紫薯果膠類多糖的成分分析及穩定性研究

（廣西農業職業技術學院，廣西 南寧 530007）

紫薯，又叫黑薯，薯肉為紫色至深紫色，具有很高的食用、藥用及保健功能。紫薯中含有人體所需的多種氨基酸和礦物質元素，含量是一般甘薯的3倍～8倍，其中硒元素含量相當豐富[1]。紫薯有預防高血壓和心血管疾病、減輕肝機能障礙、清除體內自由基、預防癌癥等[2-3]多種保健功能。目前有關紫薯的研究多集中在紫薯全粉加工[4]、紫薯果凍[5]、紫薯色素的提取[6-7]等方面。

果膠是一種相對分子量在1 Da～4×105Da之間的植物源多糖，常作為凝膠劑和增稠劑應用在食品工業，另外果膠也作為保健食品原料應用在醫藥行業[8]。隨著食品工業中果膠制品需求的不斷增長，提高果膠的產量，尋找優質的果膠資源極為迫切。紫薯富含果膠，可作為一種安全、營養的果膠來源，順應了市場需求。目前，對于紫薯果膠類多糖的研究報道很少，對于成分分析和穩定性的研究目前還未有報道，因此，本研究對紫薯提取所得果膠類多糖的成分及其穩定性進行研究，以期為紫薯果膠類多糖的開發和生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯：市售；全脂純牛奶：Berglandmilch eGen公司；白砂糖：南寧市蜜杰食品有限責任公司；酸奶發酵劑（保加利亞乳桿菌Lactobacillus bulgaricus、嗜熱鏈球菌Streptococcus thermophilus）：安琪酵母股份有限公司；紫薯果膠類多糖：廣西農業職業技術學院食品分離純化實驗室自制；D-半乳糖醛酸：上海源葉生物科技有限公司；牛血清蛋白：北京索萊寶試劑公司；檸檬酸（食品級）：日照金禾博源生化有限公司。

1.2 儀器與設備

PL203電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；T6-新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；PHS-3C pH計：上海儀電科學儀器股份有限公司；HH-S1數顯恒溫水浴鍋：金壇市醫療儀器廠；KQ-500DE數控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；RE 52-99旋轉蒸發器：上海亞榮生化儀器廠；TD-600臺式低速離心機：四川蜀科儀器有限公司；4-10N SX2系列箱式電阻爐：上海齊欣科學儀器有限公司；XWTD-8222恒溫培養箱：上海精宏實驗設備有限公司；Waters1525高效液相色譜儀（配2410示差折光檢測器）：美國沃特世公司。

1.3 方法

1.3.1 原料預處理

紫薯用清水洗凈，切小塊后，用95%乙醇浸泡30 min，流動水淘洗2次～3次，瀝干后置于燒杯中，加入適量水，于85℃水浴加熱15 min，冷卻后用流水漂洗，除去紫薯中可溶性糖分及部分色素類物質。所得紫薯塊于60℃烘箱干燥后、粉碎，過60目篩，冷藏，備用[9]。

1.3.2 紫薯果膠類多糖的提取及純化

稱取一定量處理好的紫薯粉末，料液比1∶4（g/mL）用純水充分溶解，用纖維素酶酶解后，檸檬酸調pH 2.0，于50℃恒溫水浴90 min，超聲波（300 W）輔助提取20 min，離心 4 000 r/min、15 min，收集上清液，將上清液于旋轉蒸發儀上濃縮至原體積的1/4，待濃縮好的原液冷卻后按1∶3（體積比）加入5%酒石酸乙醇溶液，靜置90 min，得沉淀，即為紫薯果膠類多糖提取液，40℃干燥后，備用。

參考Wang等[10]的方法，取100.00 mg粗果膠類多糖溶解于10 mL去離子水，上樣至DEAE-cellulose層析柱中，以0.4 mol/L的氯化鈉溶液洗脫，流速為0.8 mL/min，每管收集10 mL，苯酚-硫酸法測定各管多糖的含量，將洗脫液進行濃縮、透析、凍干后，得到初步純化的紫薯果膠類多糖樣品。稱取150 mg初步純化的樣品，溶于3 mL去離子水中，上樣至Sephadex G-100凝膠柱中，去離子水洗脫，流速0.5 mL/min，每管4 mL，苯酚-硫酸法測定各管多糖含量，收集洗脫液，濃縮、透析、凍干，即為紫薯果膠類多糖純品。

1.3.3 發酵乳酸飲料的制備

取500 mL燒杯，加入全脂純牛奶400 mL，5%白砂糖混合均勻，加熱溶解，冷卻至35℃～40℃，于25 MPa下均質15 min，巴氏殺菌后，加入0.5%的酸奶發酵劑，置于41℃恒溫培養箱中發酵10 h，將發酵后的酸奶于4℃下保存24 h，可得發酵乳；另取一燒杯，配制不同濃度的紫薯果膠類多糖溶液，加5 g白砂糖，取發酵乳40%，將兩者混合均勻，用檸檬酸調節pH值至3.7，并補加水至100 mL。將上述混合乳置于60℃水浴中恒溫0.5 h，于25 MPa下均質15 min，水浴85℃滅菌10 min，冷卻后灌裝并于4℃冰箱保存。

1.3.4 紫薯果膠類多糖主要成分分析

依照GB 25533—2010《食品安全國家標準食品添加劑果膠》測定干燥減量、酸不溶物灰分、總半乳糖醛酸等理化指標。

pH值測定：使用PHS-3C pH計測定pH值。

總糖的測定：參考王培等的方法[12]。

蛋白質含量測定：采用王芳等的方法測定[13]。

酯化度的測定：果膠類多糖的酯化度測定采用美國食品化學藥典和美國藥典的方法[14-15]，準確稱取果膠類多糖1.00 g，用少量無水乙醇潤濕后，溶于100 mL除去二氧化碳的去離子水中，加入5滴酚酞指示劑，再用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，記錄下消耗的NaOH溶液的體積（V1），為樣品的原始滴定度；向樣品中繼續加入0.5 mol/L NaOH溶液20 mL，強烈振蕩搖勻靜置15 min，加入20 mL 0.5 mol/L HCl，連續振搖使溶液粉色消失后，再加入3滴酚酞指示劑，最后用0.1 mol/L NaOH滴定至溶液呈粉色至不變，記錄所消耗的NaOH的體積（V2），計算酯化度。

1.3.5 紫薯果膠類多糖分子量分布情況測定

1.3.5.1 樣品溶液的制備

稱取紫薯果膠類多糖0.5 g溶解于2 mL蒸餾水中，制成果膠多糖溶液，為防止溶解性較差的多糖對試驗的影響，先將溶液置于離心機中，4 000 r/min，離心30 min，取1 mL上清液，加入1 mL超純水稀釋。使用0.45 μm的微孔濾膜過濾備用[16]。

1.3.5.2 測定方法

采用高效凝膠過濾色譜法（high performance gel filtration chromatography，HPGFC）測定果膠類多糖的分子量分布情況。色譜條件為：色譜柱UltrahydrogelLinear 300 mm×7.8 mm，流動相0.1 mol/L硝酸鈉溶液，流速 0.8 mL/min，柱溫 35 ℃，進樣量 25 μL，示差折光檢測器檢測得出紫薯果膠類多糖分子量分布的保留時間tR。

1.3.6 紫薯果膠類多糖添加量的選擇

按1.3.3制備乳酸飲料，紫薯果膠類多糖添加量分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%。將離心管烘干恒重后冷卻稱重，記錄m1；制備好的乳酸飲料搖勻后取20.00 g，置于離心管中，稱重m2，離心4 000 r/min 15 min，取出靜置10 min，棄去上層液體，離心管倒置瀝干20 min后，稱重m3，計算沉淀率[17]。平行樣品3次取平均值?？疾觳煌z類多糖添加量對乳酸飲料沉淀率的影響。

1.3.7 乳酸飲料穩定性R值的考察

采用測定貯藏前后乳酸飲料頂層乳濁液透光率的方法。取2 mL乳酸飲料于100 mL容量瓶中，加去離子水定容，在750 nm下測定其貯藏前后的透光率[18]。連續考察3 d，之后每12 d考察一次，考察至30 d結束。用R值來衡量體系的穩定性，R值按公式（3）計算。

式中：R為飲料透光率變化率，%；T1為貯藏0 d飲料頂層體系的透光率，%；T2為貯藏不同時間飲料頂層體系的透光率，%。

1.3.8 感官評鑒方法

邀請10名經過感官鑒定培訓的人員，根據乳酸飲料的口感、組織狀態、清爽度和穩定性4項指標進行評分，滿分40分，最終每項指標的得分取10人平均值，評分標準見表1。

表1 乳酸飲料感官評分標準Table 1 Standardized sensory of lactic acid beverage

1.4 數據處理

所有試驗均平行3次，結果用平均值表示。運用Microsoft Excel 2013進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 紫薯果膠類多糖主要成分分析

紫薯果膠類多糖主要成分分析如表2所示。

表2 紫薯果膠類多糖主要成分指標Table 2 The main compositions of pectic polysaccharide of purple sweet potato

果膠類多糖的各項指標均達到了GB 25533—2010《食品安全國家標準食品添加劑果膠》的標準。其中，總半乳糖醛酸含量為65.24%，總糖為65%，蛋白質含量為1.02%，酯化度為31%，屬于低酯果膠，食品工業中主要用于果汁、乳制品等的穩定劑和增稠劑。

2.2 紫薯果膠類多糖分子量分布

紫薯果膠類多糖的HPGFC圖譜見圖1。

從圖1可以看出，紫薯果膠類多糖的分子量分為兩部分，出峰時間在13.0 min～18.0 min時，紫薯果膠類多糖的重均分子量為70 745 Da；出峰時間在18.0 min～22.0 min時，重均分子量為968 Da。在第一部分沒有突出的高峰，是一個連續平坦的寬峰，表明多糖分子量主要是均勻的連續分布狀態，屬于高分子量的多糖，其水溶性較差；后面出現了一個相對尖銳的窄峰，屬于低分子量多糖，主要特點是水溶性好，遇水即溶，且在水溶液中穩定性很好[19]，因此，可用于乳酸飲料的增稠劑和穩定劑。

圖1 紫薯果膠類多糖的HPGFC圖譜Fig.1 HPGFC chromatogram of purple sweet potato pectic polysaccharide

2.3 不同果膠類多糖添加量對乳酸飲料沉淀率的影響

在國家相關規定中，食品穩定劑歸于食品添加劑，在食品中的最大使用量為0.3%以內。圖2為不同果膠類多糖添加量對乳酸飲料穩定性的影響單因素試驗結果。

圖2 不同果膠類多糖添加量對乳酸飲料沉淀率的影響Fig.2 Effects of different pectic precipitation rate of lactic acid beverage

由圖2可知，隨著果膠類多糖添加量增加，離心沉淀率逐漸減低?？紤]到黏度增大對口感的影響，選擇果膠類多糖添加量為0.20%，此時口感較好。

2.4 果膠類多糖添加量對乳酸飲料穩定性的影響

不同果膠類多糖添加量對乳酸飲料穩定性R值的影響見表3。

表3 不同果膠類多糖添加量下的乳酸飲料穩定性Table 3 Stability at different additions of lactic acid beverage

R值大小反映了乳酸飲料顆粒大小、密度的變化情況，是對大密度顆粒下沉和油脂上浮雙重因素的反映，可以直觀且形象地觀察乳酸飲料的穩定效果變化[20]。把第0天的乳酸飲料R值設定為100%，存放30d，對果膠類多糖添加量為0%～0.30%的乳酸飲料R值進行分析。由表3可知，空白組R值在貯藏過程中變化明顯，隨著貯藏時間的延長，不同果膠類多糖添加量的R值都有變化，這可能是因為在貯藏過程中分層的出現，導致上層體系顆粒中密度大的出現下沉；同時，添加量的不同，R值改變程度也不一樣。添加量為0.25%的乳酸飲料R值最大且變化小，添加量為0.05%的乳酸飲料R值最小。相比空白組，添加果膠類多糖的乳酸飲料貯藏過程中R值變化小，主要原因可能是加入的穩定劑與乳酸飲料中的酪蛋白產生締合，增大了分子間的體積，更有效地吸附了蛋白質分子，增強穩定性，再次驗證了添加紫薯果膠類多糖的乳酸飲料穩定性效果好。

2.5 感官評價結果

感官評價結果見表4。

表4 乳酸飲料的感官評分結果Table 4 The sensory evaluation of lactic acid beverage

從表4中可知，添加果膠類多糖組的評分都高于空白組，主要是因為添加穩定劑對乳酸飲料中酪蛋白的聚集沉淀有影響，可以防止因重力作用而出現的蛋白質粒子下沉，從而改善乳酸飲料顆粒分布不均勻、分層嚴重、口感粗糙等現象[21]。從評分結果可知，感官評分最高的是添加量為0.20%的乳酸飲料，其次是0.25%。

3 結論

1）對超聲波輔助酶法提取所得紫薯果膠類多糖的主要成分進行分析。結果表明，紫薯果膠類多糖干燥減量、酸不溶灰分、pH值、總半乳糖醛酸、酯化度、總糖、蛋白質含量分別為4.32%、0.32%、4.22、65.24%、31%、65%、1.02%。紫薯果膠類多糖屬于低酯果膠，分子量分布分成兩個區：大分子量區和小分子量區，前者分子量分散性大且分布較均勻；后者分子量分散性小，并集中顯示出單分子量的特征。

2）提高果膠類多糖的添加量，離心沉淀率會降低，穩定性越好?？紤]到乳酸菌飲料口感，果膠類多糖添加量在0.20%時口感較好。

3）穩定劑對乳酸飲料的穩定作用表現為R值穩定、感官評分高。隨著貯藏時間的延長，不同果膠類多糖添加量的R值都有降低，添加量為0.25%的乳酸飲料R值最大且變化小，添加量為0.05%的乳酸飲料R值最小。與空白相比，添加了果膠類多糖的乳酸飲料在貯藏過程中R值變化都不大，說明添加了果膠類多糖后對產品的穩定性有明顯改善。

4）在感官評價結果中，空白組遠低于添加穩定劑組，主要是因為添加穩定劑對乳酸飲料中酪蛋白的聚集沉淀有影響，能防止因重力作用而出現的蛋白質粒子下沉，從而改善乳酸飲料顆粒分布不均勻、分層嚴重、口感粗糙等現象。從評分結果可知，感官評分最高的是添加量為0.20%的乳酸飲料，其次是0.25%。