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膜法制备食品级大豆浓缩磷脂过程中截留物的研究

发布日期:2018-11-20 中国油脂网

 刘方波1,2,刘元法1,李 凯2,王兴国1

 

(1. 江南大学 食品学院,江苏 无锡 214122; 2.山东渤海油脂工业有限公司,山东 博兴 256500)

 

摘要:对膜法制备食品级大豆浓缩磷脂的截留物进行了研究。研究表明,截留物中主要包括蛋白质、糖类以及灰分,其中蛋白质含量为45.64% , 糖类 33.22%(其中水溶性多糖15.86%),灰分7.44%。结果表明:正是这些截留物影响了国产大豆浓缩磷脂含杂量、透明度;截留物的组成接近于大豆粕,且热稳定性较好,富含无机矿物质元素,可以添加在大豆饼粕中。

关键词:食品级大豆浓缩磷脂;截留物;蛋白质;糖类

中图分类号:TQ645;TS202   文献标志码:A   文章编号: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

    磷脂在自然界分布广泛,是生物膜的基本组成成分,在生命过程中起代谢作用和结构形成作用,是重要的生命物质。目前商品化的磷脂主要来源于大豆[1]。大豆磷脂具有诸多的生理活性和营养价值,经常食用对促进脂肪的新陈代谢,改善大脑机能,对肝病、心脑血管疾病、神经性疾病、糖尿病等的预防和治疗都有好处,它所具有的乳化、润湿、分散、速溶、黏着等物性被广泛地用于食品、饲料、医药、化工等行业[2-4]。

    食品级大豆浓缩磷脂的生产工艺一般包括大豆预处理、浸出、脱溶剂、毛油过滤、水化脱胶、离心分离、胶质脱色、浓缩干燥。然而,由于生产技术、加工设备的差距,特别是离心、过滤技术的差距,导致国产浓缩磷脂与国外的产品存在较大的距离,主要体现在含杂量高、色泽深、透明度差等方面,产品不得不作为饲料级浓缩磷脂使用[5]。食品级磷脂大部分仍靠国外进口,落后的技术与巨大的市场需求和丰富的大豆磷脂资源形成了鲜明的反差。针对上述问题,笔者在先前的研究中采用无机膜分离的方式成功制备了高品质的浓缩磷脂产品,丙酮不溶物、乙醚不溶物、水分及挥发物、色泽与透明性等质量指标超过行业标准SB/T 10206—1994浓缩磷脂一级要求,部分指标甚至优于进口产品[6]。在此基础上,本文对无机膜分离制备食品级大豆浓缩磷脂的截留物进行了研究,明确截留物的主要组成成分及含量,同时,对截留物的热稳定性、无机矿物质元素进行了分析,为膜法制备食品级大豆浓缩磷脂的工业化应用提供了一定的参考数据。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器

1.1.1 实验材料 膜法制备食品级大豆浓缩磷脂的截留物,山东渤海油脂工业有限公司;溴化钾,光谱纯;正己烷、无水乙醇等试剂均为分析纯。

1.1.2 实验设备 NICOLET NEXUS470型傅里叶变换红外光谱仪,TGA/SDTA 85/e型热重分析仪,101-2型烘箱,SHB-3型真空泵。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备 样品的制备过程如图1所示。

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图1 样品的制备过程

1.2.2 待分析样品的红外分析 KBr压片法。扫描次数:32次;分辨率:4 cm-1。

1.2.3 常规分析 水分及挥发物测定,参照GB/T 10358—2008;蛋白质测定,参照GB/T 14489.2—2008;灰分测定,参照GB/T 6438—2007;粗纤维测定,参照GB/T 5515—2008。

1.2.4 热重分析(TGA) 称重量程:≤1 g;称重灵敏度:0.1 μg;扫描温度:20~1 000 ℃;升温速度:20 ℃/min;静态空气。

1.2.5 多糖分析 采用硫酸-苯酚法测定[7]。

1.2.5.1 葡萄糖标准曲线制作 称取干燥至恒重的葡萄糖25.0 mg,加适量蒸馏水溶解,转移至250 mL容量瓶中,加水至刻度,摇匀,配成质量浓度为100 μg /mL葡萄糖标准溶液。精密量取葡萄糖标准溶液0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mL置于干燥比色管中,分别加入蒸馏水适量补足至2.0 mL,再分别加入5%苯酚溶液1.0 mL,摇匀,然后加浓H2SO4 5.0 mL,充分摇匀,室温放置25 min。在最大吸收波长489 nm处测定其吸光度,同时以蒸馏水作为空白。以吸光度为纵坐标,葡萄糖标准溶液对应的葡萄糖质量为横坐标,绘制标准曲线。

1.2.5.2 待分析样品的处理 取待分析样品约05 g(精密称定),加入80%乙醇100 mL,加热回流1 h,趁热过滤,滤渣与滤器用热80%乙醇30 mL分次洗涤,滤渣连同滤纸置于烧瓶中,加水150 mL,加热回流2 h。趁热过滤,用少量热水洗涤滤器,合并滤液与洗液,放冷,移入250 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。

1.2.5.3 待分析样品的测定 精密量取1.0 mL制备好的溶液,用蒸馏水补足至2.0 mL,加入5%苯酚溶液1.0 mL,摇匀,然后加浓H2SO4 5.0 mL,充分摇匀,室温放置25 min。在最大吸收波长489 nm处测定其吸光度,对照标准曲线进行计算。

1.2.6 无机矿物元素分析 参照GB/T 7887—1987,用原子吸收分光光度仪测定。

2 结果与讨论

2.1 待分析样品的红外分析

    待测样品的红外分析结果如图2所示。

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图2 待分析样品的红外图谱

    作为物质定性的重要手段之一,红外分析已经被广泛地应用于植物油、磷脂、蛋白质和糖类的分析。邓月娥等[8]人采用红外分析对9种植物油的红外光谱特性进行了研究,发现不同品种植物油具有基本相同的红外光谱特性, 如3 009、2 925 cm-1和2 854 cm-1处的 CH 伸缩振动峰, 1 746 cm-1处的 CO 伸缩振动峰,1 464、1 377 cm-1处亚甲基的弯曲振动峰, 722 cm-1处碳链骨架振动峰以及1 238、1 163、1 099 cm-1处甘油三酯中 CO 伸缩振动峰等;刘燕等[9]人对粉末磷脂进行了红外分析研究,结果表明,粉末磷脂的红外特征吸收峰包括由氢键缔合羟基的伸缩振动引起的位于 3 311.43 cm- 1处的强吸收,  CH2的振动引起的位于2 92429 cm-1处的吸收,酯羰基 CO 伸缩振动引起的1 739. 41 cm-1处的吸收峰,CH3的伸缩振动引起的1 465. 22 cm-1处的吸收峰, PO 的伸缩振动引起的1 376. 95 cm-1处的吸收峰以及 POC 伸缩振动引起的1 059. 70 cm-1处的吸收峰;张国华等[10]人在对变性葵粕特性的研究中,利用红外分析方法对分离蛋白进行了定性,研究指出1 656.88 cm-1处为酰胺Ⅰ带,是 CO 的伸缩振动,1 52031 cm-1为酰胺Ⅱ带,是 NH 的弯曲振动,酰胺Ⅰ带和Ⅱ带是蛋白的特征吸收峰。此外,1 45039 cm-1为酰胺Ⅲ带,是 CN 的伸缩振动,研究还指出酰胺Ⅰ带(1 600~1 700 cm-1)反映的主要是蛋白质的二级结构,其中1 624~1 642 cm- 1为β转角的特征吸收,而(1 650±2.0) cm-1则为α-螺旋的特征吸收;孙元琳等[11]人利用傅里叶变换红外光谱法测定了当归果胶多糖的酯化度,文中归纳了糖类的特征吸收。2 400~3 600 cm-1出现的宽峰是分子内或分子间 OH 伸缩振动的结果,2 923 cm-1和2 852 cm-1附近的吸收峰由 CN ( CH  , CH2 和 CH3 )伸缩振动引起,这个吸收峰常常被 OH 伸缩振动引起的宽峰所掩盖。1 370 cm-1和1 418 cm-1附近的吸收峰属 CH 的弯曲振动。1 629 cm-1的强吸收峰为羧酸盐( COO )的不对称伸缩振动, 同时也是糖的水化物样品的吸收峰。1 000~1 300 cm-1间的吸收峰是由 CO 伸缩振动所引起的,属于糖环上的 COH 和糖苷键 COC 的伸缩振动。对比上述文献中报道的关于中性油、磷脂、蛋白和糖类的特征吸收,分析图2中待分析样品的傅里叶变换红外图谱,得到待测样品的红外特征吸收以及相对应归属的官能团振动方式,结果见表1。

表1 待分析样品红外特征吸收以及对应的官能团振动方式

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    由表1可知,待分析样品中主要含有蛋白质、糖类或其结合物糖蛋白[12],同时由于没有1 700 cm-1酯类物质的特征吸收以及 PO 的伸缩振动引起的位于1 376.95 cm-1处的特征吸收以及 POC 伸缩振动引起的位于1 059.70 cm-1处的特征吸收,说明正己烷抽提已经完全去除了磷脂、中性油等脂类物质。此外,红外谱图中位于1 650.73 cm-1的强烈吸收证明了待分析样品中的蛋白质主要是α-螺旋。

2.2 常规分析以及热重分析

  待分析样品的常规分析结果见表2。

表2 待分析样品的常规分析结果% 

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    由表2可以看出,截留物的组成主要包括了水分及挥发物、蛋白质、灰分、粗纤维以及糖类物质,其组成和各组分含量与常规的大豆粕较为类似,出现这种现象的主要原因可能是生产技术、加工设备特别是离心、过滤技术和设备与国外存在差距,使生产过程中细小的豆粕微粒和无机物进入了浓缩磷脂中,由于这些物质的粒径都比较大,被200 nm孔径的膜截留,对比膜过滤前后浓缩磷脂的质量指标[6],可以肯定正是膜分离的截留物造成了国产浓缩磷脂含杂量高、透明度差。截留物中的挥发性物质可能来源于方法1.2.1处理过程中的未挥发完的正己烷以及蛋白、糖类的结合水,这一结论也被热重分析的结果证实(见图3)。如图3所示,在50~100 ℃之间,热重分析图谱出现了一个明显的失重,大约失重8.078%。由沉降系数来分,大豆蛋白可以分为2S,7S,11S以及15S等4种组分,其中相对分子质量最小的为2S组分,其相对分子质量在8 000~20 000之间, 7S组分的相对分子质量在60 000~210 000之间,11S组分在350 000左右,15S组分相对分子质量则高达600 000,这样巨大的蛋白质分子被200 nm的膜截留是完全可能的。此外,油脂制取过程以及脱胶过程不可避免地带入一些铁锈、泥土、灰尘等固体杂质,这些物质尺寸都在1 μm以上,甚至更大,这些物质组成了截留物的无机灰分物质[13]。粗纤维由于其巨大的聚合度,使其具有较大的相对分子质量和分子尺寸,在膜过滤的过程中被截留。

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图3 待分析样品的热重分析图谱

2.3 水溶性多糖的分析

     本文对待分析样品中的糖类进行了初步的分析,特别是对其中的水溶性多糖进行了定量。作为具有多种生物活性的水溶性多糖,是目前国内外研究的热点[14-16]。大豆可溶性多糖的相对分子质量在600 000左右,由半乳糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸、鼠李糖、岩藻糖、木糖和葡萄糖等组成。葡萄糖标准曲线及回归方程见图4。

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图4 葡萄糖标准曲线

    由图4可知,吸光度与葡萄糖质量之间的线性回归方程为y=0.004 2 x-0.004 8,相关系数R2=0.999 2,吸光度与葡萄糖质量之间具有较高的相关性,由公式计算得到截留物中的水溶性多糖含量为15.86%。苏浩等[17]人用膜技术分离提取了大豆多糖,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的膜进行截留;而本实验选用孔径200 nm的膜截留的水溶性大豆多糖含量为15.86%,剩余的非水溶性的大分子糖类有待进一步细分。

2.4 无机矿物元素的分析

  截留物的无机矿物元素分析结果见表3。

表3 无机矿物元素含量  μg/g

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    由表3可以看出,截留物至少含有钾、钙、钠、镁、铁、锰、锌、铜等8种矿物元素。其中铁、镁、钾、钙金属元素含量很高,它们对动物的造血、细胞生长、酶活性的激发、蛋白质的合成、抑制神经兴奋和机体的正常生长发育等都起着积极的作用。这么高的矿物元素含量可能来源于截留物中丰富的金属络蛋白和被无机膜截留浓缩的无机矿物质。

3 结 论

    本文对膜法制备食品级大豆浓缩磷脂的截留物进行了研究。截留物中主要包括蛋白质、糖类、灰分以及粗纤维,其中蛋白质含量45.64%, 糖类 3322% (水溶性多糖15.86%),灰分7.44% ,粗纤维5.57%;截留物来源于生产过程中细小的豆粕微粒和无机物,正是这些截留物造成了国产大豆浓缩磷脂含杂量高、透明度差;截留物的组成接近于大豆粕,且热稳定性较好(分解温度超过200 ℃),富含无机矿物质元素,可以添加在大豆饼粕中。

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