不同月份豆腐柴葉果膠理化性質(zhì)差異研究

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(1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽 621010;2.四川省生物質(zhì)資源利用與改性工程技術(shù)研究中心,四川綿陽 621010;3.江油市春雨生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司,四川江油 621700)

豆腐柴(PremnamicrophyllaTurcz)是唇形目馬鞭草科豆腐柴屬植物,直立灌木,葉片揉之有臭味,呈卵狀披針形、橢圓形或倒卵形[1]。果膠(Pectin)是一種由半乳糖醛酸聚合而成的天然高分子化合物,廣泛存在于植物的果實、根、莖、葉中,具有良好的膠凝性和乳化穩(wěn)定作用,主要應(yīng)用于食品工業(yè)[2-3]。因豆腐柴葉片富含果膠和多種營養(yǎng)成分,民間多摘取葉片制作“樹葉涼粉”[4-5]。

目前,國內(nèi)外關(guān)于豆腐柴葉的研究報道主要集中在其營養(yǎng)成分、果膠提取工藝及基本理化性質(zhì)、“樹葉涼粉”制作等方面[6-9]。豆腐柴葉果膠理化性質(zhì)的相關(guān)研究較淺,如廖雯娟、王媛莉[10-11]僅對其基本性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和組分進行了初步探究。關(guān)于“樹葉涼粉”的報道也僅停留在制作工藝的優(yōu)化階段,并未深入研究。前期實驗研究發(fā)現(xiàn),不同月份豆腐柴葉制作的“樹葉涼粉”品質(zhì)參差不齊,“樹葉涼粉”能夠凝結(jié)成型主要其含有的大量果膠,而果膠凝膠的形成與果膠濃度、酯化度、黏度等理化性質(zhì)有關(guān)[7-9]。

為探究“樹葉涼粉”品質(zhì)不一的原因,提高豆腐柴葉加工利用價值,本文以四川江油地區(qū)豆腐柴葉為原料提取制備果膠,對不同月份果膠得率、主要成分、結(jié)構(gòu)、乳化性、凝膠性等理化性質(zhì)進行比較分析,采用主成分分析法綜合評價不同月份果膠品質(zhì),以尋求品質(zhì)更優(yōu)、應(yīng)用價值更高的果膠產(chǎn)品,為更加全面了解四川江油豆腐柴葉果膠的性質(zhì)及“樹葉涼粉”的加工工業(yè)化提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豆腐柴葉 每月(5～11月)12日采摘于四川綿陽江油豆腐柴基地(江油市春雨生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司),將新鮮葉子清凈,置于50 ℃恒溫烘箱中烘干、粉碎、過60目篩,低溫保存?zhèn)溆?半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)品(≥97%) 美國Fluka公司;咔唑、橘皮果膠標(biāo)品 美國Sigma公司;鹽酸、濃硫酸、無水乙醇等 分析純。

3nh色差儀 深圳市三恩馳科技有限公司;UItra55場發(fā)射掃描顯微鏡 德國蔡司儀器公司;Frontier紅外吸收光譜 美國Perkinelmer公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 豆腐柴葉果膠制備 參照張攀等[12]的酸提取法進行提取分離,采用真空冷凍干燥24 h、粉碎、過60目篩得果膠粉末。橘皮果膠標(biāo)品、不同月份豆腐柴葉果膠粉末分別用P0、P5月、P6月、P7月、P8月、P9月、P10月、P11月表示。

1.2.2 果膠主要成分分析 果膠灰分、酸不溶灰分的測定參照GB 25533-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 果膠》進行;鈣含量的測定參照GB/T 6436-2002《飼料中鈣的測定》中高錳酸鉀法進行;果膠得率、半乳糖醛酸、酯化度指標(biāo)的測定參照張攀等[12]的方法進行;粘均分子量測定參考朱春麗[13]的方法并略作修改,室溫條件下,用0.1 mol/L的磷酸溶液將果膠溶解,配制成0.1～2 g/L的果膠溶液,用烏氏粘度計測出果膠的固有粘度并進行計算。

1.2.3 色差分析 用色差儀直接測定果膠粉末的色澤,以標(biāo)準(zhǔn)白板為參照。

1.2.4 掃描電鏡分析 取適量干燥的果膠粉末用雙面導(dǎo)電膠粘附在SEM樣品臺上,噴金后觀察果膠微觀形態(tài)并使用電鏡掃描拍照。加速電壓為20 kV,放大倍數(shù)分別為500倍和10000倍[14]。

1.2.5 紅外光譜分析 取2 mg果膠粉末,與100 mg溴化鉀研磨混合后壓片制樣,采用紅外吸收光譜儀在400～4000 cm-1范圍內(nèi)進行紅外光譜掃描[14]。

1.2.6 乳化性測定 參照吳國利等[15]的方法。在帶刻度的10 mL透明塑料離心管中添加2 mL玉米油和2 mL 0.5%果膠溶液,10000 r/min條件下均質(zhì)2 min得到乳化液;然后在1000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min,讀取整個體系的體積(WV)和乳化層體積(ELV)。

乳化活性(EA)計算公式為:EA(%)=(ELV/WV)×100。

準(zhǔn)備四支離心管,果膠溶液按照同樣的方法制備乳化液,在1000 r/min下離心5 min后讀取乳化層體積(ELVi),分別于4、23 ℃儲藏1、5 d后1000 r/min離心5 min讀取乳化層體積(ELVr)。

乳化穩(wěn)定性(ES)計算公式為:ES(%)=(ELVr/ELVi)×100。

1.2.7 凝膠性測定 參考江楊[16]的方法。準(zhǔn)確稱取0.5 g果膠粉末和1.5 g蔗糖,混合后加入適量pH為3.0的緩沖液,緩緩加熱到沸騰狀態(tài)并攪拌4 min左右,然后倒入可溶性固形物含量為70%、體積為30 mL的95 ℃溶液中,快速攪拌約1 min后冷卻至室溫,擱置24 h后形成0.5%的果膠凝膠。采用TA-XT.Plus物性測定儀,壓縮測試使用柱形探頭(5 mm半徑,PC-0.5R),TPA模式,測前、測中、測后速度均為1.0 mm/s,下壓15 mm,觸發(fā)力2 g,穿刺膠體。

1.2.8 主成分分析 參考公艷等[17]的方法。主成分分析法主要依據(jù)各指標(biāo)對綜合評分的平均權(quán)重系數(shù)進行分析,通過將多個原始變量降維轉(zhuǎn)變?yōu)閹讉€新指標(biāo),即主成分來反映指標(biāo)信息。運用SPSS 22.0軟件對原始變量進行降維、提取分析,可得到原始數(shù)據(jù)的特征值、貢獻率及累積貢獻率,對特征值大于1的因子提取主成分,獲得綜合評價值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復(fù)3次,結(jié)果用平均值±SD表示。運用Microsoft Excel 2013和SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理,顯著性分析采用單因素方差分析(ONE WAY ANOVA)進行S-N-K法分析,Origin 8.5軟件繪制圖形,Photoshop CS6軟件處理圖像。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同月份豆腐柴葉果膠主要成分分析

P0和P5月～P11月主要成分測定結(jié)果如表1所示。豆腐柴葉果膠得率為4.24%～18.24%,從高到低依次為P8月>P7月>P6月>P9月>P5月>P10月>P11月,P8月得率極顯著(P<0.01)高于其它月份,這可能與8月氣候炎熱、光照充足,豆腐柴葉新陳代謝強,有利于促進果膠合成有關(guān)。

表1 不同月份豆腐柴葉果膠的主要成分Table 1 The main components of pectin from Premna microphylla Turcz leaves in different months

注:-表示標(biāo)準(zhǔn)中未說明或無法測得該數(shù)據(jù);同行大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01),同行小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05),表2、表4同。

P5月～P9月得率相對較高,若將5月～9月的豆腐柴葉用于果膠提取能相對提高豆腐柴葉利用率。

P5月～P11月除酸不溶灰分外,其它指標(biāo)均達到了國家標(biāo)準(zhǔn)。豆腐柴葉果膠半乳糖醛酸含量為73.73%～81.96%,從高到低依次為P7月>P6月>P9月>P8月>P5月>P10月>P11月,P7月極顯著(P<0.01)高于其它月份,說明P7月純度最高。P5月～P11月酯化度均大于50%,屬于高酯果膠,比蔣立科等[9]的研究結(jié)果略高,說明豆腐柴葉地區(qū)來源或提取工藝對果膠酯化度可能有影響。P5月～P11月灰分和酸不溶灰分含量極顯著(P<0.01)高于P0,可能是因為豆腐柴葉果膠含有較多的礦物元素,這也可能是酸不溶灰分未達標(biāo)的原因,通過對鈣含量的測定發(fā)現(xiàn)豆腐柴葉果膠確實含有較多的鈣。豆腐柴葉果膠的粘均分子量是橘皮果膠標(biāo)品的1.6～1.9倍,不同月份豆腐柴葉果膠粘均分子量差異較大,呈先增大后減小的趨勢,說明相同濃度下,豆腐柴葉果膠粘度大于橘皮果膠標(biāo)品粘度,且不同月份豆腐柴葉果膠粘度有差異,這可能是不同月份“樹葉涼粉”品質(zhì)不一的主要原因。

表2 不同月份豆腐柴葉果膠粉末色差分析Table 2 Color analysis of pectin powder from Premna microphylla Turcz leaves in different months

2.2 不同月份豆腐柴葉果膠色差分析

果膠粉末顏色如圖1所示,肉眼觀測P0呈白色,P5月～P8月呈淡黃色,P9月和P10月呈淡黃夾灰白色,P11月為灰黑色結(jié)塊,除P11月外,其它月份果膠色澤和外觀均符合GB 25533-2010標(biāo)準(zhǔn)。由于11月份氣溫明顯下降,果膠合成受阻,且葉子含有較多不易除去的色素類物質(zhì),從而留在提取出的果膠中,導(dǎo)致P11月得率低且外觀色澤不符合標(biāo)準(zhǔn),因此11月份豆腐柴葉已不適合用于果膠的提取和“樹葉涼粉”的制作。

圖1 不同月份豆腐柴葉果膠粉末顏色Fig.1 Powder color of pectin from Premna microphylla Turcz leaves in different months

為更加準(zhǔn)確辨別果膠粉末色澤,采用色差儀進行測定其結(jié)果如表2所示。L*表示亮度,其值大小依次為P0>P6月>P7月>P5月>P8月>P9月>P10月>P11月,P0極顯著(P<0.01)大于P5月～P11月,P6月極顯著(P<0.01)大于其它月份,表明P5月～P11月亮度不如P0,不同月份間P6月亮度最好,與朱春麗[13]的籽瓜皮果膠L*值69.85接近。a*為正值時表示紅度,為負(fù)值時表示綠度;b*為正值時表示黃度,為負(fù)值時表示藍度;c*表示色差飽和度。b*均為正值,且b*和c*排序一致,其值大小依次為P5月>P7月>P6月>P8月>P9月>P10月>P0>P11月,P11月極顯著(P<0.01)低于其它月份,表明P11月黃色最淺,這與肉眼直接觀測到的果膠粉末黃色深淺一致。與朱春麗[13]的籽瓜皮果膠b*值9.72相比,豆腐柴葉果膠黃色更深,這可能與果膠原料來源和制備工藝不同有關(guān)。

2.3 不同月份豆腐柴葉果膠掃描電鏡分析

圖2所示是果膠在掃描電鏡下分別放大500倍和10000倍所觀察到的形態(tài)結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?P0在500倍時呈不規(guī)則條狀、塊狀,在10000倍時呈網(wǎng)絡(luò)片狀、表面較光滑;放大500倍時,P5月～P9月呈塊狀、厚片狀,P10月和P11月表面有較多褶皺;放大10000倍時,P5月～P11月呈片狀、絮狀,表面有球狀物。橘皮果膠標(biāo)品和豆腐柴葉果膠在放大500倍時呈現(xiàn)出不同的形態(tài),這可能是因為果膠原材料來源不同。P5月～P11月的形態(tài)差異說明不同月份對豆腐柴葉果膠表面形態(tài)有影響,具體影響機理還有待進一步探究。放大10000時,P5月～P11月與張攀等[12]的P1呈現(xiàn)完全不同的形態(tài),本文的果膠和張攀等[12]P1的制備方法除干燥方式外都相同,本文采用真空冷凍干燥,而P1采用熱風(fēng)干燥,說明果膠的表面結(jié)構(gòu)與果膠制備干燥方式有關(guān)。

圖2 不同月份豆腐柴葉果膠電鏡掃描圖Fig.2 SEM images of pectin from Premna microphylla Turcz leaves in different months

圖3 不同月份豆腐柴葉果膠紅外光譜圖Fig.3 IR spectroscopy of pectin from Premna microphylla Turcz leaves in different months

2.4 不同月份豆腐柴葉果膠紅外光譜分析

圖3所示是果膠的紅外光譜圖,P0和P5月～P11月在400～4000 cm-1范圍類均表現(xiàn)出糖類的特征吸收峰。3433 cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰是O-H鍵的伸縮振動,2928 cm-1處是C-H鍵的伸縮振動,1746～1751 cm-1處的吸收峰為羧羰基和酯羰基中C=O鍵的伸縮振動,1632～1638 cm-1處的吸收峰為游離羧基中C=O鍵的非對稱伸縮振動,這兩個特征峰證明提取物為果膠類多糖[18-21]。1444 cm-1處吸收峰是由-COOH的C-O伸縮振動引起的,證明有果膠特征基團羧基的存在;1261～1268 cm-1和880 cm-1附近的吸收峰是S=O鍵的伸縮振動,說明果膠含有硫酸根[22-25]。P0和P5月～P11月反映出的官能團信息一致,表明P0和P5月～P11月具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)。但P5月～P11月出現(xiàn)峰值的位置和吸收強度有差異,如1746～1751和1632～1638 cm-1范圍的C=O鍵振動,各月份峰位置略有不同;1400～1200 cm-1出現(xiàn)的C-H鍵變角振動,P5月在1444 cm-1處沒有吸收峰,其余月份均在此處出現(xiàn)吸收峰;從局部放大圖可以看出各月份相同位置峰的吸收強度也有差異。吸收峰的位移和峰面積與質(zhì)量效應(yīng)、電子效應(yīng)、空間效應(yīng)等密切相關(guān),這表明不同月份豆腐柴葉果膠的組成及空間結(jié)構(gòu)有細(xì)微差別[26]。

2.5 不同月份豆腐柴葉果膠乳化性分析

P0和P5月～P10月溶液(P11月得率低且溶解困難,無法得到要求濃度的果膠溶液)乳化活性和乳化穩(wěn)定性結(jié)果如表3所示。在23 ℃下,P5月～P10月乳化活性均大于50%,且差異不顯著(P>0.05),但顯著(P<0.05)高于P0,說明豆腐柴葉果膠乳化活性大于標(biāo)品。P5月～P10月乳化液在4 ℃下儲存1 d時,乳化穩(wěn)定性為51.35%～56.41%,P5月～P9月差異不顯著(P>0.05),P10月穩(wěn)定性相對較低;在23 ℃下儲存1 d時,乳化穩(wěn)定性為49.88%～55.89%,P5月～P9月差異不顯著(P>0.05),P10月穩(wěn)定性顯著(P<0.05)低于P5月～P9月;對比4、23 ℃分別儲存1 d的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn),豆腐柴葉果膠在低溫下更加穩(wěn)定。P0和P5月～P10月儲存5 d之后,乳化穩(wěn)定性都有下降,但P5月～P10月下降幅度小一些,說明豆腐柴葉果膠更加穩(wěn)定。綜合比較發(fā)現(xiàn)豆腐柴葉果膠乳化性優(yōu)于橘皮果膠標(biāo)品。

表3 不同月份豆腐柴葉果膠乳化性Table 3 Emulsifying characteristics of pectin from Premna microphylla Turcz leaves in different months

注:同列小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

表4 不同月份豆腐柴葉果膠凝膠性Table 4 Gel characteristics of pectin from Premna microphylla Turcz leaves in different months

2.6 不同月份豆腐柴葉果膠凝膠性分析

P0和P5月～P10月凝膠質(zhì)構(gòu)(P11月得率低,溶解困難,無法形成凝膠)在TPA模式下測定結(jié)果見表4。各月份硬度差異極顯著(P<0.01),P6月粘性極顯著(P<0.01)低于其它月份;內(nèi)聚性和回復(fù)性變化趨勢一致,P6月內(nèi)聚性顯著(P<0.05)高于P5月、P7月～P9月,P10月內(nèi)聚性顯著(P<0.05)低于其它月份,各月份回復(fù)性差異不大;膠粘性和咀嚼性變化趨勢一致,且P7月極顯著(P<0.01)高于其它月份。同種果膠形成凝膠過程中,高甲氧基果膠通過羥基、羧基、氫鍵的自身或相互作用使高聚半乳糖醛酸發(fā)生部分交聯(lián)形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將其它溶質(zhì)(可溶性固形物)和水包裹進了晶型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,硬度、粘性、膠粘性、咀嚼性指標(biāo)均與此有關(guān)[27]。而內(nèi)聚性的高低取決于不同基團之間的排斥程度和相同基團之間結(jié)合的緊密程度;網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交聯(lián)程度越高,互相牽制作用越強,發(fā)生形變后要恢復(fù)時受到的阻礙越大,回復(fù)性越低[28]。綜合分析,P7月～P9月各指標(biāo)數(shù)據(jù)良好,凝膠性能較好,更適合作為膠凝劑。

2.7 主成分分析法綜合評價不同月份豆腐柴葉果膠理化性質(zhì)

運用SPSS 22.0對果膠得率等12個指標(biāo)進行主成分分析,對不同月份豆腐柴葉果膠理化性質(zhì)進行綜合評價。由表5可知,對前三個因子(果膠得率、半乳糖醛酸含量、酯化度)進行提取時,累積貢獻率達到93.29%(>85%),說明提取的三個因子可基本反映豆腐柴葉果膠的理化性質(zhì)。因子成分碎石圖(圖4)可直觀顯示各因子的重要程度,前三個因子在陡坡上,特征值大于1,說明考慮前三個因子的方法是可行的[29]。由表6可知,綜合評分排序為P9月>

表5 相關(guān)因子特征值及貢獻率Table 5 Eigenvalues and contribution rates of related factors

表6 不同月份豆腐柴葉果膠綜合評分及排序Table 6 Comprehensive scores and ranking of pectin from Premna microphylla Turcz leaves in different months

P7月>P8月>P10月>P6月>P5月>P0,豆腐柴葉果膠綜合得分明顯高于橘皮果膠標(biāo)品,P7月～P9月綜合得分明顯高于其它月份。

圖4 因子碎石圖Fig.4 Scree plot of factors

3 結(jié)論

不同月份豆腐柴葉果膠得率為4.24%～18.24%,半乳糖醛酸含量為73.73%～81.96%,酯化度為75.75%～85.87%,具有良好的乳化和凝膠性能,表明豆腐柴葉用于提取商業(yè)果膠具有一定的可行性和實用價值。主成分分析法綜合評價得分從高到低為:9月>7月>8月>10月>6月>5月,說明不同月份對豆腐柴葉果膠理化性質(zhì)影響較大,7～9月豆腐柴葉果膠品質(zhì)較優(yōu),更適合用于果膠的提取和“樹葉涼粉”的制作。