不同来源大豆水溶性多糖理化性质的研究

于培玲，徐正康，黄钰雯，黄立新*

（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州510640；2.广州双桥股份有限公司，广东广州510280）

不同来源大豆水溶性多糖理化性质的研究

于培玲1，2，徐正康1，2，黄钰雯1，黄立新1*

（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州510640；2.广州双桥股份有限公司，广东广州510280）

大豆多糖是从豆渣中提取出来的酸性水溶性多糖，具有乳化稳定性、抗黏结性、成膜性等特性，可广泛应用在食品加工中。该文使用红外光谱、紫外-可见光谱和高效液相色谱（HPLC）等仪器，测定国内外不同大豆多糖的分子键类型、紫外-可见光特征吸收、糖组分等理化特性。结果表明，国产1#样品的灰分、黏度、表面张力小，乳化性一般，蛋白、二糖、葡萄糖和果糖的含量相对较高，溶液吸光度值最大；国产2#样品的红外光谱和3#样品相近，但乳化性较差，呈碎片状，与1#、3#样品的近球状差别较大；国外3#样品的表观黏度为90.0～204.3 mPa·s，表面张力介于31.2～51.6 mN/m2，在同等条件下较1#、3#样品高；其乳化性能较好，综合颜色等因素，3#大豆多糖样品的性能最好。

大豆多糖；糖组分；黏度；乳化性；理化性质

豆渣为加工豆乳、腐竹、酱油[1]等大豆制品所余的副产物，其水分含量较高（通常85%左右），运输不便，极易变质，一般作为饲料或者废弃物，既浪费又污染环境[2-3]。大豆水溶性多糖为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种单糖或糖衍生物单元构成[4]。在水溶性大豆多糖类中，含有与蛋白质结合的多糖类，多糖部分为亲水基，蛋白部分为疏水基，由此具有乳化功能和优良的应用特性，可作为乳化剂用于食品体系[5]，稳定酸性乳饮料中的蛋白质[6-7]和抑制脂类氧化[8]；大豆多糖可以促进肠道有害物质的吸附与排泄，促进矿物质的吸收利用，调节血脂和血糖等；在抑菌、免疫调节和抗病毒方面也有一定的功效[9-12]。

国外对大豆多糖的研究已有很多报道，并已进行了工业化生产及应用[13]，近些年来，国内对大豆多糖的研究力度逐渐加大，但是主要停留在对大豆多糖提取方法的研究上，针对大豆多糖的性质研究还不是很系统、全面，只是停留在单一的X-射线衍射[14]、红外光谱[15]、黏度性质[16]的分析和比较上。本研究收集了国内外多个不同来源的水溶性大豆多糖产品，测定其蛋白、灰分、pH、糖组分等理化指标，以及微观结构和黏度、表面张力、乳化性等理化性质，比较其性能方面的差异，为改进大豆多糖产品的生产、评价和控制产品品质提供指导。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

1#大豆多糖样品：广州某公司产品，棕褐色粉末；2#大豆多糖样品：河南平顶山某公司产品，淡黄色粉末；3#大豆多糖样品：日本某公司产品，乳白色粉末。

1.2仪器与设备

DDS-307型电导率仪：上海精密科学仪器有限公司；PW4400/40原子荧光光谱仪：荷兰帕纳科公司；Waters 2695高效液相色谱仪（high performance liquid chromatography，HPLC）：美国Waters公司；S3700N型扫描电镜：日本Hitachi公司；UNICANUV500型紫外-可见分光光度计、NICOLET-6700型红外光谱：美国Thermo公司；D-MAX2200VPC X-射线衍射（X-ray diffraction，XRD）仪：日本RIGAKU公司；DV-1型Prime旋转黏度计：美国Brookfield公司；K11-MK1（XX40-0003）型表面张力计：德国KRUSS GmbH公司；T25数字均质乳化机：德国IKA公司。

1.3实验方法

1.3.1基本指标

水分含量：采用105℃烘箱干燥法；蛋白质含量：采用凯氏定氮法；灰分含量：参照国标GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》中的方法；配制质量分数5.0%的大豆多糖样品溶液，室温条件下分别用酸度计及电导率仪测定pH和电导率。

1.3.2样品灰分的元素分析

大豆多糖样品充分灼烧灰化，将大豆多糖样品的灰分进行硼酸压片，利用X射线荧光光谱（X-ray fluorescence，XRF）法测定大豆多糖中碳、氢、氧元素外的元素种类及其含量比例。

1.3.3糖组分

大豆多糖样品用去离子水溶解，精滤配成质量浓度约1 mg/100 mL的多糖溶液，利用高效液相色谱仪测定其中的糖分。高效液相色谱检测条件：流动相为超纯水，流速为0.6mL/min；菲罗门钙离子柱（300 mm×7.8 mm），柱温85℃；折光示差检测器，温度40℃；进样量20 μL。

1.3.4电镜观察

样品用导电胶固定，真空喷金处理，放入电镜中，观察拍摄样品颗粒形貌。

1.3.5紫外-可见光吸收特征

配制1.0 mg/100 mL的样品溶液，在190～800 nm波长范围内进行扫描，观察样品的紫外-可见光吸收特征。

1.3.6红外光谱

采用溴化钾（KBr）压片的方法。在波数400～4000cm-1范围下进行红外光谱扫描。

1.3.7X-射线衍射

测定条件：铜靶，管流30 mA，管压30 kV，扫描速度3°/min，扫描步长0.02°。扫描方式：连续，重复一次，扫描范围：5～80°。

1.3.8黏度

大豆多糖样品水溶配制成质量分数为15%的多糖溶液，用旋转黏度计在合适的转速下，测定在20～70℃条件下的表观黏度。

1.3.9表面张力[17]

大豆多糖样品水溶配制成质量分数为1%～5%的多糖溶液，采用表面张力计在室温条件下测定其表面张力。

1.3.10乳化性能[18]

准确称取0.100 0 g大豆多糖样品，溶解于25 mL蒸馏水中，加入5 mL大豆油，均质（3 000 r/min）1 min，得到乳状液，移至10 mL的离心管中，以3 500 r/min离心15 min，记录乳化层高度和液体总高度。乳化能力按如下公式计算：

2　结果与分析

2.1基本指标

各样品在室温条件下均水溶，溶解性好，其水分、蛋白质、灰分、pH、电导率等理化指标的测定结果见表1。

表1　大豆多糖样品的理化指标测定结果Table 1　Determination results of physicochemical indexes of soybean polysaccharides samples

由表1可知，样品的蛋白含量相差较大，1#大豆多糖样品的蛋白质含量为8.42%，2#、3#大豆多糖样品蛋白质含量相对较低，分别为3.43%、4.82%。豆渣原料、提取方法、工艺条件及其纯化精制工艺的不同差异，是造成不同来源的大豆多糖产品蛋白质含量存在差别的主要原因。

1#大豆多糖样品的灰分最低，2#、3#大豆多糖样品的较为接近，分别为6.49%、6.72%。样品溶液的电导率都较高（自来水的电导率为0.15～0.40 mS/cm），1#和2#大豆多糖样品的电导率接近，分别为2.57 mS/cm、2.47 mS/cm，3#大豆多糖样品电导率较高，为3.37 mS/cm，与它们为离子性的多糖和结合较多的（金属）阳离子有关，也是样品灰分的来源。另外，1#、3#大豆多糖样品的pH值较低，分别为4.61、5.50，2#大豆多糖样品的pH较高，为6.79，接近中性，与水解后的中和以及除灰精制等操作条件有关。1#、3#大豆多糖样品的水分含量接近，分别为9.89%、10.92%，2#大豆多糖样品的水分含量较高，为12.52%。

2.2样品灰分的XRF分析

各样品灰分的XRF分析结果见表2。由表2可知，各样品灰分中的Ca、K元素含量比例均最大或较大，占其灰分元素总量的73%以上。1#、2#大豆多糖样品中Ca元素含量几乎为3#大豆多糖样品的两倍；2#大豆多糖样品中的K元素含量最低，而3#样品灰分中的K元素含量比例最大，超过50%，可能与样品生产过程中所用试剂，处理条件不同有关。

表2　大豆多糖样品的XRF分析结果Table 2　Results of XRF analysis of soybean polysaccharides

2.3高效液相色谱分析

样品溶液的色谱图见图1，各糖组分的含量比例测定结果见表3。

图1　大豆多糖样品的高效液相色谱图Fig.1　HPLC chromatogram of soybean polysaccharides samples

表3　大豆多糖样品中糖组分高效液相色谱分析结果Table 3　HPLC analysis results of sugar compositions in soybean polysaccharides samples%

由图1和表3可知，各样品均主要由三糖和四糖及以上的组分组成（分别占总糖含量的44.02%、67.25%、76.88%）。其中1#大豆多糖样品中含有一定量的二糖、葡萄糖和果糖，含量比例合计超过14%，具有较高的还原性；2#、3#大豆多糖样品几乎不含有二糖，含有0.7%～2.3%的果糖和葡萄糖。

2.4扫描电镜分析

各样品的电镜结果见图2。由图2可知，1#和3#大豆多糖样品形态基本呈球状，几十微米到100微米的大小，应为喷雾干燥所得的结果，1#大豆多糖样品中球状颗粒有破裂，3#大豆多糖样品的球状颗粒上联接有小球状的颗粒；2#大豆多糖样品呈碎片状，不规整，无定型，颗粒也较小，与1#、3#大豆多糖样品的颗粒形态相差很大，可能固体样为粉碎所得的结果。

图2　大豆多糖样品SEM图片(200×)Fig.2　SEM photographs of soybean polysaccharides samples(200×)

2.5紫外-可见吸收特征

样品的紫外-可见吸收光谱扫描结果图3。由图3可知，2#和3#大豆多糖样品在波长300 nm处均有吸收峰，1#大豆多糖样品在波长347 nm处有吸收峰，最大吸光度值为2.42，较2#和3#大豆多糖样品都大。1#大豆多糖样品富含蛋白质以及较多量的二糖、葡萄糖和果糖，在加热水解的生产过程中，容易发生美拉德反应，精制有限，可能还未进行脱色处理，故其样品粉末呈棕褐色，较2#、3#大豆多糖样品深，溶液有最大的吸光度值。

图3　大豆多糖样品的紫外-可见光吸收光谱扫描结果Fig.3　Ultraviolet-visible spectroscopy scan results of soybean polysaccharides samples

2.6红外光谱

各样品的红外谱图见图4。由图4可知，样品均在波数3 500～3 200 cm-1和1 700～900 cm-1都有吸收峰。其中波数3 380 cm-1处的吸收峰是由于-OH的伸缩振动产生的；波数1 655～1 615 cm-1吸收峰则表明大豆多糖样品中可能有羰基（C=O）的存在；波数1 100～1 000 cm-1吸收峰则表明醚键（-C-O-C-）的存在[19]。

将3#大豆多糖样品的红外谱图加入sample IR spectral search谱图库中，检索发现1#、2#大豆多糖样品的红外谱图与3#样品的匹配度分别为87.28%、98.61%，1#大豆多糖样品在波数1 730 cm-1处存在肩峰，与其他样品有差别，可能是因为1#大豆多糖样品纯度较低引起的。

图4　大豆多糖样品的红外光谱图Fig.4　Infrared spectrogram of soybean polysaccharides samples

2.7XRD衍射谱图

各样品的XRD衍射谱图结果见图5。XRD衍射谱图主要反映物质内部的晶体结构类型，由图5可知，样品都呈现无定型的状态，2#和3#大豆多糖样品的XRD谱图曲线基本相同，具有相似的聚集状态。

图5　大豆多糖样品的X-衍射谱图Fig.5　X-diffraction spectrogram of soybean polysaccharides samples

2.8黏度

质量分数15.0%的大豆多糖样品水溶液，在20～70℃条件下表观黏度的测定结果见表4。由表4可知，样品的黏度均随着温度的增加呈现下降的趋势，与杨城等[16]的实验结果趋势一致。在相同温度条件下，样品的黏度值相差较大，1#大豆多糖样品的黏度范围在3.1～8.2 mPa·s，结合表2各样品的液相色谱分析结果，1#大豆多糖样品的三糖、四糖及以上含量占总糖含量的85%，相对分子质量较低。2#、3#大豆多糖样品的黏度范围分别在19.4～127.2 mPa·s、90.0～204.3 mPa·s，说明2#、3#大豆多糖样品的分子质量较1#大豆多糖高，2#、3#大豆多糖样品的三糖、四糖及以上含量占总糖含量均达到93%以上。

表4　不同温度下大豆多糖样品溶液的黏度值Table 4　Viscosity of soybean polysaccharides samples in different temperaturemPa·s

样品在不同质量分数对应的表面张力的测定结果见表5。由表5可知，1#和3#大豆多糖样品的表面张力随质量分数的升高呈现相同的变化趋势，均是一直降低，并且在质量分数4.0%～5.0%范围内出现较大幅度的下降。2#大豆多糖样品的表面张力是在质量分数1.0%～3.0%范围内呈现下降趋势，在3.0%～5.0%的范围内基本稳定。3#大豆多糖样品的表面张力在质量分数1.0%～5.0%范围内变化很小。

表5　不同浓度下大豆多糖样品溶液的表面张力Table 5　Surface tension of soybean polysaccharides samples solution with different concentrationsmN/m2

2.10乳化性能

各样品乳化性能参数的测定结果见表6。

表6　样品乳化性能参数的测定结果Table 6　Emulsifying performance parameters of samples

由表6可知，各样品的乳化力由大到小依次为：3#＞1#＞2#，其中2#大豆多糖的乳化能力最低，可能与2#大豆多糖样品的蛋白质含量最小相关。

3　结论

各大豆多糖样品的蛋白含量相差较大，1#大豆多糖样品的蛋白质含量较高。pH、电导率等指标存在差异；各大豆多糖样品灰分中的Ca、K元素含量比例较大；1#和3#大豆多糖样品的微观形态相近，基本呈球状，应当是经过喷雾干燥获得的。1#样品的黏度、表面张力小，乳化性一般，但蛋白、二糖、葡萄糖和果糖的含量相对较高，可能较易进行的美德拉反应使其产品的外观颜色较深，相同的样品水溶液在紫外区有较高的吸光度值。2#大豆多糖样品成碎片状，推测其在生产过程中经过了粉碎处理；2#与3#大豆多糖样品的红外谱图匹配度较好，但乳化性较差；3#样品的黏度、表面张力最高，其乳化性能比较好，再综合其外观颜色等因素，3#大豆多糖样品理化性质最好。

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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

国家自然科学基金重点项目（31130042）；华南理工大学“学生研究计划”项目（105612016S552）；“百步梯攀登计划”研究项目（30716061）

于培玲（1989-），女，硕士研究生，研究方向为食品工程。

黄立新（1967-），男，副教授，博士，研究方向为碳水化合物功能化。