CN102838575B - 挤压膨化预处理辅助提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挤压膨化预处理辅助提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法，包括以下步骤：将大豆胚芽粉的物料含水量调节到5-10％，用双螺杆挤压膨化机对大豆胚芽挤压膨化，双螺杆挤压膨化机的套筒温度25℃-45℃、螺杆转速60-120r/min、模口孔径5-25mm；将膨化产物与水混合后加入蛋白酶进行酶解，酶解后离心分离得到大豆油脂、水解液、残渣；其中酶解pH8-10，酶解温度20-60℃，加酶量1∶3-1∶7，料液比1∶3-1∶7，酶解时间3-7h；向水解液和残渣中加入无水乙醇进行超声萃取大豆异黄酮，无水乙醇与水解液的体积比（1-5）∶1；用大孔吸附树脂纯化大豆异黄酮，洗脱后即得到洗脱液；将洗脱液旋转蒸发后冻干即得大豆异黄酮。本发明方法具有步骤简便，大豆异黄酮产品品质好、提取率高的特点。

Description

挤压膨化预处理辅助提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法

技术领域

本发明涉及一种大豆异黄酮的提取方法，特别是涉及一种挤压膨化预处理辅助提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法，属于天然化学物质的分离纯化领域。

背景技术

大豆异黄酮是大豆生长过程中形成的次级代谢产物，是一种生物类黄酮，主要指以3-苯丙吡喃酮为母核的多酚类化合物的混合物，人体内不能合成。在自然界中分布有限，主要存在于豆科植物中，以大豆中的含量最高，故称大豆异黄酮。研究表明，大豆异黄酮具有多种生理功能和药用价值，药理学研究表明，大豆异黄酮具有的雌激素样作用，可用于改善和治疗妇女更年期综合症，能够降低血液胆固醇，防止骨质疏松和动脉粥样硬化。大豆异黄酮还具有抗菌作用，能抑制癌细胞生长，诱发癌细胞凋亡，对乳腺癌、前列腺癌、肺癌、白血病等都有良好的预防作用。具有多种生物活性，特别是其防癌抗癌研究已成世界热门焦点。目前，日本和欧美等国已相继开发出多种大豆。

大豆胚芽占大豆总重量的2%～2.5%，组成成分独特，在大豆分离蛋白等的制取中大豆胚芽常常作为一种不必要的产物而被脱除掉，因为大豆分离蛋白的苦涩味主要来自于大豆胚芽。自上世纪80年代以来，国外对大豆胚芽的研究与开发日渐深入，尤其是美国和日本在这方面的研究就更为活跃，如日本开发了大豆胚芽茶、美国Soyhealth和Schouten公司也开发出富含大豆异黄酮的大豆胚芽食品。2010年伯克康奈尔医学研究所、纽约亨特学院生物系，密歇根大学医学院等发表了对黄豆苷元进行临床试验研究的重要成果。这几所研究机构对一个含有2000种FDA许可使用的药物，天然产物和其它生物活性化合物的药物库中的化合物进行筛选，结果表明黄豆苷元可通过非cAMP依赖途径促进神经元的保护和再生，这一发现有望使它成为预防中风和治疗帕金森病的安全药物。国内对大豆胚芽的研究起步较晚，对大豆胚芽的研究与开发均主要集中在大豆胚芽中的异黄酮和皂苷等活性成分。

大豆胚芽是大豆制油工业和蛋白工业的副产品之一，其中异黄酮含量远高于大豆子叶和种皮，大豆胚芽中大豆异黄酮的含量是子叶中的8～10倍，但在生产中一般将其作为废物处理。为了充分利用我国大豆资源，变废为宝，研究从大豆胚芽中提取大豆异黄酮的方法具有重要意义。

挤压过程是一个复杂的物理化学生物反应过程，物料组分所发生的变化主要同挤压前物料的预处理、螺杆结构、螺杆转速等多方面因素有关。而物料组分的变化直接影响到后续加工效果。研究表明，使用大豆膨化-浸油技术，可使原设备浸出能力增加150%，粕残油小于1%，同时省去传统浸油过程的软化、轧胚、蒸炒等工序。由此可见，挤压后大豆浸油效果改善，而挤压-浸油后饼粕中大豆异黄酮提取效果如何，尚鲜有研究报道。

目前已从大豆胚芽中分离出了9种异黄酮糖苷和3种相应的配糖体，并用UV、MS、13C-和1H-NMR光谱分析确定了这些化合物组分的结构式。在以往的研究中大豆异黄酮提取分离方法，主要有溶剂萃取法、碱提取、酸沉淀、活性炭吸附法、离子交换树脂法，亚临界水提取以及柱层析法等分离技术。而传统的有机溶剂浸提法或者在加热条件下提取，具有操作费时、溶剂量大、成本高等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提取步骤简便，大豆异黄酮产品品质好、提取率高的提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法。

为达上述目的，本发明一种挤压膨化预处理辅助提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法，包括以下步骤：

（1）将大豆胚芽粉碎后得到大豆胚芽粉，将大豆胚芽粉的含水量调节到5-10%，用双螺杆挤压膨化机对大豆胚芽粉挤压膨化，得到膨化产物，所述双螺杆挤压膨化机的套筒温度为25℃-45℃、螺杆转速为60-120r/min、模口孔径为5-25mm；

（2）将膨化产物与水混合后加入蛋白酶进行酶解除去油脂和蛋白，酶解后离心分离得到大豆油脂、水解液、残渣；其中酶解pH为8-10，酶解温度为20-60℃，酶的加入量与膨化产物的重量比为1:3-1:7，膨化产物与水的重量比（料液比）为1:3-1:7，酶解时间3-7h；

（3）向水解液和残渣中加入无水乙醇进行超声萃取大豆异黄酮，无水乙醇与水解液的体积比为（1-5）：1；

（4）用大孔吸附树脂纯化大豆异黄酮，洗脱条件分别为：上样量为0.1BV-0.5BV，上样流速为0.1BV/h-2BV/h，洗脱剂流速为0.5BV/h-5.0BV/h，洗脱剂体积为1-8BV，洗脱剂乙醇的体积浓度为30%-95%，洗脱后即得到洗脱液；

（5）将洗脱液旋转蒸发后冻干即得大豆异黄酮。

本发明的方法，其中还包括对步骤（1）中的膨化产物粉碎得到大豆粉的步骤，优选粉碎至颗粒度60目。

本发明的方法，其中优选所述步骤（1）中将大豆胚芽粉的物料含水量调节到8%，所述双螺杆挤压膨化机的套筒温度为30℃、螺杆转速为90r/min、模口孔径为15mm。

本发明的方法，其中优选所述步骤（2）中加入的酶为Protex6L碱性蛋白酶。

本发明的方法，其中优选所述步骤（2）中酶解pH值为9.5，酶解温度为50℃，酶的加入量与膨化产物的重量比为1:5，膨化产物与水的重量比为1:6，酶解时间为5h。

本发明的方法，其中优选所述步骤（3）中无水乙醇与水解液的体积比为3：1。

本发明的方法，其中优选所述步骤（4）中选用大孔吸附树脂D101进行纯化；洗脱条件分别为：上样量为0.3BV，上样流速为0.5BV/h，洗脱剂流速为2.0BV/h，洗脱剂体积为4BV，洗脱剂乙醇的浓度为70%。

本发明方法作用条件温和（无有机溶剂、无剧烈化学反应），仪器设备要求简单，操作简便。体系中的降解产物一般不会与提取物发生反应，可以有效地保护大豆异黄酮的品质。冻干后，将大豆异黄酮产品做成干燥的粉末，有利于保存，同时也有利于使用和添加到食品中。

挤压过程是一个复杂的物理化学生物反应过程，物料组分所发生的变化主要同挤压前物料的预处理、螺杆结构、螺杆转速等多方面因素有关。而物料组分的变化直接影响到后续加工效果。本发明以挤压膨化预处理大豆胚芽为辅助手段，通过一系列试验筛选优选出较佳的挤压膨化、酶解、纯化工艺等条件，使本发明方法与传统的大豆异黄酮分离纯化方法相比有以下优点：

1、利用挤压膨化预处理，提高了大豆胚芽中油脂的脱除率，同时也增加了大豆异黄酮的得率。

2、所用设备简单、操作安全、油脂和蛋白去除干净，原料不需要再脱油、脱蛋白，可以直接用于大豆异黄酮提取。所以提取步骤简便，大豆异黄酮产品品质好。

下面结合附图对本发明的挤压膨化预处理辅助提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明提取方法的工艺流程示意图；

图2物料含水量对大豆异黄酮得率的影响；

图3挤压温度对大豆异黄酮得率的影响；

图4螺杆转速对大豆异黄酮得率的影响；

图5模口孔径对大豆异黄酮得率的影响；

图6pH对大豆异黄酮得率的影响；

图7酶解温度对大豆异黄酮得率的影响；

图8加酶量对大豆异黄酮得率的影响；

图9料液比对大豆异黄酮得率的影响；

图10酶解时间对大豆异黄酮得率的影响；

图11超声时无水乙醇添加量对大豆异黄酮的影响；

图12上样量对大豆异黄酮得率的影响；

图13上样流速对大豆异黄酮得率的影响；

图14洗脱剂流速对大豆异黄酮得率的影响；

图15洗脱剂体积对大豆异黄酮得率的影响；

图16洗脱剂浓度对大豆异黄酮得率的影响。

具体实施方式

以下是实施例及其试验数据等，但本发明的内容并不局限于这些实施例的范围。实验例1挤压膨化预处理辅助提取大豆异黄酮，挤压膨化和酶法脱脂最佳工艺参数筛选试验

1.材料与方法

1.1材料、试剂

大豆胚芽                    山东嘉华油脂有限公司

无水乙醇                    天津市天力化学试剂有限公司

大孔吸附树脂                杭州争光化工厂

Protex6L碱性蛋白酶                杰能科生物工程有限公司

所用试剂                          均为分析纯

1.2主要仪器设备

挤压膨化机                       东北农业大学

超声波细胞粉碎机                 宁波新芝生物科技股份有限公司

低速离心机                       安徽中科中佳科学仪器有限公司

旋转蒸发仪                       郑州长城科工贸有限公司

可见分光光度计                   上海菁华科技仪器有限公司

1.3试验方法：

1.3.1大豆异黄酮含量的测定方法：

分别精确称取染料木素、大豆甙元标准品20.0mg，置于25ml容量瓶中，以甲醇溶解并定容至刻线，摇匀。分别精密吸取标准品溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.2、1.6ml，置于10ml容量瓶中，用甲醇稀释至刻线，摇匀。以甲醇为空白，在227nm和249nm波长处测定染料木素和大豆甙元的A值。以浓度X为横坐标，A值为纵坐标绘制标准曲线，得染料木素回归方程Y=2.708x-0.0088，R²=0.9994，大豆甙元回归方程A=6.51x-0.1007，R²=0.999，两者线性范围均为0.008-0.128mg/mL。

1.3.2挤压膨化预处理工艺参数的确定

1.3.2.1挤压膨化时水分含量对大豆异黄酮得率的影响

将用于挤压膨化的大豆胚芽粉的物料含水量调节到5-10%。调节挤压膨化料的物料含水量后，利用双螺杆挤压膨化机对大豆胚芽进行挤压膨化。挤压膨化的套筒温度选择30℃，挤压膨化的螺杆转速设定为90r/min，挤压膨化的模口孔径选择15mm，考察挤压膨化预处理中物料含水量对脱脂率和大豆异黄酮得率的影响。由图2可知，最佳的物料含水量为8％。

1.3.2.2挤压膨化的套筒温度对大豆异黄酮得率的影响

将用于挤压膨化的大豆胚芽粉的物料含水量调节到8%。调节挤压膨化料的物料含水量后，利用双螺杆挤压膨化机对大豆胚芽进行挤压膨化。挤压膨化的螺杆转速设定为90r/min。挤压膨化的模口孔径选择15mm。挤压膨化的套筒温度选择25℃-45℃。考察挤压膨化预处理中挤压膨化的套筒温度对脱脂率和大豆异黄酮得率的影响。由图3可知最佳的套筒温度为30℃。

1.3.2.3挤压膨化的螺杆转速对大豆异黄酮得率的影响

将用于挤压膨化的大豆胚芽粉的物料含水量调节到8%。调节挤压膨化料的物料含水量后，利用双螺杆挤压膨化机对大豆胚芽进行挤压膨化。挤压膨化的套筒温度选择30℃。挤压膨化的模口孔径选择15mm。挤压膨化的螺杆转速设定为60-120r/min。考察挤压膨化预处理中挤压膨化的螺杆转速对脱脂率和大豆异黄酮得率的影响。由图4可知最佳的螺杆转速为90r/min。

1.3.2.4挤压膨化的模口孔径对大豆异黄酮得率的影响

将用于挤压膨化的大豆胚芽粉的物料含水量调节到8%。调节挤压膨化料的物料含水量后，利用双螺杆挤压膨化机对大豆胚芽进行挤压膨化。挤压膨化的套筒温度选择30℃。挤压膨化的螺杆转速设定为90r/min。挤压膨化的模口孔径选择5-25mm。考察挤压膨化预处理中挤压膨化的模口孔径对脱脂率和大豆异黄酮得率的影响。由图5可知最佳的模口孔径为15mm。

1.3.3碱性酶法脱脂的脱脂条件的确定

1.3.3.1酶解pH的确定

在50℃，料液比为1:6的条件下，加入1:5的Protex6L碱性蛋白酶，酶解脱脂5h，考察酶解pH对大豆异黄酮得率的影响。由图6可知最佳酶解pH为9.5。

1.3.3.2酶解温度的确定

在料液比为1:6，pH为9.5的条件下，加入1:5的Protex6L碱性蛋白酶，酶解脱脂5h，考察酶解温度对大豆异黄酮得率的影响。由图7可知最佳酶解温度为50℃。

1.3.3.3加酶量的确定

在50℃，料液比为1:6，pH为9.5的条件下，酶解脱脂5h，考察加酶量对大豆异黄酮得率的影响。由图8可知最佳加酶量为1:5。

1.3.3.4脱脂料液比的确定

在酶解温度为50℃，pH为9.5的条件下，加入1:5的Protex6L碱性蛋白酶，酶解脱脂5h，考察料液比对大豆异黄酮得率的影响。由图9可知最佳料液比为1:6。

1.3.3.5酶解时间的确定

在酶解温度为50℃，料液比为1:6，pH为9.5的条件下，加入1:5的酶,酶解脱脂5h，考察酶解时间对大豆异黄酮得率的影响。由图10可知最佳酶解时间为5h。

1.3.4超声乙醇提取

分别加入与水解液体积比为1：1,2：1,3:1，4：1,5：1的无水乙醇，考察乙醇添加量对大豆异黄酮得率的影响。由图11可知最佳无水乙醇添加量为无水乙醇与水解液的体积比为3：1。

1.3.5大孔吸附树脂洗脱条件的确定

利用大孔吸附树脂纯化大豆异黄酮，选用大孔吸附树脂D101进行纯化，考察各个洗脱条件的确定。

1.3.5.1上样量的确定

上样流速为0.5BV/h，洗脱剂流速2.0BV/h，洗脱剂体积4BV，洗脱剂为乙醇，浓度为70%。上样量上样量0.1BV-0.5BV，考察上样量对大豆异黄酮得率的影响。由图12可以看出最佳上样量为0.3BV。

1.3.5.2上样流速的确定

上样量为0.3BV，洗脱剂流速2.0BV/h，洗脱剂体积4BV，洗脱剂为乙醇，浓度为70%。上样流速为0.1BV/h-2BV/h时，考察上样流速对大豆异黄酮得率的影响。由图13可以看出最佳上样流速为0.5BV/h。

1.3.5.3洗脱剂流速的确定

上样量为0.3BV，上样流速为0.5BV/h，洗脱剂体积4BV，洗脱剂为乙醇，浓度为70%。洗脱流速0.5BV/h-5.0BV/h，考察洗脱剂流速对大豆异黄酮得率的影响。由图14可以看出最佳洗脱剂流速为2.0BV/h。

1.3.5.4洗脱剂体积的确定

上样量为0.3BV，上样流速为0.5BV/h，洗脱剂流速2.0BV/h，洗脱剂为乙醇，浓度为70%。洗脱剂体积为1-8BV，考察洗脱剂体积对大豆异黄酮得率的影响。由图15可以看出最佳洗脱剂体积为4BV。

1.3.5.5洗脱剂浓度的确定

上样量为0.3BV，上样流速为0.5BV/h，洗脱剂流速2.0BV/h，洗脱剂体积4BV，洗脱剂为乙醇，浓度为70%。洗脱剂浓度为30%-95%，考察洗脱剂浓度对大豆异黄酮得率的影响，洗脱后即得到洗脱液。由图16可以看出最佳洗脱剂浓度为70%。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种挤压膨化预处理辅助提取大豆胚芽中大豆异黄酮的方法，按照以下步骤实施： 

（1）将大豆胚芽粉碎后得到大豆胚芽粉，将大豆胚芽粉的含水量调节到5-10%，用双螺杆挤压膨化机对大豆胚芽粉挤压膨化，得到膨化产物，所述双螺杆挤压膨化机的套筒温度为25℃-45℃、螺杆转速为60-120r/min、模口孔径为5-25mm； 

（2）将膨化产物与水混合后加入蛋白酶进行酶解除去油脂和蛋白，酶解后离心分离得到大豆油脂、水解液、残渣；其中酶解pH为8-10，酶解温度为20-60℃，酶的加入量与膨化产物的重量比为1:3-1:7，膨化产物与水的重量比为1:3-1:7，酶解时间3-7h； 

（3）向水解液和残渣中加入无水乙醇进行超声萃取大豆异黄酮，无水乙醇与水解液的体积比为（1-5）：1； 

（4）用大孔吸附树脂纯化大豆异黄酮，洗脱条件分别为：上样量为0.1BV-0.5BV，上样流速为0.1BV/h-2BV/h，洗脱剂流速为0.5BV/h-5.0BV/h，洗脱剂体积为1-8BV，洗脱剂乙醇的体积浓度为30%-95%，洗脱后即得到洗脱液； 

（5）将洗脱液旋转蒸发后冻干即得大豆异黄酮。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中将大豆胚芽粉的含水量调节到8%，所述双螺杆挤压膨化机的套筒温度为30℃、螺杆转速为90r/min、模口孔径为15mm。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中酶解pH值为9.5，酶解温度为50℃，酶的加入量与膨化产物的重量比为1:5，膨化产物与水的重量比为1:6，酶解时间为5h。 

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中加入的酶为Protex6L碱性蛋白酶。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中无水乙醇与水解液的总体积比为3：1。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）中选用大孔吸附树脂D101进行纯化；洗脱条件分别为：上样量为0.3BV，上样流速为0.5BV/h，洗脱剂流速为2.0BV/h，洗脱剂体积为4BV，洗脱剂乙醇的体积浓度为70%。