乳酸催化大豆异黄酮糖苷水解的工艺研究

 谭乃迪，于丽颖*，张鹏

 吉林化工学院化学与制药工程学院（吉林132022）

摘要研究乳酸催化水解大豆异黄酮糖苷的最佳工艺条件。以大豆异黄酮糖苷的水解率为评价指标，通过单因素试验对水解过程中的不同影响因素进行考察，运用正交试验优化了乳酸水解大豆异黄酮糖苷的反应条件，结果为，水解温度1630C水解时间2.5 h，乳酸水溶液浓度2.0 mol/L,水解率可达100%。优选所得的大豆异黄酮糖苷水解生成苷元的工艺简单易行，实用性高。

关键词  大豆异黄酮糖苷；大豆异黄酮苷元；水解；乳酸

  大豆异黄酮是在大豆异黄酮生长过程中形成的一类重要的次生代物，是以3-苯丙吡喃酮为母核的一类非营养素化合物，具有较强健康促进作用，被称为“大豆中的软黄金”。大豆中天然存在的异黄酮包括糖苷和苷元两类，97%是以大豆异黄酮糖苷形式存在，3%是以3种大豆异黄酮苷元形式存在，苷元与人的雌激素结构高度一致，食用苷元型异黄酮功效高。目前大豆异黄酮保健品各种类型主要成分是糖苷，因此体外水解工艺开发就具有实际意义。

 目前，大豆异黄酮糖苷的转化苷元的方法主要有盐酸、硫酸和氢氧化钠，副反应多，对食用产品也受到很大限制。乳酸是可食用食品添加剂主要品种，乳酸独特的酸味可增加食物的美味，在色拉、酱油、醋等调味品中加入一定量的乳酸，可保持产品中的微生物的稳定性、安全性，同时使口味更加温和；乳酸的酸味温和适中，还可作为精心调配的软饮料和果汁的首选酸味剂；因此，用乳酸做催化剂来催化大豆异黄酮糖苷的水解，避免目前工业上的水解方法对设备的腐蚀，水解产物无需分离直接用于功能性食品，能够将无效或低效成分大豆异黄酮糖苷变为有效和高效成分大豆异黄酮苷元，增强了大豆异黄酮的生物活性，弥补了现有大豆异黄酮转化苷元工艺中选用盐酸等催化技术缺陷，因此是一条应用价值较高工艺路线。

1  材料和方法

1.1材料、仪器与设备

 大豆异黄酮糖苷标样：大豆苷、黄豆黄苷、染料木苷，含量超过98%，天津马克生物有限公司；糖苷型大豆异黄酮提取物：含量91.3%，购于西安金绿生物工程公司。

 高效液相色谱仪：大连依利特分析仪器有限公司；分析天平：北京医用天平厂；CS101-3型电热鼓风干燥箱：重庆实验设备厂；KQ-250VDE型双频数控超声清洗器：昆山市超声仪器有限公司。

1.2试验方法

  称取大豆异黄酮糖苷30 mg置于25 m L圆底烧瓶中，再加入3 m L体积分数为95%乙醇7 m L和一定浓度乳酸水溶液，超声水浴1 h，超声频率45 kHz，水浴温度75℃。反应液转移到高压釜中，反应温度为150℃～170℃，反应时间为1.5～2.5 h，反应结束后，冷却反应液到室温。取一定量反应液用甲醇稀释到100 mg/L，过0.45μm滤膜后上机测其糖苷的含量，通过单因素和正交试验确定最佳水解条件。

1.3糖苷及其苷元含量的测定

 色谱条件：色谱柱：Shimadzu VP-ODS C18柱，150 mm×4.6 mm．5μm；流动相：A：0.4%磷酸水溶液；B：甲醇；流动相梯度：30%～68%，流速1.0 m L/min，检测波长254 nm，测定温度为30℃；进样量20 μL。

 根据糖苷和苷元化学性质的不同，从色谱柱中流出的先后顺序不同，经紫外检测器测定，通过与标准品比较，以保留时间定性，以峰面积定量，及以外标法计算。

  大豆异黄酮糖苷水解率=水解前后大豆异黄酮糖苷含量之差，水解前大豆异黄酮糖苷含量×100%  (1)

1.4单因素试验

1.4.1水解反应时间的选择

  分别选择1.5，1.75，2，2.25和2.5 h为水解时间，在反应温度为160 ℃，乳酸水溶液为1.5 mol/L的条件下水解，按照1.2步骤操作。计算大豆异黄酮糖苷水解率，确定最佳反应时间。

1.4.2水解反应温度的选择

 分别选择150℃．155℃，160℃，165℃和170℃为水解温度，在反应时间为2.25 h，乳酸水溶液为1.5 mol/L的条件下水解，按照1.3.2步骤操作。计算大豆异黄酮糖苷水解率，确定最佳反应温度。

1.4.3乳酸乙醇水溶液浓度的浓度

  分别选择0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 mol/L为乳酸水溶液浓度，在反应温度为160℃，反应时间为2.25 h条件下水解，按照1.3.2步骤操作。计算大豆异黄酮糖苷水解率，确定最佳反应时间。

1.5正交试验

  在单因素试验的基础上，选择水解温度、水解时

间和乳酸浓度为影响因素，采用三因素三水平做正交

试验设计，确定最佳水解条件。方案如表1所示。

2结果与分析

2.1单因素试验结果分析

2.1.1不同反应时间对大豆异黄酮糖苷水解率的影响

  试验分别选择1.5，1.75，2.0，2.25和2.5 h为水解时间，在反应温度为160℃，乳酸水溶液为1.5 mol/L的条件下水解，结果如图1所示。

 试验结果表明，随反应时间增加，水解率也逐渐增加；当水解时间为2.25 h，水解率较高到达95.91%，延长时间，水解率变化不大。为反应时间。为了进一步考察反应时间对大豆异黄酮糖苷水解率的影响，选择反应时间时间分别为2.0，2.25和2.5 h进行正交试验。

2.1.2不同反应温度对大豆异黄酮水解率的影响

 如图2表明，随着温度增加，水解率逐渐增加。当水解温度为160℃，水解率较高到达95.91%，继续提高反应温度水解率相差不大，为了进一步考察反应温度对大豆异黄酮糖苷水解率的影响，选择反应温度分别为157℃, 160 ℃和163℃进行正交试验。

2.1.3不同乳酸乙醇水溶液浓度对大豆异黄酮糖苷水解率的影响

 由图3表明，随催化剂乳酸乙醇水溶液浓度的增加，水解率逐渐增加。当乳酸乙醇水溶液浓度为1.5mol/L，水解率较高到达95.91%，再增加酸浓度，水解率有所降低，可能的原因，乳酸为有机弱酸，适宜的浓度酸性较强，浓度过大会抑制其电离，从而减弱酸性，所以适宜的乳酸浓度为1.5 mol/L。为了进一步考察催化剂浓度对大豆异黄酮糖苷水解率的影响，选择乳酸浓度分别为1.0，1.5和2.0 mol/L进行正交试验。

2.2正交试验结果

2.2.1  正交试验结果

根据单因素试验结果，选择水解时间、水解温度和乳酸浓度为影响因素，采用三因素三水平进行正交试验，确定最佳水解条件。结果如表2所示。

 从表2的极差分析可知，三因素的最佳组合为A，B，C，，即乳酸水解大豆异黄酮最佳工艺条件：水解时间为2.5 h，水解温度为163 0C，乳酸浓度为2.0 mol/L。按照优化工艺条件进行水解反应，结果表明水解率可达100%，大豆异黄酮糖苷完全水解。

2.2.2最佳工艺验证试验

 为了考察上述优选工艺的稳定性，按该工艺条件重复提取3次，测得大豆异黄酮糖苷的水解率均达到100%，表明试验优选的工艺稳定可靠。

  3结论

 试验通过单因素和正交试验确立了在乳酸催化作用下大豆异黄酮糖苷水解为大豆异黄酮苷元的最佳水解工艺条件，以大豆异黄酮糖苷的水解率作为评价指标，确定水解反应的最佳工艺条件为水解时间为2.5h，水解温度为163 0C，乳酸浓度为2.0 mol/L，水解率可达1 00%。

 试验成功探索出大豆异黄酮糖苷水解生成苷元的工艺简单易行，稳定性好，水解产物无需后处理直接用于功能性食品，故实用性较高。