甜菜果膠理化性質(zhì)及加工適用性質(zhì)研究

陳 浩,張凱華,邱 爽,殷麗君

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué),北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,北京 100083;2.山東大學(xué)(威海),海洋學(xué)院,山東威海 264209;3.河南工業(yè)大學(xué),糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

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甜菜果膠理化性質(zhì)及加工適用性質(zhì)研究

陳 浩,張凱華,邱 爽,殷麗君

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué),北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,北京 100083;2.山東大學(xué)(威海),海洋學(xué)院,山東威海 264209;3.河南工業(yè)大學(xué),糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

本文對(duì)甜菜果膠(SBP)的各項(xiàng)理化性質(zhì)進(jìn)行了研究,并與商品柑橘果膠(CP)進(jìn)行對(duì)比。研究了果膠中半乳糖醛酸、總糖、蛋白質(zhì)含量,酯化度,乙酰度等基本理化性質(zhì)。然后通過傅里葉紅外光譜掃描、果膠分子量等指標(biāo),研究了甜菜果膠分子結(jié)構(gòu)的基本特性。通過乳液粒徑,乳化活性,ζ-電位和顯微觀察的手段,對(duì)其乳化性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后從流體力學(xué)性質(zhì)出發(fā),考察了果膠濃度和溫度對(duì)其表觀黏度的影響。發(fā)現(xiàn)甜菜果膠中蛋白質(zhì)和阿魏酸含量較高,分子量和表觀黏度較柑橘果膠更小。且甜菜果膠的乳化性質(zhì)優(yōu)于牛血清白蛋白和阿拉伯膠。通過該研究明確了甜菜果膠的加工適應(yīng)性,同時(shí)為進(jìn)一步研究甜菜果膠的乳化及凝膠特性提供了理論依據(jù)。

甜菜果膠,柑橘果膠,乳化性質(zhì),流變性質(zhì)

果膠,作為一種天然的植物多糖物質(zhì),以其優(yōu)良的增稠、穩(wěn)定、凝膠、乳化功能特性,自上世紀(jì)40年代以來便在醫(yī)藥、食品、化妝品、紡織、印染、冶金、煙草等行業(yè)中得到廣泛研究與應(yīng)用[1-2]。在食品工業(yè)中,果膠通常用于果凍、糖果、冰淇淋和果汁等食品的穩(wěn)定劑、乳化劑和增稠劑;隨著健康飲食概念的流行,果膠作為一種低能量功能性膳食纖維,也日漸受到消費(fèi)者和生產(chǎn)廠家的關(guān)注,應(yīng)用前景廣闊。

果膠是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的雜多糖,其結(jié)構(gòu)主要分為光滑區(qū)和毛發(fā)區(qū),同型半乳糖醛酸聚糖構(gòu)成光滑區(qū),鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅰ和和鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅱ作為毛發(fā)區(qū)的主鏈,鼠李糖殘基通常被半乳聚糖、阿拉伯聚糖或阿拉伯半乳聚糖等中性糖取代形成側(cè)鏈,側(cè)鏈長(zhǎng)短與果膠來源有關(guān)。光滑區(qū)和毛發(fā)區(qū)中半乳糖醛酸均有一定含量,半乳糖醛酸含量往往作為評(píng)價(jià)果膠純度的重要指標(biāo),GB25533～2010規(guī)定商品化果膠,其含量必須在65%以上。酯化度是果膠的重要性質(zhì),酯化度不同,其凝膠形成的機(jī)理也各有差異:酯化度高于50%為高甲氧基果膠,其凝膠條件為pH小于3.6、可溶性固形物含量大于55%;酯化度低于50%為低甲氧基果膠,其凝膠不受糖、酸濃度的影響,僅需鈣、鎂等二價(jià)金屬離子的交聯(lián)即可。

不同來源果膠,其結(jié)構(gòu)也各不相同,光滑區(qū)和毛發(fā)區(qū)的組成比例、中性糖的數(shù)量和分布、分子量分布、酯化度和黏均分子量等均存在顯著差別[3-4],其凝膠性質(zhì)、流體性質(zhì)和乳化性質(zhì)等功能特性也各有差異。研究表明,甜菜果膠分子中乙?；鶊F(tuán)含量豐富,分子量較小,導(dǎo)致凝膠能力差,低pH(pH<3.5)較高糖含量或鈣離子存在時(shí)均無法形成凝膠[5]。近年來,通過與蛋白質(zhì)復(fù)合,酶法改性以及脫乙?；椒?獲得大分子量低乙酰基含量的甜菜果膠,大大的改善了其凝膠性質(zhì)。此外,隨著人們對(duì)天然食品添加劑的追求日益迫切,甜菜果膠作為食品乳化劑的使用需求也日益增多。但目前缺乏對(duì)甜菜果膠分子基本性質(zhì)及組成的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和了解。

本文對(duì)甜菜果膠(SBP)的各項(xiàng)理化性質(zhì)進(jìn)行了研究,并與商品柑橘果膠(CP)進(jìn)行對(duì)比。首先研究了果膠中半乳糖醛酸、總糖、蛋白質(zhì)含量,酯化度,乙酰度等基本理化性質(zhì)。然后,進(jìn)一步通過傅里葉紅外光譜掃描、果膠分子量等指標(biāo),研究了甜菜果膠分子結(jié)構(gòu)的基本特性。通過乳液粒徑,乳化活性,ζ-電位和顯微觀察的手段,對(duì)其乳化性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后從流體力學(xué)性質(zhì)出發(fā),考察了果膠濃度和溫度對(duì)其表觀黏度的影響。明確了甜菜果膠的加工適應(yīng)性,同時(shí)為進(jìn)一步研究甜菜果膠的乳化及凝膠特性提供了理論依據(jù)。

1 材料與儀器

甜菜顆粒粕 由博天糖業(yè)有限公司提供,將甜菜顆粒粕放入清水中浸泡數(shù)小時(shí)使其充分溶脹,再用流動(dòng)的清水沖洗數(shù)遍,以去除甜菜顆粒粕中殘留的可溶性糖和雜質(zhì),將清洗過的甜菜粕放入熱風(fēng)干燥箱中55 ℃烘至含水量為6.7%,粉碎過60目篩,置于干燥器中備用。柑橘果膠(P9135) 購于Sigma-Aldrich上海貿(mào)易有限公司;阿魏酸、半乳糖醛酸 分析純,購于北京藥品生物制品檢定所;考馬斯亮藍(lán)G-250 優(yōu)級(jí)純,北京化學(xué)試劑公司;牛血清蛋白 分析純,購于北京奧博星生物技術(shù)有限公司;其他試劑 均為分析純,購于北京化學(xué)試劑公司。

101-3型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海路達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;中草藥粉碎機(jī) 天津泰斯特儀器有限公司;AL204型電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;PB-10型pH計(jì) 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;HH-S6型恒溫水浴鍋 常州實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究所;GL-208型高速冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;LGJ-18型冷凍干燥機(jī) 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠;T9型紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司 高效液相色譜系統(tǒng),德國Knauer公司;HPSEC-RID高效液相系統(tǒng)、K-101泵、RI-2301示差檢測(cè)器 德國Knauer儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甜菜果膠提取 取10 g甜菜粕粉末,按料液比為1∶30(w/v)加入去離子水,用HCl調(diào)節(jié)pH至1.2。在恒溫水浴鍋(90 ℃)中浸提3 h后,冷卻至室溫。用250目尼龍布過濾,濾液用6 mol/L NaOH溶液調(diào)pH至3.5,6000 r/min離心5 min得到上清液[6],將上清液轉(zhuǎn)移至燒杯中,加入2倍體積無水乙醇,靜置5 h使果膠充分析出,用250目尼龍布過濾得濕果膠[7],用30 mL乙醇清洗兩次以除去色素和游離的中性糖[8]。最后用冷凍干燥器對(duì)所得果膠進(jìn)行干燥,獲得甜菜果膠。

1.2.2 甜菜果膠中基本成分測(cè)定

1.2.2.1 半乳糖醛酸含量測(cè)定 果膠半乳糖醛酸含量的測(cè)定采用咔唑硫酸法[6,9]。取6 mL濃硫酸(優(yōu)級(jí)純)緩慢加入置于冰水浴的試管中,待冷卻后加入1 mL果膠溶液,充分混合,在沸水浴中加熱10 min,快速冷卻至室溫并加入0.15%(w/v)咔唑乙醇溶液混合,室溫放置20 min后測(cè)定吸光度(530 nm),并根據(jù)半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=0.0059x-0.0087,R2=0.9979)計(jì)算各果膠中半乳糖醛酸含量。

1.2.2.2 蛋白質(zhì)含量測(cè)定 果膠中蛋白質(zhì)的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[10]。取1 mL果膠溶液(5 mg/mL),加入5 mL考馬斯亮藍(lán)G-250溶液,靜置2 min后于595 nm處測(cè)定吸光度,以牛血清蛋白標(biāo)品為繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=0.0081x+0.035,R2=0.9929)。

1.2.2.3 阿魏酸含量測(cè)定 果膠中阿魏酸含量的測(cè)定采用酈金龍等[11]的方法。將果膠溶于50 mmol/L磷酸緩沖液(pH7.0)中,配制成1 mg/mL溶液。測(cè)定其325 nm處的吸光值,并根據(jù)阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=0.0516x+0.0094,R2=0.9982),計(jì)算得阿魏酸含量。

1.2.3 果膠酯化度的測(cè)定 果膠酯化度(degree of esterification,DE)的測(cè)定參考馬森[6]和郭興峰[12]的方法,并略有改進(jìn)。取0.2 g果膠溶于20 mL去離子水,攪拌至完全溶解,再向該果膠溶液中加入2～3滴酚酞,并用0.05 mol/L NaOH溶液滴定至終點(diǎn),所用NaOH體積記為V1,即原始滴定度。隨后,向該溶液中加入20 mL 0.1 mol/L NaOH溶液,于磁力攪拌器上攪拌15 min。向該溶液加入20 mL 0.1 mol/L HCl溶液,過量HCl用0.1 mol/L NaOH滴定至終點(diǎn),所消耗NaOH體積記為V2,即皂化滴定度。果膠酯化度(DE)計(jì)算公式為:

式(1)

式中:V1為果膠樣品溶液原始滴定度,mL;V2為果膠樣品溶液皂化滴定度,mL。

1.2.4 果膠紅外光譜測(cè)定 采用壓片法將3～5 mg干燥果膠與200 mg干燥溴化鉀在瑪瑙研缽中混合并研磨均勻,置于模具中,用壓片機(jī)進(jìn)行壓片(壓力為20～30 MPa)10 min,取下后得到透明的樣品薄片,用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行紅外光譜掃描,掃描范圍400～4000 cm-1[13]。

表1 不同果膠基本組分的比較

1.2.5 果膠分子量的測(cè)定 使用高效液相體積排阻色譜-示差檢測(cè)器測(cè)定果膠的分子量。HPSEC-RID檢測(cè)條件:進(jìn)樣量20 μL,流動(dòng)相為0.05 mol/L NaNO3,流速0.5 mL/min,柱溫35 ℃,色譜柱:Shodex OHpak SB-804HQ,保護(hù)柱:Shodex OHpak SB-G。以不同葡聚糖標(biāo)品(分子量范圍5.9～788 ku)保留時(shí)間為橫坐標(biāo),以其對(duì)應(yīng)分子量的對(duì)數(shù)lg Mp為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以0.05 mol/L NaNO3為溶劑配制2 mg/mL的果膠溶液,后經(jīng)0.45 μm的微孔濾膜后進(jìn)行色譜分析。根據(jù)其保留時(shí)間在標(biāo)準(zhǔn)曲線(分子量的對(duì)數(shù)lgMp與保留時(shí)間線性方程為:y=-0.291x+9.195,R2=0.992)中獲知其分子量[14]。

1.2.6 果膠溶液表觀黏度的測(cè)定 表觀粘度的測(cè)定采用流變分析儀(RS600)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)選用直徑為40 mm、傾斜角為1°、間隙為27 μm的鋁制錐板夾具,測(cè)定不同果膠溶液在25 ℃、剪切速率10 s-1下的表觀粘度,采用恒溫循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。

1.2.6.1 濃度對(duì)果膠溶液表觀黏度的影響 配制濃度分別為0.5%、1%、1.5%、2%和2.5%(w/v)的兩種果膠水溶液,按上述測(cè)定方法測(cè)定不同果膠溶液的表觀黏度。

1.2.6.2 果膠溶液熱穩(wěn)定性的測(cè)定 取同等體積、濃度為1%(w/v)的兩種果膠水溶液4份,分別于25、45、65、85 ℃恒溫水浴加熱20 min,冷卻至室溫,按上述測(cè)定方法測(cè)定不同果膠溶液的黏度。

1.2.7 果膠乳化性質(zhì)測(cè)定 將甜菜果膠溶于去離子水中,配成1% w/v溶液。按水油比9∶1 w/w加入大豆油,制作10% O/W乳液。將水油混合物用剪切均質(zhì)機(jī)在19000 r/min均質(zhì)3 min制得初始乳液。隨后立即加入高壓均質(zhì)機(jī)中,在50 MPa下均質(zhì)得到終乳液。用相同方法制得10%阿拉伯膠(GA)和1%牛血清白蛋白(BSA)乳液。室溫放置一周后用顯微鏡觀察乳液微觀狀態(tài)[11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有圖都用Origin 8.6軟件繪制,通過Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。所有樣品至少做2組平行,測(cè)定2次以上。所有指標(biāo)均為3組以上數(shù)據(jù)平均值,并采用SPSS 19.0軟件中Duncan分析評(píng)價(jià)組間顯著性差異(p<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 甜菜果膠基本組成

柑橘和甜菜果膠的基本組分(半乳糖醛酸、酯化度、總糖、蛋白質(zhì)和阿魏酸含量)如表1所示。

果膠作為一種大分子陰離子多糖,其結(jié)構(gòu)主要分為光滑區(qū)和毛發(fā)區(qū),光滑區(qū)由半乳糖醛酸通過糖苷鍵連接形成半乳糖醛酸聚糖,毛發(fā)區(qū)中半乳糖醛酸也有一定含量,因此半乳糖醛酸含量作為評(píng)價(jià)果膠純度的重要指標(biāo),用作食品添加劑時(shí)其含量必須在65%以上(GB25533-2010)。甜菜果膠與商品化的柑橘果膠其半乳糖醛酸含量分別是71.5%±2.1%和74.2%±1.2%,均符合食品添加劑果膠的國家標(biāo)準(zhǔn)。

由表1數(shù)據(jù)可知,提取的甜菜果膠酯化度為56.7%±2.0%,屬高酯果膠,但遠(yuǎn)低于柑橘果膠的73.8%±0.8%。甜菜果膠凝膠能力差,原因可能是甜菜果膠分子結(jié)構(gòu)中半乳糖醛酸單位中C2或C3位置易乙?；?其乙酰度高達(dá)14%～16%,而柑橘果膠則不到2%[15],高含量乙?；拇嬖跓o法在分子間通過氫鍵或借助“鈣橋”形成聚合物,從而抑制了甜菜果膠分子間的結(jié)合。

阿魏酸是甜菜果膠中一種重要的組成成分,在果膠毛發(fā)區(qū)中性糖側(cè)鏈上與阿拉伯糖或半乳糖結(jié)合,由于果膠來源、提取方式的不同,果膠中阿魏酸含量也存在差異,甜菜果膠和菠菜果膠中阿魏酸含量較高,而柑橘果膠和蘋果果膠則相對(duì)較少,正如表1數(shù)據(jù)所示,甜菜果膠中阿魏酸含量為1.2%±0.3%,是柑橘果膠的近6倍。

2.2 不同果膠紅外光譜的測(cè)定

傅里葉紅外光譜可根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別不同化合物。

甜菜果膠和柑橘果膠的紅外光譜掃描結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出,甜菜果膠和柑橘果膠在400～4000 cm-1范圍內(nèi)具有果膠類化合物的特征吸收峰,峰形基本相同,證實(shí)實(shí)驗(yàn)所提物質(zhì)屬于果膠物質(zhì),其中,3600～3200 cm-1較寬的強(qiáng)吸收峰代表O-H鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰,說明果膠半乳糖醛酸主鏈和鏈內(nèi)部通過氫鍵相結(jié)合,3000～2800 cm-1處的吸收峰是C-H吸收引起的,1730～1760 cm-1是糖醛酸羧基形成的酯鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰,1600～1630 cm-1是游離羧酸或羧酸鹽的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。

圖1 各果膠的紅外掃描圖譜Fig.1 The FTIR spectra of sugar beet pectin and citrus pectin

2.3 不同果膠分子量的分析

不同果膠分子量分布及分子量大小的差異對(duì)果膠的應(yīng)用性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很大影響。圖2和表2所示為甜菜果膠和柑橘果膠的分子量分布及峰位分子量比較。從圖中可以看出,兩種果膠的分子量分布存在很大差異。柑橘果膠分子量呈尖銳峰型分布,而甜菜果膠則呈較寬的峰分布,且柑橘果膠的出峰時(shí)間早于甜菜果膠。說明柑橘果膠的分子量較甜菜果膠更大,由表中可以進(jìn)一步證實(shí),柑橘果膠的峰位分子量為506.4 ku,而甜菜果膠的分子量?jī)H為475.1 ku。果膠的分子結(jié)構(gòu)存在多種構(gòu)型,包括HG,RG-I,RG-II等。本研究中甜菜果膠提取僅經(jīng)過酸提醇沉及簡(jiǎn)單的除雜處理,果膠中可能存在分子量相近而構(gòu)型各型的多種分子結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致了分子量測(cè)定時(shí)平頂峰的出現(xiàn)。

在兩種果膠的分子量測(cè)定中,均出現(xiàn)了分子量約為317 u的小分子物質(zhì),推測(cè)可能是少量游離態(tài)的小分子寡糖[12]。果膠分子量的大小對(duì)果膠的乳化和凝膠性質(zhì)具有重要的影響,甜菜果膠分子量較小,且乙酰度很高,導(dǎo)致其凝膠能力較差[16-17]。

表2 不同果膠的峰位分子量

2.4 濃度對(duì)果膠表觀黏度的影響

表觀黏度可以從宏觀角度反映高分子化合物微觀分子鏈運(yùn)動(dòng)(即分子鏈的移動(dòng))和擴(kuò)散(即分子鏈跳躍)的能力,分子的固有結(jié)構(gòu)對(duì)該能力起決定性作用,微觀分子間相互作用力越強(qiáng),分子鏈剛性越大,克服空間勢(shì)壘所需的活化能就越高,宏觀上高分子化合物的表觀黏度就越大。

濃度對(duì)果膠表觀黏度的影響如圖3所示。從圖中可以看出,在0.5-2.5%(w/v)濃度范圍內(nèi),隨濃度的增加,兩種果膠溶液的表觀黏度均逐漸增加,甜菜果膠表觀黏度由7 mPa·s增至80 mPa·s,柑橘果膠則由20 mPa·s增至200 mPa·s,且甜菜果膠在各濃度下的表觀黏度明顯低于柑橘果膠的對(duì)應(yīng)值。

圖3 濃度對(duì)不同果膠表觀黏度的影響Fig.3 The effect of concentration on the apparent viscosity of sugar beet pectin and citrus pectin

果膠溶液屬于假塑性流體,由于其濃度的增加導(dǎo)致果膠分子數(shù)量的增多,分子鍵碰撞的機(jī)會(huì)增加,分子間距變小,作用力增大,從而增加了流動(dòng)阻力,其表觀黏度會(huì)隨著其濃度的增加而增大。同時(shí),隨果膠濃度的增加,果膠分子上的羥基之間的氫鍵作用力增大,而且分子間距的減小也會(huì)促進(jìn)分子和羥基之間的相互作用,低甲氧基果膠溶液的表觀黏度也隨其濃度的升高而增大[18],與上述結(jié)論相一致。

果膠作為一種食品添加劑,尤其應(yīng)用到酸性飲料和包埋風(fēng)味物質(zhì)時(shí),黏度過高,不利于果膠的完全溶解,更會(huì)在生產(chǎn)中對(duì)輸送設(shè)備的應(yīng)用和清洗帶來不小的困難,增加生產(chǎn)成本,因此,在生產(chǎn)實(shí)踐中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇最為適宜的果膠種類。

2.5 不同果膠熱穩(wěn)定性的比較

加熱或高溫處理是食品加工過程中必不可少的加工手段,采用該處理是出于改善食品品質(zhì)的需要,卻會(huì)因原料固有性質(zhì)的不同而對(duì)食品的顏色、質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)等帶來不利影響,并影響產(chǎn)品品質(zhì)。因此,我們研究了兩種果膠對(duì)溫度變化的穩(wěn)定性。加熱溫度對(duì)兩種果膠溶液表觀黏度的影響如圖4所示。從圖中可以看出,兩種果膠溶液的表觀黏度均隨溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì),加熱溫度由25 ℃升至85 ℃,甜菜果膠的表觀黏度由15 mPa·s降至8 mPa·s,柑橘果膠下降更為顯著,從50 mPa·s降至10 mPa·s,甜菜果膠的熱穩(wěn)定性要好于柑橘果膠。

圖4 加熱溫度對(duì)果膠溶液表觀黏度的影響Fig.4 Effect of temperature on the apparent viscosity of sugar beet pectin and citrus pectin

果膠溶液加熱后黏度下降主要是由于溫度升高導(dǎo)致溶液中果膠分子熱運(yùn)動(dòng)更加劇烈,分子間的纏結(jié)被不同程度的削弱,分子鏈的柔順程度增強(qiáng),流動(dòng)能力提高,溫度越高,削弱越顯著,表觀黏度降低越快。從活化能的角度分析,果膠分子間作用力越強(qiáng),克服空間勢(shì)壘所需的活化能就越高,其對(duì)溫度的抵抗力越強(qiáng),溫度升高,給以果膠分子更多的能量,當(dāng)能量值超過其活化能時(shí),分子鏈運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散增強(qiáng),表現(xiàn)出表觀黏度的下降。與柑橘果膠相比,甜菜果膠的分子量更小,分子鏈更為短小,導(dǎo)致分子間作用力強(qiáng),活化能較高,對(duì)溫度的抵抗能力要強(qiáng)一些,正如黃原膠穩(wěn)定的螺旋構(gòu)象使其自28～80 ℃范圍內(nèi)黏度基本不變。Fishman等[19]采用蒸汽噴射閃提橙皮果膠,發(fā)現(xiàn)隨蒸汽溫度的升高(110 ℃和120 ℃)橙皮果膠的分子量和特征黏度會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降。

2.6 甜菜果膠乳化性質(zhì)研究

甜菜果膠具有良好的乳化性質(zhì)。阿拉伯膠和牛血清白蛋白均具有良好的乳化性質(zhì),因此被用作與甜菜果膠乳化性質(zhì)進(jìn)行比較。甜菜果膠中豐富的蛋白質(zhì)含量是其具有良好乳化性質(zhì)的重要原因[16]。圖5(a)所示,為新鮮乳液粒徑分布比較。SBP和BSA制備乳液粒徑分布在較小范圍內(nèi),而GA乳液粒徑分布遠(yuǎn)大于二者。通過圖5(b)中顯微照片可以進(jìn)一步證實(shí),新制備乳液中SBP和BSA粒徑相近,而GA乳液粒徑較大,可能是因?yàn)镚A穩(wěn)定乳液所需濃度較大,GA在油滴表面吸附量較多。放置一周后,觀察到甜菜果膠乳液粒徑變化較小,而BSA和GA乳液出現(xiàn)了明顯的聚集絮凝現(xiàn)象。說明甜菜果膠比BSA和GA具有更加良好的乳化穩(wěn)定性。

甜菜果膠提取材料價(jià)格低廉,作為天然乳化劑,使用濃度較低,且在一定的貯存時(shí)間內(nèi),能保持相對(duì)的穩(wěn)定性,因此具有廣泛的市場(chǎng)前景。

圖5 不同乳液儲(chǔ)存前后微觀狀態(tài)的變化(×40)Fig.5 Micrograph images of emulsions stabilized by different samples(×40)

3 結(jié)論

通過甜菜果膠和商品化柑橘果膠的半乳糖醛酸含量、酯化度、總糖、蛋白質(zhì)、阿魏酸、色差、紅外光譜、分子量分布和黏度等理化指標(biāo)的對(duì)比分析,得到以下結(jié)果:

與柑橘果膠相比,優(yōu)化工藝獲得的甜菜果膠半乳糖醛酸(71.5%)含量即純度略有偏低,但均符合食品添加劑的標(biāo)準(zhǔn),中性糖總量略高,酯化度均在50%以上,屬高甲氧基果膠。甜菜果膠中蛋白質(zhì)(6.1%)和阿魏酸(1.2%)含量均顯著高于柑橘果膠(分別為3.9%和0.2%)。

通過紅外光譜掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)提取得到的甜菜果膠同柑橘果膠的峰形基本吻合,基團(tuán)組成基本相同,只是部分基團(tuán)的相對(duì)含量有所差異。

兩種果膠的分子量分布存在較大差異,甜菜果膠的分子量約為475 ku,而柑橘果膠的分子量在506 ku左右。

兩種果膠溶液的表觀黏度均隨濃度的升高而升高,且甜菜果膠黏度顯著偏低;兩種果膠溶液對(duì)溫度的熱穩(wěn)定性有所差異,柑橘果膠黏度下降更為顯著,甜菜果膠的熱穩(wěn)定性較好。

[1]彭凱. pH和乙醇沉淀時(shí)間對(duì)微波輔助提取蘋果果膠的影響[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[2]張學(xué)杰,郭科,蘇艷玲. 果膠研究新進(jìn)展[J]. 中國食品學(xué)報(bào),2010,10(1):167-174.

[3]Yapo B M. Pineapple and banana pectins comprise fewer homogalacturonan building blocks with a smaller degree of polymerization as compared with yellow passion fruit and lemon pectins:Implication for gelling properties[J]. Biomacromolecules,2009,10(4):717-721.

[4]Yapo B M. Pectic substances:from simple pectic polysaccharides to complex pectins-A new hypothetical model[J]. Carbohydrate Polymers,2011,86(2):373-385.

[5]Yapo B M,Robert C,Etienne I,et al. Effect of extraction conditions on the yield,purity and surface properties of sugar beet pulp pectin extracts[J]. Food Chemistry,2007,100:1356-1364.

[6]馬森. 甜菜粕膳食纖維的提取、改性及其機(jī)理研究[D]. 廣州:華南理工大學(xué),2012.

[7]呂程. 甜菜果膠的提取優(yōu)化及乳化、流變特性研究[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[8]Masmoudi M,Besbes S,Chaabouni M,et al. Optimization of pectin extraction from lemon by-product with acidified date juice using response surface methodology[J]. Carbohydrate polymers,2008,74(2),185-192.

[9]梅新. 甘薯膳食纖維、果膠制備及物化特性研究[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2010.

[10]Bradford M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding[J]. Anal. Biochem.,1976,72:248-254.

[11]酈金龍,劉歡,趙文婷,等. 甜菜果膠酶促交聯(lián)對(duì)蛋白質(zhì)乳化液穩(wěn)定性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2011,42(2):138-143.

[12]郭興峰. 柚皮果膠提取及降解機(jī)理研究[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[13]唐翠娥. 薜荔籽果膠的提取工藝及其性質(zhì)研究[D]. 南昌:南昌大學(xué),2007.

[14]Fishman M L,Chau H K,Hoagland P D,et al. Micromave-assisted extraction of lime pectin[J]. Food Hydrocolloids,2006,20(8):1170-1177.

[15]Leroux J,Langendorff V,Schick G,et al. Emulsion stabilizing properties of pectin[J]. Food Hydrocolloid,2003,17(4):455-462.

[16]Funami T,Nakauma M,Ishihara S,et al. Structural modifications of sugar beet pectin and the relationship of structure to functionality[J]. Food Hydrocolloids,2011,25(2):221-229.

[17]Norsker M,Jensen M,& Adler-Nissen J. Enzymatic gelation of sugar beet pectin in food products[J]. Food Hydrocolloids,2000,14(3):237-243.

[18]王海波,徐群英,汪方安. 低酯果膠的流變學(xué)性能研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,2(11):223-227.

[19]Fishman M L,Walker P N,Chau H K,et al. Flash extraction of pectin from orange albedo by steam injection[J]. Biomacromolecules,2003,4(4):880-889.

Study on the physicochemical and processing properties of sugar beet pectin

CHEN Hao1,2,ZHANG Kai-hua1,QIU Shuang1,YIN Li-jun1,3,*

(1.China Agricultural University,Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health,Beijing 100083,China;2.Shandong Universuty(Weihai),Marine College,Weihai 264209,China;3.Henan University of Technology,College of Food Science and Technology,Zhengzhou 450001,China)

The study aims at researching the physicochemical properties of sugar beet pectin(SBP)Citrus pectin(CP)was adopted as control. Firstly,the contents of galacturonic acid,total sugar,and protein,degree of esterification in beet pectin were investigated. Then,Fourier transform infrared spectroscopy scanning and HPSEC-RID were conducted to study the basic characteristics of beet pectin molecular structure. The particle size distribution and microscopic observation of emulsion were performed to evaluate the emulsifying properties of beet pectin. Finally to investigate the fluid mechanics properties of beet pectin,the apparent viscosity was researched. The protein and ferulic acid contents of SBP were high. While the molecular weight and apparent viscosity of SBP was smaller than CP. Furthermore its emulsifying properties were better than those of bovine serum album(BSA)and gum arabic(GA). The present work systematically researched the processing adaptability of beet pectin,and provided a theoretical basis for the further study of emulsion and gel properties of beet pectin.

sugar beet pectin;citrus pectin;emulsifying properties;rheology properties

2016-02-22

陳浩(1988-)，女，博士，主要從事親水膠體性質(zhì)方面的研究，E-mail:haochen@cau.edu.cn。

*通訊作者:殷麗君(1971-)，女，教授，主要從事親水膠體性質(zhì)方面的研究，E-mail:ljyin@cau.edu.cn。

農(nóng)業(yè)部公益性科研專項(xiàng)(201303079)支撐課題。

TS

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000