蘋果疏除幼果與成熟果果膠品質(zhì)的比較

竇 姣，郭玉蓉，李 潔，陳瑋琦，張曉瑞

(陜西師范大學(xué) 食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710062)

蘋果疏除幼果與成熟果果膠品質(zhì)的比較

竇 姣，郭玉蓉，李 潔，陳瑋琦，張曉瑞

(陜西師范大學(xué) 食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710062)

【目的】 研究蘋果疏除幼果與成熟果果膠品質(zhì)的差異，為蘋果資源的高效綜合利用提供參考?！痉椒ā?以蘋果疏果期的疏除幼果和成熟果榨汁后的果渣為原料，采用傳統(tǒng)酸法提取蘋果果膠，對2種果膠的得率、酯化度、純度、總酚含量、褐變度、色值、特性黏度和黏均分子量進(jìn)行測定，比較其差異并分析果膠的超微結(jié)構(gòu)?！窘Y(jié)果】 蘋果疏除幼果果膠的得率、酯化度、純度、特性黏度及黏均分子量均小于成熟果果膠，但總酚含量和褐變度均大于成熟果果膠；成熟果果膠的色澤比蘋果疏除幼果果膠好。蘋果疏除幼果與成熟果果膠的表面結(jié)構(gòu)存在明顯差異?！窘Y(jié)論】 蘋果疏除幼果果膠品質(zhì)不如成熟果果膠。

蘋果疏除幼果；成熟果；酯化度；果膠

果膠(Pectin)是自然界中結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的一類多糖聚合物，相對分子質(zhì)量在1萬～40萬，廣泛存在于高等植物的細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)層，其主要結(jié)構(gòu)是由α-1,4-糖苷鍵連接而成的多聚半乳糖醛酸鏈[1]。果膠作為天然的功能因子，添加到食品中不僅可以達(dá)到穩(wěn)定劑、乳化劑和增稠劑的效果，還可以起到降血糖、血脂和膽固醇的作用[2]。蘋果渣是蘋果榨汁后的主要副產(chǎn)物，而果膠是蘋果渣中一種重要的水溶性膳食纖維，干蘋果渣中含10%～16%的果膠物質(zhì)[3]。因此，有效地利用蘋果渣中的果膠資源并據(jù)此開發(fā)出高附加值產(chǎn)品，是蘋果加工產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。

疏花疏果是蘋果生產(chǎn)中必須進(jìn)行的操作，由于蘋果開花季節(jié)容易受倒春寒的影響，因此生產(chǎn)中以疏果為主。我國為世界最大的蘋果生產(chǎn)國，2012年蘋果種植面積約為2.53×106hm2，占全球的一半以上，每hm2約產(chǎn)生750 kg蘋果幼果，總量達(dá)166萬t[4]。充分利用生產(chǎn)中大量廢棄的蘋果幼果分離提取果膠，對于綜合利用蘋果資源，提高其附加值具有重要意義。吳繼紅等[5]對微波輔助提取與傳統(tǒng)酸法制得的果膠品質(zhì)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)酸法提取的果膠凝膠強(qiáng)度高于微波工藝；Janet等[6]發(fā)現(xiàn)，蘋果成熟果果膠在促進(jìn)脂肪代謝，降低血液中膽固醇、高密度脂蛋白和甘油三酯方面有較為顯著的作用；但蘋果疏除幼果中果膠品質(zhì)如何尚未見報(bào)道。因此，本研究從蘋果疏果期疏除的幼果和成熟期果實(shí)榨汁后的果渣中分別提取果膠，對其理化特性進(jìn)行比較，以期開發(fā)新的果膠提取植物資源，并為蘋果果膠的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

蘋果疏果期幼果采自陜西省咸陽市禮泉縣蘋果綜合試驗(yàn)站10年生“長富2號(hào)”蘋果樹，單果質(zhì)量約5 g；成熟果果渣(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%左右)由陜西師范大學(xué)冷破碎制汁生產(chǎn)線提供。無水乙醇、濃HCl、Na2HPO4、NaH2PO4、半乳糖醛酸、NaOH、咔唑、濃H2SO4、酚酞、沒食子酸、福林酚和無水Na2CO3，均為分析純。

1.2 儀 器

Quanta-200掃描電子顯微鏡，荷蘭FEI公司；CR-400/410型色彩色差計(jì)，柯尼卡美能達(dá)投資有限公司； LGJ-18C冷凍干燥機(jī)，北京四環(huán)科學(xué)儀器廠；WFJ2100型分光光度計(jì)，尤尼科儀器有限公司上海分公司；PHS-3C精密pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；烏氏黏度計(jì)，上海EHSY西域儀器公司。

1.3 方 法

1.3.1 蘋果果膠的提取 蘋果幼果果膠的提取步驟為：蘋果幼果→切片→漂燙滅酶處理1 min(100 ℃)→55 ℃干燥→粉碎，過孔徑0.28 mm篩→傳統(tǒng)酸法浸提(料(g)液(mL)比1∶10，pH 2，溫度90 ℃，時(shí)間90 min)→上清液濃縮至原體積的1/4→體積分?jǐn)?shù)95%乙醇沉淀(4 ℃，靜置過夜)→離心20 min(4 000 r/min)→無水乙醇、丙酮洗滌沉淀2次→溶解沉淀→真空冷凍干燥→蘋果幼果果膠。成熟果果膠的提取方法為：以成熟果果渣為原料，55 ℃干燥后采用傳統(tǒng)酸法提取，其操作同蘋果幼果果膠提取，最后得到成熟果果膠。

提取過程中用傳統(tǒng)酸法浸提及通過后續(xù)步驟提純得到蘋果果膠后，對各樣品分別計(jì)算果膠純度，并計(jì)算果膠得率，果膠得率=果膠的質(zhì)量/原料的質(zhì)量×100%。

1.3.2 蘋果果膠酯化度的測定 果膠酯化度Ddegree of esterification，DE)即果膠中的甲氧基含量，采用雙滴定法[6]測定。準(zhǔn)確稱取0.2 g果膠樣品移入250 mL錐形瓶中，用乙醇潤濕，加入20 mL不含CO2的40 ℃蒸餾水，用瓶塞塞緊，搖勻振蕩，完全溶解后加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%酚酞指示劑3滴，用0.1 mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)定至粉紅色，記錄所消耗NaOH的體積(V1)，即為初滴定度；繼續(xù)加入10 mL 0.1 mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液，加塞后強(qiáng)烈振蕩2 h，加入 10 mL 0.1 mol/L的鹽酸溶液，搖勻至粉紅色消失為止，然后加入 3 滴酚酞指示劑，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定至呈微紅色，記錄所消耗NaOH的體積(V2)，即為皂化滴定度。果膠酯化度計(jì)算公式如下：

DE=V2/(V1+V2)×100%。

式中：V1為樣品溶液的初滴定度(mL)；V2為樣品溶液的皂化滴定度(mL)。

1.3.3 蘋果果膠純度的測定 果膠純度以果膠中半乳糖醛酸的含量為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，采用咔唑-硫酸比色法[7]測定。稱取0.1 g果膠樣品溶于50 mL去離子水中，將樣品溶液稀釋20倍，取1 mL加入25 mL比色管中，然后加入6 mL濃H2SO4混勻，沸水浴20 min，取出后快速冷卻至室溫，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%的咔唑-乙醇溶液0.2 mL，混勻，暗處放置2 h。在530 nm處測定吸光值，根據(jù)半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算相應(yīng)的半乳糖醛酸含量。果膠中半乳糖醛酸(GA)含量的計(jì)算公式如下：

GA=(C×V×100×A)/(W×106)×100%。

式中：C為由對照標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=0.005 1x+0.008(R2=0.999 1))求得的果膠稀釋液中半乳糖醛酸質(zhì)量濃度(μg/mL)；V為果膠提取液原液體積(mL)；A為果膠提取液的稀釋倍數(shù)；W為樣品質(zhì)量(g)；106為質(zhì)量單位換算系數(shù)。

1.3.4 蘋果果膠總酚含量的測定 準(zhǔn)確稱取0.1 g果膠樣品溶于蒸餾水中，定容至10 mL，取2 mL樣品溶液于25 mL棕色容量瓶中，分別加入12 mL飽和Na2CO3溶液和1 mL福林酚試劑，加水定容至刻度，置于暗處靜置反應(yīng)1 h，765 nm處測定吸光值。根據(jù)焦性沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算果膠中的總酚含量，計(jì)算公式如下：

總酚含量=(C×V)/m。

式中：C為由對照標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=9.934 3x+0.003 5(R2=0.999 5))求得的果膠溶液的總酚質(zhì)量濃度(mg/mL)；V為果膠溶液體積(mL)；m為果膠樣品的質(zhì)量(g)。

1.3.5 蘋果果膠褐變度的測定 將果膠樣品溶于去離子水中并配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液，過 0.45 μm微孔濾膜后測定其在 420 nm 處的吸光值，吸光值越大，表示褐變越嚴(yán)重[8]。

1.3.6 蘋果果膠色值的測定 采用CR-400/410型色彩色差計(jì)測定蘋果原料及各自果膠的色值。

1.3.7 蘋果果膠特性黏度和黏均分子量的測定 用0.1 mol/L的磷酸緩沖液將果膠樣品分別配制為質(zhì)量濃度1～8 mg/L的溶液。用烏氏黏度計(jì)分別測定不同質(zhì)量濃度果膠溶液和溶劑的絕對黏度η和η0(單位為dL/g)，測定3次，取平均值[9-10]。

1.3.8 蘋果果膠的超微結(jié)構(gòu)分析 取適量的干燥果膠樣品粘著于樣品臺(tái)上，采用濺射鍍膜法[12]對樣品進(jìn)行表面鍍金，將表面鍍金的樣品置于掃描電鏡下觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次。試驗(yàn)結(jié)果采用DPS 7.05 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，Excel軟件繪圖制表。采用多重比較方法進(jìn)行不同處理間的顯著性分析，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果疏除幼果與成熟果果膠酯化度的比較

果膠酯化度指主鏈上的聚半乳糖醛酸被甲酯化的程度，是決定果膠凝膠特性的重要指標(biāo)。根據(jù)酯化程度的不同，果膠可以分為高酯果膠(酯化度≥50%)和低脂果膠(酯化度<50%)[13]。蘋果疏除幼果與成熟果果膠酯化度的測定結(jié)果見表1。由表1可知，蘋果疏除幼果果膠的酯化度為67.43%，成熟果果膠的酯化度為76.92%，蘋果幼果果膠的酯化度顯著低于成熟果果膠(P<0.05)，但二者的酯化度均大于50%，為高酯果膠；蘋果幼果果膠屬于高酯中凝果膠，成熟果果膠屬于高酯超快凝果膠。在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)酯化度的不同，將蘋果疏除幼果果膠與成熟果果膠應(yīng)用于不同的產(chǎn)品中。

表1 蘋果疏除幼果與成熟果果膠酯化度的比較Table 1 Comparison of esterification degree of pectins from thinned young apple and mature apple

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表2～4同。

Note:Different letters in each column indicate significant difference (P<0.05).The same table 2-4.

2.2 蘋果疏除幼果與成熟果果膠得率及純度的比較

由表2可知，蘋果成熟果果膠得率為14.32%，顯著高于蘋果疏除幼果果膠(P<0.05)。這可能是由于蘋果幼果果膠與纖維素結(jié)合緊密，提取過程中未完全溶出，因此果膠得率低于成熟果果膠。

表2 蘋果疏除幼果與成熟果果膠得率及純度的比較Table 2 Comparison of yield and puritys of pectins from thinned young apple and mature apple

果膠純度是判定果膠品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，GB 25533-2010規(guī)定，作為食品添加劑的果膠半乳糖醛酸含量應(yīng)≥65%[13]。由表2可知，提純前，采用傳統(tǒng)酸法所提取的成熟果和疏除幼果果膠半乳糖醛酸含量均低于65%，不符合國標(biāo)要求，這可能是由于提取過程中殘存的果肉細(xì)微顆粒、水溶性色素及纖維素等雜質(zhì)含量較高，導(dǎo)致果膠純度較低；將成熟果與疏除幼果果膠沉淀物分別用無水乙醇、丙酮洗滌2次提純后，其純度均提高到70%以上，可達(dá)到國標(biāo)要求，且經(jīng)提純后2種果膠的純度差異不顯著。

2.3 蘋果疏除幼果與成熟果果膠總酚含量和褐變度的比較

蘋果疏除幼果與成熟果果膠總酚含量與褐變度的測定結(jié)果見表3。由表3可知，蘋果疏除幼果果膠中的總酚含量顯著高于成熟果果膠，果膠溶液褐變度測定結(jié)果與此一致。這主要是因?yàn)?，幼果果膠中的總酚含量是成熟果的2.6倍左右，當(dāng)配成溶液時(shí)，大部分酚類物質(zhì)發(fā)生非酶褐變反應(yīng)，生成的羥醛縮聚物被氧化形成褐色色素或黑色素，酚類氧化轉(zhuǎn)化成醌類物質(zhì)，因此褐變嚴(yán)重[14-16]。

表3 蘋果疏除幼果與成熟果果膠總酚含量和褐變度的比較Table 3 Comparison of total polyphenol and browning degree of pectins from thinned young apple and mature apple

2.4 蘋果疏除幼果與成熟果果膠色值的比較

蘋果疏除幼果與成熟果原料及其相應(yīng)果膠色值的測定結(jié)果見表4。由表4可知，蘋果疏除幼果原料的亮度值、黃值、彩度值和色調(diào)角均顯著高于成熟果，而紅值卻顯著低于成熟果；蘋果疏除幼果果膠的黃值、彩度值和色調(diào)角均顯著高于成熟果，而亮度值和紅值卻顯著低于成熟果。說明蘋果疏除幼果果膠與成熟果果膠及其原料色值的變化趨勢基本一致。這主要是因?yàn)樘O果疏除幼果果膠的褐變較成熟果嚴(yán)重；另外，葉綠素含量的變化也與提取果膠的顏色相關(guān)，在對幼果進(jìn)行漂燙處理時(shí)，葉綠素氧化降解，呈現(xiàn)黃色[17]。因此，蘋果幼果果膠的亮度值較差，顏色比成熟果黃。

表4 蘋果疏除幼果與成熟果果膠色值的比較Table 4 Comparison of color values of pectins extracted from thinned young apple and mature apple

注：L*表示樣品的亮度值；a*表示紅值，a*值越大表示樣品越紅；b*表示黃值，b*值越大表示樣品越黃；C*表示樣品的彩度值，C*越大表示樣品顏色越純；h表示色調(diào)角，h值越大表示紅色減弱，黃色增強(qiáng)。

Note:L*is the brightness value;a*is the red value,greatera*value indicates the color is more red;b*is the yellow value,greaterb*value indicates the color is more yellow;C*is the chromaticity value,greaterC*value indicates the color is purer;his the hue angle,greaterhvalue indicates the red color decreases and yellow color increases.

2.5 蘋果疏除幼果與成熟果果膠特性黏度和黏均分子量的比較

表5顯示了蘋果疏除幼果與成熟果果膠的特性黏度和黏均分子量。由表5可知，蘋果疏除幼果果膠的特性黏度和黏均分子量均小于成熟果果膠，這與韓苗苗等[17]的研究結(jié)果一致。

表5 蘋果疏除幼果與成熟果果膠特性黏度和黏均分子量的比較Table 5 Comparison of intrinsic viscosity and molecular weight of pectins from thinned young apple and mature apple

圖1顯示了通過外推法獲得的Huggins特性黏度和Kramer特性黏度。由圖1可知，蘋果疏除幼果與成熟果果膠的比濃黏度ηsp/c和比濃對數(shù)黏度lnηr/c均隨果膠質(zhì)量濃度的升高呈現(xiàn)增大的趨勢，在相同果膠質(zhì)量濃度條件下，蘋果疏除幼果果膠的比濃黏度與比濃對數(shù)黏度均小于成熟果果膠。

圖1 根據(jù)Huggins和Kramer方程確定的蘋果疏除幼果(A)與成熟果果膠(B)的特性黏度Fig.1 Intrinsic viscosity of apple pectins from thinned young apple obtained by Huggins and Kramer equations

2.6 蘋果疏除幼果與成熟果果膠的超微結(jié)構(gòu)

將提純后的蘋果疏除幼果與成熟果果膠進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在相同放大倍數(shù)(3 000×)下，蘋果疏除幼果與成熟果果膠的表面結(jié)構(gòu)存在明顯差異，蘋果疏除幼果果膠呈塊狀結(jié)構(gòu)，而成熟果果膠則呈卷曲的片狀結(jié)構(gòu)，原因可能為，蘋果疏除幼果與成熟果處于蘋果生長過程的不同時(shí)期，相應(yīng)地果實(shí)中的果膠類物質(zhì)以不同的形態(tài)和結(jié)合方式存在[18]，從而導(dǎo)致蘋果疏除幼果與成熟果果膠的超微結(jié)構(gòu)存在差異。

圖2 蘋果疏除幼果(A)與成熟果(B)果膠的超微結(jié)構(gòu)(3 000×)
Fig.2 Scanning Electron Microscope of apple pectins from thinned young apple (A) and mature apple (B) (3 000×)

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)采用傳統(tǒng)酸法分別從蘋果疏除幼果與成熟果榨汁后的果渣中提取果膠物質(zhì)，并對其理化特性進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，蘋果疏除幼果果膠的得率、酯化度、純度、特性黏度及黏均分子量均小于成熟果果膠，而總酚含量和褐變度高于成熟果果膠；同時(shí)，蘋果疏除幼果果膠的黃值、彩度值和色調(diào)角均高于成熟果果膠，而亮度值和紅值較低。據(jù)研究報(bào)道，果膠物質(zhì)最重要的性質(zhì)是膠凝化作用，同一凝膠條件下，果膠相對分子質(zhì)量越大，其凝膠強(qiáng)度越大，彈性越好；而酯化度是影響果膠凝膠速度和凝膠時(shí)間的重要因素，酯化度越高，形成凝膠速度越快[19]。因此，綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)可以得出：成熟果果膠的理化性質(zhì)要優(yōu)于蘋果疏除幼果果膠，且顏色更符合國標(biāo)要求，這種特性差異可能是由于處于不同生長時(shí)期蘋果果實(shí)中的果膠類物質(zhì)組分差異引起的，這一推測還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

蘋果疏除幼果作為一種新的果膠提取植物資源，雖然其理化特性不如成熟果果膠，但也具有其自身的特點(diǎn)。在生產(chǎn)中，蘋果幼果全部被遺棄于田間，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且遺棄的幼果還可能成為病原菌的寄主，加速果樹病害的傳播。如果能結(jié)合蘋果幼果果膠自身的特性將其應(yīng)用于適合的產(chǎn)品中，對于開發(fā)利用蘋果幼果資源，并改善其所帶來的環(huán)境問題具有重要的意義。

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Comparison of quality of pectins extracted from thinned young apple and mature apple

DOU Jiao,GUO Yu-rong,LI Jie,CHEN Wei-qi,ZHANG Xiao-rui

(CollegeofFoodEngineeringandNutritionalScience,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an,Shaanxi710062,China)

【Objective】 The differences in quality of pectins extracted from thinned young apple and mature apple were studied to provide references for efficient utilization of apple resources.【Method】 Taking pomace of thinned young apple and mature apple as material,conventional acid method was adopted to extract apple pectins,and the yield,esterification degree,purity,color values,total polyphenol,browning degree,intrinsic viscosity and molecular weight were determined for comparing physic-chemical properties.【Result】 The yield,esterification degree,purity,intrinsic viscosity and molecular weight of thinned young apple pectin were lower than those of mature apple pectin,while the total polyphenol content and browning degree were higher.Moreover,the color values of mature apple pectin were better.Significant differences in surface structures of pectin from thinned young apple and mature apple were observed.【Conclusion】 Thinned young apple pectin was not as good as mature apple pectin.

thinned young apple;mature apple;esterification degree;pectin

2014-01-20

農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)基金項(xiàng)目(CARS-28)

竇 姣(1990-)，女，山西運(yùn)城人，在讀碩士，主要從事食品功能開發(fā)及利用研究。E-mail:doujiao1210@163.com

郭玉蓉(1962-)，女，陜西西安人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事食品生物加工研究。 E-mail:guoyurong730@163.com

時(shí)間:2015-06-30 13:47

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.08.016

TS201.2

A

1671-9387(2015)08-0189-06

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