皂莢植物膠提取工藝及其在鮮切果蔬中的應(yīng)用

陳妍，王登宇，符少見，譚丹儒，劉倩，張和斌，肖華武，鐘義麗，劉進

（懷化學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，湖南懷化418000）

皂莢屬系于豆科蘇木亞科的植物，其主要分布于亞洲、美洲以及非洲等區(qū)域，大約有16 個品種[1]，皂莢全身無論種子、果實、葉還是根和皮，都有著很高的藥用價值和食用價值[2]。從皂莢種子胚乳里分離提取得到的多糖植物膠稱為皂莢豆膠，含量較多[3]，主要成分為半乳甘露聚糖，其性質(zhì)與瓜爾豆膠相似，具有良好的水合性、增稠性和穩(wěn)定性，在低濃度時有較高黏度，被廣泛運用于罐頭的感官品質(zhì)改善、冰激凌的穩(wěn)定、面粉品質(zhì)改進和增加食品持水性等方面[4-5]。近些年來皂莢植物膠的應(yīng)用較為廣泛，GB/T 31742-2015《皂莢多糖膠》標準[6]，為皂莢資源的高效開發(fā)利用提供了產(chǎn)品標準支持。

鮮切果蔬保鮮是指新鮮果蔬通過分級、洗凈、去皮、切塊、包裝等處理之后，產(chǎn)品仍能保持應(yīng)有的營養(yǎng)品質(zhì)和風(fēng)味并能在一定貨架期內(nèi)保存的果蔬制品[7]。目前，鮮切果蔬以其天然、新鮮、便利、衛(wèi)生等優(yōu)點，深受國內(nèi)外快餐業(yè)、旅游業(yè)、連鎖零售業(yè)等行業(yè)的青睞[8]。常見的鮮切果蔬保鮮方法有物理保鮮法、化學(xué)保鮮法、天然產(chǎn)物保鮮法等[9]。隨著生活水平的提高，從節(jié)約成本和可持續(xù)發(fā)展的角度來看，可食性涂膜是果蔬鮮切保鮮的研究熱點，已經(jīng)普遍應(yīng)用于蘋果、葡萄、柑橘等水果[10]。果蔬涂膜保鮮的材料有糖類、多糖和蛋白質(zhì)等，而皂莢豆膠也稱皂莢多糖膠，本身就是一種可使用的食品級膠，其在水溶液中黏度大[11-12]，成膜性好，因而運用為涂膜材料非常合適。本研究探討植物膠提取工藝，將提取出來的皂莢植物膠在不添加任何化學(xué)試劑的前提下，運用于鮮切的果蔬，這樣既延長果蔬貨架期，也符合消費者對健康綠色食品的需求。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料

皂莢種子：采摘于湖南省懷化市新晃侗族自治縣步頭降苗族鄉(xiāng)天雷村；蘋果、土豆：市售。

1.1.2 試劑

乙醇（濃度95%）：湖南匯虹試劑有限公司。

1.1.3 儀器與設(shè)備

Centrifuge 5804R 高速冷凍離心機：Eppendorf 公司；DHG-9101-1SA 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；HHS-26 磁力攪拌器：上海東星建材試驗設(shè)備有限公司；XTP-1000A 粉碎機：浙江永康市紅太陽機電有限公司；SB-5200DT 超聲波清洗機：寧波新芝生物科技股份有限公司；AEY1204 電子天平：湘儀天平儀器設(shè)備有限公司；BC/BD-519HN 臥式冷藏冷凍轉(zhuǎn)換柜：青島海爾特種電冰柜有限公司；DL-1 萬用電爐：北京中興偉業(yè)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 皂莢植物膠制備

1.2.1.1 流程

原料挑選→粉碎（皂莢種子）→稱量混合→水浴加熱、攪拌→離心→取上清液→醇沉處理→離心→取沉淀→干燥→稱量

1.2.1.2 操作要點

1）原料挑選：除去皂莢種子中破損粒和被蟲蛀顆粒，從中選出顆粒飽滿、大小均勻、無霉斑的皂莢種子。

2）粉碎：皂莢種子用粉碎機破碎至粒徑為100 目，備用。

3）稱量混合：采用電子天平稱取5 份2.000 0 g 的皂莢種子粉末，分別放入100 mL 的燒杯中，然后按料液比（g/mL）為 1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30 的比例，添加去離子水，攪拌混合。

4）水浴加熱、攪拌：將磁力攪拌器分別預(yù)熱到30、40、50、60、70 ℃這 5 個溫度，在混合好的料液里放入攪拌子，然后放入預(yù)熱好的磁力攪拌器內(nèi)，將磁力攪拌器轉(zhuǎn)速分別調(diào)到 6、12、18、24、30 r/min，分別在磁力攪拌器內(nèi)充分攪拌 20、40、60、80、100 min。

5）離心：把攪拌好的料液在離心轉(zhuǎn)速為5 000 r/min的離心機中離心15 min，提取上清液，去掉沉淀。

6）醇沉處理：用濃度為95%的乙醇沉淀皂莢植物膠，其乙醇體積等同于上清液的體積，邊攪拌邊緩慢倒入上清液中，白色絮狀物逐漸析出。

7）取沉淀：將大塊白色絮狀物放入培養(yǎng)皿，剩余不易撈出的白色絮狀物同液體在離心轉(zhuǎn)速為5 000 r/min的離心機中離心10 min，取沉淀，放入之前的培養(yǎng)皿鋪平，便于干燥。

8）干燥：將鋪平的白色絮狀物放入50 ℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中進行干燥，恒重[13]稱量，算得率。

1.2.2 鮮切果蔬涂膜保鮮試驗

1.2.2.1 試驗流程

1.2.2.2 操作要點

1）鮮切蘋果處理：將超市采購的新鮮蘋果去皮，然后切割成大小相對一致的果塊[14-15]，要求為1.5 cm 的正方體，且去皮后存放時間不宜超過1 min。

2）鮮切土豆處理：同鮮切蘋果處理。

3）植物膠溶液制備：稱取一定量的植物膠，用去離子水分別配制成0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%濃度植物膠溶液；通過電爐加熱將植物膠完全溶于水中，然后放涼備用。

4）浸泡：將處理好的蘋果和土豆分別放入不同濃度的皂莢植物膠液中浸泡5 min。

5）取出瀝干：將浸泡涂膜好的蘋果和土豆取出，瀝干液體。

6）冷藏、觀察：將瀝干液體的蘋果和土豆分別稱量，然后放置于4 ℃的冰柜中貯藏觀察6 d，每天對土豆及蘋果進行感官評定、失重率測定、褐變度測定。

1.2.3 檢驗方法

1.2.3.1 皂莢植物膠得率

皂莢植物膠得率采用直接稱重法。采用電子分析天平，稱取每組樣品的質(zhì)量，有效數(shù)字保留至小數(shù)點后2 位。計算公式如下：

式中：A 為皂莢植物膠得率，%；B 為干燥后皂莢植物膠質(zhì)量，g；C 為稱量皂莢種子粉末質(zhì)量，g。

1.2.3.2 感官指標評定

鮮切果蔬（蘋果、土豆）的保鮮效果評定采用感官評定方法，選20 位不同年齡的人組成品評小組，主要對色澤、氣味和硬度3 個方面進行評定，評價分為4 個等級即優(yōu)、良、中、差，分別用“+++”、“ ++”、“ +”、“ -”來代表，采納多數(shù)人的感官評定結(jié)果作為最終結(jié)果，評分標準見表1。

表1 鮮切果蔬（蘋果、土豆）的感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria for freshly cut fruits and vegetables（apples，potatoes）

1.2.3.3 失重率測定

失重率采用直接稱重法[16]。采用電子分析天平，稱取每組樣品的質(zhì)量，有效數(shù)字保留至小數(shù)點后4 位。計算公式如下：

式中：X 為失重率，%；M 為冷藏保鮮前果實質(zhì)量，g；M0為冷藏保鮮后果實質(zhì)量，g。

1.2.3.4 褐變度測定

采用消光度值法[17-18]測定。樣品10 g，按質(zhì)量比1 ∶10 加預(yù)冷蒸餾水，低溫下勻漿 2 min，4 000 r/min 離心5 min，紫外分光光度計開機預(yù)熱30 min，在波長410 nm 處測定上清液吸光值（A），結(jié)果以A410表示褐變度。

2 結(jié)果與分析

2.1 皂莢植物膠提取工藝的確定

2.1.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1.1 料液比對植物膠得率的影響

在提取溫度為50 ℃，攪拌速度18 r/min，攪拌時間為60 min 條件下，研究料液比（g/mL）對皂莢植物膠得率的影響，料液比對試驗結(jié)果的影響見表2。

表2 料液比對試驗結(jié)果的影響Table 2 Effect of material to liquid ratio on experimental results

通過表2 得知，皂莢植物膠得率隨著料液中水分增加而增大。這是因為隨著料液中水的增加，皂莢種子內(nèi)的植物膠可以充分溶出。在料液比1 ∶20（g/mL）之后，植物膠得率相差不大。

2.1.1.2 提取溫度對植物膠得率的影響

在料液比為 1 ∶20（g/mL），攪拌速度 18 r/min，攪拌時間為60 min 條件下，研究提取溫度對皂莢植物膠得率的影響，提取溫度對試驗結(jié)果的影響見表3。

表3 提取溫度對試驗結(jié)果的影響Table 3 Effect of extraction temperature on experimental results

由表3 可看出，在 30、40、50、60、70 ℃這 5 個溫度中，隨著提取溫度的提高，植物膠得率也隨之上升，當(dāng)達到50 ℃時，皂莢植物膠得率達到最高，皂莢植物膠得率為14.57%；高于50 ℃植物膠得率又開始下降，可能是溫度過高對膠產(chǎn)生了破壞。

2.1.1.3 攪拌速度對植物膠得率的影響

在料液比為1 ∶20，提取溫度為50 ℃，攪拌時間為60 min 條件下，研究攪拌速度對皂莢植物膠得率的影響，攪拌速度對試驗結(jié)果的影響見表4。

由表4 可看出，在攪拌速度 6、12、18、24、30 r/min的5 個轉(zhuǎn)速中，隨著攪拌速度提高，皂莢植物膠得率也隨著上升，在攪拌速度為24 r/min 和30 r/min 中皂莢植物膠得率都達到了15%以上，攪拌有利于植物膠溶出，但攪拌速度過快，可能會破壞植物膠結(jié)構(gòu)。

表4 攪拌速度對試驗結(jié)果的影響Table 4 Effect of stirring speed on experimental results

2.1.1.4 攪拌時間對植物膠得率的影響

在料液比為1 ∶20，攪拌速度24 r/min，提取溫度為50 ℃，研究攪拌時間對皂莢植物膠得率的影響，攪拌時間對試驗結(jié)果的影響結(jié)果見表5。

表5 攪拌時間對試驗結(jié)果的影響Table 5 Effect of stirring time on experimental results

由表5 可知，皂莢植物膠得率隨著攪拌時間的延長，得率也隨之上升，這是因為隨著時間的延長，植物膠可以全部溶出，但如果攪拌時間過長，可能會對皂莢種子內(nèi)的植物膠產(chǎn)生破壞。

2.1.2 正交試驗結(jié)果與分析

以皂莢植物膠得率作為評價指標，選提取溫度、攪拌時間、料液比、攪拌速度四因素，進行四因素三水平的正交試驗L9（34）。正交試驗因素水平見表6，試驗結(jié)果見表7。

表6 正交試驗因素水平表Table 6 Horizontal table of orthogonal test factors

從表7 中極差R 結(jié)果得知，4 個因素對皂莢植物膠提取得率影響程度大小依次為：A＞C＞D＞B，即提取溫度影響最大，其次是料液比，然后是攪拌速度，最后是攪拌時間。由表得出，其最佳組合為A3B3C2D2，即提取溫度 60 ℃、攪拌時間 90 min、料液比 1 ∶20（g/mL）、攪拌速度24 r/min。

表7 L9（34）正交試驗表Table 7 Orthogonal test table

2.1.3 驗證試驗

為保證試驗準確性，再次選取A3B3C2D2進行試驗，最終皂莢植物膠得率達19.07%。最后確定皂莢植物膠提取的最佳工藝為A3B3C2D2。

2.2 涂膜保鮮試驗對鮮切果蔬貯藏效果的影響

2.2.1 鮮切果蔬感官評定結(jié)果與分析

鮮切蘋果涂膜保鮮感官評定結(jié)果見表8。

表8 鮮切蘋果感官評定結(jié)果Table 8 Results of sensory evaluation of freshly cut apples

經(jīng)過6 d 的貯藏，不同濃度的皂莢植物膠溶液處理的蘋果雖然在一定程度上都發(fā)生了褐變，通過對比可以發(fā)現(xiàn)0.4%、0.5%的皂莢植物膠溶液處理的鮮切蘋果保鮮效果較好，具備一定的護色作用，且在此濃度下蘋果基本沒有皺縮現(xiàn)象。

鮮切土豆涂膜保鮮感官評定結(jié)果見表9。

表9 鮮切土豆感官評定結(jié)果Table 9 Results of sensory evaluation of freshly cut potatoes

經(jīng)過6 d 的貯藏，鮮切土豆隨時間延長品質(zhì)均下降，尤其空白組鮮切土豆感官品質(zhì)較差，褐變速度非?？?，通過對比發(fā)現(xiàn)濃度為0.4%的皂莢植物膠溶液可以很好地延緩其褐變速度，一定程度上延長了貨架期。

2.2.2 鮮切果蔬失重率結(jié)果與分析

鮮切果蔬貯藏過程中，不僅呼吸強度會逐漸增加，而且在某種程度上也會導(dǎo)致水分流失，直接降低果實質(zhì)量[19]。不同涂膜處理組鮮切蘋果在貯藏期的失重結(jié)果見圖1，不同涂膜處理組鮮切土豆在貯藏期的失重結(jié)果見圖2。

圖1 不同涂膜處理組鮮切蘋果在貯藏期的失重率比較Fig.1 Comparion on weight loss rate of freshly cut apples in different treatment groups during storage period

圖2 不同涂膜處理組鮮切土豆在貯藏期的失重率比較Fig.2 Comparion on weight loss rate of freshly cut potatoes in different treatment groups during storage period

從圖1、圖2 可以看出，隨著貯藏時間延長，各處理組的鮮切蘋果和土豆均出現(xiàn)失重率逐漸增加的趨勢。但是經(jīng)過適當(dāng)濃度皂莢植物膠溶液涂膜保鮮處理，失重率明顯小于空白組，涂膜處理后，膜液干燥后在表面形成一層膜，減少了膜內(nèi)外水分的交換，降低了水分蒸發(fā)，減少了失重率[20]。貯藏6 d 之后，對照組鮮切蘋果和土豆的失重率最高，對于蘋果而言，皂莢植物膠濃度為0.3%時，其失重率最低，為1.48%；對于土豆而言，皂莢植物膠濃度為0.5%時，其失重率最低，為1.46%。

2.2.3 鮮切果蔬褐變程度結(jié)果與分析

當(dāng)果蔬切分加工時，果肉直接暴露在空氣中，在多酚氧化酶的催化作用下，果實細胞中的多酚類物質(zhì)會氧化生成醌類物質(zhì)而使果實發(fā)生褐變[21]。不同涂膜處理組鮮切蘋果在貯藏期間的褐變結(jié)果見圖3，不同涂膜處理組鮮切土豆在貯藏期間的褐變結(jié)果見圖4。

圖3 不同涂膜處理組鮮切蘋果在貯藏期間的褐變度比較Fig.3 Comparison on browning degree of freshly cut apples in different treatment groups during storage period

圖4 不同涂膜處理組鮮切土豆在貯藏期間的褐變度比較Fig.4 Comparison on browning degree of freshly cut potatoes in different treatment groups during storage period

從圖3、圖4 可知，皂莢植物膠制備成涂膜保鮮劑，對果蔬褐變有明顯的抑制作用，各處理組鮮切蘋果和土豆褐變度隨著貯藏時間的延長逐漸增加，貯藏6 d 時，對照組樣品的褐變度最高，其余5 組樣品的褐變度均低于對照組，對于蘋果來說，0.5%皂莢植物膠抑制褐變發(fā)生的效果比較理想；而對于土豆來說，0.4%皂莢植物膠抑制褐變發(fā)生效果比較理想。

3 結(jié)論

皂莢植物膠提取的最佳工藝條件是：料液比1 ∶20（g/mL）、提取溫度為 60 ℃、攪拌時間為 90 min、攪拌速度為24 r/min，在此工藝下提膠得率為19.07%。以感官評定、失重率、褐變度這些指標驗證了皂莢植物膠在涂膜保鮮中應(yīng)用的效果，證明其能抑制果蔬褐變和腐敗變質(zhì)。皂莢植物膠應(yīng)用于果蔬鮮切保鮮方面，取得了良好效果，為皂莢植物膠產(chǎn)品的開發(fā)提供了廣闊空間。皂莢植物膠不僅在用于鮮切蘋果的保鮮有較好的市場前景，而且對皂莢植物膠的綜合利用也具有積極意義。