豆腐皮废甜浆中大豆低聚糖的分离纯化研究

论文摘要

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,分别占甜浆干重的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3.99 mg/ml,蛋白质的去除率达到89%以上。超滤单因素实验采用MWCO 10000 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=4.13v0.112c0.033。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、60 L/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20V、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0.13g/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%。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 缩略语表（Abbreviation）
• 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
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验试剂及标样
• 1.3 主要仪器及设备
• 1.4 实验方法
• 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