆多糖的方法，其特征在于，步骤(4)所述冷冻干燥的温度为-50～-80℃，冷冻干燥的真空度为15～20pa。
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