CN103585254B - 从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法 - Google Patents
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Abstract
从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法属于医药保健食品制造技术，该方法包括以下步骤：（1）将粉碎后的大豆挤压膨化得膨化产物，将膨化产物与水混合后进行酶解，经离心分离得到游离油、乳状液、水解液和残渣；（2）向水解液中加入酸进行酸沉，然后离心分离得沉淀和水相，将水相进行微波处理后进行纳滤得到透过液；（3）透过液经大孔吸附树脂吸附得吸附物；（4）吸附物经解吸后进行丙酮萃取，得到萃取物和未萃取物，将萃取物和未萃取物分别进行真空浓缩、喷雾干燥，得到大豆异黄酮和大豆皂苷；本方法所需要的设备简单、操作安全，可同步得到大豆异黄酮和大豆皂苷两种产品，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于医药保健食品制造技术领域，主要涉及从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法。
背景技术
水酶法是一种新兴的提油技术，以机械和酶解为手段破坏植物的细胞壁，使油脂易于从油料中释放出来，由于油籽中非油成分（主要是蛋白质和碳水化合物）对油和水的亲和力存在差异，同时利用油水比重不同而将油和非油成分分离。它作为一种新兴的“安全、绿色、环保”提油技术，越来越受到国内外很多学者的重视。在提取油脂的同时能高效的回收油料中其他价值组分（蛋白质和碳水化合物等），被油脂科学界称为“一种油料资源的全利用技术”。水酶法提取的油脂具有较好的品质，而且由于酶解在水相中进行，大豆中的功能性物质，例如大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆肽、大豆低聚糖、大豆膳食纤维等活性物质均保留在水相中，由于水酶法提油技术操作条件温和，能够最大程度的保留原料中的微量营养物质，若将其功能性成分分离开，则可提高其产品附加值。
大豆异黄酮是从非转基因大豆精制而成的生物活性物质，是一种具有多种重要生理活性的天然营养因子，是纯天然的植物雌激素，容易被人体吸收，能迅速补充营养。大量研究表明，大豆异黄酮具有抗癌、抗氧化、预防和改善骨质疏松、类雌激素、增强免疫、防治乳腺癌、改善女性更年期综合症等多种生理活性；大豆皂苷属于三萜系结构，由非极性的三萜苷元(aglycones或sapogenol)和低聚糖链(glycones)两部分组成。大豆皂苷对动物及人体生理代谢有益的调节作用，大豆皂苷具有降低血中胆固醇和甘油三酯含量，抗氧化，抑制肿瘤细胞生长，抗疲劳，抗病毒等作用。 除以上生理功能外，大豆皂苷还具有发泡性、乳化性及表面活性等，可作为添加剂应用于食品、医药等领域。
挤压膨化技术是一种现代的高温短时加工方法。大豆在挤压膨化机内受到混合、压缩、捏合和剪切，经过水分、温度、压力和机械剪切等综合作用而被塑化和蒸煮，从而对物料组分及微观结构产生作用，这直接影响到后续加工效果。另外，当大豆通过挤压模孔的一瞬间，高压力急剧释放，大豆水分迅速蒸发，使大豆被膨化成内部产生许多细小孔隙的组织疏松体，使组织细胞受到破坏，从而有利于细胞内有效成分（如油脂、蛋白质、异黄酮、皂苷等）的释放。此外，高温短时的挤压过程使大豆中有效成分受热破坏的程度降低到最低点。因此，挤压膨化过的大豆中，其有效成分不仅含量损失少，而且易被提取。
微波加热技术是一种有效的加热方式，与传统加热方式不同（水浴加热或蒸汽加热等），不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均与，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十分之一就可达到加热目的，时间短效率高；同时微波有助于有效成分的释放，以水作为溶剂时，微波可使提取速率提高数倍，并能降低提取温度，最大限度地保证提取物的质量。因此，微波辅助提取以高得率、高选择性、快速加热、易于控温等优点，在多个领域得到广泛应用。
目前为止，水酶法水解液没有得到综合利用，没有一种工艺从水酶法水解液中同步提取大豆皂苷和大豆异黄酮的工艺方法，而且首次将挤压膨化-微波加热技术-膜技术-树脂吸附技术相结合，同步提取大豆中的有效成分。挤压膨化与微波加热处理相结合，有效的破坏了细胞的结构，从而有利于细胞内有效成分的释放，提高产物得率；利用膜技术和吸附树脂技术相结合，对大豆异黄酮和大豆皂苷进行精制，得到纯度高的两种产品。本工艺使水酶法提油过程中所形成的水解液得到充分利用，不但减少了资源的浪费，而且降低了生产成本，可以同时得到两种产品，可作为保健食品和医药品的原料，并可以进行大规模工业化生产，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法，达到减少了资源的浪费、提高产物得率的目的。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法，该方法包括以下步骤：（1）将大豆清理粉碎后，进行挤压膨化预处理，得到大豆膨化产物，将膨化产物粉碎过筛后与水混合得到混合液，向混合液中加入碱性蛋白酶进行酶解，酶解后离心分离，得到游离油、乳状液、水解液和残渣；（2）向水解液中加入酸，调节pH至4.5，进行酸沉30min，然后在6000r/min下离心分离15min，得沉淀和水相，将水相进行微波处理，所述的微波功率为450-650W，微波时间为10-30min，微波处理后在温度35℃，压力0.85MPa下进行纳滤，得到透过液，其截留分子量为200-1000Da；（3）透过液经大孔吸附树脂柱吸附，所述的上柱温度为35℃，上样pH为4.5，上样量为4.5BV，吸附流速为1.0ml/min，吸附物用80%乙醇解吸，所述的解吸温度为55℃，解吸流速为0.5 ml/min，解吸量为3.0BV；（4）吸附物经解吸后进行丙酮萃取，得到萃取物和未萃取物，所述的丙酮浓度为50-95%，萃取时间为120-360min，萃取温度为65-85℃，将萃取物和未萃取物分别进行真空浓缩、喷雾干燥，得到大豆异黄酮和大豆皂苷。
所述的微波处理优选参数为：微波功率545.04W，微波时间17.72min。
所述的丙酮萃取优选参数为：丙酮浓度94.77%，萃取时间240.21min，萃取温度66.73℃。
本发明利用物理和化学及生物技术相结合，从水酶法水解液中同步提取大豆皂苷和大豆异黄酮，采用挤压膨化技术-微波加热技术相结合，有效的破坏了细胞的结构，从而有利于细胞内有效成分的释放，提高产物得率；利用膜技术和吸附树脂技术相结合，对大豆异黄酮和大豆皂苷进行精制，得到纯度高的两种产品。本工艺所需要的设备简单、操作安全、可同步得到两种产品，可进行连续化生产多种产品，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
本发明首次将挤压膨化-微波加热技术-膜技术-树脂吸附技术相结合，同步提取大豆中的有效成分，大豆异黄酮提取率可达98.34%，大豆皂苷提取率可达98.54%。
附图说明
图1 本发明的工艺路线图；
图2 微波功率对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响；
图3 微波加热时间对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响；
图4 丙酮萃取次数对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响；
图5 丙酮浓度对大豆异黄酮提取率的影响；
图6 丙酮萃取时间对大豆异黄酮提取率的影响；
图7 丙酮萃取温度对大豆异黄酮提取率的影响；
图8 Y=f(x 1 ,x 2 ) 的响应面；
图9 Y=f(x 1 ,x 3 ) 的响应面；
图10 Y=f(x 1 ,x 4 ) 的响应面；
图11 Y=f(x 1 ,x 5 ) 的响应面；
图12 Y=f(x 2 ,x 3 ) 的响应面；
图13 Y=f(x 2 ,x 4 ) 的响应面；
图14 Y=f(x 3 ,x 4 ) 的响应面；
图15 Y=f(x 4 ,x 5 ) 的响应面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细描述：
从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法，该方法包括以下步骤：（1）将大豆清理粉碎后，进行挤压膨化预处理，得到大豆膨化产物，将膨化产物粉碎过筛后与水混合得到混合液，向混合液中加入碱性蛋白酶进行酶解，酶解后离心分离，得到游离油、乳状液、水解液和残渣；（2）向水解液中加入酸，调节pH至4.5，进行酸沉30min，然后在6000r/min下离心分离15min，得沉淀和水相，将水相进行微波处理，所述的微波功率为450-650W，微波时间为10-30min，微波处理后在温度35℃，压力0.85MPa下进行纳滤，得到透过液，其截留分子量为200-1000Da；（3）透过液经大孔吸附树脂柱吸附，所述的上柱温度为35℃，上样pH为4.5，上样量为4.5BV，吸附流速为1.0ml/min，吸附物用80%乙醇解吸，所述的解吸温度为55℃，解吸流速为0.5 ml/min，解吸量为3.0BV；（4）吸附物经解吸后进行丙酮萃取，得到萃取物和未萃取物，所述的丙酮浓度为50-95%，萃取时间为120-360min，萃取温度为65-85℃，将萃取物和未萃取物分别进行真空浓缩、喷雾干燥，得到大豆异黄酮和大豆皂苷。
所述的微波处理优选参数为：微波功率545.04W，微波时间17.72min。
所述的丙酮萃取优选参数为：丙酮浓度94.77%，萃取时间240.21min，萃取温度66.73℃。
实施例：微波加热处理工艺的优化试验
1 材料与方法
1.1 材料、试剂
1.2主要仪器设备
1.3 实验方法
1.3.1大豆成分的测定
水分的测定：GB304—87进行测定；粗脂肪的测定：GB5512—85中索氏抽提法进行测定；粗蛋白的测定：GB6432—94标准方法进行；灰分测定：GB5009.4-85。
1.3.2工艺流程（见图1）
1.3.3计算公式
式中，上清液为提取大豆肽和大豆油后，经微波加热离心后的上清液。
2结果与讨论
2.1 微波加热处理对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响
2.1.1微波加热时间对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响
在微波功率为450W条件下，考察微波加热时间对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响，结果见图2。由图2可知，随着微波加热时间的增加，大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率明显的升高；当微波加热时间达到15min时，大豆异黄酮提取率达到最大值，而大于15min时，随着微波加热时间的增加，大豆异黄酮提取率反而呈下降趋势；当微波加热时间小于20min时，随着微波加热时间的增加，大豆皂苷提取率呈上升趋势，当微波加热时间达到20min时，大豆皂苷提取率达到最大值，而大于20min时，随着微波加热时间的增加，大豆皂苷提取率反而呈下降趋势，因此，在下面的响应面试验设计中微波加热时间选择为14-22min。
2.1.2微波功率对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响
在微波加热时间为15min条件下，考察微波功率对大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率的影响，结果见图3。由图3可知，当微波功率达到550W时，大豆异黄酮提取率、大豆皂苷提取率均达到最大值，因此在下面的响应面试验设计中微波功率选择在540-560W。
2.1.3 丙酮萃取次数对大豆异黄酮提取率和大豆皂苷提取率的影响
采用丙酮作为萃取剂萃取水酶法水相中的大豆异黄酮，分别萃取1、2、3、4次，考察丙酮萃取次数对大豆异黄酮提取率和大豆皂苷提取率的影响，结果见图4，由图4结果可以看出，萃取次数为3次时，大豆异黄酮提取率和大豆皂苷提取率达到最高，因此，选择萃取次数为3次。
2.1.4 丙酮浓度对大豆异黄酮提取率的影响
在丙酮萃取温度为70℃，丙酮萃取时间为240min条件下，考察丙酮浓度对大豆异黄酮提取率的影响，结果见图5。由图5可知，随着丙酮浓度的增大，大豆异黄酮提取率明显的升高；但当丙酮浓度达到90%时，随着丙酮浓度的增大，大豆异黄酮提取率下降，当丙酮浓度达到90%时，大豆异黄酮提取率随着丙酮浓度的增大而降低，因此，在下面的响应面试验设计中丙酮浓度水平选择80-100%。
2.1.5 丙酮萃取时间对大豆异黄酮提取率的影响
在丙酮浓度为85%，丙酮萃取温度为70℃条件下，考察丙酮萃取时间对大豆异黄酮提取率的影响，结果见图6。由图6可知，当丙酮萃取时间达到240min时，大豆异黄酮提取率达到最大值，因此在下面的响应面试验设计中丙酮萃取时间选择在230-250min。
2.1.6 丙酮萃取温度对大豆异黄酮提取率的影响
在丙酮浓度为85%，丙酮萃取时间为240min条件下，考察丙酮萃取温度对大豆异黄酮提取率的影响，结果见图7。由图7可知，当丙酮萃取温度达到70℃时，大豆异黄酮提取率达到最大值，因此在下面的响应面试验设计中丙酮萃取温度选择在60-80℃。
2.2微波加热处理工艺的响应面优化试验
2.2.1 试验因素水平编码表见表1-1。
在单因素研究的基础上，选取微波功率、微波时间、丙酮浓度、丙酮萃取时间、丙酮萃取温度5个因素为自变量，以大豆异黄酮提取率为响应值，根据中心组合设计原理，设计响应面分析实验，其因素水平编码表见表1-1。
表1-1 因素水平编码表
2.2.2 响应面试验安排及试验结果
本试验应用响应面优化法进行过程优化。以x1、x2、x3、x4、x5为自变量，以大豆异黄酮提取率为响应值Y，响应面试验方案及结果见表1-2。试验号1-26为分析试验27-32为6个中心试验，用以评估实验误差。
表1-2响应面试验方案及试验结果
2.2.3 微波加热处理工艺参数对大豆异黄酮提取率的响应面结果分析
通过统计分析软件DesignExpert7.1.1进行数据分析，建立二次响应面回归模型如下：
Y=96.40-0.31x1-0.27x2+0.14x3-0.23x4-0.16x5+1.66x1x2-1.20x1x3+1.87x1x4+1.35x1x5 +1.92x2x3-2.16x2x4+0.32x2x5+1.73x3x4+0.062x3x5-0.84x4x5-0.56x1 2-1.36x2 2+0.048x3 2-1.72 x4 2-0.24 x5 2
回归分析与方差分析结果见表1-3，交互相显著的响应面分析见图8-图15。
表1-3回归与方差分析结果
注：经分析，总回归的相关性系数（R2）为96.67%，决定系数（R2 Adj）为90.61%
由表1-3可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归极显著（p<0.0001），失拟项不显著，并且该模型R2=96.67%，R2 Adj= 90.61%，说明该模型与试验拟合良好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于该反应的理论推测。由F检验可以得到因子贡献率为：x1>x2>x4>x5>x3，即微波功率>微波时间>丙酮萃取时间>丙酮萃取温度>丙酮浓度。
应用响应面寻优分析方法对回归模型进行分析，当微波功率为545.04W，微波时间为17.72min，丙酮浓度94.77%，丙酮萃取时间240.21min，丙酮萃取温度66.73℃，响应面有最优值在98.3411±0.66%。
2.2.4 验证试验与对比试验
在响应面分析在响应面分析法求得的最佳条件：即微波功率为545.04W，微波时间为17.72min，丙酮浓度94.77%，丙酮萃取时间240.21min，丙酮萃取温度66.73℃条件下，进行3次平行试验，得到3次平行试验大豆异黄酮提取率的平均值为98.04%，说明响应值的实验值与回归方程预测值吻合良好，同时，得到的大豆皂苷提取率3次平均值为98.54%，比其他工艺均高，因此，微波功率为545.04W，微波时间为17.72min，丙酮浓度94.77%，丙酮萃取时间240.21min，此条件为最佳条件。
2.2.5 试验小结
利用响应面分析方法从水酶法水相中提取大豆异黄酮的微波加热处理工艺参数进行了优化。建立了相应的数学模型为以后的中试以及工业化生产提供理论基础，并且得到了最优微波加热处理工艺参数：微波功率为545.04W，微波时间为17.72min，丙酮浓度94.77%，丙酮萃取时间240.21min，丙酮萃取温度66.73℃。经过验证与对比试验可知在最优微波加热处理工艺参数条件下大豆异黄酮提取率可达98.34%左右，同时大豆皂苷的提取率达到98.54%。
Claims (3)
1.从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）将大豆清理粉碎后，进行挤压膨化预处理，得到大豆膨化产物，将膨化产物粉碎过筛后与水混合得到混合液，向混合液中加入碱性蛋白酶进行酶解，酶解后离心分离，得到游离油、乳状液、水解液和残渣；（2）向水解液中加入酸，调节pH至4.5，进行酸沉30min，然后在6000r/min下离心分离15min，得沉淀和水相，将水相进行微波处理，所述的微波功率为450-650W，微波时间为10-30min，微波处理后在温度35℃，压力0.85MPa下进行纳滤，得到透过液，其截留分子量为200-1000Da；（3）透过液经大孔吸附树脂柱吸附，所述的上柱温度为35℃，上样pH为4.5，上样量为4.5BV，吸附流速为1.0ml/min，吸附物用80%乙醇解吸，所述的解吸温度为55℃，解吸流速为0.5 ml/min，解吸量为3.0BV；（4）吸附物经解吸后进行丙酮萃取，得到萃取物和未萃取物，所述的丙酮浓度为50-95%，萃取时间为120-360min，萃取温度为65-85℃，将萃取物和未萃取物分别进行真空浓缩、喷雾干燥，得到大豆异黄酮和大豆皂苷。
2.根据权利要求1所述的从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法，其特征在于所述的微波处理优选参数为：微波功率545.04W，微波时间17.72min。
3.根据权利要求1所述的从水酶法水解液中同步提取大豆异黄酮和大豆皂苷的方法，其特征在于所述的丙酮萃取优选参数为：丙酮浓度94.77%，萃取时间240.21min，萃取温度66.73℃。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180109 Address after: 257000 Kenli Economic Development Zone, east of Huafeng Road, Kenli Economic Development Zone, Dongying City, Shandong Province, north of Honghong River Patentee after: Shandong Wonderful Industrial Group Co., Ltd. Address before: 150030 Xiangfang City, Harbin Province Wood Street, No. 59, No. Patentee before: Northeast Agricultural University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200120 Address after: 257000 east of Huafeng road and north of Yihong River, Kenli District, Dongying City, Shandong Province Patentee after: Shandong Wan De Fu Biotechnology Co., Ltd. Address before: 257000 Kenli Economic Development Zone, east of Huafeng Road, Kenli Economic Development Zone, Dongying City, Shandong Province, north of Honghong River Patentee before: Shandong Wonderful Industrial Group Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |