（食品科学专业论文）大豆加工废水中大豆异黄酮的回收和利用.pdf

| _ ：海大学顾= l 学位论文 摘要 经过絮凝、超滤、萃取、吸附的提取方法，大豆加工黄浆水中的大豆异黄 酮得到回收，并将其应用于保健食品的制备。 通过颜色反应、紫外光谱法和高效液相色谱法，对大豆加工废水提取物进 行了定性和定量研究。大豆加工废水中含有大豆异黄酮，其含量为o 0 6 7 9 l 。 在超滤之前，大豆加工废水进行除蛋白的预处理。预处理的条件为：调料 液p h 为7 5 ，按其中的固形物含量加入1 0 的c a c l 2 并在1 0 0 。c 下加热1 5 m i n 。 蛋白质的去除率为8 2 7 1 ，大豆异黄酮的保留率为8 9 2 4 。选择截留分子量 为1 0 0 0 0 的p s 1 0 的超滤膜，超滤压力选择0 3 0 5 m p a ，超滤温度4 0 5 0 ， 蛋白质的截留率为6 3 0 ，大豆异黄酮的截留率为2 ，3 7 。 经过萃取法与吸附法的比较，确定了以充填活性碳的l 吸附柱来回收大豆异 黄酮，操作条件为：粉末活性碳：颗粒活性碳以1 ：2 ( w w ) 的比例装柱，调 料液p h 为3 5 、温度3 0 。c 下过柱。洗脱剂为内酮，最佳的洗脱条件为：6 5 ( v v ) 的丙酮溶液、2 5 ：1 ( 体积，质量) 的物料比、p h 为9 、温度3 0 。c 。 用食用糊精调大豆异黄酮提取液的固形物含量为4 0 0 ，在进风温度为1 2 0 、出风温度为8 0 、喷雾速度为0 8 l h 的条件下喷雾干燥，得到大豆异黄酮 糊精粉。制片原料最优配比为大豆异黄酮糊精粉：蔗糖粉：玉米淀粉= 7 0 ：5 ： 2 5 ；同时加入1 c m c 乙醇溶液，用量为制片原料重量的6 ；硬脂酸镁用量 为制片原料重量的l 。湿法制粒，颗粒含水量在3 5 之间为宜。产品硬度 3 5 k g n m l 2 ，1 5 m i n 内崩解。 关键词：大豆异黄酮、活性碳、吸附、丙酮、超滤 v 海大学硕士学位论文 a b s t i 认c t an o v e lm e t h o dw a sd e v e l o p e dt or e c o v e rs o y b e a r li s o f l a v o n e sf r o ms o y b c a n p r o c e s s i n gw a s t ew a t e rb yf l o c c u l a t i n g ，u l t r a f i l t r a t i o n ，e x t r a c t i o na n dc o l m r m c h r o m a t o g r a p h y ，a n daf u n c t i o n a lf o o d ，s o y h e a r li s o f l a v o n e st a b l e t ，w a sp r e p a r e d s o y b e a ni s o f l a v o n e si n t h ew a s t ew a t e rw e r ei d e n t i f i e db yc o l o rr e a c t i o n ， u l t r a v i o l e ts p e c t r u ma n dh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) a n d t h e r ew a so 0 6 7 9 ls o y b e a r li s o f l a v o n e sc o n t a i n e di nt h es o y b e a r lp r o c e s s i n gw a s t e w a t e r b e f o r eu l t r a f i l t r a f i o n ，8 2 7 1 o fs o y b c a np r o t e i nw a sr e m o v e df r o mt h ew a s t e w a t e ra n d10 7 6 o fs o y b e a ni s o f l a v o n e sl o s tb yf l o c c u l a t i n g ，o p e r a t i n gc o n d i t i o n s ： c a c l 2a d d e db y10 o fo ft h es o l i dc o n t e n ti nt h ew a s t ew a t e r ，p ha d j u s t e dt o7 5 a n dh e a t e dt o1 0 0 。cf o r1 5m i n u t e s 6 3 0 o fs o y b c a n p r o t e i na n d2 3 7 s o y b e a n i s o f l a v o n e sw a sc u to f fd u r i n gu l t r a f i l t r a t i o n ( p s 一1 0u l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a n e ， u l t r a f i l t r a t i o np r e s s u r eo 3 - 0 5 m p a ，a n du l t r a f i l t r a t i o nt e m p e r a t u r e4 0 - 5 0 。| c ) c o m p a r e dw i t hs o l v e n te x t r a c t ，t h ec o l u m n sf i l l e dw i t ha c t i v ec a r b o na s a b s o r b e n tw e r ee x c e l l e n ti nr e c o v e r i n gs o y b e a ni s o f l a v o n e s ，o p e r a t i n gc o n d i t i o n ： p o w d e r e da c t i v ec a r b o n ：g r a n u l a ra c t i v ec a r b o n = l ：2 ( m m ) ，t h ee x t r a c ta d j u s t e dt o p h = 3 5a n d h e a t e d t o3 0 t h ec o l u m n sw a s h e dw i t h6 5 ( v v ) a c e t o n es o l u t i o n ( a c e t o n es o l u t i o n ( v ) ：a c t i v ec a r b o n ( m ) 一2 5 ：l ，p h = 9 ，a n d3 0 c ) s o y b e a ni s o f l a v o n e sp o w d e rw a sg a i n e da f t e ras u s p e n s i o nw i t h4 0 s o l i d c o n t e n t c o n t a i n i n gs o y b e a n i s o f l a v o n e se x t r a c t e da n de d i b l ed e x t r i nw a s s p r a y d r i e d ，o p e r a t i n gc o n d i t i o n ：i n l e tt o u t l e tt = 1 2 0 8 0 。c ，t h ef l o w r a t ew a s o 8 l h am i x t u r eo f s o y b e a r li s o f i a v o n e sp o w d e r ( 7 0 ) ，p o w d e r e ds u g a r ( 5 ) ， c o r n s t a r c h ( 2 5 ) ，a n d1 c m ce t h a n o ls o l u t i o n6 ( v w ) a n ds t e a r a t em a g n e s i u m 1 ( w 厂w ) ，w a sg r a n u l a t e da n dp r e s s e dt op r e p a r es o y b e a r li s o f l a v o n e st a b l e t ( 3 5 w a t e rc o n t e n t ，r i g i d i t y 3 5k g m m 2 ，a n dc o l l a p s ei n1 5m i n u t e s k e y w o r d s ：a c t i v ec a r b o n ；a c e t o n e ；s o y b e a i li s o f l a v o n e s ；a d s o r p t i o n ；u l t r a f t l t r a t i o n v 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：逝导师签名：丛日期：塑上t 印 i 二海大学硕士学位论文 1 1 前言 第一章绪论 大豆又称黄豆( p h a s e o l u sm a xl ) 及其加工制品是我国人民自古以来就非常 喜欢食用的食品。大豆种植区域几乎遍布全国各地。近年来食品科学研究发现， 大豆除含有优质的蛋白质和植物油外，还含有对人体健康有益的多种生理活性物 质，如大豆低聚糖( s o y b e a r lo l i g o s a c c h a r i d e s ) 、大豆异黄酮( s o y b e a ni s o f l a v o n e ) 、大 豆磷脂( s o y b e a i ll e c i t h i n ) 、大豆皂甙( s o y b e a r ls o y a s a p o n i n ) 、大豆多肽( s o y b e a r l s o y a p o l y p e p t i d e s ) 、大豆膳食纤维( s o y b e a ns i b e r ) 等”2 1 ，由于它们对人体健康起到 了不可估量的作用，因此，世界上许多国家都进行了大豆生理活性物质的研究和 开发利用。美国食品和药物管理局( f d a ) 已正式批准大豆为健康食品，从而促 进了食品公司开发大豆功能性食品，使美国大豆食品的销售量大增，2 0 0 0 年的销 售额达2 6 亿美元。我国也非常重视大豆功能性食品的开发利用，1 9 9 4 年，“国家 食物渔业营养咨询委员会”向国务院及有关部委提出了关于在我国城乡实施“大 豆行动计划”的建议，1 9 9 6 年8 月，国务院正式批准由农业部、卫生部、国家教 委和中国轻工总会负责实施“国家大豆行动计划”一在全国中小学生中课问餐饮 用豆奶，借以补充植物蛋白质，增强中小学生的营养和体质。 豆制品在中国具有悠久的历史，早在两千多年的西汉，豆制品的加工工艺 就己经成熟。各种豆制品如：老豆腐、豆腐干丝、腐竹等是我国主要的传统大 豆食品加工产品形式，几乎每个集镇都有豆制品作坊，足见豆制品及其次级加 工品在我国膳食结构中的重要地位。传统的豆制品生产方法，虽然存在某些地 区差别，但大体上是相同的：浸泡、磨浆、煮浆、过滤( 去渣) 、点浆( 加凝固剂 使形成凝胶) 、上架成型( 沥去多余的水即豆制品黄浆水) 而成。若需制成其次级 加工品，如豆制品干、千张等，则要加压沥去更多的黄浆水。 近半个世纪以来，随着社会进步、工业发展，传统的豆制品工业逐步机械 化，原来分散的小作坊也逐步集中为大： 厂，许多地方把豆制品作坊称为“水 作坊”，因为它要耗用大量的净水又要排放大量的废水( 主要是黄浆水) 。黄浆水 上海大学硕：l 学位论文 中有机物质很丰富，直接排放会使水质的c o d ( 化学需氧量) 、b o d ( 生物需氧 量) 值明显增加，对环境造成严重污染。如果说那些分散的、小型的豆制品作坊 的排污问题微不足道的话，那么那些集中的、大型的豆制品企业的排污问题则 不容忽视，必须加以治理。另外一点，通过研究黄浆水的物质成分，发现其中 大部分有机污染物是很值得回收利用的营养物质，如大豆蛋白、大豆异黄酮、 大豆皂甙、大豆低聚糖等。以生理活性价值最高的大豆异黄酮为例，其含量虽 然很少，但是其应用意义却绝不小于含量颇丰的蛋白质和脂肪，大豆中含有的 这一类被称作“植物雌激素”的物质具有下述诸多生物生理效应：对多种癌症 具有预防和治疗效果；可以防治妇女绝经后的骨质疏松、可以调节血脂、降低 胆固醇，预防心血管疾病；可以预防和减轻妇女更年期综合症等【3 。4 1 。所以， 将其直接排放不仅造成环境污染，还浪费了大量的有用物质，弃之实为可惜。 1 2 大豆加工废水的处理及综合利用现状 1 2 1 大豆加工废水的处理 在豆制品生产过程中，产生大量的废水，废水主要来源于水洗、浸泡和压 滤过程，另有部分冲洗水。 表1 - 1 大豆加工废水的c o d 值5 t a b l e l 一1t h ec o dv a l u eo f t h es o y b e a r lp r o c e s s i n gw a s t ew a t e r 各类废水的水量和浓度会随着生产工艺、产品的类别、生产习惯的不同而 不同。 废水的水质：豆制品废水中的有机物含量非常丰富，根据测定，水质情况 见表1 2 ： 上淘大学硕七学位论文 表1 2 大豆加工废水的水质 5 】 t a b l e l 一2t h eq u a l i t yo f t h et h es o y b e a np r o c e s s i n gw a s t ew a t e r 项目数量 水量( l k g 黄豆) c o d ( m 【g l 、 p h s s ( m g l ) b o d ( m g l ) 总n ( m g l 1 总p ( m g l ) 对于豆制品废水的处理，国外从6 0 年代开始研究并应用于工程实践，国内7 0 年代以来也开始进行了广泛而深入的研究。近f 年来，国内外的科研工作者在豆 制品废水处理方面做了大量的：【作，但主要侧重于生物方面。 生物处理可分为好氧生物处理、厌氧生物处理和厌氧一好氧生物处理。目前大 多是对其采用传统的厌氧一好氧生物处理，此法虽然可以在一定程度上减少环境 污染，但是处理效果尚很难达到令人满意的程度；而且废水中的多种生物活性 物质也被浪费了；废水处理的成本也必然会缩小企业的效益空间。 1 2 2 大豆加工废水的综合利用现状 大豆加工废水中含有单糖、低聚糖、矿物质c a 、p 、f e 等、维生素、有机酸、 水溶性蛋白、氨纂酸、脂类等营养成分，如果对其综合利用，不仅可以减少环境 污染，还可以回收和利用其中的营养成分，获得经济效益。因此，国内外学者不 但对其如何处理咀减少环境污染进行了广泛而深入的研究，而且对其综合利用也 正在做大量的工作。但据报道所知，目前尚未实现工业化。 1 、废水中生物活性物质的回收废水中含有蛋白质、低聚糖、皂甙、异黄酮 等生物活性物质，日本在1 9 9 1 年就有关于在废水中提取生物活性物质，用于制作 保健食品的报道，我国也不断有这方面的报道。 ( 1 ) 大豆低聚糖 由于大豆低聚糖具有促进双歧杆菌的增殖等生理功能，因 o o 0 o 0 虻 ， 4 删 舢 心 心 删 枷 2 叭 田 叽 叭 旧 b o 5 o 0 蟑 卜 一 三| ； 弧 帆 孤 m 上海大学硕士学位论文 此在食品、医药及饲料添d r i n 等方面有极大的应用潜力。2 0 世纪8 0 年代末，日 本最先研究和开发大豆低聚糖，1 9 8 9 年仅日本三菱集团的东日本制糖公司就生产 大豆低聚糖1 0 0 0 吨，日本的c a l i p s 食品公司也是生产大豆低聚糖的主要厂家。 国内从废水中回收低聚糖起步较晚。马莺 6 等人分别进行了用超滤技术回收大豆 低聚糖的研究。 ( 2 ) 大豆蛋白j u n 等人【7 1 做了壳聚糖絮凝回收蛋白质的实验，实验表明，壳 聚糖是从豆腐生产废水中蛋白质固形物的有效絮凝剂。国内目前还未见此方面的 研究报道。 2 、酵母培养上海市用废水培养白地霉，工艺简单，操作粗放，易于分离。 其白地霉收率约为o 5 ，回收白地霉后的废水比原始废水的c o d 值约下降5 0 7 1 。也可用废水流加糖蜜和营养盐来生产食用酵母，生产工艺大致相同。 3 、其他废水可以发酵生产v k 8 。通过将废水蒸馏浓缩到糖度5 ，调节p h 值到7 ，加入5 的甘油作为菌株b a c i l l u sn a t t o 的培养基，在4 09 c 培养4 d ，可产 生维生素k2 0 5 m g l 。 废水还可以用来制作饮料 9 。通常的方法是将废水过滤后直接调配。这种方 法投资少，见效快，工艺简单，但安全性差。 国外特别是日本在对豆制品废水的处理和综合利用方面的研究取得了较大 成就，并又很多已应用于实践，但我国在这方面的工作还有很大差距，需要进 一步的深入工作，并借鉴国外的成果，根据我国大豆加工企业的特点，研究出 适合废水处理的先进工艺，在废水的综合利用方面开辟新的思路。 1 3 大豆异黄酮 大豆异黄酮( s o y b e a ni s o f l a v o n e ) 是大豆生长过程中形成的次级代谢产物， 它是大豆产生苦涩味因子之一，主要分布在大豆种子的子叶和胚轴中，在种皮 中的含量极少。8 0 9 0 的异黄酮存在于子叶中，其浓度为0 小一o 3 。胚轴中 的异黄酮的种类多且含量高达1 2 ，但由于胚轴只占种子总重量的2 左右， 因此异黄酮在种子中所占的比例很低( 1 0 2 0 ) 1 2 1 。 自然界异黄酬的资源十分有限，大豆是唯一含有异黄酮且含量在营养学上 一p 海大学硕士学位论文 有意义的食物资源。各种大豆制品中异黄酮的含量和利t 类分布差异与大豆异黄 酮的品种及来源有关，也与加工方法密切相关。大豆子粒中异黄酮的含量受大 豆品种，产地和年份的影响，其变化范围约为0 5 7 o m g g 干大豆旧。 1 3 1 大豆异黄酮的种类、结构和性质 1 、种类：大豆异黄酮是多酚类化合物，现发现3 种大豆异黄酮甙元 ( a g l u c o n e ) 矛n 其9 种葡萄糖甙元( g l u c o s i d e ) 。甙元约占总异黄酮的2 3 ，包括 染料木素( g e n i s t e i n ) 、大豆甙元( d a i d z e i n ) 和黄豆黄素( g 1 y c i t e i n ) ( 见图i - 1 ) 。在 异黄酮糖甙中，有一部分是葡萄糖上的c 一6 羟基被n - - 酰基取代，形成丙二酰 基葡萄糖甙。还有一部分是葡萄糖上的c - 6 羟基被乙酰基取代，形成乙酰基葡 萄糖甙。来源于不同地区的大豆，由于生长环境和存储条件的差异使得大豆甙 元，染料木素含量有一定变化，总体上大豆甙元、染料木素和黄豆黄素的平均 比例为1 ：1 ：0 2 。糖甙约占总量的9 5 ，主要以丙二酰染料木甙f 6 o m a l o n y l g e n i s t i n ) 、丙二酰大豆甙( 6 。- o - - m a l o n y l d a i d z i n i 、染料木甙( g e n i s t i n i 等形式存在”。 2 、结构：大豆异黄酮是属于黄酮类化合物中的异黄酮成分。黄酮类化合 物的基本母核为2 - 苯基色原酮的一系列化合物，目前黄酮类化合物泛指两个苯 环( a 和b ) 通过三碳链相互联结而成的一系列化合物。利用紫外光谱、质谱、 核磁共振谱等方法分析确定了大豆异黄酮组分的结构如下： t 6 0 图1 图1 - 1 游离型大豆异黄酮的化学结构式 1 3 f i g u r e1 - 1c h e m i c a ls t r u c t u r eo fa g l u c o n e 上海大学硕士学位论文 依据c 环的饱和度及b 环的连接位置又可将黄酮类化合物分成黄酮类、黄 酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮、橙酮等几类，其中异黄酮的基本母核 结构如图1 2 所示。 图1 - 2 糖甙型大豆异黄酮的化学结构式 f i g u r e l 2c h e m i c a ls t r u c t u r eo fs o y b e a ni s o f l a v o n e ( 9 1 u c o s i d e - t y p e ) 表1 3大豆异黄酮的结构式2 t a b l e l 3c h e m i c a ls t r u c t u r e so fs o y b e a ni s o f l a v o n e ，对应序号的大豆异黄酮中文名字。 上海大学硕二b 学位论文 1 、7 ，4 一二羟基异黄酮f 俗称黄豆甙元、黄豆甙元、黄豆黄素) ； 2 、5 ，7 ，4 三羟基异黄酮( 俗称染料木甙元、染料木黄酮) ； 3 、7 ，4 - 二羟基一6 甲氧基异黄酮( 俗称大豆甙元、大豆甙元、大豆黄素) ； 4 、7 ，4 一二羟基异黄酮一7 一葡萄糖甙f 俗称黄豆甙、黄豆甙) ； 5 、5 ，7 ，4 三羟基异黄酮7 葡萄糖甙( 俗称染料木甙、燃料木甙) ； 6 、7 ，4 一二羟基6 一甲氧基异黄酮一7 葡萄糖甙( 俗称大豆苷、大豆甙) ； 7 、6 - o - 丙二酰基一7 ，4 一= 羟基异黄酮7 一葡萄糖甙； 8 、6 - o 一丙二酰基一5 ，7 ，4 一三羟基异黄酮一7 一葡萄糖甙： 9 、6 - o 一丙二酰基一7 ，4 一二羟基6 甲氧基异黄酮一7 葡萄糖甙； 10 、6 - o 一乙酰基一7 ，4 一二羟基异黄酮一7 一葡萄糖甙； 11 、6 - o 一乙酰基5 ，7 ，4 三羟基异黄酮7 葡萄糖甙； 1 2 、6 - o 乙酰基7 ，4 二羟基6 一甲氧基异黄酮7 葡萄糖甙。 游离型大豆异黄酮( 甙元) 主要以d e 、g e 的形式存在，约占总量的2 3 ， g l e 含量很少。糖甙型异黄酮主要以d 、g 、m d 、m g 的形式存在，约占总量 的9 5 以上，m d 、m g 经适当的处理可转化为相应的d 、g 。 3 、理化性质 ( 1 ) 物理性质：纯大豆异黄酮是无色、有苦涩味的晶体状物质。各种大豆异 黄酮的熔点大都在1 0 0 。c 以e ，游离型异黄酮d e 的熔点在3 1 5 3 2 0 。c ，g e 的熔点 在2 9 7 2 9 8 1 4j 。 显色异黄酮类化合物与其他黄酮类化合物相比，由于a 、b 、c 环共轭程 度与黄酮类相比较小，因此仅显微黄色、灰白或无色，紫外线下多显紫色。大 豆异黄酮中的染料木素呈灰白色结晶，紫外灯下无荧光，大豆素呈微白色结晶， 紫外灯下无荧光。 旋光性大豆异黄酮的甙元不具有旋光性，但对于结合型的糖甙结构而言， 由于结构中引入了糖基，因而具有旋光性。 溶解性大豆异黄酬易溶于丙酮、乙醇、甲醇、吡啶、乙酸乙酯等极性溶 剂中及稀碱中，难溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚等有机溶剂。在水溶性上，与 大豆异黄酮的结构有关。游离形式的大豆异黄酮水溶性最差，基本不溶于水， l 海大学顾= l 学位论文 糖苷型一般易溶于水，但其中的g e n i s t i n 难溶于水，在水中的溶解度在4 5 0 没有明显变化，在7 0 9 0 时其溶解度随着温度的升高而显著增加。 酸碱性 由于异黄酮分子中有酚羟基，故其显酸性，可溶于碱性水溶液中 及吡啶中。 ( 2 ) 化学性质：大豆异黄酮中只有葡萄糖甙配基( a g l u c o n e ) 的生物活性最 高。大豆异黄酮中的c o n j u g a t e dg l u c o n e 在加热和碱性条件下可以水解去掉丙 二酰基和乙酰基而转化为g l u c o n e 。碱水解条件p h 值为8 1 3 ，水解程度随p h 值及温度的升高而加大。大豆异黄酮中的g l u c o n e 在强酸高温或酶存在的条件 下可以水解去掉葡萄糖基而转变成葡糖糖甙配基( a g l u c o n e ) 形式。酶解法所采 用的酶为b 一葡萄糖甙酶，水解最适温度以酶的活性最高为准。 1 3 2 大豆异黄酮的分布和含量 异黄酮在自然界中的分布局限于豆科的蝶形花亚科等极少数植物中，如大 可_ ( s o y b e a n ) 、墨西哥小白豆( g a r b a a n z ob e a n s ) 、苜蓿( c l o v e r ) 平n 绿豆_ ( g r e e np e a l 等植物中。其中含量高的只有苜蓿和大豆，一般苜蓿中异黄酮的含量为o 5 3 5 ，大豆中异黄酮的含量为o 0 5 0 4 ，异黄酮的含量与植物的产地、生长条 件以及生长期有关。由于受原料来源的限制，人们目前研究最多的还是大豆异 黄酮【jj 。 豆粉、豆芽中基本上含有与大豆原料相当的异黄酮。大豆浓缩蛋白中的大 豆异黄酮含量很低，因为加工过程中大部分异黄酮溶于乙醇而流失了，分离蛋 白的加工过程中，也有部分异黄酮随乳清丢掉了 1 4 】。豆制品制造的凝固过程， 如果去掉乳清，异黄酮损失4 4 ” 。发酵不影响异黄酮的含量，但改变了异 黄酮的种类的分布。发酵后的产品游离型异黄酮为主要形式，这是由于发酵时 0 一葡萄糖甙酶水解葡萄糖甙的结果【l “。 上海大学硕士学位论文 表1 4 大豆及其加工产品中的总异黄酮含量 1 5 t a b l e l - 4t h ec o n t e n to f t o t a li s o f l a v o n ei ns o y b e a na n di t sp r o d u c t s 1 3 3 影响大豆和大豆制品中大豆异黄酮的分布和含量的因素 1 、品种和栽培环境对大豆中异黄酮含量和种类分布的影响惶 ：不同品种大 豆中大豆异黄酮的含量和种类分布有很大的差别，大豆异黄酮总含量变幅为0 1 0 5 。日本和美国大豆品种的异黄酮含量分别为0 1 2 t 0 2 3 和0 2 1 o 4 2 ，异黄酮总量表现为美国品种大于日本品种。我国大豆品种异黄酮含量一 般为0 1 2 0 2 5 ，其中尤以东北大豆中的异黄酮含量为高，一般在0 18 0 2 3 1 7 1 。栽培环境对大豆中异黄酮含量和种类分布的影响主要通过栽培时期 和生长地来反映，其中栽培时期对异黄酮总含量和各类分布的影响更为显著。 研究者分别在1 9 8 9 、1 9 9 0 和1 9 9 1 年种植了同一品种的大豆，测得收获大豆中 的异黄酮总含量分别为o _ 3 3 、o 2 8 和0 1 2 ，1 9 8 9 年种植的大豆收获豆品 中异黄酮总含量为1 9 9 1 年的3 倍，这很可能是由气候变化所敏。生长地对大 豆异黄酮总含量和各类分布有影响，一般来说，纬度越高，同照时间越长，大 豆中异黄酮的含量越高【1 “。 2 、储存对大豆异黄酮含量的影响m 】：研究发现，大豆随储存时间的增加 其异黄酮含量逐渐降低，储存两年后平均降低5 7 1 ，但各品种降低幅度不同。 储存温度对大豆异黄酮的含量影响不大。 3 、加工工艺对大豆异黄酮的含量利种类的影响：水处理、热处理、发酵、 凝固、添加非大豆成分以及大豆蛋白提取工艺等环节和方法均显著影响大豆制 上海大学硕士学位论文 品中异黄酮的含量和成分。研究表明，加工工艺造成异黄酮显著损失f p 活性氧化铝，硅藻土，硅胶。 3 、吸附速率的测定( 吸附剂的吸附动力学特征) 在各吸附剂的最佳吸附条件下，得如f 吸附动力学曲线。 图4 - 9 大豆异黄酮的吸附动力学曲线 f i g 4 - 9t h ea d s o r p t i o nd y n a m i c so fs o y b e a ni s o f l a v o n e 吸附剂的吸附能力除了有静态吸附量外，吸附速率也是重要的参考指标，其 体现了吸附剂吸附达平衡的快慢，吸附达平衡快，将有利于节省：】二时，提高效率。 由图可以看出，相同的时问内，粉末活性炭的吸附量最大，到达平衡的时间 短吸附速度快。明显优于其它几种吸附剂。这跟粉末活性炭具有很大的比表面积 有很大的关系。 用q o t 的系列数据作出吸附动力学曲线并拟合方程。应用鲛岛关于多孔吸附 剂中小孔径细孔吸附速率方程5 ”，即q = k l n ( t ) + b ( 其中k 和b 为常数) 对3 种 上海大学硕士学位论文 树脂的吸附动力学曲线进行拟合，可以得到异黄酮吸附量q ( m g g ) 与吸附时间r ( h ) 之间的关系： 活性炭粉末： q = o 4 9 0 9l n ( t ) + 0 6 7 9 6r = o 9 9 3 5 ； 活性炭颗粒： q = 0 3 0 3 7l n ( 0 + o 8 3 8 9r = 0 9 9 4 2 ： 活性炭氧化铝：q = 0 1 8 2 8 l n ( 0 + o 5 8 7 9r = 0 9 9 8 5 ： 4 、原液p h 值、温度对活性炭吸附剂吸附性能的影响 异黄酮类物质属于多酚类化合物，p h 影响异黄酮物质在水中的溶解性从而影 响活性炭对其的吸附性能。选择粉末活性炭对操作温度和原料液p h 值对异黄酮吸 附的影响作了实验研究。 图4 1 0 操作温度对吸附的影响( p h = 3 5 )图4 - 11 原料液p h 对吸附的影n 向 f i g 4 1 0t h ee f f e c to f o p e r a t i n g f i g 4 - 1lt h e e f f e c to f p ho n t e m p e r a t u r eo i la b s o r p t i o na b s o r p t i o n 从图4 一l o 可见，最适宜的操作温度为3 0 。c 左右。温度太低对吸附是不利的， 但是在3 0 。c 以上，随着温度的升高，吸附量有较明显的下降，这是由于高温时大 豆异黄酮的溶解性增加，导致l 吸附剂对其吸附力降低。由图4 - 1 1 可见，原料液 的p h 值对吸附的影响较小。在p h 3 5 时吸附达到最佳：在p h 3 5 的情况f ， 由于酸性的减弱会使得大豆异黄酮亲水性增强，从而使得吸附量明显下降。这是 由于黄酮类化合物为多羟基酚类，呈弱酸性，因而在酸性或者弱酸性的条件下易 被吸附。 5 、最佳条件确定 通过对5 种吸附剂的吸附特性的比较实验研究，发现非极性吸刚剂活性炭对 于大豆加工废水中的异黄酮吸附效果比较好。综合考虑多方面因素，粉末活性炭 适当的孔径、较大比表面积，对大豆异黄酮的吸附量大，而且吸附速度快，是一 上海大学硕士学位论文 种良好的大豆异黄酮吸附剂，颗粒活性炭仅次之。应用粉末活性炭进行的进一步 实验表明，在3 0 。c 、d h 3 5 左右的范围内，大豆加：t = 废水中大豆异黄酮的吸附效 果最佳。 6 、最佳解吸剂及其解吸率的测定 试验分别选用5 1 0 0 的乙醇、甲醇、丙酮、乙醇丙酮溶液作为解吸剂。 在2 0 、3 0 、4 0 。c 条件分别测定起解吸率。 根据试验数据以解吸液的浓度为横坐标，解吸率为纵坐标作图可得： 图4 1 2 不同沈脱剂在不同温度下的洗脱率 f i g4 1 2t h ed e s o r p t i o ne f f e n c i e n c yo f d i f f e r e n te t h a n o lc o n c e n 仃o n sa td i f f e r e n t t e m p e r a t u r e 由以上试验所得数据呵以知道，随着洗脱温度的提高，各洗脱液的沈脱率逐 渐提高。 上海大学硕士学位论文 图4 一1 64 0 条件下各洗脱剂的解吸曲线 f i g 4 - 1 6t h er e l a t i o nb e t w e e nd e s o r p t i o ne f f i c i e n c ya n dd e s o r p t i o ns o l v e n ta t4 0 c 由图4 1 6 可以看出乙醇、甲醇、丙酮、乙醇丙酮溶液的最佳解吸浓度分别为 6 5 、5 0 、6 5 、3 5 。解吸能力为丙酮 乙醇 乙醇丙酮 甲醇。其中丙酮溶 液的洗脱能力要明显高于其它几种解吸剂。这跟异黄酮在丙酮中具有较大的溶解 度有关。根据试验结果选定丙酮为解吸剂，同时考虑到p h 值、用量等因素的影响。 因为洗脱剂的p h 值对其洗脱能力有显著影响。通过改变洗脱剂的p h 值，可以使吸 附物形成较强的离予化合物，很容易被沈脱下来。由于异黄酮为一酚性物质，因 此原液的p h 值直接影响其在溶液中的溶解性，从而影响吸附剂的性能。洗脱剂用 量越多洗脱效果越好，但用量过多会影响后处理。 以丙酮溶液为解吸液，丙酮的浓度、用量、p h 值、温度四个因素是影响解吸 率的主要因素。以此四因素在三水平上作正交试验，从中选取最佳的解吸条件。 正交试验水平表如下： 表4 6 丙酮解吸试验j e 交因素水平表 t a b l e 4 6t h ee x p e r i m e n t a ld e s i g no ff a c t o r sa n dl e v e l sf o ra c e t o n ed e s o r p t i o n 、 因素 a bcd 蕊乎 ( 浓度)( 物料比m u g ) ( p h ) ( 温度) 16 01 5 ：1 82 0 2 6 5 2 5 ：1 93 0 37 03 5 ：l1 0 4 0 4 9 上海火学硕士学位论文 j 型 制 娶 l + a ( 浓度) + b ( 物料比)c ( p i t ) t d ( 温度) j 图4 1 7 丙酮解吸试验极差分析分析图 f i g 4 - 17r a n g ea n a l y s i so f t h ea c e t o n ed e s o r p t i o n 由正交试验结果的极差分析可以看出，洗脱剂丙酮的用量对解吸率的影响最为 显著。洗脱剂用量大有利于提高异黄酮的解吸率；洗脱液的温度- f p h 值对洗脱率 的影响也较大，碱性、高温有利于提高异黄酮的解吸率，这与大豆异黄酮的酚类 化合物的性质及在较高温度下易于溶解的性质相符；在6 0 7 0 的浓度范围内， 丙酮溶液的浓度对试验结果影响较小。综合考虑个因素对解吸率的影响，仅以解 吸率为衡量标准得到最优组合：6 5 的丙酮溶液、3 5 ：1 的物料比、p h 为9 、温度 4 0 。c 为最佳洗脱条件。结合考虑到经济效益及工艺操作的安全得到的最佳解吸条 件为：6 5 ( v v ) 的丙酮溶液、2 5 ：1 ( 体积质量) 的物料比、p h 为9 、温度3 0 。c 上海大学硕士学位论文 为最佳洗脱条件。 7 、动态吸附率测定 将粉末活性炭和颗粒活性炭的不同配比装柱，在同一吸附条件下测定各吸附 柱的过滤速度、饱和吸附量所得参数。 表4 - 8 不同配比下的动态吸附效果 t a b l e 4 8t h ed y n a m i ca d s o r p t i o ne f f i c i e n c yo f a d s o r b i n gc o l u m nw i t hm i x e d a b s o r b a n t s 由上表可以看出按照1 ：2 1 ：3 的比例装柱比较合适。本实验选取了l ：2 的比例装柱。 9 、活性炭吸附柱的洗脱 根据以上实验结果用2 5 倍体积、浓度为6 5 、p h 为9 、温度3 0 。c 的阳酮溶 液在2 b v h 的流速卜对吸附柱进行洗脱。 1 0 、吸附实验的主要影响因素分析 由于吸附剂在水处理过程中所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂，因此影 响因素也较多。主要与吸附剂的性质、水中物质的性质、吸附剂处理的过程以及 选择运转参数与操作条件等有关。 ( 1 ) 吸附剂的性质：由于吸附现象发生在吸附剂表面，所以吸附剂的比表面积 是影响吸附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。因为吸附过程可看 成三个阶段，内扩散对吸附速度影响较大，所以吸附剂的孑l 隙分布是影响吸附的 另一重要因素。此外吸附剂的表面化学性质、极性及所带电荷，也影响吸附效果。 ( 2 ) 吸附质( 溶质) 的性质：同一吸附剂对于不同溶质的吸附能力有很大差别。 a 溶解度：溶解度越小越易吸附。 b 分子结构：吸附质分予的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。因为吸 附速度受内扩散速度的影响，吸附质( 溶质) 分子的大小与吸附剂孔径大小成一定 上海大学硕士学位论文 比例，最有利于吸附。 c 极性：非极性的吸附剂，对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。 d 吸附质的浓度：吸附质的浓度在一定范围时，随着浓度增高，吸附容量增 大。因此吸附质的浓度变化，吸附剂对该种吸附质的吸附容量也变化。 ( 3 ) 溶液p h 的影响：溶液p h 值对吸附的影响，要与吸附剂的吸附质的影响综 合考虑。溶液p h 值控制了酸性或碱性化合物的溶解度，以及影响胶体物质吸附质 ( 溶质) 的带电情况。在实际应用中，通过试验确定最佳p h 值范围。 ( 4 ) 溶液温度的影响：吸附是放热反应，同时温度对溶质的溶解度有影响。 ( 5 ) 多组分吸附质共存的影响：用吸附法处理水时通常水中不是单一的物质， 而是多组分的混合物。在吸附时，它们之问可以共吸附，互相促进或互相干扰。 ( 6 ) 吸附操作条件：因为吸附剂液相吸附时，外扩散( 液膜扩散) 速度对吸附有 影响，所以吸附装置的型式、接触时间( 通水速度) 等对吸附效果都有影响。 综上所述，影响吸附的因素，应综合分析，根据具体情况，选择最佳条件达 到最好的吸附效果5 0 一5 2 1 。 2 、吸附剂筛选的原则1 53 j ：( 1 ) 有强的吸附能力，即要求有大的比表面积；( 2 ) 不与吸附质和其它相接触的介质发生化学反应；( 3 ) 有良好的机械强度和热强度； ( 4 ) 易再生，不易劣化；( 5 ) 有商业性生产规模和比较廉价的价格。其中大的比表面 积是吸附剂最主要的性能指标。本实验所用吸附剂的物性参数列于表4 1 中。 表4 1 常用吸附剂的物理特性 t a b l e4 - 1p h y s i c a lp r o p e r t i e so f t h ec o m m o n l yu s e da b s o r b e n t s 注：由于文献数据不尽一致，文内所列数据仪供参考。 根据实验结果与相关资料的综合分析，确定了以活性碳为基础的回收提取大 豆加工废水中大豆异黄酮的实验方法和操作工艺。 用过的活性炭不经处理即行废弃，不仅对资源是很大的浪费，还将造成二次 上海大学硕士学位论文 污染。因此，从环保角度和处理系统经济方面考虑，对吸附后的“饱和炭”进行 “再生”具有重要意义。 目前国内外采用的再生方法有：1 ) 加热再生法；2 ) 药剂再生法；3 ) 生物再生法； 4 ) 化学再生法；5 ) 湿式氧化再生法等1 58 1 。湿式氧化再生法与其。岜再生法相比，具 有再生效率高、活性炭损失率低、能耗低、操作管理方便、二次污染小等优点， 是一种很有前途的活性炭再生技术。 f ：海大学顾k 学位论文 第五章大豆异黄酮片的制备 大豆异黄酮以其独特的生理功效及医疗保健效果，以成为e 世纪9 0 年代末至 今世界科学研究的热点。美国食品与药品管理局( f d a ) 已颁布异黄酮与健康关 系的特别声明，并于2 0 0 1 年推荐女性每日应摄入5 2 m g 异黄酮以增进健康。据 2 0 0 2 年调查表明，美国有5 7 的4 0 岁以上女性正在服用或曾经服用过异黄酮类 相关产品，而且这一比例目前仍在继续增长。目前大豆异黄酮主要用于保健食品 开发，市场上已经有多种大豆异黄酮保健品供应，大豆异黄酮保健品中总异黄酮 含量每粒约2 0 3 5 m g ，瓶装1 0 0 粒计的零售价为1 0 1 5 美元。呈现供不应求的 态势，具有光明的开发前景。据报道，每人每日食用3 0 8 0 m g 大豆异黄酮便可 起到保健作用。本研究主要目的是利用大豆加工废水中回收得到的异黄酮，对其 进行片研制，以使其让消费者携带、服用方便。此研究技术关键是探素大豆异黄 酮加工片时最佳配比及最佳工艺参数，并对其质量进行评价。 5 1 实验材料和仪器 511 实验材料 糊精、玉米淀粉、乙醇、硬脂酸镁、滑石粉、蔗糖、c m c 等均为食用级， 购自上海化学试剂公司。 5 1 2 实验仪器 u v 一7 5 4 紫外可见光分光光度计：上海市分析仪器总厂；m a l1 0 电子分析天 平：上海天平仪器厂；电热恒温水浴锅：上海医疗器械五厂；真空干燥箱：上海 医用恒温设备厂；低速离心机：上海安亭科学仪器厂：实验型喷雾干燥机，上海 沃迪科技有限公司；t d p 型单冲式压片机，上海天和制药机械有限公司；d y s 2 0 型片硬度计：上海黄海药检仪器厂；z b i b 智能型片崩解仪：天津大学精密仪器 1 o r 晦大学顺十学位论文 5 2 实验方法 521 料液浓缩 采用减压浓缩( 6 0 。c ，o 0 8 一0 0 6 m p a ) 至将吸附柱的洗脱液中丙酮洗脱剂全 部馏出，得到含有异黄酮的浓缩液。 将得到的浓缩液加入一定