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(jiàn)，譚丹儒，劉倩，張和斌，肖華武，鐘義麗，劉進(jìn)

（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(gè)品種[1]，皂莢全身無(wú)論種子、果實(shí)、葉還是根和皮，都有著很高的藥用價(jià)值和食用價(jià)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(shí)有較高黏度，被廣泛運(yùn)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(jìn)和增加食品持水性等方面[4-5]。近些年來(lái)皂莢植物膠的應(yīng)用較為廣泛，GB/T 31742-2015《皂莢多糖膠》標(biāo)準(zhǔn)[6]，為皂莢資源的高效開發(fā)利用提供了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)支持。

鮮切果蔬保鮮是指新鮮果蔬通過(guò)分級(jí)、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(yíng)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(diǎn)，深受國(guó)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(jiàn)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(lái)看，可食性涂膜是果蔬鮮切保鮮的研究熱點(diǎn)，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(jí)膠，其在水溶液中黏度大[11-12]，成膜性好，因而運(yùn)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(lái)的皂莢植物膠在不添加任何化學(xué)試劑的前提下，運(yùn)用于鮮切的果蔬，這樣既延長(zhǎng)果蔬貨架期，也符合消費(fèi)者對(duì)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(jī)：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(yàn)設(shè)備有限公司；XTP-1000A 粉碎機(jī)：浙江永康市紅太陽(yáng)機(jī)電有限公司；SB-5200DT 超聲波清洗機(jī)：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(wàn)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(diǎn)

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(wú)霉斑的皂莢種子。

2）粉碎：皂莢種子用粉碎機(jī)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(gè)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?jǐn)嚢?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(jī)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(jī)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(jìn)行干燥，恒重[13]稱量，算得率。

1.2.2 鮮切果蔬涂膜保鮮試驗(yàn)

1.2.2.1 試驗(yàn)流程

1.2.2.2 操作要點(diǎn)

1）鮮切蘋果處理：將超市采購(gòu)的新鮮蘋果去皮，然后切割成大小相對(duì)一致的果塊[14-15]，要求為1.5 cm 的正方體，且去皮后存放時(shí)間不宜超過(guò)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(guò)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(duì)土豆及蘋果進(jìn)行感官評(píng)定、失重率測(cè)定、褐變度測(cè)定。

1.2.3 檢驗(yàn)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(diǎn)后2 位。計(jì)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(biāo)評(píng)定

鮮切果蔬（蘋果、土豆）的保鮮效果評(píng)定采用感官評(píng)定方法，選20 位不同年齡的人組成品評(píng)小組，主要對(duì)色澤、氣味和硬度3 個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定，評(píng)價(jià)分為4 個(gè)等級(jí)即優(yōu)、良、中、差，分別用“+++”、“ ++”、“ +”、“ -”來(lái)代表，采納多數(shù)人的感官評(píng)定結(jié)果作為最終結(jié)果，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 鮮切果蔬（蘋果、土豆）的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria for freshly cut fruits and vegetables（apples，potatoes）

1.2.3.3 失重率測(cè)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(diǎn)后4 位。計(jì)算公式如下：

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

1.2.3.4 褐變度測(cè)定

采用消光度值法[17-18]測(cè)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(jì)開機(jī)預(yù)熱30 min，在波長(zhǎng)410 nm 處測(cè)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(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1.1 料液比對(duì)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(shí)間為60 min 條件下，研究料液比（g/mL）對(duì)皂莢植物膠得率的影響，料液比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響見(jiàn)表2。

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

通過(guò)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?yàn)殡S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(duì)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(shí)間為60 min 條件下，研究提取溫度對(duì)皂莢植物膠得率的影響，提取溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響見(jiàn)表3。

表3 提取溫度對(duì)試驗(yàn)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(gè)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(dá)到50 ℃時(shí)，皂莢植物膠得率達(dá)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(guò)高對(duì)膠產(chǎn)生了破壞。

2.1.1.3 攪拌速度對(duì)植物膠得率的影響

在料液比為1 ∶20，提取溫度為50 ℃，攪拌時(shí)間為60 min 條件下，研究攪拌速度對(duì)皂莢植物膠得率的影響，攪拌速度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響見(jiàn)表4。

由表4 可看出，在攪拌速度 6、12、18、24、30 r/min的5 個(gè)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(dá)到了15%以上，攪拌有利于植物膠溶出，但攪拌速度過(guò)快，可能會(huì)破壞植物膠結(jié)構(gòu)。

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

2.1.1.4 攪拌時(shí)間對(duì)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(shí)間對(duì)皂莢植物膠得率的影響，攪拌時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 攪拌時(shí)間對(duì)試驗(yàn)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(shí)間的延長(zhǎng)，得率也隨之上升，這是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)，植物膠可以全部溶出，但如果攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)對(duì)皂莢種子內(nèi)的植物膠產(chǎn)生破壞。

2.1.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

以皂莢植物膠得率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選提取溫度、攪拌時(shí)間、料液比、攪拌速度四因素，進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)L9（34）。正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表6，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表6 正交試驗(yàn)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(gè)因素對(duì)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(shí)間。由表得出，其最佳組合為A3B3C2D2，即提取溫度 60 ℃、攪拌時(shí)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(yàn)表Table 7 Orthogonal test table

2.1.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

為保證試驗(yàn)準(zhǔn)確性，再次選取A3B3C2D2進(jìn)行試驗(yàn)，最終皂莢植物膠得率達(dá)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(yàn)對(duì)鮮切果蔬貯藏效果的影響

2.2.1 鮮切果蔬感官評(píng)定結(jié)果與分析

鮮切蘋果涂膜保鮮感官評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表8。

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

經(jīng)過(guò)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(guò)對(duì)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(hù)色作用，且在此濃度下蘋果基本沒(méi)有皺縮現(xiàn)象。

鮮切土豆涂膜保鮮感官評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表9。

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

經(jīng)過(guò)6 d 的貯藏，鮮切土豆隨時(shí)間延長(zhǎng)品質(zhì)均下降，尤其空白組鮮切土豆感官品質(zhì)較差，褐變速度非常快，通過(guò)對(duì)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(zhǎng)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(guò)程中，不僅呼吸強(qiáng)度會(huì)逐漸增加，而且在某種程度上也會(huì)導(dǎo)致水分流失，直接降低果實(shí)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(jiàn)圖1，不同涂膜處理組鮮切土豆在貯藏期的失重結(jié)果見(jiàn)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(shí)間延長(zhǎng)，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(shì)。但是經(jīng)過(guò)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(duì)照組鮮切蘋果和土豆的失重率最高，對(duì)于蘋果而言，皂莢植物膠濃度為0.3%時(shí)，其失重率最低，為1.48%；對(duì)于土豆而言，皂莢植物膠濃度為0.5%時(shí)，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(shí)，果肉直接暴露在空氣中，在多酚氧化酶的催化作用下，果實(shí)細(xì)胞中的多酚類物質(zhì)會(huì)氧化生成醌類物質(zhì)而使果實(shí)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(jiàn)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(jiàn)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(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，貯藏6 d 時(shí)，對(duì)照組樣品的褐變度最高，其余5 組樣品的褐變度均低于對(duì)照組，對(duì)于蘋果來(lái)說(shuō)，0.5%皂莢植物膠抑制褐變發(fā)生的效果比較理想；而對(duì)于土豆來(lái)說(shuō)，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(shí)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(píng)定、失重率、褐變度這些指標(biāo)驗(yàn)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(chǎng)前景，而且對(duì)皂莢植物膠的綜合利用也具有積極意義。