大豆糖蜜是生产大豆浓缩蛋白的副产物,呈棕红色且有浓郁的甜味。大豆糖蜜来源广泛价格低廉,由于性状粘稠难于处理常被用作饲料添加物或发酵底物,其中的大豆低聚糖和其他植物化学组分未能得到充分利用,造成很大的资源浪费。大豆糖蜜经稀释、酸沉后,上清液可以用来提取大豆低聚糖,沉淀则可用于提取磷脂、皂甙和异黄酮等功能性组分。现有的研究许多都集中在大豆低聚糖纯化工艺方面,而关于纯化机理的研究较少。本课题从分析鉴定大豆糖蜜上清液的主要成分入手,研究了大豆糖蜜中上清液中非大豆低聚糖组分的去除及纯化过程的机理。主要研究内容和得到的结果如下:首先,大豆糖蜜加去离子水稀释到固形物含量10%,用HCl调节p H 2.5,3200×g离心20 min即可得到澄清透明、棕黄色的大豆糖蜜上清液。HPLC-RI分析显示,大豆糖蜜上清液中总糖含量约为总固形物的77.76%。其中三种大豆低聚糖蔗糖、棉子糖和水苏糖的含量分别为31.150±0.716、5.938±0.106和25.378±0.591 g/L,占总糖含量的80.33%。大豆糖蜜上清液中灰分占固形物的6.08%。离子色谱分析显示大豆糖蜜上清液中主要含有K+、Na+、Ca2+和Mg2+四种阳离子以及Cl-、PO43-两种阴离子,含量分别为4061.67±65.49、541.55±12.90、246.81±4.16、161.94±3.90、3889.43±73.90和494.57±10.35 mg/L。综合LC-MS/MS与RP-HPLC的分析结果,大豆糖蜜上清液中不含皂甙,主要含有大豆苷、黄豆黄苷、染料木苷、丙二酰基大豆苷和丙二酰基染料木苷五种异黄酮,含量分别为73.21±1.31、11.26±0.25、93.86±0.78、107.41±2.29和138.43±2.41 mg/L,约占固形物含量的0.42%。凯氏定氮法测定大豆糖蜜上清液中蛋白质含量(以N×5.71计)为4.487±0.086 g/L,约为固形物含量的4.49%。综合Tricine-SDS-PAGE和胰蛋白酶抑制活性分析结果,判断上清液中大分子蛋白主要为Bowman-Birk型胰蛋白酶抑制剂。经LC-MS/MS结合OPA柱前衍生-LC-MS/MS分析,判断小分子含氮组分主要为天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、丙氨酸、酪氨酸以及二肽(谷氨酸-酪氨酸)。OPA柱前衍生-RP-HPLC测定以上含氮组分含量分别为238.13±4.75、380.22±7.49、212.67±4.68、134.25±2.79、167.36±3.26和432.56±7.92 mg/L。GC-MS分析显示大豆糖蜜上清液中主要含有柠檬酸,含量为2.892±0.097 g/L,约占固形物含量的2.89%。随后选用活性炭对大豆糖蜜上清液进行脱色处理。经过数据分析,选择用异黄酮含量变化来研究活性炭脱色机理。结果显示活性炭对异黄酮的吸附符合伪二级反应动力学,吸附达到平衡的时间为1.5 h,吸附过程的限速步骤为微孔内扩散。等温吸附过程符合Langmuir模型,说明活性炭对异黄酮的吸附为单分子层吸附。活性炭对不同苷元衍生的异黄酮有特异的吸附位点,而低聚糖对异黄酮吸附的影响主要与衍生基团有关。热力学分析结果显示活性炭吸附异黄酮为熵增大的、能自主发生的吸热过程。接下来用截留分子量为10 k Da的超滤膜将胰蛋白酶抑制剂截留,获得无抑制活性的透过液。大豆糖蜜上清液初始p H对超滤膜通量影响不大,但活性炭处理对膜通量有显著地改善作用。超滤膜污染主要来自无机沉淀和有机物堵塞,用稀酸和稀碱交替洗涤可恢复膜通量。超滤透过液分别用离子交换树脂和电渗析脱盐。结果显示阳离子交换树脂几乎不能吸附Na+,对K+的吸附较强。阴离子交换树脂对Cl-的吸附效果亦不理想,柠檬酸根的存在影响了Cl-的吸附。电渗析脱盐结果显示,在脱盐初期料液初始p H的影响不大,脱盐过程中后期初始p H越大的料液脱盐效率下降越快,说明较高p H的料液对离子膜污染较严重。离子膜的污染由无机盐沉淀和有机物堵塞引起,用1-2%的HCl和0.1 mol/L Na OH交替洗涤可使膜通量恢复。异黄酮等显色组分对阴离子膜污染严重且不易恢复,因此在电渗析脱盐前应进行脱色处理。最后用离子交换树脂吸附去除脱色脱盐超滤透过液中的含氮组分和柠檬酸。静态吸附实验显示对含氮组分和柠檬酸吸附效果最好的阳离子和阴离子交换树脂分别为001×7和D201。两种树脂的吸附均符合Langmuir等温模型,说明含氮组分和柠檬酸在树脂上的吸附均为单层吸附。固定床吸附实验显示,阳离子交换树脂对6种含氮组分的吸附能力分别为天冬氨酸<谷氨酸≈天冬酰胺<丙氨酸<酪氨酸<谷氨酸-酪氨酸。装柱量40 m L,流速2.00 m L/min时,天冬氨酸穿透时阳离子树脂柱糖液处理量为37.5 BV。柠檬酸穿透时阴离子交换树脂糖液处理量为23.3 BV。大豆糖蜜上清液经活性炭脱色、超滤截留胰蛋白酶抑制剂、电渗析脱盐和阳离子-阴离子交换树脂串联一系列处理后,可以得到色浅、纯度高的大豆低聚糖。其中棉子糖和水苏糖约占总糖含量约40%,符合国家功能性低聚糖占总糖比例35%以上的标准。灰分含量(以干基计)0.43%,低于国家标准规定的灰分含量(以干基计)≤3.0%。本研究为大豆低聚糖纯化提供了工艺路线和理论基础,对于其他纯化过程也有一定的借鉴意义。