豆腐柴葉果膠的提取與理化性質(zhì)分析

張　攀,熊雙麗,2,*,薛朝云

(1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽(yáng) 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(yáng) 621010;3.江油市春雨生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司,四川綿陽(yáng) 621700)

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豆腐柴葉果膠的提取與理化性質(zhì)分析

張攀1,熊雙麗1,2,*,薛朝云3

(1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽(yáng) 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(yáng) 621010;3.江油市春雨生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司,四川綿陽(yáng) 621700)

為探究10月份豆腐柴葉果膠含量與品質(zhì),優(yōu)化果膠提取工藝,提升豆腐柴開(kāi)發(fā)利用效率。首先利用單因素實(shí)驗(yàn)比較酸提取法和超聲波輔助提取法對(duì)果膠提取率的影響,再根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,對(duì)酸法提取果膠工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化,最后對(duì)兩種提取工藝得到的果膠進(jìn)行分離和理化性質(zhì)比較。結(jié)果表明,酸提取法較好,最佳工藝條件為:料液比1∶30,提取溫度88 ℃,提取時(shí)間2.2 h,溶液pH1.6,該條件下果膠提取率為10.57%。紫外光譜和紅外光譜發(fā)現(xiàn)豆腐柴果膠結(jié)構(gòu)與橘皮果膠結(jié)構(gòu)一致。酸法果膠總半乳糖醛酸含量高于超聲波輔助提取法,pH、酯化度與橘皮果膠相似,灰分、鈣含量高于橘皮果膠,所有指標(biāo)均達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

豆腐柴,果膠,提取,理化性質(zhì),響應(yīng)面

豆腐柴(PremnamicrophyllaTurcz)是馬鞭科豆腐柴屬多年生落葉灌木,廣泛分布于我國(guó)華東、華中、中南、西南等省區(qū)[1]。豆腐柴中含有大量的果膠、粗纖維、粗蛋白及豐富的礦物質(zhì)和黃酮類(lèi)物質(zhì)[2-3]。用其制成的豆腐,俗稱(chēng)“觀音豆腐”或“樹(shù)葉豆腐”,是安徽省大別山、浙江省浦江縣和四川江油一帶的特色小吃。

目前,國(guó)內(nèi)外提取果膠的方法主要有酸提取法、酶法、微生物法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法、螯合劑提取法等[4-8]。關(guān)于豆腐柴的報(bào)道主要集中在豆腐制作、果膠提取以及豆腐柴果膠酯化度、膠凝性等理化性質(zhì)研究,而且原料皆來(lái)自華東、華中、華南的安徽、湖北等地,關(guān)于四川地區(qū)豆腐柴的研究報(bào)道很少。報(bào)道數(shù)據(jù)顯示每年5～8月豆腐柴果膠提取率較高,為15%～25%,而每年10月份最低,提取率僅為4%左右[9-10]。

不同地區(qū)、不同產(chǎn)地、不同季節(jié)的豆腐柴的營(yíng)養(yǎng)成分、果膠含量存在差異,且在實(shí)驗(yàn)室以往的研究中發(fā)現(xiàn)10月份的豆腐柴做出的豆腐產(chǎn)量不如6～9月份豆腐柴做出的豆腐產(chǎn)量高,但四川江油地區(qū)的人們?nèi)匀唤?jīng)常使用10月份豆腐柴做“樹(shù)葉豆腐”。為更好地利用豆腐柴資源,本文采用四川江油地區(qū)10月份的豆腐柴葉為原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn),選用酸提取法和超聲波輔助提取法兩種方法提取豆腐柴葉果膠,并對(duì)這兩種方法提取的果膠產(chǎn)品進(jìn)行比較分析。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

豆腐柴(PremnamicrophyllaTurcz)采摘于四川綿陽(yáng)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),將鮮葉洗凈,置于50 ℃烘箱中烘干、粉碎備用;半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)品(≥97%)美國(guó)Fluka公司;咔唑、橘皮果膠標(biāo)品美國(guó)Sigma公司;鹽酸、濃硫酸、無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、高錳酸鉀等均為分析純。

XMTS-9000電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱浙江余姚市工業(yè)儀表二廠;HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋浙江金壇市正基儀器有限公司;KQ5200B型超聲波清洗器江蘇昆山市超聲儀器有限公司;SF-TDL-550臺(tái)式低速大容量離心機(jī)上海菲恰爾分析儀器有限公司;UV-5800PC紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)上海元析儀器有限公司;MODUL YOD-230冷凍干燥機(jī)美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司;U-3900H紫外分光光度計(jì)日本日立公司;Frontier紅外吸收光譜儀美國(guó)Perkinelmer公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1酸提取法單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.1.1料液比對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,分別按料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50加入已用鹽酸將pH調(diào)為2.0的蒸餾水,在80 ℃水浴鍋中提取2.0 h,研究不同料液比對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.1.2提取溫度對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,按料液比1∶30加入已用鹽酸將pH調(diào)為2.0的蒸餾水,分別在60、70、80、90、100 ℃水浴鍋中提取2.0 h,研究不同提取溫度對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.1.3提取時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,按料液比1∶30加入已用鹽酸將pH調(diào)為2.0的蒸餾水,在80 ℃水浴鍋中分別提取1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h,研究不同提取時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.1.4溶液pH對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,按料液比1∶30分別加入已用鹽酸將pH調(diào)為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0的蒸餾水,在80 ℃水浴鍋中提取2.0 h,研究不同溶液pH對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.2超聲波輔助提取法單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1料液比對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,分別按料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50加入已用鹽酸將pH調(diào)為2.0的蒸餾水,在溫度為60 ℃、超聲功率為200 W的超聲波清洗器中提取60 min,研究不同料液比對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.2.2提取溫度對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,按料液比1∶30加入已用鹽酸將pH調(diào)為2.0的蒸餾水,分別在溫度為40、50、60、70、80 ℃,超聲功率為200 W的超聲波清洗器中提取60 min,研究不同提取溫度對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.2.3提取時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,按料液比1∶30加入已用鹽酸將pH調(diào)為2.0的蒸餾水,在溫度為60 ℃、超聲功率為200 W的超聲波清洗器中分別提取20、40、60、80、100 min,研究不同提取時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.2.4溶液pH對(duì)果膠提取率的影響稱(chēng)取豆腐柴粉末1 g,按料液比1∶30分別加入已用鹽酸將pH調(diào)為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0的蒸餾水,在溫度為60 ℃、超聲功率為200 W的超聲波清洗器中提取60 min,研究不同溶液pH對(duì)果膠提取率的影響。

1.2.3響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)依據(jù)1.2.1和1.2.2結(jié)果,發(fā)現(xiàn)酸提取法效果較好,而且料液比、提取溫度、提取時(shí)間、溶液pH均對(duì)果膠提取率影響較大,故利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)酸提取法進(jìn)行4因素3水平(見(jiàn)表1)的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

表1　因素水平編碼表

1.2.4果膠含量測(cè)定與提取率計(jì)算果膠包括原果膠、果膠和果膠酸,其基本結(jié)構(gòu)是以α-1,4-糖苷鍵聚合形成的聚半乳糖醛酸,所以半乳糖醛酸含量能間接反映果膠含量,本文主要以半乳糖醛酸含量反映豆腐柴葉果膠提取率的高低。

1.2.4.1半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制以半乳糖醛酸質(zhì)量(x)為橫坐標(biāo),吸光度(y)為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[11],得曲線方程為y=0.0050x+0.0029,R2=0.9991。

1.2.4.2提取液果膠含量測(cè)定吸取豆腐柴果膠提取液1 mL,用去離子水稀釋到適當(dāng)濃度。取稀釋液1 mL,繼續(xù)按制作標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法操作。

1.2.4.3果膠提取率計(jì)算由標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算出半乳糖醛酸含量,再根據(jù)公式計(jì)算出果膠提取率。計(jì)算公式[12]:果膠提取率(以半乳糖醛酸含量計(jì),%)=m0×V×K/m×106×100。式中:m0為由標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算出的每毫升稀釋液中所含半乳糖醛酸質(zhì)量,μg;V為果膠提取液總體積,mL;K為果膠提取液稀釋倍數(shù);m為稱(chēng)取豆腐柴葉粉末質(zhì)量,g。

1.2.5果膠分離各稱(chēng)取100 g豆腐柴葉粉末,分別采用酸提取法和超聲波輔助提取法最優(yōu)提取工藝提取果膠,提取后趁熱離心(4000 r/min,15 min),棄去濾渣得到果膠提取液,50 ℃真空旋轉(zhuǎn)濃縮至提取液體積減少一半,用濃縮液兩倍體積的無(wú)水乙醇沉淀,靜置6 h后離心(4000 r/min,15 min)得到果膠濾餅,溶解再沉淀6 h后離心(4000 r/min,15 min),將濾餅冷凍真空干燥48 h,取出粉碎得果膠產(chǎn)品,進(jìn)行理化性質(zhì)分析。

1.2.6果膠產(chǎn)品理化性質(zhì)分析

1.2.6.1主要成分分析嚴(yán)格按照QB 2484-2000《食品添加劑 果膠》中的方法測(cè)定果膠產(chǎn)品的干燥減重[13]、總半乳糖醛酸[13]、灰分[13]、pH[13],按蔣立科等的方法測(cè)定酯化度[14],按照公式[15]甲氧基含量=酯化度×16.3%計(jì)算甲氧基含量,嚴(yán)格按GB/T 6436-2002《飼料中鈣的測(cè)定》中的高錳酸鉀法[16]測(cè)定Ca含量。

1.2.6.2紫外光譜分析稱(chēng)取0.25 g果膠產(chǎn)品,配制成0.25%的果膠溶液,取適量溶液于石英比色皿中,采用紫外分光光度計(jì)在190～400 nm范圍內(nèi)進(jìn)行紫外光譜掃描。

1.2.6.3紅外光譜分析取2 mg左右的果膠產(chǎn)品粉末,與100 mg左右的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(jìn)行紅外光譜掃描。

1.2.7數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)4次,取平均值,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。利用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖,運(yùn)用SPSS 13.0軟件對(duì)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,選用LSD最小顯著法進(jìn)行多重比較,通過(guò)逐步回歸分析法與t檢驗(yàn)建立回歸關(guān)系,并剔除逐步回歸過(guò)程中線性相關(guān)關(guān)系不顯著的變量,選出對(duì)因變量影響大的自變量進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,選擇Quadratic模型并對(duì)模型進(jìn)行方差分析和顯著性分析,顯著差異均使用5%的顯著水平來(lái)確定,最終得到優(yōu)化結(jié)果。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1料液比對(duì)果膠提取率的影響由圖1可以看出,酸提取法果膠提取率略高于超聲波輔助提取法。兩種提取方法變化趨勢(shì)一致,均是隨著料液比的增大,果膠提取率逐漸增大,當(dāng)料液比達(dá)到1∶30時(shí),提取率增加變得平緩。這可能是因?yàn)榱弦罕忍?原料中的果膠提取不完全;但料液比過(guò)大,提取液的體積大,果膠濃度較小,增加了后續(xù)濃縮、沉淀工藝的難度。所以選擇1∶30的料液比較合理。

圖1　料液比對(duì)果膠提取率的影響Fig.1　Effect of solid-liquid ratio on the extraction rate of pectin

2.1.2提取溫度對(duì)果膠提取率的影響由圖2可以看出,溫度對(duì)酸提取法影響更明顯。酸提取法在60～90 ℃范圍內(nèi),果膠提取率隨溫度的升高明顯增加;但溫度超過(guò)90 ℃,提取率反而下降,這或許是因?yàn)闇囟冗^(guò)高,破壞了果膠分子的結(jié)構(gòu),造成果膠的降解,因此選擇90 ℃左右的提取溫度較合適。而超聲波輔助提取法在40～80 ℃整個(gè)溫度范圍內(nèi)果膠提取率變化不明顯,這可能是因?yàn)槌暡ǖ臋C(jī)械、空化和熱效應(yīng)可以加速細(xì)胞的破碎和崩解,使果膠快速水解釋放,又因溫度在60 ℃時(shí)提取率相對(duì)較高,所以提取溫度選擇60 ℃。

圖2　提取溫度對(duì)果膠提取率的影響Fig.2　Effect of extraction temperature on the extraction rate of pectin

2.1.3提取時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響由圖3可以看出,酸提取法隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng),果膠提取率有明顯的增長(zhǎng);但2.5 h之后,提取率有所下降。這是因?yàn)樘崛r(shí)間過(guò)短,豆腐柴葉中的果膠物質(zhì)不能充分溶解在水中,提取液中果膠含量低;但提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng),會(huì)造成果膠水解,導(dǎo)致提取率降低,所以提取時(shí)間控制在2.5 h為宜。超聲波輔助提取法隨著提取時(shí)間的增長(zhǎng),果膠提取率增加;但80 min之后,果膠提取率有所下降。當(dāng)果膠提取率在4%左右時(shí),達(dá)到相同的提取率,超聲波輔助提取法所用的時(shí)間要短很多,這是因?yàn)槌暡ǖ目栈?yīng)可以使細(xì)胞壁在瞬間破裂,使果膠物質(zhì)溶出;但提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng),空化效應(yīng)也會(huì)加速果膠分子的裂解,導(dǎo)致果膠提取率下降,效果不如酸提取法,且超聲波能耗大。綜合考慮,選擇提取時(shí)間為60 min較合適。

圖3　提取時(shí)間對(duì)果膠提取率的影響Fig.3　Effect of extraction time on the extraction rate of pectin

2.1.4溶液pH對(duì)果膠提取率的影響由圖4可以看出,溶液pH對(duì)兩種提取方法果膠提取率的影響相似,提取率大小也相差不大。當(dāng)pH為2.0時(shí)果膠提取率最高,pH高于或低于2.0時(shí)提取率均會(huì)下降。這是因?yàn)樘崛∫涸谝欢ㄋ岫鹊那闆r下,可以使豆腐柴葉中的果膠充分水解釋放,pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低其水解能力。因此,溶液pH為2.0最合適。

由單因素實(shí)驗(yàn)可以看出,酸提取法明顯優(yōu)于超聲波輔助提取法,與王媛莉等[10]的研究結(jié)果超聲波的采用對(duì)草酸銨法提取果膠具有較強(qiáng)的輔助作用不同,這可能是因?yàn)槌暡▽?duì)不同的提取劑具有不同的影響,其原因有待進(jìn)一步探討。

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化酸提取法

2.2.1響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果響應(yīng)面分析方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表2中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到回歸模型方程式(1)、回歸模型方差分析表3。其回歸模型方程為:果膠提取率(%)=10.31+0.062A+0.45B+0.82C-1.83D-0.88AB-2.23AC-0.047AD-0.69BC-0.40BD+1.81CD-1.54A2-2.39B2-2.16C2-1.48D2

式(1)

表2　響應(yīng)面分析方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由方差分析表3可知,失擬項(xiàng)F=5.19,p=0.0633>0.05,差異不顯著,表明模型擬合度較好;模型F=116.49,p<0.0001,達(dá)到了極顯著,此時(shí)回歸方差模型是高度顯著的,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)誤差小,可以用此模型對(duì)果膠工藝進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。影響方程的因素中A和AD差異不顯著,BD差異顯著,其余各因素及各因素交互作用的p值均小于0.01,差異均為極顯著。根據(jù)各因素F值的大小可知,各因素主效應(yīng)關(guān)系為:溶液pH>提取時(shí)間>提取溫度>料液比。

2.2.2交互作用分析圖5直觀地反映了酸提取法的影響因素中,將其中任意兩個(gè)因素固定在零水平,另外兩因素對(duì)響應(yīng)值的影響。由圖5(a)可知,固定提取時(shí)間和溶液pH,果膠提取率隨著料液比的增大先增加后下降;當(dāng)料液比處于低水平時(shí),果膠提取率隨著溫度的升高先增加后變得平緩,當(dāng)料液比處于高水平時(shí),果膠提取率隨著溫度的升高先上升后下降。由圖5(b)可知,固定提取溫度和溶液pH,當(dāng)料液比處于低水平時(shí),果膠提取率隨著提取時(shí)間的增長(zhǎng)先增加后變得平緩,當(dāng)料液比處于高水平時(shí),果膠提取率隨著時(shí)間的增長(zhǎng)先升高后下降;當(dāng)提取時(shí)間處于低水平時(shí),果膠提取率隨著料液比的增大明顯增加,當(dāng)時(shí)間處于高水平時(shí),果膠提取率隨料液比的增大反而下降?？赡苁且?yàn)楣z分子的裂解與提取液中果膠的濃度有關(guān),當(dāng)提取液中果膠濃度較高時(shí),該體系較穩(wěn)定,受提取溫度和提取時(shí)間的影響較小;當(dāng)提取液中果膠濃度較低時(shí),此時(shí)體系不穩(wěn)定,果膠分子隨提取溫度的升高和提取時(shí)間的延長(zhǎng)易分解,導(dǎo)致提取率下降。由圖5(c)可知,固定提取溫度和提取時(shí)間,果膠提取率隨著料液比和溶液pH的增大均呈先增加后下降的趨勢(shì),但變化趨勢(shì)比較平緩。由圖5(d)可知,固定料液比和溶液pH,果膠提取率隨著提取時(shí)間和提取溫度的增加均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。由圖5(e)可知,固定料液比和提取時(shí)間,當(dāng)提取溫度處于低水平時(shí),果膠提取率受溶液pH影響不大;當(dāng)溫度處于高水平時(shí),果膠提取率隨著溶液pH的增大先增加后下降;當(dāng)溶液pH一定時(shí),果膠提取率隨提取溫度的升高先增加后降低。由圖5(f)可知,固定料液比和提取溫度,當(dāng)提取時(shí)間處于低水平時(shí),果膠提取率受溶液pH的影響較大;當(dāng)溶液pH一定時(shí),果膠提取率隨提取時(shí)間的增長(zhǎng)先增加后下降。由等高線為橢圓知AB、AC、BC、BD、CD兩兩交互作用顯著,而AD交互作用等高線接近于圓形,說(shuō)明其交互作用不顯著,與上述方差分析結(jié)果相符。

表3　回歸模型方差分析表

注:**表示差異極顯著(p<0.01),*表示差異顯著(0.010.05)。

表4　果膠主要成分

注:- 表示標(biāo)準(zhǔn)中未說(shuō)明。

2.2.3最佳工藝及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)根據(jù)所得到的模型,運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)模型進(jìn)行分析,預(yù)測(cè)出酸提取法最佳工藝條件為:料液比1∶30.8,提取溫度88.4 ℃,提取時(shí)間2.24 h,溶液pH1.58,此時(shí),果膠提取率理論可達(dá)10.66%,高于超聲波輔助提取法提取率8.96%?？紤]到實(shí)際操作的便利,將最佳工藝條件調(diào)整為:料液比1∶30,提取溫度88 ℃,提取時(shí)間2.2 h,溶液pH1.6,在此條件下進(jìn)行4次平行實(shí)驗(yàn),得到果膠提取率平均值為10.57%,與理論預(yù)測(cè)值基本吻合。說(shuō)明了回歸方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值之間具有較好的擬合度,因此,由響應(yīng)面分析所得的優(yōu)化工藝參數(shù)可靠,具有實(shí)用價(jià)值。

由于本文酸提取法提取率較高,所以只顯示和分析了響應(yīng)面優(yōu)化酸法提取工藝結(jié)果。為分析兩種不同工藝條件下果膠產(chǎn)品理化性質(zhì),本實(shí)驗(yàn)還采用響應(yīng)面優(yōu)化了超聲波輔助提取法,在超聲功率為200 W時(shí)其最佳工藝條件為:料液比1∶30,提取溫度60 ℃,提取時(shí)間60 min,溶液pH1.8,該條件下果膠提取率為8.96%。

2.3果膠產(chǎn)品理化性質(zhì)分析

2.3.1果膠主要成分分析果膠主要成分如表4所示。

由表4可知:兩種提取方法得到的果膠產(chǎn)品其主要成分大體相同,各指標(biāo)均達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。酸提取法果膠總半乳糖醛酸含量高于超聲波輔助提取法,這可能是因?yàn)槌暡ǖ臋C(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)使半乳糖醛酸分子降解,導(dǎo)致含量偏低。豆腐柴果膠酯化度大于50%,甲氧基含量大于7%,屬于高酯果膠,比蔣立科等[14]的研究結(jié)果略高,這可能是因?yàn)椴煌貐^(qū)豆腐柴果膠的酯化度不同。豆腐柴果膠灰分含量較高,可能是含有較多的鈣,通過(guò)對(duì)鈣含量的測(cè)定也驗(yàn)證了其鈣含量確實(shí)比橘皮果膠標(biāo)品高很多。鈣離子含量對(duì)果膠的膠凝性能有影響,當(dāng)鈣離子含量達(dá)到3%時(shí)豆腐柴果膠的膠凝性能和粘度最好[17],所以豆腐柴果膠優(yōu)于橘皮果膠標(biāo)品。

2.3.2紫外光譜分析兩種提取方法得到的豆腐柴果膠和橘皮果膠標(biāo)品的紫外光譜圖見(jiàn)圖6。

圖5　各因素交互作用對(duì)果膠提取率影響的響應(yīng)曲面圖Fig.5　Three-dimension response surface plot of the combined effects of each factor on the extraction rate of pectin

圖6　不同方法提取的果膠的紫外光譜圖Fig.6　Ultraviolet spectroscopy of pectin from different extraction methods

由圖6可知,三種果膠在210～220、260、280 nm處均沒(méi)有出現(xiàn)吸收峰,說(shuō)明果膠中沒(méi)有肽、核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)的存在。橘皮果膠標(biāo)品可能含有其它雜質(zhì),而豆腐柴果膠純度較高。

2.3.3紅外光譜分析兩種提取方法得到的豆腐柴果膠和橘皮果膠標(biāo)品的紅外光譜圖見(jiàn)圖7。

圖7　不同方法提取的果膠的紅外光譜圖Fig.7　Infrared spectroscopy of pectin from different extraction methods

由圖7可知,豆腐柴果膠和橘皮果膠標(biāo)品在400～4000 cm-1范圍類(lèi)具有糖類(lèi)的特征吸收峰。3433 cm-1附近出現(xiàn)的寬吸收峰是O-H鍵的伸縮振動(dòng);在2929 cm-1附近出現(xiàn)的較弱吸收峰是由C-H鍵伸縮振動(dòng)引起的[18];1750 cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰是由C=O鍵伸縮振動(dòng)引起,說(shuō)明存在糖醛酸組分[17];1630 cm-1附近的吸收峰是由COOH或-CO-基團(tuán)的C=O非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)引起的,1443 cm-1處吸收峰是由-COOH的C-O伸縮振動(dòng)引起的,證明有果膠特征基團(tuán)羧基的存在;1237 cm-1和832 cm-1附近的吸收峰是S=O鍵的伸縮振動(dòng),說(shuō)明果膠含有硫酸根[19]。1400～1200 cm-1的吸收峰是由C-H鍵的變角振動(dòng)引起的;1200～1000 cm-1的吸收峰是果膠分子中的兩種C-O鍵的變角振動(dòng)吸收,包括C-O-H和C-O-C鍵[20-23];966 cm-1附近的吸收峰可能為鼠李糖的特征吸收峰,由鼠李糖的末端脫氧糖-CH2-引起,只有超聲波提取的果膠含有該吸收峰;920 cm-1為D-葡萄吡喃糖的C-O-C非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰;832 cm-1的吸收峰說(shuō)明可能存在α-D-葡萄吡喃糖、α-D-半乳吡喃糖、β-D-阿拉伯吡喃糖或α-D-甘露吡喃糖,763 cm-1附近為α-D-木吡喃糖吸收峰。通過(guò)紅外光譜圖可以看出,兩種方法提取的豆腐柴果膠以及橘皮果膠標(biāo)品的主要特征峰相同,都含有糖醛酸羧基、羥基和硫酸基,進(jìn)一步驗(yàn)證了所提取的物質(zhì)為果膠。

3　結(jié)論

酸提取法優(yōu)于超聲波輔助提取法。超聲波輔助提取法雖然能在一定程度上縮短提取時(shí)間,但提取過(guò)程中色素也被大量溶出,得到的果膠顏色較深,增加了脫色工藝的難度,并且超聲波能耗大,不經(jīng)濟(jì),果膠提取率不如酸提取法,所以采用酸提取法提取豆腐柴果膠更合適。經(jīng)過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化得到酸提取法最優(yōu)工藝條件是:料液比1∶30,提取溫度88 ℃,提取時(shí)間2.2 h,溶液pH1.6,該條件下果膠提取率為10.57%,影響果膠提取率因素的主次順序?yàn)?溶液pH>提取時(shí)間>提取溫度>料液比。兩種方法提取的果膠產(chǎn)品的干燥減重、灰分、總半乳糖醛酸含量、酯化度、鈣含量等常規(guī)成分和結(jié)構(gòu)相似。其中鈣含量高,鈣離子可與果膠發(fā)生交聯(lián)作用,這可能是“樹(shù)葉豆腐”制作簡(jiǎn)單、品質(zhì)好、產(chǎn)率高的原因,其機(jī)制有待進(jìn)一步分析。

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Extraction and physicochemical properties of pectin fromPremnamicrophyllaTurczleaves

ZHANG Pan1,XIONG Shuang-li1,2,*,XUE Chao-yun3

(1.School of Life Science and Engineering,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,China;2.Engineering Research Center for Biomass Resource Utilization and Modification of Sichuan Province,Mianyang 621010,China;3.Jiangyou Chunyu Ecological Agricultural Science and Technology Co.,Ltd.,Mianyang 621700,China)

This paper was to explore the content and quality of pectin fromPremnamicrophyllaTurczleaves in October,optimize the pectin extraction process and enhance the utilization efficiency of it. Firstly,single factor experiments were used to compare the effect of acid extraction method and the ultrasonic assisted extraction on the extraction rate of pectin. Then,according to the Box-Behnken design principle,the extracting process conditions of pectin through the acid extraction method were optimized by Response Surface Methodology(RSM). Finally,the pectins from the two methods were separated before the physicochemical properties of them were compared. The results showed that the acid extraction method was better and the optimum conditions of the acid extraction method were the solid-liquid ratio of 1∶30,the extraction temperature of 88 ℃,the extraction time of 2.2 h,and the pH solution of 1.6. Under above combined condition,the extraction rate of pectin was 10.57%. Ultraviolet and Infrared Spectroscopy indicated that the structures of pectin were similar to that pectin from the orange peel. The total galacturonic acid content of pectin obtained by acid extraction method was higher than that of the ultrasonic assisted extraction method. The value of pH and the degree of esterification of pectin from two methods were similar to that of the pectin from orange peel. The ash content and calcium content were higher than that of orange peel pectin. All the indicators of the pectin products meet industry standard requirements.

PremnamicrophyllaTurcz;pectin;extract;physical and chemical properties;response surface

2016-01-25

張攀(1994-)，女，大學(xué)本科在讀，研究方向：食品科學(xué)與工程，E-mail：zhangpan126@yeah.net。

熊雙麗(1977-)，女，博士，教授，研究方向：碳水化合物與生物技術(shù)，E-mail:xiongshuangli@swust.edu.cn。

四川省生物質(zhì)資源利用與改性工程技術(shù)研究中心專(zhuān)職科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)基金項(xiàng)目(14tdgc04)。

TS202

B

1002-0306(2016)16-0278-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.047