黃秋葵果膠理化特性的研究

李加興，石春誠，馬 浪，吳 越，肖秀鳳，周炎輝

（1.吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2.湖南奇異生物科技有限公司，湖南 長沙 410008）

黃秋葵果膠理化特性的研究

李加興1，石春誠1，馬 浪2，吳 越2，肖秀鳳2，周炎輝2

（1.吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2.湖南奇異生物科技有限公司，湖南 長沙 410008）

以商品柑橘果膠為對照，研究黃秋葵果膠的理化特性及果膠質(zhì)量濃度、加熱溫度、pH值、蔗糖質(zhì)量濃度和CaCl2質(zhì)量濃度等因素對黃秋葵果膠黏度的影響。結(jié)果表明：黃秋葵果膠總半乳糖醛酸含量為86.68%，酯化度為75.45%，溶解度為82%，pH值為4.63，屬于弱酸性高酯果膠；黃秋葵果膠的黏度隨著加熱時間的延長而下降，但其熱穩(wěn)定性優(yōu)于商品柑橘果膠；黃秋葵果膠的黏度與其質(zhì)量濃度、蔗糖質(zhì)量濃度均成正相關(guān)，與加熱溫度成負相關(guān)，而隨pH值、CaCl2質(zhì)量濃度的增大呈先上升后下降的趨勢，表現(xiàn)出一般果膠的黏度特性。黃秋葵果膠的黏度及熱穩(wěn)定性能優(yōu)于商品柑橘果膠，是一種優(yōu)質(zhì)果膠。

黃秋葵；果膠；黏度；理化特性

黃秋葵為錦葵科（Malvaceae）秋葵屬（Abelmoschus manihot（L.）Medic）一年生草本植物，別名秋葵、補腎草、羊角豆等，原產(chǎn)于非洲，我國北京、上海、浙江、廣東等地區(qū)也均有種植[1-2]。黃秋葵富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素、膳食纖維、黃酮及多糖等，是一種營養(yǎng)保健型蔬菜[3]。

果膠作為一種親水性植物膠，常存在于高等植物的根、莖、葉和果實中，是從植物中提取的一種天然多糖類高分子化合物[4]。果膠具有非常好的增稠性、凝膠性、穩(wěn)定性、乳化性等，常作為天然食品添加劑應用于果醬、果凍、糖果、乳酸、果汁飲料等食品的加工中[5]。研究表明，黃秋葵嫩果中含蛋白質(zhì)約2.5%，含果膠約24.8%，具有促進消化、降低血脂水平、增強人的體力和耐力等功效，其開發(fā)應用前景廣闊[2,6]。

目前，國內(nèi)對黃秋葵的研究主要集中在種植、栽培以及主要成分的提取及工藝優(yōu)化上，而對于黃秋葵的果膠、黃酮、多糖等活性成分理化特性的研究較少。果膠是一種天然高分子化合物，具有良好的膠凝化和乳化穩(wěn)定作用，其作為食品添加劑應用前景廣闊。因此，本實驗以黃秋葵果膠為對象，研究其理化特性及果膠質(zhì)量濃度、加熱溫度、pH值、蔗糖質(zhì)量濃度和CaCl2質(zhì)量濃度等因素對果膠黏度的影響，以期為黃秋葵果膠的商品化應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃秋葵嫩果 湖南省瀏陽市淳口鎮(zhèn)湘純黃秋葵種植專業(yè)合作社；商品柑橘果膠 河南金潤食品添加劑有限公司。

D-（+）-半乳糖醛酸（高級純） 合肥博美生物科技有限責任公司；咔唑、NaOH、H2SO4、CaCl2、HCl、酚酞、無水乙醇、蔗糖均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

PHSJ-4A雷磁pH計 上海精密科學儀器有限公司；TMP-2電子天平、SopTop可見分光光度計、NDJ-8S數(shù)字式黏度計 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；TD24醫(yī)用離心機 長沙平凡儀器儀表有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；M-NJL07-3型實驗用微波爐 北京中西遠大科技有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黃秋葵果膠的提取

除去黃秋葵果實中結(jié)蒂部位并切碎成小塊，置于干燥箱內(nèi)低溫烘干至恒質(zhì)量，粉碎過60 目篩，按1∶20（m/V）的料液比加入蒸餾水并攪拌均勻，并用一定濃度的HCl調(diào)節(jié)pH值至酸性范圍，在微波時間60 s、微波功率590 W、浸提時間30 min、浸提溫度74 ℃的條件下進行微波輔助提取[7]，然后4 000 r/min離心15 min，收集上層清液后，在不斷攪拌條件下加入等量無水乙醇，析出絮狀沉淀并靜置2 h，之后3 000 r/min離心15 min，收集果膠沉淀用無水乙醇洗滌2～3 次，然后于55 ℃干燥至恒質(zhì)量，即得黃秋葵果膠。

1.3.2 黃秋葵果膠理化特性指標的測定

1.3.2.1 pH值的測定

采用QB 2484—2000《食品添加劑 果膠》[8]中的方法，使用酸度計測定黃秋葵果膠的pH值。

1.3.2.2 酯化度的測定

采用梅新等[9]的方法測定黃秋葵果膠的酯化度：取0.2 g黃秋葵果膠粉末于稱量瓶中，用少量乙醇潤濕，加20 mL蒸餾水，于40 ℃條件下攪拌2 h至溶解，加1 滴酚酞，用0.1 mol/L的NaOH滴定，所用NaOH體積記為V1；之后，向該溶液中加入10 mL 0.1 mol/L的NaOH攪拌均勻，室溫條件下靜置2 h，再向溶液加入10 mL 0.1 mol/L的HCl，混勻后形成混合液，最后，用0.1 mol/L的NaOH進行滴定，至滴定終點所消耗的NaOH體積記為V2。按照公式（1）計算黃秋葵果膠的酯化度。

1.3.2.3 半乳糖醛酸含量的測定

參照Yeoh等[10]的方法，采用咔唑比色法測定黃秋葵果膠中的半乳糖醛酸含量。

標準曲線的繪制：取D-（+）-半乳糖醛酸標準品10 mg，用蒸餾水定容至100 mL。移取上述溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL至25 mL具塞刻度試管中，加水稀釋至1 mL，得到一組梯度質(zhì)量濃度的半乳糖醛酸標準液，分別加入6.0 mL濃H2SO4，沸水浴20 min，冷卻至室溫，再分別加入0.2 mL 1.5 g/L的咔唑-乙醇溶液，搖勻。置于暗處30 min，取出測定其在526 nm波長處的吸光度，用蒸餾水做空白實驗，制作標準曲線，得到標準曲線回歸方程為Y＝0.008 2X-0.014 8（R2＝0.992 5）。

黃秋葵果膠半乳糖醛酸含量的測定：配制一定質(zhì)量濃度的黃秋葵果膠溶液，定容至100 mL，取1 mL于具塞試管中，加入6 mL濃H2SO4，沸水浴20 min，冷卻至室溫，再加入0.2 mL 1.5 g/L的咔唑-乙醇溶液，搖勻。置于暗處30 min，取出測定反應液在526 nm波長處的吸光度。根據(jù)標準曲線計算黃秋葵果膠中的半乳糖醛酸含量。

1.3.2.4 溶解度的測定

取0.5 g黃秋葵果膠于100 mL的燒杯中，加入50 mL蒸餾水，用0.1 mol/L的HCl溶液調(diào)樣品溶液pH值至4，攪拌混勻，在40 ℃條件下保溫30 min后，4 200 r/min、25 ℃離心20 min，然后取上清液至恒質(zhì)量的鋁盒中，將其置于90 ℃的水浴鍋中蒸干后，在105 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，并按照公式（2）計算黃秋葵果膠的溶解度[11]。

式中：m1為上清液烘干至恒質(zhì)量時的質(zhì)量/g；m2為樣品質(zhì)量/g。

1.3.3 黃秋葵果膠熱穩(wěn)定性的研究

將裝有0.5 g/100 mL黃秋葵果膠溶液的小燒杯密封后置于95 ℃的烘箱中，放置0、5、10、15、20、30、60 min后取出小燒杯，利用黏度計測其相對黏度，記錄數(shù)值并繪制熱穩(wěn)定曲線。同時，采用0.5 g/100 mL的商品柑橘果膠溶液作為對照。

1.3.4 影響黃秋葵果膠黏度因素的研究

1.3.4.1 果膠質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響

配制1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g/100 mL的黃秋葵果膠溶液和商品柑橘果膠溶液，分別測定其黏度，探討果膠質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響。

1.3.4.2 加熱溫度對黃秋葵果膠黏度的影響

分別取質(zhì)量濃度為3.0 g/100 mL的黃秋葵果膠溶液和商品柑橘果膠溶液，經(jīng)過20、40、60、80、100 ℃處理20 min，分別測定其黏度，探討加熱溫度對黃秋葵果膠黏度的影響。

1.3.4.3 pH值對黃秋葵果膠黏度的影響

分別取質(zhì)量濃度為3.0 g/100 mL的黃秋葵果膠溶液和商品柑橘果膠溶液，然后用1 mol/L的HCl溶液和1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)果膠溶液的pH值分別為2、4、6、8、10、12，分別測定其黏度，探討pH值對黃秋葵果膠黏度的影響。

1.3.4.4 蔗糖質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響

分別在質(zhì)量濃度為3.0 g/100 mL的黃秋葵果膠溶液和商品柑橘果膠溶液中加入不同量的蔗糖，使果膠溶液中的蔗糖質(zhì)量濃度分別為10、20、30、40、50、60 g/100 mL，分別測定其黏度，探討蔗糖質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響。

1.3.4.5 CaCl2質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響

分別取質(zhì)量濃度為3.0 g/100 mL的黃秋葵果膠溶液和商品柑橘果膠溶液，加入不同量的CaCl2，使果膠溶液中的CaCl2質(zhì)量濃度分別為10、20、30、40、50、60 g/100 mL，分別測定其黏度，探討CaCl2質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進行數(shù)據(jù)處理和分析；所有實驗數(shù)據(jù)均為3 次平行實驗的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃秋葵果膠的理化特性

表1 黃秋葵果膠的理化特性Table1 Physicochemical properties of okra pectin

由表1可知，黃秋葵果膠酯化度為75.45%，商品柑橘果膠酯化度為65.91%，均屬于高酯果膠[12]。黃秋葵果膠的pH值為4.63，商品柑橘果膠pH值為2.65，兩者均屬于酸性果膠，但黃秋葵果膠不在高酯果膠的最穩(wěn)定pH值范圍內(nèi)，當pH值降低時，COO-數(shù)目減少，果膠分子相互間排斥力減小，果膠黏度會隨之增大。黃秋葵果膠的溶解度為82%，總半乳糖醛酸含量為86.68%，均高于商品柑橘果膠，且總半乳糖醛酸含量符合QB 2484—2000中的要求；由此可見，黃秋葵果膠是一種溶解性好、純度高的優(yōu)質(zhì)果膠。

2.2 黃秋葵果膠的熱穩(wěn)定性

圖1 95 ℃條件下處理不同時間對黃秋葵果膠黏度的影響Fig.1 Effect of heating time on the viscosity of pectin at 95 ℃

由圖1可知，在熱處理階段的前期，黃秋葵果膠和商品柑橘果膠在高溫下發(fā)生鏈解聚，果膠分子鏈的交聯(lián)作用不斷被破壞，使果膠分子間的分散度增加，從而使果膠黏度迅速下降；之后，當熱處理時間超過20 min時，熱力作用對果膠鏈的分子結(jié)構(gòu)破壞達到最大，果膠黏度的下降趨勢開始變緩[13]。但在整個熱處理過程中，黃秋葵果膠的黏度及熱穩(wěn)定性能均優(yōu)于商品柑橘果膠，這表明黃秋葵果膠是一種熱穩(wěn)定性良好的優(yōu)質(zhì)果膠。

2.3 影響黃秋葵果膠黏度的因素

2.3.1 果膠質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響

圖2 果膠質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響Fig.2 Effect of pectin concentration on its viscosity

由圖2可知，兩種果膠的黏度均隨果膠質(zhì)量濃度的增大而增大。這可能是因為果膠質(zhì)量濃度越大，其活化能越大，導致果膠流動的阻力增加，流動性變?nèi)?，從而使黏度增加[14]；同時，果膠屬于長鏈大分子物質(zhì)，分子間作用力較強，當果膠質(zhì)量濃度增大后，分子間的氫鍵和疏水作用發(fā)生機率變大，使果膠整體更易形成結(jié)構(gòu)復雜的聚合物而導致果膠黏度上升[13,15]。

2.3.2 加熱溫度對黃秋葵果膠黏度的影響

由圖3可知，黃秋葵果膠和商品柑橘果膠的黏度均隨著加熱溫度的升高呈下降趨勢；而在30～60 ℃時，黏度下降較快，此后加熱溫度對黏度的影響減弱，果膠黏度下降趨勢趨于平緩。其原因可能在于溫度的升高增加了果膠分子鏈的柔順程度，流動性得以增強，或者果膠分子間的交聯(lián)作用減弱，從而使果膠黏度下降[16]。此外，在相同加熱溫度下，黃秋葵果膠的黏度均高于商品柑橘果膠的黏度。

圖3 加熱溫度對黃秋葵果膠黏度的影響Fig.3 Effect of temperature on the viscosity of pectin

2.3.3 pH值對黃秋葵果膠黏度的影響

圖4 pH值對黃秋葵果膠黏度的影響Fig.4 Effect of pH on the viscosity of pectin

果膠分子在水溶液中帶正電荷，其分子間的斥力使果膠分子伸展而分散于水中，形成較穩(wěn)定的構(gòu)象；當改變果膠溶液的pH值時，容易破壞這種穩(wěn)定的構(gòu)象而影響果膠溶液的黏度[17]。由圖4可知，pH值對兩種果膠黏度的影響較大。在所測pH值范圍內(nèi)，黃秋葵果膠的黏度隨pH值的增大先上升后下降，這主要是因為黃秋葵果膠為高酯果膠，在pH 2.5～4.5范圍內(nèi)高酯果膠較穩(wěn)定，并且隨著pH值的增加，分子間氫鍵的結(jié)合增強，果膠分子伸展程度增加，使得溶液黏度增大；當pH值為4.0～6.0時，高酯果膠的半乳糖醛酸主鏈隨著糖苷鍵的酯化羧基的斷裂而裂解，或者溶液中OH-與果膠分子相互吸引，使果膠分子形態(tài)發(fā)生改變，從而兩者的黏度隨pH值的增加迅速下降[11]，而商品柑橘果膠呈一直下降的趨勢，主要與果膠自身的分子結(jié)構(gòu)在強堿溶液中被破壞有關(guān)。

2.3.4 蔗糖質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響

圖5 蔗糖質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響Fig.5 Effect of sucrose concentration on the viscosity of pectin

黃秋葵果膠是一種高酯果膠，決定高酯果膠性質(zhì)的最重要因素是酯化度，而蔗糖質(zhì)量濃度影響著果膠凝固速率。由圖5可知，加入蔗糖時，黃秋葵果膠和商品柑橘果膠的黏度均隨蔗糖質(zhì)量濃度的增加而升高。這是因為蔗糖分子為多羥基結(jié)構(gòu)，具有強親水性，其競爭作用使果膠的水合作用降低，導致果膠分子脫水結(jié)合，加劇了果膠分子間的相互作用，使果膠黏度增大[13,18]；并且果膠分子中含有疏水基團甲氧基，也能促進果膠分子間的脫水作用，使蔗糖與果膠分子間通過氫鍵結(jié)合，從而導致果膠黏度增大[19]。

2.3.5 CaCl2質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響

圖6 CaaCl2質(zhì)量濃度對黃秋葵果膠黏度的影響Fig.6 Effect of calcium chloride concentration on the viscosity of pectin

Ca2+在高酯果膠膠凝過程中能發(fā)揮一定作用，特別在酯基以嵌段形式分布在果膠分子中留下大段游離酸性基團時，Ca2+與果膠鏈之間產(chǎn)生交聯(lián)作用形成果膠凝膠。由圖6可知，黃秋葵果膠和商品柑橘果膠的黏度隨CaCl2質(zhì)量濃度的增加均呈先升后降的趨勢；黃秋葵果膠和商品柑橘果膠對CaCl2質(zhì)量濃度的敏感程度差異較大，其黏度達最大時CaCl2質(zhì)量濃度分別為20、50 g/100 mL，CaCl2質(zhì)量濃度對商品柑橘果膠的黏度影響更大。這是由于Ca2+正電荷能與果膠羧基結(jié)合形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生橋聯(lián)作用，有利于果膠分子的有序結(jié)合，使黏度增加[13]；但Ca2+質(zhì)量濃度過高時，反而會破壞果膠分子鏈間的相互作用而發(fā)生不規(guī)則排序，從而導致果膠黏度下降[20]。

3 結(jié) 論

黃秋葵果膠的總半乳糖醛酸含量為86.68%，符合QB 2484—2000對商品果膠的要求，其酯化度為75.45%，溶解度為82%，pH 4.63，屬于弱酸性高酯果膠；黃秋葵果膠的黏度隨加熱時間的延長而下降，但其熱穩(wěn)定性優(yōu)于商品柑橘果膠；黃秋葵果膠的黏度與其質(zhì)量濃度、蔗糖質(zhì)量濃度均成正相關(guān)，與加熱溫度成負相關(guān)，而隨pH值、CaCl2質(zhì)量濃度的增大先上升后下降，表現(xiàn)出一般果膠的黏度特性。黃秋葵果膠的黏度及熱穩(wěn)定性能優(yōu)于商品柑橘果膠，是一種優(yōu)質(zhì)果膠，具有較好的應用前景。

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Physicochemical Properties of Okra Pectin

LI Jiaxing1, SHI Chuncheng1, MA Lang2, WU Yue2, XIAO Xiufeng2, ZHOU Yanhui2
(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou 416000, China; 2. Hunan Amazing Grace Biotechnology Co. Ltd., Changsha 410008, China)

Using commercial citrus pectin as control for comparison, the physicochemical properties of okra pectin and the impact of pectin concentration, temperature, pH, sucrose concentration, calcium chloride concentration and other factors on the viscosity of okra pectin were studied. The results showed that the total galacturonic acid of okra pectin was 86.68%, esterification degree was 75.45%, solubility was 82%, and pH was 4.63. It was a weakly acidic and high methoxyl pectin. Its viscosity gradually decreased with increasing heating time, but its heat stability was better than that of commercial citrus pectin. The viscosity of okra pectin was positively correlated with its concentration and sucrose concentration but negatively correlated with temperature, displayed an initial increase and a subsequent decrease with increasing pH and calcium chloride concentration, and showed the general viscosity properties of pectin. The viscosity and heat stability of okra pectin were superior to those of commercial citrus pectin, and thus it was a kind of pectin with high quality.

okra; pectin; viscosity; physicochemical property

TS202.3

A

10.7506/spkx1002-6630-201517020

2015-04-09

2015年湖南省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重點研發(fā)計劃項目（2015NK3018）

李加興（1969—），男，教授，博士，主要從事植物資源開發(fā)利用與功能性食品研究。E-mail：jslijiaxing@sohu.com