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膜法制備食品級大豆濃縮磷脂過程中截留物的研究

發布日期:2018-11-20 15:43來源:中國油脂網作者:未知點擊次數:
 劉方波1,2,劉元法1,李 凱2,王興國1

 

(1. 江南大學 食品學院,江蘇 無錫 214122; 2.山東渤海油脂工業有限公司,山東 博興 256500)

 

摘要:對膜法制備食品級大豆濃縮磷脂的截留物進行了研究。研究表明,截留物中主要包括蛋白質、糖類以及灰分,其中蛋白質含量為45.64% , 糖類 33.22%(其中水溶性多糖15.86%),灰分7.44%。結果表明:正是這些截留物影響了國產大豆濃縮磷脂含雜量、透明度;截留物的組成接近于大豆粕,且熱穩定性較好,富含無機礦物質元素,可以添加在大豆餅粕中。

關鍵詞:食品級大豆濃縮磷脂;截留物;蛋白質;糖類

中圖分類號:TQ645;TS202   文獻標志碼:A   文章編號:1003-7969(2010)07-0054-04

 

Research on retentate produced in preparation of food-grade 

soy lecithin concentrate by membrane separation

LIU Fangbo1,2, LIU Yuanfa1, LI Kai2, WANG Xingguo1

(1.School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China;

2.Bohai Oils & Fats Industrial Co., Ltd., Boxing 256500, Shandong, China)

 

Abstract:The composition,thermal stability and mineral content of retentate produced in preparation of food-grade soy lecithin concentrate by membrane separation were researched. The results showed that the retentate was mainly composed of protein, carbohydrate and ash, in which the contents of protein, carbohydrate, soluble polysacharide and ash were 45.64%, 33.22%, 15.86% and 7.44%, respectively. Furthermore, the results indicated high impurity and low transparency in soy lecithin concentrate made in China was due to the retentate. Meanwhile, the retentate could be added back in soy meal for its similar components with soy meal, high thermostability and richness in minerals.

Key words:food-grade soy lecithin concentrate; retentate; protein; carbohydrate

    磷脂在自然界分布廣泛,是生物膜的基本組成成分,在生命過程中起代謝作用和結構形成作用,是重要的生命物質。目前商品化的磷脂主要來源于大豆[1]。大豆磷脂具有諸多的生理活性和營養價值,經常食用對促進脂肪的新陳代謝,改善大腦機能,對肝病、心腦血管疾病、神經性疾病、糖尿病等的預防和治療都有好處,它所具有的乳化、潤濕、分散、速溶、黏著等物性被廣泛地用于食品、飼料、醫藥、化工等行業[2-4]。

    食品級大豆濃縮磷脂的生產工藝一般包括大豆預處理、浸出、脫溶劑、毛油過濾、水化脫膠、離心分離、膠質脫色、濃縮干燥。然而,由于生產技術、加工設備的差距,特別是離心、過濾技術的差距,導致國產濃縮磷脂與國外的產品存在較大的距離,主要體現在含雜量高、色澤深、透明度差等方面,產品不得不作為飼料級濃縮磷脂使用[5]。食品級磷脂大部分仍靠國外進口,落后的技術與巨大的市場需求和豐富的大豆磷脂資源形成了鮮明的反差。針對上述問題,筆者在先前的研究中采用無機膜分離的方式成功制備了高品質的濃縮磷脂產品,丙酮不溶物、乙醚不溶物、水分及揮發物、色澤與透明性等質量指標超過行業標準SB/T 10206—1994濃縮磷脂一級要求,部分指標甚至優于進口產品[6]。在此基礎上,本文對無機膜分離制備食品級大豆濃縮磷脂的截留物進行了研究,明確截留物的主要組成成分及含量,同時,對截留物的熱穩定性、無機礦物質元素進行了分析,為膜法制備食品級大豆濃縮磷脂的工業化應用提供了一定的參考數據。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

1.1.1 實驗材料 膜法制備食品級大豆濃縮磷脂的截留物,山東渤海油脂工業有限公司;溴化鉀,光譜純;正己烷、無水乙醇等試劑均為分析純。

1.1.2 實驗設備 NICOLET NEXUS470型傅里葉變換紅外光譜儀,TGA/SDTA 85/e型熱重分析儀,101-2型烘箱,SHB-3型真空泵。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備 樣品的制備過程如圖1所示。

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圖1 樣品的制備過程

1.2.2 待分析樣品的紅外分析 KBr壓片法。掃描次數:32次;分辨率:4 cm-1。

1.2.3 常規分析 水分及揮發物測定,參照GB/T 10358—2008;蛋白質測定,參照GB/T 14489.2—2008;灰分測定,參照GB/T 6438—2007;粗纖維測定,參照GB/T 5515—2008。

1.2.4 熱重分析(TGA) 稱重量程:≤1 g;稱重靈敏度:0.1 μg;掃描溫度:20~1 000 ℃;升溫速度:20 ℃/min;靜態空氣。

1.2.5 多糖分析 采用硫酸-苯酚法測定[7]。

1.2.5.1 葡萄糖標準曲線制作 稱取干燥至恒重的葡萄糖25.0 mg,加適量蒸餾水溶解,轉移至250 mL容量瓶中,加水至刻度,搖勻,配成質量濃度為100 μg /mL葡萄糖標準溶液。精密量取葡萄糖標準溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mL置于干燥比色管中,分別加入蒸餾水適量補足至2.0 mL,再分別加入5%苯酚溶液1.0 mL,搖勻,然后加濃H2SO4 5.0 mL,充分搖勻,室溫放置25 min。在最大吸收波長489 nm處測定其吸光度,同時以蒸餾水作為空白。以吸光度為縱坐標,葡萄糖標準溶液對應的葡萄糖質量為橫坐標,繪制標準曲線。

1.2.5.2 待分析樣品的處理 取待分析樣品約05 g(精密稱定),加入80%乙醇100 mL,加熱回流1 h,趁熱過濾,濾渣與濾器用熱80%乙醇30 mL分次洗滌,濾渣連同濾紙置于燒瓶中,加水150 mL,加熱回流2 h。趁熱過濾,用少量熱水洗滌濾器,合并濾液與洗液,放冷,移入250 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻。

1.2.5.3 待分析樣品的測定 精密量取1.0 mL制備好的溶液,用蒸餾水補足至2.0 mL,加入5%苯酚溶液1.0 mL,搖勻,然后加濃H2SO4 5.0 mL,充分搖勻,室溫放置25 min。在最大吸收波長489 nm處測定其吸光度,對照標準曲線進行計算。

1.2.6 無機礦物元素分析 參照GB/T 7887—1987,用原子吸收分光光度儀測定。

2 結果與討論

2.1 待分析樣品的紅外分析

    待測樣品的紅外分析結果如圖2所示。

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圖2 待分析樣品的紅外圖譜

    作為物質定性的重要手段之一,紅外分析已經被廣泛地應用于植物油、磷脂、蛋白質和糖類的分析。鄧月娥等[8]人采用紅外分析對9種植物油的紅外光譜特性進行了研究,發現不同品種植物油具有基本相同的紅外光譜特性, 如3 009、2 925 cm-1和2 854 cm-1處的 CH 伸縮振動峰, 1 746 cm-1處的 CO 伸縮振動峰,1 464、1 377 cm-1處亞甲基的彎曲振動峰, 722 cm-1處碳鏈骨架振動峰以及1 238、1 163、1 099 cm-1處甘油三酯中 CO 伸縮振動峰等;劉燕等[9]人對粉末磷脂進行了紅外分析研究,結果表明,粉末磷脂的紅外特征吸收峰包括由氫鍵締合羥基的伸縮振動引起的位于 3 311.43 cm- 1處的強吸收,  CH2的振動引起的位于2 92429 cm-1處的吸收,酯羰基 CO 伸縮振動引起的1 739. 41 cm-1處的吸收峰,CH3的伸縮振動引起的1 465. 22 cm-1處的吸收峰, PO 的伸縮振動引起的1 376. 95 cm-1處的吸收峰以及 POC 伸縮振動引起的1 059. 70 cm-1處的吸收峰;張國華等[10]人在對變性葵粕特性的研究中,利用紅外分析方法對分離蛋白進行了定性,研究指出1 656.88 cm-1處為酰胺Ⅰ帶,是 CO 的伸縮振動,1 52031 cm-1為酰胺Ⅱ帶,是 NH 的彎曲振動,酰胺Ⅰ帶和Ⅱ帶是蛋白的特征吸收峰。此外,1 45039 cm-1為酰胺Ⅲ帶,是 CN 的伸縮振動,研究還指出酰胺Ⅰ帶(1 600~1 700 cm-1)反映的主要是蛋白質的二級結構,其中1 624~1 642 cm- 1為β轉角的特征吸收,而(1 650±2.0) cm-1則為α-螺旋的特征吸收;孫元琳等[11]人利用傅里葉變換紅外光譜法測定了當歸果膠多糖的酯化度,文中歸納了糖類的特征吸收。2 400~3 600 cm-1出現的寬峰是分子內或分子間 OH 伸縮振動的結果,2 923 cm-1和2 852 cm-1附近的吸收峰由 CN ( CH  , CH2 和 CH3 )伸縮振動引起,這個吸收峰常常被 OH 伸縮振動引起的寬峰所掩蓋。1 370 cm-1和1 418 cm-1附近的吸收峰屬 CH 的彎曲振動。1 629 cm-1的強吸收峰為羧酸鹽( COO )的不對稱伸縮振動, 同時也是糖的水化物樣品的吸收峰。1 000~1 300 cm-1間的吸收峰是由 CO 伸縮振動所引起的,屬于糖環上的 COH 和糖苷鍵 COC 的伸縮振動。對比上述文獻中報道的關于中性油、磷脂、蛋白和糖類的特征吸收,分析圖2中待分析樣品的傅里葉變換紅外圖譜,得到待測樣品的紅外特征吸收以及相對應歸屬的官能團振動方式,結果見表1。

表1 待分析樣品紅外特征吸收以及對應的官能團振動方式

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    由表1可知,待分析樣品中主要含有蛋白質、糖類或其結合物糖蛋白[12],同時由于沒有1 700 cm-1酯類物質的特征吸收以及 PO 的伸縮振動引起的位于1 376.95 cm-1處的特征吸收以及 POC 伸縮振動引起的位于1 059.70 cm-1處的特征吸收,說明正己烷抽提已經完全去除了磷脂、中性油等脂類物質。此外,紅外譜圖中位于1 650.73 cm-1的強烈吸收證明了待分析樣品中的蛋白質主要是α-螺旋。

2.2 常規分析以及熱重分析

  待分析樣品的常規分析結果見表2。

表2 待分析樣品的常規分析結果% 

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    由表2可以看出,截留物的組成主要包括了水分及揮發物、蛋白質、灰分、粗纖維以及糖類物質,其組成和各組分含量與常規的大豆粕較為類似,出現這種現象的主要原因可能是生產技術、加工設備特別是離心、過濾技術和設備與國外存在差距,使生產過程中細小的豆粕微粒和無機物進入了濃縮磷脂中,由于這些物質的粒徑都比較大,被200 nm孔徑的膜截留,對比膜過濾前后濃縮磷脂的質量指標[6],可以肯定正是膜分離的截留物造成了國產濃縮磷脂含雜量高、透明度差。截留物中的揮發性物質可能來源于方法1.2.1處理過程中的未揮發完的正己烷以及蛋白、糖類的結合水,這一結論也被熱重分析的結果證實(見圖3)。如圖3所示,在50~100 ℃之間,熱重分析圖譜出現了一個明顯的失重,大約失重8.078%。由沉降系數來分,大豆蛋白可以分為2S,7S,11S以及15S等4種組分,其中相對分子質量最小的為2S組分,其相對分子質量在8 000~20 000之間, 7S組分的相對分子質量在60 000~210 000之間,11S組分在350 000左右,15S組分相對分子質量則高達600 000,這樣巨大的蛋白質分子被200 nm的膜截留是完全可能的。此外,油脂制取過程以及脫膠過程不可避免地帶入一些鐵銹、泥土、灰塵等固體雜質,這些物質尺寸都在1 μm以上,甚至更大,這些物質組成了截留物的無機灰分物質[13]。粗纖維由于其巨大的聚合度,使其具有較大的相對分子質量和分子尺寸,在膜過濾的過程中被截留。

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圖3 待分析樣品的熱重分析圖譜

2.3 水溶性多糖的分析

     本文對待分析樣品中的糖類進行了初步的分析,特別是對其中的水溶性多糖進行了定量。作為具有多種生物活性的水溶性多糖,是目前國內外研究的熱點[14-16]。大豆可溶性多糖的相對分子質量在600 000左右,由半乳糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸、鼠李糖、巖藻糖、木糖和葡萄糖等組成。葡萄糖標準曲線及回歸方程見圖4。

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圖4 葡萄糖標準曲線

    由圖4可知,吸光度與葡萄糖質量之間的線性回歸方程為y=0.004 2 x-0.004 8,相關系數R2=0.999 2,吸光度與葡萄糖質量之間具有較高的相關性,由公式計算得到截留物中的水溶性多糖含量為15.86%。蘇浩等[17]人用膜技術分離提取了大豆多糖,研究表明,大豆粕水溶性多糖含量在22%左右,其中81.7%可以用500 nm的膜進行截留;而本實驗選用孔徑200 nm的膜截留的水溶性大豆多糖含量為15.86%,剩余的非水溶性的大分子糖類有待進一步細分。

2.4 無機礦物元素的分析

  截留物的無機礦物元素分析結果見表3。

表3 無機礦物元素含量  μg/g

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    由表3可以看出,截留物至少含有鉀、鈣、鈉、鎂、鐵、錳、鋅、銅等8種礦物元素。其中鐵、鎂、鉀、鈣金屬元素含量很高,它們對動物的造血、細胞生長、酶活性的激發、蛋白質的合成、抑制神經興奮和機體的正常生長發育等都起著積極的作用。這么高的礦物元素含量可能來源于截留物中豐富的金屬絡蛋白和被無機膜截留濃縮的無機礦物質。

3 結 論

    本文對膜法制備食品級大豆濃縮磷脂的截留物進行了研究。截留物中主要包括蛋白質、糖類、灰分以及粗纖維,其中蛋白質含量45.64%, 糖類 3322% (水溶性多糖15.86%),灰分7.44% ,粗纖維5.57%;截留物來源于生產過程中細小的豆粕微粒和無機物,正是這些截留物造成了國產大豆濃縮磷脂含雜量高、透明度差;截留物的組成接近于大豆粕,且熱穩定性較好(分解溫度超過200 ℃),富含無機礦物質元素,可以添加在大豆餅粕中。

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