| 大豆低聚糖是大豆中可溶性寡糖的总称，主要由棉籽糖、水苏糖、蔗糖组成，具有生理功能的是水苏糖、棉籽糖[1]。此外还含有少量其它糖类，如葡萄糖、果糖、右旋肌醇甲醚、半乳糖肌醇甲醚等[2]。大豆低聚糖在成熟的大豆干基中一般占10%，其中水苏糖4%、棉子糖1％、蔗糖5%。具有低甜度、低热能、稳定好等特点[3]。 过去很长的一段时间内人们对大豆低聚糖是持否定态度的，强调要在大豆加工过程中除去它。原因是大豆低聚糖不能被消化吸收直接进入大肠中，经产气菌发酵产生二氧化碳等气体，引起胃胀起现象。随着人们不断深入的研究，科学家发现大豆低聚糖其实具有很多的优良功效[4]。也有研究通过酶改性将大豆低聚糖中的非功能性蔗糖转化为功能性低聚糖，增加大豆低聚糖中功能因子的含量，提高大豆低聚糖的功能性[5]。 大豆低聚糖是重要的功能性食品之一，可选择性地促进人体肠道内的有益菌—双歧杆菌的生长。且具有稳定性好、甜度低及热值低等良好的理化性质．对保障人体健康具有重要的作用。我国是大豆的故乡，充分利用我国大豆资源，开发应用大豆低聚糖，提高保健食品的营养保健作用对提高消费者的健康水平有积极作用[6]。日本对大豆低聚糖的开发和应用位居世界的前列，其开发的大豆低聚糖产品在1988年已推向市场，广泛应用于饮料、酸奶、水产制品、果酱、糕点和面包等食品中。到目前为止，大豆低聚糖还是美国FDA唯一认可应用于食品中的功能性低聚糖。我国对大豆低聚糖的研究尚属起步阶段[7]。 大豆低聚糖除可直接饮用外，由于其物理化学性质的高稳定性，使其可广泛应用于保健品、饮料、糖果、糕点、面制品、乳制品、婴儿用乳粉等领域，在医药制品中的应用也十分广泛[8-10]。 临沂山松生物制品有限公司是专业从事大豆深加工的企业，在大豆分离蛋白的生产加工中，每个车间每天排出约200吨豆清水，豆清水中含酸溶蛋白、大豆低聚糖、大豆异黄酮、大豆皂苷等生理活性物质。在后续的水处理中，以其中的大豆低聚糖最难处理，污泥微生物很难将其分解。另一方面，大豆低聚糖中的功效因子水苏糖、棉子糖又是人体能肠道中有益菌双歧杆菌的上好营养素。 国内外同行业在大豆低聚糖生产开发领域还没有成熟经验可以借鉴，基于此，公司领导组织有关专家研究论证后认为，研究提取豆清水中的大豆低聚糖，不仅可以解决污水处理难题，还可以变废为宝，增加企业经济效益。 因此，公司从保护环境、创造效益出发，投入大量人力、物力立项研究大豆低聚糖的提取技术，攻克了这一世界难题，为保护我国脆弱的环境做出应有贡献。 1 材料与方法 1.1 试验材料 豆清水（pH4.5，电导率8160us/cm）为临沂山松生物制品有限公司自产。 1.2 试验方法 1.2.1 豆清水基本成分测定 根据相关标准及方法对豆清水基本成分进行测定。 水分的测定：参照GB5009.3-2003 蛋白质的测定：参照GB5009.5-2003 灰分的测定：参照GB5009.4-2003 低聚糖含量的测定：高效液相色谱法 1.2.2豆清水中蛋白质的去除 试验选择高温加热离心分离法对豆清水进行脱蛋白处理，分别调整温度为60、70、80、90、100℃，然后通过高速离心机进行离心分离，去除沉淀后计算蛋白质脱除率。 1.2.3豆清水中盐分的脱除 分别使用电渗析和离子交换树脂以及二者的结合对脱蛋白后的豆清水进行脱盐处理，以脱盐后豆清水的电导率为指标考察脱盐效果，电导率越小含盐量就越低。 1.2.3.1 电渗析脱盐 电渗析是一种电化学的分离过程，在直流电场的作用下，以电位差为推动力，矿物盐和离子通过离子选择性膜从一种溶液运输到另一种溶液。当施加电压后，产生的电能变成驱动力使离子发生定向运动，膜对于反电荷离子形成屏障作用[11]。 豆清水经高温加热离心分离去除蛋白质后，用电渗析法对豆清水进行脱盐处理，用电导率的大小表征脱盐效果，电导率越小含盐量越低。 1.2.3.2 树脂脱盐 豆清水经高温加热离心分离去除蛋白质后，用离子交换树脂对豆清水进行脱盐处理，用电导率的大小表征脱盐效果，电导率越小含盐量越低。 1.2.3.3 电渗析与离子交换树脂组合脱盐 将经电渗析脱盐后的料液用离子交换树脂进行处理，以电导率的大小衡量脱盐效果。 1.2.4 豆清水中色素的脱除 采用活性炭吸附对经上述处理后的豆清水进行脱色处理，以脱色率及低聚糖损失率为指标考察脱色效果。 1.2.4.1 粉末活性炭用量对脱色效果的影响 活性炭添加量(w/v，以下相同)分别取 0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，自然pH，40℃保温脱色 30min，计算脱色率及低聚糖损失率。 1.2.4.2 吸附时间对脱色效果的影响 活性炭添加量为 0.3%，40℃脱色，自然 pH 值，脱色时间分别为 10min，20min，30min，40min，50min，60min。计算脱色率及低聚糖损失率。 1.2.5 浓缩 将经以上处理的样品分两步进行浓缩处理，先用反渗透浓缩，再用真空浓缩至所需浓度。 1.2.6 产品理化指标检测 对制备的大豆低聚糖进行基本指标的检测。 2 结果与分析 2.1 豆清水基本成分分析 表1 豆清水成分分析
2.2 温度对豆清水中蛋白质脱除效果的影响  图1 加热温度对蛋白脱除效果的影响 由上图可以看出，采用高温加热离心分离法脱除豆清水中蛋白质时，当加热至90℃时，豆清水中蛋白脱除率可达85%，继续升温至100℃时，蛋白脱除率无明显变化，综合考虑能耗，选择加热温度为90℃。 2.3 豆清水中盐分的脱除 2.3.1 电渗析对豆清水中盐分的脱除效果 选择操作电压为20V，流量40L/h。  图2 时间对电渗析脱盐效果的影响 由上图可以看出，随电渗析时间的延长，豆清水电导率逐渐下降，且下降趋势逐渐减小，脱盐60min后豆清水电导率为510us/cm。 2.3.2 离子交换树脂对豆清水中盐分的脱除效果  图3 时间对离子交换树脂脱盐效果的影响 由上图可以看出，随时间的延长，料液电导率逐渐下降，30min后基本保持稳定，且离子交换树脂对豆清水中盐分的脱除效果不及电渗析。 2.3.3 先电渗析脱盐再树脂脱盐  图4 电渗析与离子交换树脂结合脱盐中时间对脱盐效果的影响 根据以上试验结果，单用电渗析和单用树脂脱盐效果都不理想，综合考虑，选择先电渗析脱盐再树脂脱盐的方法脱除豆清水中的盐分，脱盐率可达99.9%。 2.4 豆清水中色素的脱除 2.4.1 活性炭对豆清水中色素的脱除效果 活性炭是常用的脱色剂，它的多孔结构提供了巨大的表面积和复杂的孔隙结构，从而能够很容易吸附杂质达到分离的目的。由于活性炭的吸附作用不具有专一性，它对低聚糖也具有吸附作用，造成低聚糖的损失。实验选用粉末活性炭以脱色率和低聚糖损失率为参考量来对豆清水进行脱色工艺的研究。 2.4.1.1 活性炭用量对脱色效果的影响 活性炭用量(w/v，以下相同)分别取 0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，自然 pH，40℃保温脱色 30min，计算低聚糖损失率及脱色率。  图5 活性炭用量对脱色效果的影响 由上图可以看出，粉末活性炭的颗粒小，吸附面积很大，吸附能力很强，当活性炭用量越大脱色效果越好，同时低聚糖的损失率越大。活性炭的用量在 0.3%以上时脱色效果比较理想。 2.4.1.2 时间对脱色效果的影响  图6 吸附时间对脱色效果的影响 如图6所示，脱色时间增加，脱色率逐渐增大后趋于平稳，在 30min 后脱色率和低聚糖损失率基本保持不变，这可能与活性炭的吸附性质有关。活性炭在其颗粒表面有吸附与解吸的平衡，它把杂质吸附到活性炭颗粒内，因此在脱色初期的吸附效果很高，但时间一长，活性炭的吸附能力会达到饱和。 2.4.1.3 吸附温度对脱色效果的影响  图7 温度对脱色效果的影响 活性炭的吸附能力与温度的高低是有一定关系的。温度越高，活性炭的吸附能力就越强，吸附达到平衡的时间就越短。从图 7 中看出，随着温度的上升，脱色率和低聚糖损失率都在增大，考虑到能耗问题，脱色的温度不宜过高。 2.5 浓缩 豆清水经上述脱蛋白、脱盐、脱色处理后，再经浓缩即可制得低聚糖产品。为了保证产品质量的同时节约成本，选择两步浓缩，即先用反渗透予浓缩，然后再用真空浓缩至所需浓度。 3 产品指标检测 将按照上述工艺条件制备的大豆低聚糖进行基本理化指标检测，结果如下表。 表2 大豆低聚糖理化指标检测结果
本文通过利用提取大豆分离蛋白过程中排出的豆清水为原料，经脱蛋白、脱盐、脱色及浓缩处理制得物理化学性质稳定，具有保健作用的大豆低聚糖。产品理化性能和卫生指标均达到并超过国际标准，在国内外居领先地位。单条生产线线产能和自动化程度世界第一，每年的产量超过一万吨。 在未来的发展中，公司将继续以科技为先导，以管理作保障，大力研究开发生物天然产品和高效保健品，满足市场需求，服务于百姓，造福于社会。 |
