超声-微波协同提取大豆种皮多糖性质及微观结构

大豆种皮来源于大豆制品加工的副产物，多用作饲料。研究发现，大豆种皮中含有果胶、纤维素及半纤维素等物质，可作为提取多糖的原料。此外，大豆种皮多糖是一种天然活性物质，具有多种功能特性，如抗氧化、乳化性等，因此在食品领域具有广泛的应用前景。然而，传统提取方法存在得率低、费时等弊端，而超声、微波等技术不仅可以改进以上弊端，还可以提高多糖的功能特性。目前，超声波、微波技术广泛应用于食品中功能成分的提取。超声波提取多糖是利用超声波的空化及剪切等作用，使提取剂易于进入多糖分子内部，从而提高提取率。

目前，通过物理、化学等方法改性多糖从而开发各类功能性食品是研究热点。然而，关于超声波和微波协同提取多糖的研究不够深入，对多糖性质和微观结构的影 响鲜被揭示。因此，渤海大学食品科学与工程学院的王胜男、曲丹妮、刘贺*和朱丹实*等人通过测定大豆种皮多糖的总 糖和蛋白质量分数、分子质量、单糖组成，分析傅里叶 变换红外光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜结果，探究超声-微波协同技术对大豆种皮多糖性质和结构的影响，为后续多糖结构的研究及超声-微波协同技术的应用提供一定的理论参考。

1 总糖、蛋白质量分数及分子质量

USHP、MSHP和UMSHP的总糖、蛋白质量分数以及分子质量结果见表1及图2。由表1及图2可知，UMSHP中总糖质量分数最高，可达(50.67±3.36)%，其次是MSHP，总糖质量分数为(44.06±2.11)%，质量分数最少的是USHP，为(38.24±2.33)%。USHP、MSHP和UMSHP的蛋白质量分数存在显著差异(P<0.05)，UMSHP蛋白质量分数最少，为(2.83±0.15)%。上述结果表明，超声-微波协同作用有助于提高多糖中的总糖质量分数并降低蛋白质量分数。研究结果表明，MSHP的重均分子质量最大，达374.41 kDa；其次是UMSHP，为280.27 kDa；最小的是USHP，为187.49 kDa。其中，MSHP的多分散性最高，达0.755；最低的是UMSHP，为0.528。因此，超声-微波协同作用有利于提高多糖分子均一性。

2 单糖组成

USHP、MSHP和UMSHP的单糖组成见图3。3 种多糖均含有岩藻糖、阿拉伯糖、鼠李糖、氨基葡萄糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸。其中，半乳糖、甘露糖、半乳糖醛酸和鼠李糖总含量分别占USHP、MSHP和UMSHP的86.05%、87.76%和88.27%。USHP中单糖含量最高的是甘露糖，占29.06%，其次是半乳糖，占28.39%。MSHP中单糖含量最高的为半乳糖醛酸，占27.26%。其次是半乳糖，占23.08%。UMSHP中单糖含量最高的是甘露糖，占26.10%，其次是半乳糖醛酸，占25.89%，与甘露糖含量相近。结果表明，超声-微波协同作用对大豆种皮多糖的单糖种类无明显影响，但对单糖比例有明显影响。

3 傅里叶变换红外光谱分析结果

USHP、MSHP和UMSHP的傅里叶变换红外光谱见图4。USHP与MSHP的图谱相似，在3 250～3 050 cm-1范围内的两个C—H伸缩振动吸收峰均强于UMSHP，且MSHP在该处的峰强度最高。说明USHP和MSHP的不饱和度高于UMSHP，有可能含有烯烃、炔烃或者芳香化合物，也表明USHP和MSHP的羟基数量较UMSHP多。在2 200～2 000 cm-1出现吸收峰，推断存在炔烃，且根据峰强度判断UMSHP炔烃含量低。由此推测超声-微波协同作用引起了不饱和键断裂。3 种多糖在1 600、1 450 cm-1均出现两处强峰，分别是C=O非对称伸缩振动和C—O 伸缩振动。3 种多糖在1 300～1 320 cm-1存在O—H变角振动，在1 400～1 000 cm-1附近存在3个C—O伸缩振动产生的特征吸收峰，推断有醚键存在于多糖化合物中。此外，在1 230 cm-1附近仅UMSHP存在O—H变角振动，该吸收峰是羧基的特征吸收峰

4 扫描电子显微镜观察结果

由图5A1、A2可知，USHP表面结构疏松粗糙，呈不规则块状，表现为层层叠加的状态；MSHP是表面致密但略有碎屑物的片状结构(图5B1、B2)。然而，从图5C2观察可知，UMSHP的表面疏松但呈有序的叶片状结构，与其他两种多糖差异显著。此外，由图5C1、C2可知，超声-微波协同技术提取的多糖表面出现了较大孔洞，而USHP和MSHP却没有此微观结构。研究结果表明，利用超声-微波协同技术提取的多糖微观结构与以往研究提取的多糖具有显著差异，因此，本实验丰富了多糖的种类，有助于下一步深入解析多糖结构。

5 原子力显微镜观察结果

利用原子力显微镜观察USHP、MSHP、UMSHP的分子构象，如图6所示。从图6A中可以看出，USHP多糖呈疏松的蠕虫状结构，造成此现象的原因可能是超声波的弥散作用。从图6B可观察到MSHP多糖呈致密的线状结构，还附着许多由多糖支链缠绕形成大小不一的球状体，原因可能是糖醛酸中羧基或者羧基中氧原子与多糖链中氢原子结合形成氢键。图6C表征的是UMSHP的链状结构，观察到UMSHP主要由直径较大的球形颗粒及疏松的网状结构组成，但多糖分子聚集情况明显。

结 论

本实验采用超声波、微波以及超声-微波协同提取USHP、MSHP和UMSHP3 种多糖，研究结果表明超声-微波协同技术可提高大豆种皮多糖的总糖质量分数；因为3 种多糖均为β-D型甘露吡喃糖，说明超声-微波协同技术未对多糖的糖环类型产生影响，但可使多糖支链的位置及数量发生变化；由USHP、MSHP和UMSHP的微观构像推测超声-微波协同作用使多糖分子间排列方式和分子内氢键作用强度发生变化，进而对多糖的结构和性质产生影响，其中MSHP结构致密、稳定性好，可能具有良好的乳化性；此外，超声-微波协同作用可促进大豆种皮多糖分子聚集及抑制糖醛酸中羧基的氧原子与糖链中氢原子结合形成的氢键。

因此，推测超声-微波协同技术对多糖结构影响的主要方式是影响多糖内部氢键强度。本实验可推广大豆种皮多糖在食品领域的应用，并为超声-微波协同技术在提取大分子物质方面提供一定的理论依据。在后续研究中，可通过糖谱、核磁共振等指标进一步分析 超声-微波协同技术对大豆种皮多糖分子结构的影响。

本文《超声-微波协同提取大豆种皮多糖性质及微观结构》来源于《食品科学》2020年41卷9期37-42页，作者：王胜男，曲丹妮，邵国强，杨晋杰，赵贺开，杨立娜，李君，何余堂，刘贺，朱丹实。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190416-203。

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修改/编辑：袁月；责任编辑：张睿梅

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