新鮮與干制柑橘皮果膠物化特性比較分析

王小銀，李 精，殷軍藝，謝明勇

（南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047）

新鮮與干制柑橘皮果膠物化特性比較分析

王小銀，李 精，殷軍藝，謝明勇*

（南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047）

以柑橘皮為原料，分析、比較新鮮柑橘皮果膠（fresh citrus pectin，F(xiàn)CP）與干制柑橘皮果膠（dried citrus pectin，DCP）的物化特性差異。采用傳統(tǒng)酸法結(jié)合金屬螯合劑（六偏磷酸鈉）分別從新鮮、干制柑橘皮中提取得到果膠FCP、DCP，測定FCP和DCP的物化特性參數(shù)，包括水分、灰分、酸不溶灰分和蛋白含量等基本理化指標，以及半乳糖醛酸含量、酯化度、膠凝度、分子質(zhì)量和表觀黏度等果膠品質(zhì)評價指標。結(jié)果表明：FCP與DCP的基本理化性質(zhì)相差不大，F(xiàn)CP半乳糖醛酸含量、酯化度、膠凝度和分子質(zhì)量分別為77.29%、67.5%、179.8和158.8 kD，而DCP對應的 值依次為74.98%、66.7%、153和109.1 kD，F(xiàn)CP表觀黏度值高于DCP。新鮮和干制柑橘皮果膠品質(zhì)存在一定差異，特別是作為果膠品質(zhì)重要參考指標的膠凝度，F(xiàn)CP要高于DCP，而這可能與FCP的分子質(zhì)量較高有關，但兩者的半乳糖醛酸含量和酯化度均符合果膠品質(zhì)的國家標準GB25533—2010《食品安全國家標準 食品添加劑》要求。

新鮮柑橘皮；干制柑橘皮；果膠；物化特性

果膠是一類廣泛存在于植物細胞壁內(nèi)初生壁和細胞中層的雜多糖[1]，是高等植物細胞壁的重要組成部分，分為水溶性和水不溶性兩種。在植物細胞壁中，果膠主要與纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等共價結(jié)合形成原果膠，是植物的一種結(jié)構(gòu)物質(zhì)，對維持植物的結(jié)構(gòu)和硬度起著至關重要的作用，除此之外，果膠還能夠調(diào)節(jié)細胞的滲透性及pH值。果膠在植物細胞壁中含量最高，約占35%[2]。目前，用于生產(chǎn)商品果膠的原料主要是柑橘和蘋果皮渣。此外，也有大量研究從豆腐柴葉、香蕉皮、向日葵、甘薯及薜荔子等副產(chǎn)物中提取果膠，不過這些原料的研究目前還僅限于實驗室的基礎研究。

中國是柑橘種植大國，可是對于柑橘皮渣的綜合利用遠低于其他國家，尚處于起步階段。全國每年要產(chǎn)生柑橘皮渣在500萬 t以上，除極少量用于加工橘皮醬、柑橘皮飲料等產(chǎn)品外，基本上沒得到充分利用，從而造成嚴重的資源浪費[3-4]。目前，人們對柑橘皮的綜合開發(fā)利用關注越來越多，如何變廢為寶，將廢棄的柑橘皮資源得到充分的價值挖掘成為亟待解決的難題。柑橘皮占柑橘果重的25%～40%，柑橘皮中含有許多的功能成分，其中果膠是主要的化學成分之一，約占20%[5]。目前，柑橘皮是商品果膠生產(chǎn)的主要原料之一，從柑橘皮中得到的果膠具有良好的乳化、增稠、穩(wěn)定和膠凝作用，常用于食品、紡織、醫(yī)藥、化妝品等領域[6-7]。

柑橘皮中的化學成分含量和其理化性質(zhì)會隨著貯藏時間的延長和貯藏條件的不同而發(fā)生變化。溫明霞等[8]以溫州蜜柑橘為材料研究發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時間的延長，柑橘皮的失重率嚴重降低。胡笑安等[9]對石門蜜柑、湘西椪柑和江永香柚分別在干皮常溫、鮮皮－18 ℃和－40 ℃貯藏進行總果膠含量和酯化度的測定，發(fā)現(xiàn)總果膠含量和酯化度都發(fā)生了顯著變化。與此同時，胡笑安等[10]研究發(fā)現(xiàn)尾張溫州蜜橘在貯藏過程中，總果膠含量在上述3個貯藏條件下的變化都呈下降趨勢，水溶性果膠含量都呈上升趨勢，酯化度總體是下降的。王鴻飛[11]和Sharma[12]等的研究表明不同貯藏條件下柑橘皮果膠的含量和品質(zhì)都會發(fā)生變化。上述研究結(jié)果表明，柑橘皮的化學成分在不同的貯藏條件和貯藏過程中發(fā)生變化，柑橘皮中得到的果膠的物理性質(zhì)和品質(zhì)也相應發(fā)生差異性變化。故本實驗以新鮮柑橘皮和干制保存7 d后的柑橘皮為原料，采用鹽酸結(jié)合六偏磷酸鈉的方法分別提取得到新鮮柑橘皮果膠（fresh citrus pectin，F(xiàn)CP）和干制柑橘皮果膠（dried citrus pectin，DCP），測定了兩種果膠的基本理化性質(zhì)，并比較了兩者在果膠品質(zhì)上的差異性，旨在為工業(yè)果膠提取的原料選擇提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

柑橘皮：南昌市售柑橘，剝皮得新鮮柑橘皮，將其中一部分新鮮柑橘皮置于40 ℃烘箱烘干并貯藏7 d，得干制柑橘皮。

鹽酸、氫氧化鈉、無水乙醇、蔗糖、磷酸、六偏磷酸鈉、咔唑、三氟乙酸、硝酸鈉、硫酸鉀、硫酸銅、硼酸等均為國產(chǎn) 分析純。

1.2 儀器與設備

ARES-G2流變儀（配有40 mm平板夾具） 美國TA公司；Agilent 1200系列液相色譜儀 美國Agilent Technologies公司；CT3質(zhì)構(gòu)分析儀 美國Brookfield公司；KjeltecTM8400型凱式定氮儀 丹麥FOSS公司；TU-1900雙光束紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；FE 20 pH計、AL 104 型電子天平 上海梅特勒-托利多儀器公司；Milli-Q超純水儀 美國Millipore公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

稱取新鮮柑橘皮600 g，干制柑橘皮200 g，切成小塊，粉碎、混勻。將柑橘皮粉加入沸水中加熱5～8 min，使果膠酶失活，防止果膠降解[13]；置于流水中漂洗，進一步除去色素、苦味和糖分等，漂洗至瀝液近無色為止，最后擠干。

1.3.2 果膠提取

把已處理好的柑橘皮放入水中，料液質(zhì)量比為1∶20，加入0.3%的六偏磷酸鈉，用0.3 mol/L HCl調(diào)整pH值為2，于95 ℃恒溫攪拌提取1 h，重復提取2 次。用紗布趁熱過濾，合并兩次提取得到提取液，55 ℃條件下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至原來體積的1/5。用NaOH調(diào)pH值至3，加入濃縮后濾液體積2 倍的95%乙醇沉淀1 h，4 800 r/min離心10 min，用70%與90%的酸性乙醇各洗1 次。所得果膠于55 ℃真空干燥24 h至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量，得到新鮮柑橘皮果膠（FCP）和干制柑橘皮果膠（DCP）。

1.3.3 果膠物化特性分析

1.3.3.1 成分分析

水分含量參照GB 5009.3—2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的直接干燥法進行測定；灰分總量參照GB 5009.4—2010《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》中所述方法進行測定；酸不溶灰分含量參照GB 25533—2010《食品安全國家標準 食品添加劑》中所述方法；蛋白質(zhì)含量參照GB 5009.5—2010《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》自動凱式定氮儀法進行測定。

1.3.3.2 半乳糖醛酸含量

采用硫酸咔唑法[14]分別測定兩種柑橘皮果膠溶液中半乳糖醛酸含量。以測得的半乳糖醛酸吸光度為縱坐標、半乳糖醛酸質(zhì)量濃度為橫坐標制作標準曲線，取兩次測定的樣品的平均數(shù)計算出相應的果膠含量。

1.3.3.3 酯化度測定

采用皂化法測定果膠酯化度[15-16]。取0.2 g果膠置于250 mL錐形瓶中，加入100 mL 蒸餾水使果膠完全溶解，再向該溶液中加入3 滴酚酞，并用0.1 mol/L NaOH滴定，至滴定終點所用NaOH體積記為V1。隨后向該溶液中加入20 mL 0.5 mol/L NaOH，室溫下攪拌反應2 h。繼續(xù)向該溶液加入20 mL 0.5 mol/L HCl，過量HCl用0.1 mol/L NaOH滴定，至滴定終點所消耗 NaOH 體積記為V2。果膠酯化度計算見公式（1）。

1.3.3.4 膠凝度測定

采用Bender氏破碎壓力法[17]測定果膠的膠凝度。具體方法如下：稱取0.3 g果膠置于250 mL燒杯中，加入蒸餾水31 mL，待果膠完全溶解后加入白砂糖35.7 g使之溶化并加熱濃縮至54.7 g。在60 mm×30 mm 的稱量瓶中加入0.8 mL 12.5%檸檬酸水溶液，然后將果膠糖液全部倒入稱量瓶中，用玻棒迅速攪拌均勻后罩上一支稍大燒杯，并在（25±3） ℃條件下靜置保溫24 h，小心將果凍從杯中取出，調(diào)向裝入杯中。CT3質(zhì)構(gòu)分析儀測定果凍的TPA質(zhì)構(gòu)分析，探頭：TA/10；測試速率：0.5 mm/s；返回速率：0.5 mm/s。

式中：G為果膠膠凝度等級；m1為制作果凍時所用的蔗糖質(zhì)量/g；m2為制作果凍時所用的果膠質(zhì)量/g；Y為果凍強度/（g/cm2）；0.979和40.5為回歸系數(shù)。

1.3.3.5 分子質(zhì)量的測定

果膠分子質(zhì)量的確定采用高效液相排阻色譜法[18]：配有Agilent 1200系列液相系統(tǒng)和2 個檢測器（660 nm的BI-MwA多角度激光散射器和示差檢測器），色譜柱為PL aquagel-OH MIX（300 mm×7.5 mm，8 μm）；用含有0.1 mol/L硝酸鈉和0.02%疊氮鈉的作為洗脫液，流速0.8 mL/min。用洗脫液配制1 mg/mL樣品溶液，進樣前先用0.45 μm濾膜過濾除雜。用葡聚糖標準品（Mw=48 600 kD、分子質(zhì)量分布系數(shù)為1.36、折光指數(shù)為0.148 mL/g）進行系統(tǒng)校正，折光指數(shù)為0.146 mL/g，分別測定樣品的分子質(zhì)量。

1.3.3.6 表觀黏度分析

分別配制1% FCP與1% DCP溶液，采用ARES G2流變儀測定樣品溶液的表觀黏度隨剪切速率的變化。測試條件：40 mm平行板夾具（不銹鋼材質(zhì)）；穩(wěn)態(tài)速率掃描；溫度：20 ℃；剪切速率范圍：0.1～1 000 s-1；Gap值為0.5 mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分、灰分、酸不溶灰分和蛋白質(zhì)含量

表1 FCP與DCP基本理化性質(zhì)Table 1 Physico-chemical properties of FCP and DCP

由表1可知，DCP的灰分、酸不溶灰分和蛋白質(zhì)含量均比FCP高，DCP的水分含量低于FCP，但總體而言，F(xiàn)CP和DCP兩種果膠的這4 個理化指標相差不大。FCP和DCP兩種果膠的水分含量分別為8.41%和7.38%，酸不溶灰分分別為0.94%和0.98%，得到的兩種果膠均符合GB25533—2010標準的技術要求。

2.2 果膠品質(zhì)分析

2.2.1 半乳糖醛酸含量

果膠的主要成分是部分甲酯化的α-（1,4）-D-聚半乳糖醛酸，在硫酸的作用下會水解成半乳糖醛酸，通過顯色反應測定樣品中半乳糖醛酸含量。半乳糖醛酸含量在10～90 μg/mL范圍內(nèi)具有良好的線性關系，回歸方程為：y=0.005 7x－0.037 2（R2=0.997 7）。實驗測得FCP和DCP中半乳糖醛酸含量分別為77.29%和74.98%，F(xiàn)CP的半乳糖醛酸含量高于DCP。兩者的半乳糖醛酸含量均大于65%，符合GB25533—2010的技術要求。

2.2.2 酯化度和膠凝度

FCP和DCP的酯化度分別為67.5%和66.7%，通常酯化度高于50%的果膠被稱為高甲氧基果膠，低于50%的果膠被稱為低甲氧基果膠，所以FCP和DCP均屬高甲氧基果膠。同時，F(xiàn)CP和DCP的膠凝度分別為179.8和153.0，這表明新鮮柑橘皮經(jīng)過烘干后經(jīng)提取所得果膠的膠凝度低于新鮮柑橘皮直接提取所得果膠的膠凝度。

2.3 分子質(zhì)量的測定

圖1 FCP與DCP的高效液相排阻色譜圖Fig.1 HPSEC chromatograms of FCP and DCP

如圖1所示，洗脫體積在7～9 mL處各果膠在HPSEC圖中都出現(xiàn)單一的對稱峰，在洗脫體積10～12 mL處出現(xiàn)一些小分子的雜峰，表明用此法提取得到的果膠的分子質(zhì)量分布較為集中，少部分果膠主鏈或支鏈可能發(fā)生了一定程度的水解。同時，對比FCP與DCP 的圖譜發(fā)現(xiàn)，DCP在洗脫體積為10 mL處出現(xiàn)一較大的區(qū)域，這可能是因為干制柑橘皮在保存的過程中發(fā)生了部分降解。通過計算得到FCP與DCP的主要組分平均分子質(zhì)量分別為158.8 kD和109.1 kD。

2.4 表觀黏度

如圖2所示，F(xiàn)CP和DCP兩種果膠溶液的表觀黏度都隨著剪切速率的增加而下降，表現(xiàn)出剪切變稀的現(xiàn)象。在任一特定的剪切速率條件下，F(xiàn)CP的表觀黏度都要比DCP要大，如在剪切速率為10 s-1時，F(xiàn)CP和DCP溶液的表觀黏度分別為0.16 Pa·s和0.08 Pa·s，這可能是因為FCP的分子質(zhì)量比DCP的更大。

圖2 FCP和DCP溶液的表觀黏度-剪切速率曲線Fig.2 Apparent viscosity-shear rate curves of FCP and DCP solutions

3 結(jié)論與討論

本實驗中DCP與FCP相比較，水分、灰分、酸不溶灰分和蛋白質(zhì)含量均未發(fā)生明顯的變化，其中水分和酸不溶灰分含量均符合GB25533—2010標準技術要求。兩種果膠的基本理化性質(zhì)相差不大，表明經(jīng)干燥處理后提取得到的柑橘皮果膠DCP結(jié)構(gòu)未發(fā)生顯著變化。

FCP和DCP的半乳糖醛酸含量分別為77.29%和74.98%，均比梅新等[19]所提取的半乳糖（73.28%）含量更高，說明兩種果膠的純度更高。兩種柑橘果膠的半乳糖醛酸含量均大于65%，達到了GB25533—2010標準要求，提取的果膠質(zhì)量較好，這表明柑橘皮是生產(chǎn)果膠的有效資源，能夠滿足于果膠的商業(yè)化生產(chǎn)。張雪等[20]描述指出柑橘皮果膠酯化度為70%～80%。但筆者的結(jié)果與此并不相同，新鮮柑橘皮果膠和干制柑橘皮果膠的酯化度分別為67.5%和66.7%。雖然兩種果膠的酯化度值不屬于70%～80%的范疇，但均符合GB25533—2010標準要求。果膠的酯化度和相對分子質(zhì)量影響果膠凝膠特性，酯化度決定著果膠形成凝膠的速度，分子質(zhì)量決定著果膠的凝膠強度[21]。FCP與DCP膠凝度分別為179.8和153.0，分子質(zhì)量分別為158.8 kD和109.1 kD。DCP分子質(zhì)量比FCP小，而FCP與DCP的酯化度無差異變化，這表明DCP膠凝度小于FCP是由于果膠分子質(zhì)量降低的結(jié)果，干制柑橘皮果膠的主鏈和一些支鏈可能發(fā)生了降解。果膠的流變學特性也受分子質(zhì)量的影響，其中黏度是分子質(zhì)量的一種量度，分子質(zhì)量越大，黏度就會越高[22]。流變測試表明，1% FCP與1% DCP為假塑性流體，在相同剪切速率下，F(xiàn)CP表觀黏度比DCP大，這與FCP分子質(zhì)量更高的結(jié)果相一致。此外，F(xiàn)CP和DCP兩種果膠溶液的表觀黏度都隨著剪切速率的增加而下降，表現(xiàn)出剪切變稀的現(xiàn)象。

以上實驗結(jié)果表明，F(xiàn)CP與DCP的兩種果膠基本理化性質(zhì)相差不大，F(xiàn)CP和DCP品質(zhì)都符合GB25533—2010要求。但FCP膠凝度和表觀黏度大于DCP，表明FCP果膠品質(zhì)要優(yōu)于DCP。但是考慮到產(chǎn)品穩(wěn)定性、運輸成本、貯藏以及季節(jié)變化的影響，鮮柑橘皮不適用于商業(yè)果膠的長期工業(yè)生產(chǎn)，所以往往以干制滅酶的柑橘皮進行大批量的果膠生產(chǎn)為主。

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Comparative Analysis of Physico-chemical Properties of Pectin from Fresh and Dried Citrus Peel

WANG Xiao-yin, LI Jing, YIN Jun-yi, XIE Ming-yong*
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

In this study, the physico-chemical properties of fresh citrus pectin (FCP) and dried citrus pectin (DCP) were analyzed and compared. FCP and DCP were prepared from fresh and dried citrus peel by traditional acid method with metal chelators (sodium hexametaphosphate). Then, their physico-chemical properties parameters were determined including moisture, ash content, acid insoluble ash content, protein content, and pectin quality evaluation indexes such as galacturonic acid content, esterification degree, gelation degree, relative average molecular weight and apparent viscosity. The results showed that both pectins had no significant difference in physico-chemical properties. Galacturonic acids content, esterification degree, gelation degree and relative average molecular weight of FCP were 77.29%, 67.5%, 179.8 and 158.8 kD, respectively, and those of DCP were 74.98%, 66.7%, 153 and 109.1 kD, respectively. Apparent viscosity of FCP was higher than that of DCP. An obvious difference between both in quality was observed. Especially, FCP had a higher gelation degree as an important indicator of pectin quality than DCP. This was probably due to the higher molecular weight of FCP. However, the esterification degree and galacturonic acid content of both pectins met the requirements of the national standard for pectin quality. Therefore, dried citrus peel is more suitable for commercial pectin production for storage and season reasons.

fresh citrus peel; dried citrus peel; pectin; physico-chemical properties

TS255.3

A

1002-6630（2014）13-0066-04

10.7506/spkx1002-6630-201413012

2014-06-18

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD33B06）

王小銀（1991—），男，碩士研究生，研究方向為食品科學。E-mail：18870098134@163.com

*通信作者：謝明勇（1957—），男，教授，博士，研究方向為食品化學、食品營養(yǎng)與安全。E-mail：myxie@ncu.edu.cn