豆腐柴葉果膠凝膠形成研究進(jìn)展

李興武，章黎黎

（重慶旅游職業(yè)學(xué)院，重慶 409000）

豆腐柴（Premna microphyllaTurcz.） 是馬鞭草科多年生的小型灌木，豆腐柴屬植物有200 多種，我國主要有石山豆腐柴（Premna crassaHand.）、黃毛豆腐柴（Premna fulvaCeaib.）、臭黃荊（Premna ligustroidesHemsl.）、狐臭柴（Premna puberulaPamb.）等品種，主要分布在西南、華南等地[1]。豆腐柴屬植物果膠含量豐富，葉中果膠含量可達(dá)30%～40%。豆腐柴葉中也含有較多的黃酮類、多酚類物質(zhì)生物活性物質(zhì)，有較強(qiáng)的抗氧化作用，并有研究表明豆腐柴葉提取物可以延長果蠅壽命，有利于人體健康[2-5]。

豆腐柴葉因含豐富的果膠可形成凝膠，很早就被各地居民用于制作成“綠豆腐”“神仙豆腐”“斑鳩豆腐”“綠涼粉”等食品。傳統(tǒng)豆腐柴葉加工制作綠豆腐的過程主要包括鮮葉洗滌、燙漂、磨漿、過濾、凝固、成型等工序[6-7]。豆腐柴葉的原料特性、燙漂溫度、磨漿工藝、凝固劑選擇、成型溫度等直接影響豆腐柴葉果膠凝膠的品質(zhì)。綜合豆腐柴凝膠的影響因素，豆腐柴葉原料、豆腐柴果膠提取方法、溫度、pH 值和金屬離子凝固劑的選擇對(duì)凝膠品質(zhì)影響最大。從這些方面綜述豆腐柴葉果膠凝膠形成影響，以期為豆腐柴葉加工利用提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 豆腐柴果膠的化學(xué)組成及凝膠機(jī)理

果膠是一類非常復(fù)雜的多糖物質(zhì)，也可以看作碳水化合物的衍生物[8]。果膠多糖是一種酸性多糖，可以分為聚半乳糖醛酸（HG） I 型、聚鼠李半乳糖醛酸（RG－I） II 型、聚鼠李半乳糖醛酸（RG－II）、木聚半乳糖醛酸（XGA） 和芹糖聚半乳糖醛酸（AGA） 都具有的凝膠功能[9]。但果膠的化學(xué)組成不同，凝膠的機(jī)理差異較大。低甲氧基果膠（酯化度＜50%） 分子間很難形成凝膠，需要添加Ca2+，Mg2+等金屬離子促進(jìn)凝膠形成，低酯果膠通過自由羧基和離子鍵、氫鍵的相互作用才能形成穩(wěn)定的凝膠。酯化值越低，越有利于果膠與金屬離子的結(jié)合，即越有利于形成凝膠[10]。高甲氧基果膠（酯化度＞50%） 果膠凝膠時(shí)需要可溶性固形物，pH 值低于3.5 的條件，通過羥基、羧基或彼此之間的氫鍵、甲氧基之間的疏水鍵的作用發(fā)生交聯(lián)，形成凝膠[11]。高酯化度的凝膠一般添加可溶性固形物更有利于凝膠的形成。

豆腐柴果膠主要來源于豆腐柴葉的細(xì)胞壁和初生細(xì)胞層，豆腐柴葉中的果膠主要是高酯化果膠[12]，豆腐柴果膠的提取方式不同顯著影響豆腐柴葉果膠的酯化度。陳軍[13]采用草酸銨所得豆腐柴葉果膠甲基化度最低14.9%，且果膠有較好凝膠性。李曉、廖雯娟等人[14-15]采用酸法利用豆腐柴干葉制得了低酯化度的豆腐柴果膠，認(rèn)為干燥后制成豆腐柴葉干粉時(shí)可能會(huì)對(duì)豆腐柴葉果膠分子產(chǎn)生影響。洪亞男[16]鹽酸提取得到豆腐柴果膠的半乳糖醛酸含量最高85.83%，酯化度也最高77.61%。晉睿沖[17]、張攀[18]、蔣立科等人[19]利用不同的酸法提取豆腐柴果膠皆為高酯果膠。同時(shí)，提取方法的不同或產(chǎn)地不同也使豆腐柴葉果膠的中性糖組成有所不同。陳軍[13]氣相色譜測(cè)得硫酸提取的果膠中主要含有阿拉伯糖、半乳糖和鼠李糖，半乳糖酸酸的含量超過50%。蔣立科[19]、廖雯娟等人[15]采用薄層層析測(cè)得鹽酸浸提豆腐柴葉中果膠成分為葡糖糖、果糖、D- 半乳糖。洪亞男[16]利用高效液相色譜測(cè)得鹽酸提取的豆腐柴葉果膠含有葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖，草酸銨法提取的豆腐柴葉果膠含有較多的甘露糖，還含有半乳糖醛酸、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖。因不同的提取方法可能導(dǎo)致豆腐柴葉果膠不同程度的降解產(chǎn)生組成各異的單糖、多糖。因此，不同方法提取豆腐柴果膠化學(xué)組成、中性糖組成、酯化度不同會(huì)對(duì)所得豆腐柴果膠凝膠產(chǎn)生很大影響。

2 豆腐柴葉原料對(duì)豆腐柴凝膠形成影響

豆腐柴葉一般6～10 月份采摘，不同月份豆腐柴葉成熟度不同，葉中的果膠含量也不盡相同。胡予等人[20]研究四川綿陽地區(qū)豆腐柴葉果膠含量，不同月份差異較大，7～9 月份豆腐柴葉果膠含量較多，品質(zhì)更好，更利于豆腐柴葉的凝膠形成。蔣立科等人[19]研究安徽黃山地區(qū)的豆腐柴葉發(fā)現(xiàn)5～7 月果膠含量最高，7 月份以后果膠開始下降，后續(xù)相同的加工工藝7 月份采摘的樹葉制作綠豆腐效果最好。徐安書等人[21]研究重慶涪陵地區(qū)的秋季采摘的豆腐柴葉片，果膠成分比春季含量下降，但仍可以加工制作綠豆腐。因此，豆腐柴葉采摘時(shí)節(jié)不同，果膠含量各異，會(huì)對(duì)凝膠形成產(chǎn)生一定影響。特別是秋季開始，葉中果膠的消耗加快，且果膠酶活躍，會(huì)使葉中果膠含量的逐漸下降，豆腐柴葉凝膠性也會(huì)下降。此外，李瑜等人[22]研究不同豆腐柴葉位果膠含量中也不同,指出3，5，6 葉位的豆腐柴葉片果膠含量較高。目前，為了擺脫季節(jié)對(duì)豆腐柴葉開發(fā)的影響，相關(guān)單位已開展了紅外瞬時(shí)殺青干燥、豆腐柴葉干粉制備、鮮葉冷藏等方面的研究，為較好地利用豆腐柴葉原料制作綠豆腐提供更多的可能。

3 溫度對(duì)豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

豆腐柴鮮葉干燥溫度、豆腐柴磨漿時(shí)溫度、豆腐柴果膠凝膠時(shí)的溫度對(duì)其凝膠形成都有一定影響。陳鴻申等人[23]研究在40～60 ℃干燥處理豆腐柴鮮葉能形成色形俱佳的凝膠，80 ℃以上干燥豆腐柴鮮葉不能形成外形規(guī)則的凝膠，干粉需在90～95 ℃熱燙溫度下才利用凝膠的溶出，溫度低于90 ℃以下，果膠浸出較少，不能形成凝膠。而豆腐柴磨漿時(shí)溫度，大多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果都顯示出豆腐柴磨漿時(shí)溫度過低不利于果膠溶出，溫度過高會(huì)破壞果膠分子結(jié)構(gòu)不利于果膠凝膠的形成。余萍、張翔等人[24-25]研究豆腐柴葉經(jīng)過100 ℃熱燙后容易破壞豆腐柴葉的果膠成分，后續(xù)得到的果膠很難形成凝膠。熱燙溫度為90 ℃左右時(shí)，具有較好的凝膠性。

劉婷等人[26]研究豆腐柴溶液的水溫必須保持在90～95 ℃時(shí)，否則很難形成凝膠。李剛鳳等人[27]研究低于50 ℃豆腐柴葉果膠很難溶出，超過50 ℃的水溫又破壞了果膠的結(jié)構(gòu)，凝膠能力下降，50 ℃的磨漿溫度最好。洪亞男[16]研究當(dāng)溫度小于70 ℃時(shí)，隨著溫度的升高，不同方法提取的豆腐柴果膠的凝膠強(qiáng)度和持水性逐漸增大，超過70 ℃時(shí)，果膠會(huì)發(fā)生脫酯作用，使凝膠強(qiáng)度下降。

對(duì)于豆腐柴果膠凝膠時(shí)的溫度，霍艷榮、唐克華等人[28-29]發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)豆腐柴溶液膠凝的影響較小，冷凍狀態(tài)下豆腐柴果膠懸浮于冰凍固體中，而不能形成凝膠。蔣立科等人[19]研究（高脂豆腐柴果膠） 在低于20 ℃的條件下，豆腐柴果膠會(huì)在金屬離子凝膠劑分散均勻之前迅速發(fā)生凝集形成預(yù)凝膠，不再形成凝膠。金屬離子應(yīng)在較高溫度下分散在果膠中，否則在沒有分散均勻的情況下果膠就以金屬離子為中心開始發(fā)生交聯(lián)，形成小顆粒凝膠后，交聯(lián)作用產(chǎn)生的聚集力較小，不足以使膠粒聚集，難以形成凝膠狀態(tài)，也不能制作綠豆腐。而高建華等人[30]研究低酯化豆腐柴果膠，溫度越高，熱運(yùn)動(dòng)使溶液中的氫鍵破壞，減弱了溶液中分子間的結(jié)合，溫度越高（超過70 ℃），不能形成凝膠。

4 pH 值對(duì)豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

pH 值的變化直接影響膠體內(nèi)氫鍵及電荷在分子結(jié)構(gòu)的分布狀態(tài)，當(dāng)豆腐柴果膠溶液pH 值較大時(shí)一般不能形成凝膠，而pH 值一般處于等電點(diǎn)附近容易形成凝膠。天然豆腐柴鮮葉提取液的pH 值大約在5左右。大多數(shù)學(xué)者研究豆腐柴鮮葉果膠在pH 值4～5能夠形成質(zhì)地較好的凝膠，pH 值大于7 不能形成凝膠[24-25]等。唐克華等人[29]研究鮮葉豆腐柴果膠溶液pH 值小于4.0 時(shí)豆腐柴溶液也能發(fā)生膠凝現(xiàn)象，但凝膠的滲出液較多。但也有研究的豆腐柴果膠的凝膠的最適pH 值為7 時(shí)凝膠效果最好[27]。

pH 值對(duì)豆腐柴干葉果膠凝膠的影響基本和鮮葉相似，豆腐柴干葉果膠pH 值在4～5 能形成質(zhì)地較好的豆腐柴干葉豆腐凝膠；pH 值大于6 時(shí)，只能形成薄薄的凝膠；而當(dāng)pH 值大于7 不能形成凝膠[30]。陳洪坤等人[23]研究豆腐柴干粉果膠溶液pH 值低于3 或大于8 均不能凝膠形成凝膠，最適豆腐柴干粉的果膠溶液凝膠pH 值為4～7。

豆腐柴果膠提取后，果膠酯化度不同，最適凝膠的pH 值差別較大。低酯豆腐柴果膠，在果膠在pH 值3.6～5.0 時(shí)凝膠強(qiáng)度最好；pH 值大于4.0，果膠溶液羧基解離較多，易與鈣離子交聯(lián)；當(dāng)pH 值小于4.0，膠體中氫鍵更多，可形成脆性凝膠[15]；pH 值小于3 果膠易分解，pH 值大于7 果膠易發(fā)生皂化反應(yīng)，兩者均不能形成凝膠。而高酯化度豆腐柴果膠凝膠的pH 值3.3 時(shí)的凝膠強(qiáng)度最大，是pH 值2.4時(shí)的凝膠強(qiáng)度的8 倍，pH 值低于2.4 時(shí)無法形成凝膠[16]。

5 金屬離子對(duì)豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

在傳統(tǒng)的豆腐柴綠豆腐的制作中，促進(jìn)豆腐柴凝膠過程時(shí)，大多加入草木灰、香灰、桐殼灰等促進(jìn)凝膠形成。目前，就金屬離子對(duì)豆腐柴果膠的影響，大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為Ca2+可以促進(jìn)豆腐柴果膠的凝膠形成，并使用CaSO4、CaCl2、CaCO3、Ca(OH)2等鈣鹽開展試驗(yàn)，得出不同的研究成果。唐克華等人[29]研究Ca2+可以促進(jìn)豆腐柴鮮葉果膠的凝膠的形成，且同樣濃度的CaCO3比CaCl2促凝效果好，而CaCl2因強(qiáng)電離作用使凝膠析水較多，K+及Na+無促膠凝作用。羅東升等人研究豆腐柴干葉制作的凝膠有相同的現(xiàn)象，CaCl2可以使豆腐柴葉快速凝膠，但滲出液較多，并得出CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.04%～0.08%之間最好。廖雯娟[15]研究了不同金屬離子對(duì)豆腐柴果膠凝膠強(qiáng)度的影響Cu2+＞Ca2+＞Fe3+＞Mg2+，添加Cu2+凝膠強(qiáng)度最好，但用于食品中，Ca2+可能是最好的選擇?；羝G榮等人[28]研究鮮葉豆腐柴果膠溶液認(rèn)為CaCl2、MgCl2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%～0.08%，凝膠效果最好；質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，滲出液增多。余萍等人[24]研究選擇CaCO3溶液促進(jìn)果膠凝膠時(shí)，最好是其飽和溶液，用時(shí)要搖勻。洪亞男[16]研究提取后的豆腐柴果膠凝膠效果，發(fā)現(xiàn)Cu2+，Ca2+有促進(jìn)果膠的凝膠作用，而Mg2+沒有促進(jìn)效果，皆因Mg2+半徑過小，不能與果膠形成穩(wěn)定的橋梁。孫瑩瑩研究以CaSO4、CaCl2為凝固劑形成的豆腐柴凝膠彈性、韌性及色澤都比較好，但口感微苦，MgSO4為凝固劑形成的凝膠韌性較差易碎、不宜切割。而采用0.03%MgCl2、0.01%CaCO3、0.015%食用堿復(fù)配的凝固劑形成的豆腐柴果膠凝膠效果很好。陳洪坤[23]認(rèn)為飽和澄清石灰水溶液對(duì)豆腐柴果膠凝膠的效果優(yōu)于草木灰和MgCl2效果要好。大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為Ca2+可以促進(jìn)豆腐柴果膠的凝膠形成，但是使用CaSO4、CaCl2、CaCO3、Ca(OH)2等鈣鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別很大。

6 料液比對(duì)豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

豆腐柴果膠的料液比，直接決定豆腐柴果膠的濃度，濃度過小，分子間的交聯(lián)較弱，無法形成凝膠。豆腐柴干葉料液比小于1∶20（g∶mL） 時(shí)，濾汁黏稠，很難過濾，有氣泡在凝膠中，且口感粗糙。料液比大于1∶30（g∶mL），濾汁過稀，豆腐柴干葉凝膠不能形成。干葉豆腐柴形成凝膠時(shí)的料液比控制在1∶20～1∶30（g∶mL） 凝膠強(qiáng)度最佳[31]，且干葉豆腐柴粉末粒徑500 目以上是果膠溶解的最佳粒徑條件[23，26]。同時(shí)，利用豆腐柴鮮葉形成凝膠時(shí)，也觀察到料液比過大難過濾、過小不成型的特點(diǎn)，鮮葉豆腐柴料液比控制在1∶6～1∶8（g∶mL） 為宜[24-25，31]。而對(duì)于鹽酸提取后的低酯化的豆腐柴果膠在果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%之前，凝膠強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1.2%時(shí)，出現(xiàn)預(yù)凝膠現(xiàn)象，反而使凝膠強(qiáng)度下降[15]。酯化度77.61%的高酯豆腐柴果膠低于0.6%時(shí)，果膠分子的氫鍵不易形成，凝膠無法形成[16]。

7 其他因素對(duì)豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

顏躍躍[31]研究在豆腐柴果膠溶液中除了加入CaCO3以外，還加入了0.02%的葡萄糖酸內(nèi)酯獲得比較好的凝膠效果。楚文靖等人[32]在豆腐柴果膠中加入黃原膠、卡拉膠和葡萄糖酸內(nèi)酯來減少豆腐柴葉凝膠滲出液。豆腐柴果膠中添加一定濃度的蔗糖，凝膠強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。在低pH 值條件下，適當(dāng)?shù)恼崽菨舛?，可促使氫鍵的形成，穩(wěn)定分子間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但是蔗糖濃度過高，形成的凝膠分子之間缺乏足夠的水分子，難以形成凝膠網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)生黏稠的液體，且凝膠強(qiáng)度下降[15-16]。

8 結(jié)語

綜上所述，豆腐柴果膠凝膠機(jī)理根據(jù)果膠的酯化度略有不同，但凝膠的形成主要還是由于果膠分子里的半乳糖醛酸的羧基、羰基、氫鍵等相互作用后，在低pH 值的果膠溶液中，由金屬離子凝固劑促發(fā)凝膠形成，最終在各種化學(xué)鍵或物理作用力下相互連接，形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。豆腐柴果膠凝膠形成過程涉及因素較多，包括豆腐柴葉采摘的時(shí)間、地點(diǎn)及其葉內(nèi)果膠的含量和組成，處理溫度、pH 值、凝固劑種類及料液比等條件，經(jīng)過各種加工及物化反應(yīng)后，才能形成凝膠強(qiáng)度好、色澤美觀、持水力良好的豆腐柴果膠凝膠。豆腐柴凝膠過程涉及物理化學(xué)變化復(fù)雜，在多因素影響下，豆腐凝膠形成機(jī)制雖圍繞果膠酯化度展開，但不同酯化度豆腐柴果膠更廣泛的應(yīng)用還需要深入研究。

豆腐柴葉作為一種優(yōu)質(zhì)果膠資源，加工成豆腐柴葉制品將會(huì)滿足市場多樣化需求，受到消費(fèi)者的喜愛。但現(xiàn)在的研究基礎(chǔ)存在一定不足，未來可以針對(duì)豆腐柴葉果膠凝膠性及凝膠析水的問題，將以豆腐柴果膠提取物為原料，從改善豆腐柴葉凝膠性角度出發(fā)，采用物理、化學(xué)和生物改性等多種方法優(yōu)化豆腐柴果膠的凝膠性能，并利用其他膠體復(fù)配豆腐柴果膠，開發(fā)出質(zhì)優(yōu)物美的豆腐柴綠豆腐。在豆腐柴葉凝膠過程中，充分借助激光共聚焦顯微鏡、原子力顯微鏡、低溫冷凍電鏡和顯微CT 等先進(jìn)手段表征加工揭示豆腐柴果膠凝膠結(jié)構(gòu)變化和組分間相互作用，并將借助數(shù)學(xué)建模建立豆腐柴葉豆腐加工條件、功能特性和結(jié)構(gòu)變化之間關(guān)系模型，用于指導(dǎo)豆腐柴葉豆腐生產(chǎn)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)對(duì)豆腐柴葉高效精確的加工。