豆腐柴葉果膠凝膠形成研究進展

李興武，章黎黎

（重慶旅游職業學院，重慶 409000）

豆腐柴（Premna microphyllaTurcz.） 是馬鞭草科多年生的小型灌木，豆腐柴屬植物有200 多種，我國主要有石山豆腐柴（Premna crassaHand.）、黃毛豆腐柴（Premna fulvaCeaib.）、臭黃荊（Premna ligustroidesHemsl.）、狐臭柴（Premna puberulaPamb.）等品種，主要分布在西南、華南等地[1]。豆腐柴屬植物果膠含量豐富，葉中果膠含量可達30%～40%。豆腐柴葉中也含有較多的黃酮類、多酚類物質生物活性物質，有較強的抗氧化作用，并有研究表明豆腐柴葉提取物可以延長果蠅壽命，有利于人體健康[2-5]。

豆腐柴葉因含豐富的果膠可形成凝膠，很早就被各地居民用于制作成“綠豆腐”“神仙豆腐”“斑鳩豆腐”“綠涼粉”等食品。傳統豆腐柴葉加工制作綠豆腐的過程主要包括鮮葉洗滌、燙漂、磨漿、過濾、凝固、成型等工序[6-7]。豆腐柴葉的原料特性、燙漂溫度、磨漿工藝、凝固劑選擇、成型溫度等直接影響豆腐柴葉果膠凝膠的品質。綜合豆腐柴凝膠的影響因素，豆腐柴葉原料、豆腐柴果膠提取方法、溫度、pH 值和金屬離子凝固劑的選擇對凝膠品質影響最大。從這些方面綜述豆腐柴葉果膠凝膠形成影響，以期為豆腐柴葉加工利用提供理論和技術指導。

1 豆腐柴果膠的化學組成及凝膠機理

果膠是一類非常復雜的多糖物質，也可以看作碳水化合物的衍生物[8]。果膠多糖是一種酸性多糖，可以分為聚半乳糖醛酸（HG） I 型、聚鼠李半乳糖醛酸（RG－I） II 型、聚鼠李半乳糖醛酸（RG－II）、木聚半乳糖醛酸（XGA） 和芹糖聚半乳糖醛酸（AGA） 都具有的凝膠功能[9]。但果膠的化學組成不同，凝膠的機理差異較大。低甲氧基果膠（酯化度＜50%） 分子間很難形成凝膠，需要添加Ca2+，Mg2+等金屬離子促進凝膠形成，低酯果膠通過自由羧基和離子鍵、氫鍵的相互作用才能形成穩定的凝膠。酯化值越低，越有利于果膠與金屬離子的結合，即越有利于形成凝膠[10]。高甲氧基果膠（酯化度＞50%） 果膠凝膠時需要可溶性固形物，pH 值低于3.5 的條件，通過羥基、羧基或彼此之間的氫鍵、甲氧基之間的疏水鍵的作用發生交聯，形成凝膠[11]。高酯化度的凝膠一般添加可溶性固形物更有利于凝膠的形成。

豆腐柴果膠主要來源于豆腐柴葉的細胞壁和初生細胞層，豆腐柴葉中的果膠主要是高酯化果膠[12]，豆腐柴果膠的提取方式不同顯著影響豆腐柴葉果膠的酯化度。陳軍[13]采用草酸銨所得豆腐柴葉果膠甲基化度最低14.9%，且果膠有較好凝膠性。李曉、廖雯娟等人[14-15]采用酸法利用豆腐柴干葉制得了低酯化度的豆腐柴果膠，認為干燥后制成豆腐柴葉干粉時可能會對豆腐柴葉果膠分子產生影響。洪亞男[16]鹽酸提取得到豆腐柴果膠的半乳糖醛酸含量最高85.83%，酯化度也最高77.61%。晉睿沖[17]、張攀[18]、蔣立科等人[19]利用不同的酸法提取豆腐柴果膠皆為高酯果膠。同時，提取方法的不同或產地不同也使豆腐柴葉果膠的中性糖組成有所不同。陳軍[13]氣相色譜測得硫酸提取的果膠中主要含有阿拉伯糖、半乳糖和鼠李糖，半乳糖酸酸的含量超過50%。蔣立科[19]、廖雯娟等人[15]采用薄層層析測得鹽酸浸提豆腐柴葉中果膠成分為葡糖糖、果糖、D- 半乳糖。洪亞男[16]利用高效液相色譜測得鹽酸提取的豆腐柴葉果膠含有葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖，草酸銨法提取的豆腐柴葉果膠含有較多的甘露糖，還含有半乳糖醛酸、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖。因不同的提取方法可能導致豆腐柴葉果膠不同程度的降解產生組成各異的單糖、多糖。因此，不同方法提取豆腐柴果膠化學組成、中性糖組成、酯化度不同會對所得豆腐柴果膠凝膠產生很大影響。

2 豆腐柴葉原料對豆腐柴凝膠形成影響

豆腐柴葉一般6～10 月份采摘，不同月份豆腐柴葉成熟度不同，葉中的果膠含量也不盡相同。胡予等人[20]研究四川綿陽地區豆腐柴葉果膠含量，不同月份差異較大，7～9 月份豆腐柴葉果膠含量較多，品質更好，更利于豆腐柴葉的凝膠形成。蔣立科等人[19]研究安徽黃山地區的豆腐柴葉發現5～7 月果膠含量最高，7 月份以后果膠開始下降，后續相同的加工工藝7 月份采摘的樹葉制作綠豆腐效果最好。徐安書等人[21]研究重慶涪陵地區的秋季采摘的豆腐柴葉片，果膠成分比春季含量下降，但仍可以加工制作綠豆腐。因此，豆腐柴葉采摘時節不同，果膠含量各異，會對凝膠形成產生一定影響。特別是秋季開始，葉中果膠的消耗加快，且果膠酶活躍，會使葉中果膠含量的逐漸下降，豆腐柴葉凝膠性也會下降。此外，李瑜等人[22]研究不同豆腐柴葉位果膠含量中也不同,指出3，5，6 葉位的豆腐柴葉片果膠含量較高。目前，為了擺脫季節對豆腐柴葉開發的影響，相關單位已開展了紅外瞬時殺青干燥、豆腐柴葉干粉制備、鮮葉冷藏等方面的研究，為較好地利用豆腐柴葉原料制作綠豆腐提供更多的可能。

3 溫度對豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

豆腐柴鮮葉干燥溫度、豆腐柴磨漿時溫度、豆腐柴果膠凝膠時的溫度對其凝膠形成都有一定影響。陳鴻申等人[23]研究在40～60 ℃干燥處理豆腐柴鮮葉能形成色形俱佳的凝膠，80 ℃以上干燥豆腐柴鮮葉不能形成外形規則的凝膠，干粉需在90～95 ℃熱燙溫度下才利用凝膠的溶出，溫度低于90 ℃以下，果膠浸出較少，不能形成凝膠。而豆腐柴磨漿時溫度，大多數學者的研究結果都顯示出豆腐柴磨漿時溫度過低不利于果膠溶出，溫度過高會破壞果膠分子結構不利于果膠凝膠的形成。余萍、張翔等人[24-25]研究豆腐柴葉經過100 ℃熱燙后容易破壞豆腐柴葉的果膠成分，后續得到的果膠很難形成凝膠。熱燙溫度為90 ℃左右時，具有較好的凝膠性。

劉婷等人[26]研究豆腐柴溶液的水溫必須保持在90～95 ℃時，否則很難形成凝膠。李剛鳳等人[27]研究低于50 ℃豆腐柴葉果膠很難溶出，超過50 ℃的水溫又破壞了果膠的結構，凝膠能力下降，50 ℃的磨漿溫度最好。洪亞男[16]研究當溫度小于70 ℃時，隨著溫度的升高，不同方法提取的豆腐柴果膠的凝膠強度和持水性逐漸增大，超過70 ℃時，果膠會發生脫酯作用，使凝膠強度下降。

對于豆腐柴果膠凝膠時的溫度，霍艷榮、唐克華等人[28-29]發現溫度對豆腐柴溶液膠凝的影響較小，冷凍狀態下豆腐柴果膠懸浮于冰凍固體中，而不能形成凝膠。蔣立科等人[19]研究（高脂豆腐柴果膠） 在低于20 ℃的條件下，豆腐柴果膠會在金屬離子凝膠劑分散均勻之前迅速發生凝集形成預凝膠，不再形成凝膠。金屬離子應在較高溫度下分散在果膠中，否則在沒有分散均勻的情況下果膠就以金屬離子為中心開始發生交聯，形成小顆粒凝膠后，交聯作用產生的聚集力較小，不足以使膠粒聚集，難以形成凝膠狀態，也不能制作綠豆腐。而高建華等人[30]研究低酯化豆腐柴果膠，溫度越高，熱運動使溶液中的氫鍵破壞，減弱了溶液中分子間的結合，溫度越高（超過70 ℃），不能形成凝膠。

4 pH 值對豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

pH 值的變化直接影響膠體內氫鍵及電荷在分子結構的分布狀態，當豆腐柴果膠溶液pH 值較大時一般不能形成凝膠，而pH 值一般處于等電點附近容易形成凝膠。天然豆腐柴鮮葉提取液的pH 值大約在5左右。大多數學者研究豆腐柴鮮葉果膠在pH 值4～5能夠形成質地較好的凝膠，pH 值大于7 不能形成凝膠[24-25]等。唐克華等人[29]研究鮮葉豆腐柴果膠溶液pH 值小于4.0 時豆腐柴溶液也能發生膠凝現象，但凝膠的滲出液較多。但也有研究的豆腐柴果膠的凝膠的最適pH 值為7 時凝膠效果最好[27]。

pH 值對豆腐柴干葉果膠凝膠的影響基本和鮮葉相似，豆腐柴干葉果膠pH 值在4～5 能形成質地較好的豆腐柴干葉豆腐凝膠；pH 值大于6 時，只能形成薄薄的凝膠；而當pH 值大于7 不能形成凝膠[30]。陳洪坤等人[23]研究豆腐柴干粉果膠溶液pH 值低于3 或大于8 均不能凝膠形成凝膠，最適豆腐柴干粉的果膠溶液凝膠pH 值為4～7。

豆腐柴果膠提取后，果膠酯化度不同，最適凝膠的pH 值差別較大。低酯豆腐柴果膠，在果膠在pH 值3.6～5.0 時凝膠強度最好；pH 值大于4.0，果膠溶液羧基解離較多，易與鈣離子交聯；當pH 值小于4.0，膠體中氫鍵更多，可形成脆性凝膠[15]；pH 值小于3 果膠易分解，pH 值大于7 果膠易發生皂化反應，兩者均不能形成凝膠。而高酯化度豆腐柴果膠凝膠的pH 值3.3 時的凝膠強度最大，是pH 值2.4時的凝膠強度的8 倍，pH 值低于2.4 時無法形成凝膠[16]。

5 金屬離子對豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

在傳統的豆腐柴綠豆腐的制作中，促進豆腐柴凝膠過程時，大多加入草木灰、香灰、桐殼灰等促進凝膠形成。目前，就金屬離子對豆腐柴果膠的影響，大多數學者都認為Ca2+可以促進豆腐柴果膠的凝膠形成，并使用CaSO4、CaCl2、CaCO3、Ca(OH)2等鈣鹽開展試驗，得出不同的研究成果。唐克華等人[29]研究Ca2+可以促進豆腐柴鮮葉果膠的凝膠的形成，且同樣濃度的CaCO3比CaCl2促凝效果好，而CaCl2因強電離作用使凝膠析水較多，K+及Na+無促膠凝作用。羅東升等人研究豆腐柴干葉制作的凝膠有相同的現象，CaCl2可以使豆腐柴葉快速凝膠，但滲出液較多，并得出CaCO3質量分數在0.04%～0.08%之間最好。廖雯娟[15]研究了不同金屬離子對豆腐柴果膠凝膠強度的影響Cu2+＞Ca2+＞Fe3+＞Mg2+，添加Cu2+凝膠強度最好，但用于食品中，Ca2+可能是最好的選擇。霍艷榮等人[28]研究鮮葉豆腐柴果膠溶液認為CaCl2、MgCl2的質量分數為0.04%～0.08%，凝膠效果最好；質量分數增大，滲出液增多。余萍等人[24]研究選擇CaCO3溶液促進果膠凝膠時，最好是其飽和溶液，用時要搖勻。洪亞男[16]研究提取后的豆腐柴果膠凝膠效果，發現Cu2+，Ca2+有促進果膠的凝膠作用，而Mg2+沒有促進效果，皆因Mg2+半徑過小，不能與果膠形成穩定的橋梁。孫瑩瑩研究以CaSO4、CaCl2為凝固劑形成的豆腐柴凝膠彈性、韌性及色澤都比較好，但口感微苦，MgSO4為凝固劑形成的凝膠韌性較差易碎、不宜切割。而采用0.03%MgCl2、0.01%CaCO3、0.015%食用堿復配的凝固劑形成的豆腐柴果膠凝膠效果很好。陳洪坤[23]認為飽和澄清石灰水溶液對豆腐柴果膠凝膠的效果優于草木灰和MgCl2效果要好。大多數學者都認為Ca2+可以促進豆腐柴果膠的凝膠形成，但是使用CaSO4、CaCl2、CaCO3、Ca(OH)2等鈣鹽的質量分數差別很大。

6 料液比對豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

豆腐柴果膠的料液比，直接決定豆腐柴果膠的濃度，濃度過小，分子間的交聯較弱，無法形成凝膠。豆腐柴干葉料液比小于1∶20（g∶mL） 時，濾汁黏稠，很難過濾，有氣泡在凝膠中，且口感粗糙。料液比大于1∶30（g∶mL），濾汁過稀，豆腐柴干葉凝膠不能形成。干葉豆腐柴形成凝膠時的料液比控制在1∶20～1∶30（g∶mL） 凝膠強度最佳[31]，且干葉豆腐柴粉末粒徑500 目以上是果膠溶解的最佳粒徑條件[23，26]。同時，利用豆腐柴鮮葉形成凝膠時，也觀察到料液比過大難過濾、過小不成型的特點，鮮葉豆腐柴料液比控制在1∶6～1∶8（g∶mL） 為宜[24-25，31]。而對于鹽酸提取后的低酯化的豆腐柴果膠在果膠質量分數達到1.2%之前，凝膠強度呈上升趨勢，果膠質量分數超過1.2%時，出現預凝膠現象，反而使凝膠強度下降[15]。酯化度77.61%的高酯豆腐柴果膠低于0.6%時，果膠分子的氫鍵不易形成，凝膠無法形成[16]。

7 其他因素對豆腐柴葉果膠凝膠形成的影響

顏躍躍[31]研究在豆腐柴果膠溶液中除了加入CaCO3以外，還加入了0.02%的葡萄糖酸內酯獲得比較好的凝膠效果。楚文靖等人[32]在豆腐柴果膠中加入黃原膠、卡拉膠和葡萄糖酸內酯來減少豆腐柴葉凝膠滲出液。豆腐柴果膠中添加一定濃度的蔗糖，凝膠強度顯著增強。在低pH 值條件下，適當的蔗糖濃度，可促使氫鍵的形成，穩定分子間的網狀結構，但是蔗糖濃度過高，形成的凝膠分子之間缺乏足夠的水分子，難以形成凝膠網格結構，導致產生黏稠的液體，且凝膠強度下降[15-16]。

8 結語

綜上所述，豆腐柴果膠凝膠機理根據果膠的酯化度略有不同，但凝膠的形成主要還是由于果膠分子里的半乳糖醛酸的羧基、羰基、氫鍵等相互作用后，在低pH 值的果膠溶液中，由金屬離子凝固劑促發凝膠形成，最終在各種化學鍵或物理作用力下相互連接，形成穩定的空間網絡結構。豆腐柴果膠凝膠形成過程涉及因素較多，包括豆腐柴葉采摘的時間、地點及其葉內果膠的含量和組成，處理溫度、pH 值、凝固劑種類及料液比等條件，經過各種加工及物化反應后，才能形成凝膠強度好、色澤美觀、持水力良好的豆腐柴果膠凝膠。豆腐柴凝膠過程涉及物理化學變化復雜，在多因素影響下，豆腐凝膠形成機制雖圍繞果膠酯化度展開，但不同酯化度豆腐柴果膠更廣泛的應用還需要深入研究。

豆腐柴葉作為一種優質果膠資源，加工成豆腐柴葉制品將會滿足市場多樣化需求，受到消費者的喜愛。但現在的研究基礎存在一定不足，未來可以針對豆腐柴葉果膠凝膠性及凝膠析水的問題，將以豆腐柴果膠提取物為原料，從改善豆腐柴葉凝膠性角度出發，采用物理、化學和生物改性等多種方法優化豆腐柴果膠的凝膠性能，并利用其他膠體復配豆腐柴果膠，開發出質優物美的豆腐柴綠豆腐。在豆腐柴葉凝膠過程中，充分借助激光共聚焦顯微鏡、原子力顯微鏡、低溫冷凍電鏡和顯微CT 等先進手段表征加工揭示豆腐柴果膠凝膠結構變化和組分間相互作用，并將借助數學建模建立豆腐柴葉豆腐加工條件、功能特性和結構變化之間關系模型，用于指導豆腐柴葉豆腐生產實踐，實現對豆腐柴葉高效精確的加工。