山竹殼果膠提取及流變學(xué)特性

黃文燁，郭秀君，黃雪松

（暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州510632）

山竹殼果膠提取及流變學(xué)特性

黃文燁，郭秀君，黃雪松

（暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州510632）

為從山竹殼中提取果膠，研究了不同提取條件（pH、溫度和時間）對果膠提取率的影響，并對比了山竹殼果膠（MRP）與商品蘋果果膠（AP）的靜態(tài)、動態(tài)流變學(xué)特性。低pH、高溫能有效的提高提取率；提取時間在1.5～2h左右，果膠提取率較高；提取率范圍為4.48%～8.49%。山竹殼果膠酯化度（DM）為75.97%±3.49%，糖醛酸含量為（626.52± 24.15）mg/g。山竹殼果膠溶液屬典型的假塑性流體，其凝膠彈性形變范圍及凝膠強度弱于與其酯化度、糖醛酸含量相近的蘋果果膠。

果膠，山竹，果皮，提取，流變學(xué)

山竹（Garcinia mangostana L.）屬藤黃科藤黃屬，味道鮮美、營養(yǎng)豐富，有“熱帶果后”的美稱。其中，白色、可食的果肉部分僅占整果的30%～40%，即約有60%以上的紅褐色山竹殼被廢棄。山竹殼中含豐富的氧雜蒽酮類化合物、原花青素和山竹紅色素等功能活性物質(zhì)，泰國民間常用山竹殼治療腹瀉、痢疾、傷口和皮膚感染等［1］。

果膠由17種不同單糖通過20種不同的鍵連接［2］而成，是富含D-半乳糖醛酸殘基（約70%）的結(jié)構(gòu)性多糖。根據(jù)果膠與甲基結(jié)合的多少，即酯化度（DM）的高低，果膠又可分為高酯果膠（DM≥50%）和低酯果膠（DM＜50%）；高酯果膠在pH2.0～3.8、可溶性固形物（如蔗糖）含量達55%～75%時，能形成非可逆性果膠，且膠凝能力隨DM值增加而增大；低酯果膠與Ca2+、Mg2+等二價金屬離子交聯(lián)才能形成凝膠。食品和化妝工業(yè)中，果膠常用作膠凝劑、穩(wěn)定劑或增稠劑。此外，果膠還有減少低密度脂蛋白-膽固醇的吸收、降低血糖、抗癌和增強免疫等多種保健功能［3-5］。因此，越來越多的果膠新資源被開發(fā)應(yīng)用于食品、保健食品、藥品或化工等行業(yè)中［6］。

Gan C等［7］采用響應(yīng)面法研究了山竹殼中抗氧化性果膠多糖的最佳提取條件。在pH=2.45，3.93h，80.0℃或pH=2.00，3.67h，67.7℃的條件下，果膠的最高提取率可達12.0%～12.4%，但其糖醛酸含量僅為20.2～21.1mg/g，說明該山竹殼果膠純度較低；Mai D S等［8］采用熱酸法（H2SO4）研究了不同料液比、溫度、時間、pH對越南山竹殼果膠提取的影響，果膠最高提取率是7.0291%，1%果膠粘度（30℃）為2.4324Ns/m2。另外，F(xiàn)ujihara M等［9］用熱水提取得到具有抗腫瘤活性的山竹殼果膠。國內(nèi)外對山竹殼果膠的研究相對來說還是比較少［7-10］，本文采用熱酸法（HCl）研究不同提取條件對山竹殼果膠提取率的影響及其溶液、凝膠的流變學(xué)特性，意在完善山竹殼果膠的基本特性，并為該新果膠資源的深入研究、開發(fā)應(yīng)用等做初步探索。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

山竹購自暨南大學(xué)小西門水果商店，山竹平均重145.29g，山竹殼重量占68.04%；蘋果快凝高酯果膠煙臺安德利果膠有些公司饋贈；食用酒精廣州東巨公司，96%；半乳糖醛酸廣州市齊云生物科技有限公司，＞99%；酸性異丙醇溶液濃鹽酸：60%異丙醇=1∶20；四硼酸鈉-濃硫酸溶液0.0125mol/L；間羥基聯(lián)苯-氫氧化鈉溶液0.15%間羥基聯(lián)苯溶于0.5%氫氧化鈉溶液。

RE-52 AAB旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海嘉鵬科技有限公司；PHS-3C精密pH計上海安亭雷磁儀器廠；KDC-1044低速離心機科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司；UV-9600紫外/可見分光光度計北京瑞利分析儀器公司；Kinexus Pro旋轉(zhuǎn)流變儀英國馬爾文公司。

1.2實驗方法

1.2.1山竹殼果膠的提取新鮮山竹取果皮，加水打漿、凍干磨粉后，過20目篩，得到山竹殼干粉，放于4℃冰箱儲存?zhèn)溆?。?g山竹殼粉，以1∶25（w/v）的比例加入一定pH的水溶液（以HCl/NaOH調(diào)酸堿），在一定溫度下提取一定時間。提取結(jié)束后過濾，取濾液并調(diào)pH至4.0；濾液經(jīng)50℃旋蒸濃縮后，加入4倍體積的酒精，3500r/min離心20min，以沉淀果膠，同時去除單糖、色素等小分子雜質(zhì)；沉淀以50℃旋蒸去酒精后凍干，即可得山竹殼果膠。果膠提取率的計算方法如下：

1.2.2提取條件對果膠提取率的影響選取pH=1、2、3、4、5、6（80℃，1.5h），溫度為50、60、70、80、90、100℃（pH=2，1.5h），時間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3h（pH=2，80℃）的提取條件，按1.2.1的方法從山竹殼中提取果膠，并計算提取率。

1.2.3果膠酯化度的測定采用滴定法測定酯化度，參照美國食品化學(xué)藥典（FCC）［11］并稍作改動［6］。稱取0.5g果膠與15mL酸性異丙醇混合攪拌10min，砂芯漏斗過濾后，用60%異丙醇沖洗至無氯離子，濾餅在110℃烘箱干燥。稱100mg處理后的果膠到錐形瓶中，2mL乙醇濕潤后，加入20mL蒸餾水，40℃下溶解。加3滴酚酞，用標定好的0.1mol/L NaOH溶液滴定，記錄消耗NaOH溶液的體積為V1。之后加入10mL 0.1mol/L NaOH溶液振搖2h，以10mL 0.1mol/L HCl溶液中和。再滴入3滴酚酞，用0.1mol/L NaOH溶液滴定至粉紅色，此時消耗NaOH溶液體積記為V2。依照此方法測定山竹殼果膠的酯化度，并以蘋果果膠作為對比。酯化度（DM）計算方法如下：

1.2.4糖醛酸的測定采用間羥基聯(lián)苯法［12］測定果膠中糖醛酸含量。取0.6mL 50～180μg/mL的半乳糖醛酸標準溶液，冰浴下加入4.5mL四硼酸鈉-濃硫酸溶液。沸水浴反應(yīng)5min后，立即冰浴冷卻。加入60μL間羥基聯(lián)苯-氫氧化鈉溶液，搖勻，5min內(nèi)520nm測吸光度，作標準曲線。按同樣的方法測定山竹殼果膠糖醛酸含量，以蘋果果膠作為對比；糖醛酸含量以半乳糖醛酸計。

1.2.5流變性質(zhì)分析

1.2.5.1果膠溶液的靜態(tài)流變性質(zhì)測定將山竹殼果膠干粉和蘋果果膠粉末分別配成質(zhì)量分數(shù)為1.5%的水溶液，25℃下旋轉(zhuǎn)流變儀剪切速度由0.01s-1增加到500s-1（夾縫距離0.07mm，平板直徑20mm），記錄兩種果膠溶液的流動曲線。

1.2.5.2果膠凝膠的動態(tài)粘彈性測定果膠凝膠的制備：取0.2g果膠粉末與14g蔗糖，加蒸餾水溶解，然后以12.5%檸檬酸溶液將pH調(diào)至3，加水定容至20mL，并移至4℃冰箱放置24h，即得到果膠凝膠［13］。

動態(tài)粘彈性測定：應(yīng)用旋轉(zhuǎn)流變儀（夾縫距離2mm，平板直徑20mm）進行測定，儀器參數(shù)如下：振幅掃描：頻率1Hz，溫度25℃，應(yīng)變：0.1%～100%；頻率掃描：0.01～10Hz，溫度25℃，應(yīng)變1%。

2　結(jié)果與分析

2.1山竹殼果膠的提取

圖1　pH對山竹殼果膠提取率的影響Fig.1　Effect of pH values on MRP extraction yield

圖1～圖3所示分別為提取pH=1～6（80℃，1.5h），溫度在50～100℃（pH=2，1.5h），時間為0.5～3h（pH=2，80℃）時，山竹殼果膠提取率的變化曲線。

圖1可以看出，果膠提取率在pH=1～3呈下降趨勢，在pH=3～6時變化不大。降低pH能有效的增加提取率，這是因為高H+濃度可以加快原果膠水解成果膠。但pH太低，果膠易發(fā)生降解；中、堿性條件下，果膠也容易發(fā)生去酯化及因β-消除造成的Gal A鏈斷裂［14］。所以，在pH=2附近提取果膠比較合適。

圖2中果膠提取率在50～100℃范圍內(nèi)隨溫度升高而上升，由此可知，高溫能加速果膠提取，但同時高溫也能促進高酯果膠的去酯化。

圖3可以看出，提取時間在1.5～2h左右提取率較高；在其之前或之后，果膠提取不完全或者開始降解。

總體上，山竹殼果膠提取率范圍為4.48%～8.49%，不同條件下果膠提取率變化趨勢與Mai D S等［8］的實驗結(jié)果相符。為減少果膠降解、去酯化，采用pH=2、80℃、1.5h條件下提取，并再次醇沉（盡量減少單糖、色素等小分子雜質(zhì)）得山竹殼果膠，進行1.2.3，1.2.4，1.2.5的實驗測定。

2.2果膠酯化度及糖醛酸含量

2.2.1半乳糖醛酸標準曲線間羥基聯(lián)苯法測得的半乳糖醛酸標準曲線回歸方程為y=0.0045x+0.0049（R2=0.9930）。

2.2.2果膠酯化度及糖醛酸含量山竹殼果膠、蘋果果膠的酯化度及糖醛酸含量如表1所示。山竹殼果膠糖醛酸含量略高于蘋果果膠，且山竹殼果膠和蘋果果膠皆屬高酯果膠（DM＞50%）。山竹殼果膠的酯化度與Madhav A等［10］（64.66%）和Mai D S等［8］（70.429%）的結(jié)果相近。

圖2　提取溫度對山竹殼果膠提取率的影響Fig.2　Effect of temperature on MRP extraction yield

圖3　提取時間對山竹殼果膠提取率的影響Fig.3　Effect of time on MRP extraction yield

表1　山竹殼果膠和蘋果果膠的酯化度及糖醛酸含量（n=3）Table 1　DM and uronic acid content of MRP and AP（n=3）

2.3果膠流變性質(zhì)分析

兩種果膠粘度與剪切速度的關(guān)系見圖4。山竹殼果膠和蘋果果膠粘度隨剪切速度的增大而下降，山竹殼果膠顯示出明顯的假塑性流體特征。低剪切速度下，山竹殼果膠的粘度大于蘋果果膠；但在0.1～1s-1，山竹殼果膠粘度突然減小，之后其減小幅度也遠大于蘋果果膠。這可能是由于果膠分子鏈間物理交聯(lián)點被破壞的速度大于重建速度，使粘度下降［15］；而兩種果膠不同的分子鏈長度和結(jié)構(gòu)組成造成了兩流動曲線間的差異［13］。圖4顯示山竹殼果膠擁有更好的剪切變稀特性，可以作為一種潛在的食品增稠劑。

圖4　山竹殼果膠和蘋果果膠溶液的剪切流動曲線Fig.4　Shear flow curves of MRP and AP

圖5體現(xiàn)了兩種果膠凝膠的貯存模量/彈性模量（Storage modulus，G’）和損耗模量/粘性模量（Loss modulus，G”）隨應(yīng)變變化的關(guān)系。蘋果果膠凝膠的G’和G”均高于山竹殼果膠凝膠，而且前者兩模量交點值大于后者的值，說明山竹殼果膠凝膠的彈性形變范圍要比蘋果果膠凝膠小。由圖5可知應(yīng)變1%在線性粘彈范圍內(nèi)，因此選1%應(yīng)變作果膠凝膠的頻率掃描。

圖5　山竹殼果膠凝膠和蘋果果膠凝膠振幅掃描曲線Fig.5　Amplitude sweep curves of MRP gel and AP gel

圖6　山竹殼果膠凝膠和蘋果果膠凝膠的頻率掃描曲線Fig.6　Frequency sweep curves of MRP gel and AP gel

圖6可以看出蘋果果膠凝膠的G’和G”皆高于山竹殼果膠凝膠，而且蘋果果膠凝膠的兩模量間差值要大于山竹殼果膠凝膠，這說明山竹殼果膠的凝膠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接比蘋果果膠要弱，更易發(fā)生形變［16］。提取所得的山竹殼果膠與蘋果果膠在酯化度、糖醛酸含量兩項性質(zhì)上相近，而且在形成凝膠時速度更快，但其凝膠強度不及蘋果果膠。這既有可能是山竹殼果膠本身分子量、單糖組成及結(jié)構(gòu)等內(nèi)部因素的原因，也有可能是因提取導(dǎo)致果膠降解、分子量降低，或是凝膠條件不適合等的外部因素造成的。

3　結(jié)論

山竹殼果膠在低pH、高溫及1.5～2h時提取率較高，提取率范圍為4.48%～8.49%；果膠的酯化度和糖醛酸含量分別為75.97%±3.49%，（626.52±24.15）mg/g。流變學(xué)特性顯示，山竹殼果膠屬假塑性流體，可作為食品增稠劑開發(fā)，其凝膠強度弱于蘋果果膠。為深入了解山竹殼果膠，還需對山竹殼果膠的結(jié)構(gòu)特性（分子量、單糖組成和連接方式等）、理化性質(zhì)（如優(yōu)化凝膠形成的條件）和生物學(xué)特性等做進一步研究。

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Effect of different extraction conditions on pectin from mangosteen rind and its rheological properties

HUANG Wen-ye，GUO Xiu-jun，HUANG Xue-song
（Department of Food Science and Engineering，Ji’nan University，Guangzhou 510632，China）

Hot-acid method was used to extract pectin from mangosteen rind in different pH，temperature and time conditions.Basic chemical and rheological properties of mangosteen rind pectin（MRP）were also determined and compared with apple pectin（AP）.The yield of MRP increased significantly with decreasing pH and rising temperature，and the recommended extraction time was about 1.5～2h.The extraction yield ranged from 4.48%to 8.49%，degree of methylation（DM）and uronic acid content of MRP were 75.97%±3.49%and（626.52±24.15）mg/g，respectively.MPR solution was a kind of typical pseudo plastic fluid，while the gel strength of MPR was lower than that of AP.

pectin；Garcinia mangostana L.；rind；extraction；rheology

TS209

B

1002-0306（2015）10-0237-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.041

2014－08－01

黃文燁（1992-），女，碩士研究生，研究方向：功能食品。

黃雪松（1957-），男，博士，教授，研究方向：功能食品與食品安全。

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD031B03）。