紫薯果胶类多糖的成分分析及稳定性研究

（广西农业职业技术学院，广西 南宁 530007）

紫薯，又叫黑薯，薯肉为紫色至深紫色，具有很高的食用、药用及保健功能。紫薯中含有人体所需的多种氨基酸和矿物质元素，含量是一般甘薯的3倍～8倍，其中硒元素含量相当丰富[1]。紫薯有预防高血压和心血管疾病、减轻肝机能障碍、清除体内自由基、预防癌症等[2-3]多种保健功能。目前有关紫薯的研究多集中在紫薯全粉加工[4]、紫薯果冻[5]、紫薯色素的提取[6-7]等方面。

果胶是一种相对分子量在1 Da～4×105Da之间的植物源多糖，常作为凝胶剂和增稠剂应用在食品工业，另外果胶也作为保健食品原料应用在医药行业[8]。随着食品工业中果胶制品需求的不断增长，提高果胶的产量，寻找优质的果胶资源极为迫切。紫薯富含果胶，可作为一种安全、营养的果胶来源，顺应了市场需求。目前，对于紫薯果胶类多糖的研究报道很少，对于成分分析和稳定性的研究目前还未有报道，因此，本研究对紫薯提取所得果胶类多糖的成分及其稳定性进行研究，以期为紫薯果胶类多糖的开发和生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯：市售；全脂纯牛奶：Berglandmilch eGen公司；白砂糖：南宁市蜜杰食品有限责任公司；酸奶发酵剂（保加利亚乳杆菌Lactobacillus bulgaricus、嗜热链球菌Streptococcus thermophilus）：安琪酵母股份有限公司；紫薯果胶类多糖：广西农业职业技术学院食品分离纯化实验室自制；D-半乳糖醛酸：上海源叶生物科技有限公司；牛血清蛋白：北京索莱宝试剂公司；柠檬酸（食品级）：日照金禾博源生化有限公司。

1.2 仪器与设备

PL203电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；T6-新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；PHS-3C pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；HH-S1数显恒温水浴锅：金坛市医疗仪器厂；KQ-500DE数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；RE 52-99旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；TD-600台式低速离心机：四川蜀科仪器有限公司；4-10N SX2系列箱式电阻炉：上海齐欣科学仪器有限公司；XWTD-8222恒温培养箱：上海精宏实验设备有限公司；Waters1525高效液相色谱仪（配2410示差折光检测器）：美国沃特世公司。

1.3 方法

1.3.1 原料预处理

紫薯用清水洗净，切小块后，用95%乙醇浸泡30 min，流动水淘洗2次～3次，沥干后置于烧杯中，加入适量水，于85℃水浴加热15 min，冷却后用流水漂洗，除去紫薯中可溶性糖分及部分色素类物质。所得紫薯块于60℃烘箱干燥后、粉碎，过60目筛，冷藏，备用[9]。

1.3.2 紫薯果胶类多糖的提取及纯化

称取一定量处理好的紫薯粉末，料液比1∶4（g/mL）用纯水充分溶解，用纤维素酶酶解后，柠檬酸调pH 2.0，于50℃恒温水浴90 min，超声波（300 W）辅助提取20 min，离心 4 000 r/min、15 min，收集上清液，将上清液于旋转蒸发仪上浓缩至原体积的1/4，待浓缩好的原液冷却后按1∶3（体积比）加入5%酒石酸乙醇溶液，静置90 min，得沉淀，即为紫薯果胶类多糖提取液，40℃干燥后，备用。

参考Wang等[10]的方法，取100.00 mg粗果胶类多糖溶解于10 mL去离子水，上样至DEAE-cellulose层析柱中，以0.4 mol/L的氯化钠溶液洗脱，流速为0.8 mL/min，每管收集10 mL，苯酚-硫酸法测定各管多糖的含量，将洗脱液进行浓缩、透析、冻干后，得到初步纯化的紫薯果胶类多糖样品。称取150 mg初步纯化的样品，溶于3 mL去离子水中，上样至Sephadex G-100凝胶柱中，去离子水洗脱，流速0.5 mL/min，每管4 mL，苯酚-硫酸法测定各管多糖含量，收集洗脱液，浓缩、透析、冻干，即为紫薯果胶类多糖纯品。

1.3.3 发酵乳酸饮料的制备

取500 mL烧杯，加入全脂纯牛奶400 mL，5%白砂糖混合均匀，加热溶解，冷却至35℃～40℃，于25 MPa下均质15 min，巴氏杀菌后，加入0.5%的酸奶发酵剂，置于41℃恒温培养箱中发酵10 h，将发酵后的酸奶于4℃下保存24 h，可得发酵乳；另取一烧杯，配制不同浓度的紫薯果胶类多糖溶液，加5 g白砂糖，取发酵乳40%，将两者混合均匀，用柠檬酸调节pH值至3.7，并补加水至100 mL。将上述混合乳置于60℃水浴中恒温0.5 h，于25 MPa下均质15 min，水浴85℃灭菌10 min，冷却后灌装并于4℃冰箱保存。

1.3.4 紫薯果胶类多糖主要成分分析

依照GB 25533—2010《食品安全国家标准食品添加剂果胶》测定干燥减量、酸不溶物灰分、总半乳糖醛酸等理化指标。

pH值测定：使用PHS-3C pH计测定pH值。

总糖的测定：参考王培等的方法[12]。

蛋白质含量测定：采用王芳等的方法测定[13]。

酯化度的测定：果胶类多糖的酯化度测定采用美国食品化学药典和美国药典的方法[14-15]，准确称取果胶类多糖1.00 g，用少量无水乙醇润湿后，溶于100 mL除去二氧化碳的去离子水中，加入5滴酚酞指示剂，再用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，记录下消耗的NaOH溶液的体积（V1），为样品的原始滴定度；向样品中继续加入0.5 mol/L NaOH溶液20 mL，强烈振荡摇匀静置15 min，加入20 mL 0.5 mol/L HCl，连续振摇使溶液粉色消失后，再加入3滴酚酞指示剂，最后用0.1 mol/L NaOH滴定至溶液呈粉色至不变，记录所消耗的NaOH的体积（V2），计算酯化度。

1.3.5 紫薯果胶类多糖分子量分布情况测定

1.3.5.1 样品溶液的制备

称取紫薯果胶类多糖0.5 g溶解于2 mL蒸馏水中，制成果胶多糖溶液，为防止溶解性较差的多糖对试验的影响，先将溶液置于离心机中，4 000 r/min，离心30 min，取1 mL上清液，加入1 mL超纯水稀释。使用0.45 μm的微孔滤膜过滤备用[16]。

1.3.5.2 测定方法

采用高效凝胶过滤色谱法（high performance gel filtration chromatography，HPGFC）测定果胶类多糖的分子量分布情况。色谱条件为：色谱柱UltrahydrogelLinear 300 mm×7.8 mm，流动相0.1 mol/L硝酸钠溶液，流速 0.8 mL/min，柱温 35 ℃，进样量 25 μL，示差折光检测器检测得出紫薯果胶类多糖分子量分布的保留时间tR。

1.3.6 紫薯果胶类多糖添加量的选择

按1.3.3制备乳酸饮料，紫薯果胶类多糖添加量分别为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%。将离心管烘干恒重后冷却称重，记录m1；制备好的乳酸饮料摇匀后取20.00 g，置于离心管中，称重m2，离心4 000 r/min 15 min，取出静置10 min，弃去上层液体，离心管倒置沥干20 min后，称重m3，计算沉淀率[17]。平行样品3次取平均值。考察不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料沉淀率的影响。

1.3.7 乳酸饮料稳定性R值的考察

采用测定贮藏前后乳酸饮料顶层乳浊液透光率的方法。取2 mL乳酸饮料于100 mL容量瓶中，加去离子水定容，在750 nm下测定其贮藏前后的透光率[18]。连续考察3 d，之后每12 d考察一次，考察至30 d结束。用R值来衡量体系的稳定性，R值按公式（3）计算。

式中：R为饮料透光率变化率，%；T1为贮藏0 d饮料顶层体系的透光率，%；T2为贮藏不同时间饮料顶层体系的透光率，%。

1.3.8 感官评鉴方法

邀请10名经过感官鉴定培训的人员，根据乳酸饮料的口感、组织状态、清爽度和稳定性4项指标进行评分，满分40分，最终每项指标的得分取10人平均值，评分标准见表1。

表1 乳酸饮料感官评分标准Table 1 Standardized sensory of lactic acid beverage

1.4 数据处理

所有试验均平行3次，结果用平均值表示。运用Microsoft Excel 2013进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 紫薯果胶类多糖主要成分分析

紫薯果胶类多糖主要成分分析如表2所示。

表2 紫薯果胶类多糖主要成分指标Table 2 The main compositions of pectic polysaccharide of purple sweet potato

果胶类多糖的各项指标均达到了GB 25533—2010《食品安全国家标准食品添加剂果胶》的标准。其中，总半乳糖醛酸含量为65.24%，总糖为65%，蛋白质含量为1.02%，酯化度为31%，属于低酯果胶，食品工业中主要用于果汁、乳制品等的稳定剂和增稠剂。

2.2 紫薯果胶类多糖分子量分布

紫薯果胶类多糖的HPGFC图谱见图1。

从图1可以看出，紫薯果胶类多糖的分子量分为两部分，出峰时间在13.0 min～18.0 min时，紫薯果胶类多糖的重均分子量为70 745 Da；出峰时间在18.0 min～22.0 min时，重均分子量为968 Da。在第一部分没有突出的高峰，是一个连续平坦的宽峰，表明多糖分子量主要是均匀的连续分布状态，属于高分子量的多糖，其水溶性较差；后面出现了一个相对尖锐的窄峰，属于低分子量多糖，主要特点是水溶性好，遇水即溶，且在水溶液中稳定性很好[19]，因此，可用于乳酸饮料的增稠剂和稳定剂。

图1 紫薯果胶类多糖的HPGFC图谱Fig.1 HPGFC chromatogram of purple sweet potato pectic polysaccharide

2.3 不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料沉淀率的影响

在国家相关规定中，食品稳定剂归于食品添加剂，在食品中的最大使用量为0.3%以内。图2为不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料稳定性的影响单因素试验结果。

图2 不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料沉淀率的影响Fig.2 Effects of different pectic precipitation rate of lactic acid beverage

由图2可知，随着果胶类多糖添加量增加，离心沉淀率逐渐减低。考虑到黏度增大对口感的影响，选择果胶类多糖添加量为0.20%，此时口感较好。

2.4 果胶类多糖添加量对乳酸饮料稳定性的影响

不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料稳定性R值的影响见表3。

表3 不同果胶类多糖添加量下的乳酸饮料稳定性Table 3 Stability at different additions of lactic acid beverage

R值大小反映了乳酸饮料颗粒大小、密度的变化情况，是对大密度颗粒下沉和油脂上浮双重因素的反映，可以直观且形象地观察乳酸饮料的稳定效果变化[20]。把第0天的乳酸饮料R值设定为100%，存放30d，对果胶类多糖添加量为0%～0.30%的乳酸饮料R值进行分析。由表3可知，空白组R值在贮藏过程中变化明显，随着贮藏时间的延长，不同果胶类多糖添加量的R值都有变化，这可能是因为在贮藏过程中分层的出现，导致上层体系颗粒中密度大的出现下沉；同时，添加量的不同，R值改变程度也不一样。添加量为0.25%的乳酸饮料R值最大且变化小，添加量为0.05%的乳酸饮料R值最小。相比空白组，添加果胶类多糖的乳酸饮料贮藏过程中R值变化小，主要原因可能是加入的稳定剂与乳酸饮料中的酪蛋白产生缔合，增大了分子间的体积，更有效地吸附了蛋白质分子，增强稳定性，再次验证了添加紫薯果胶类多糖的乳酸饮料稳定性效果好。

2.5 感官评价结果

感官评价结果见表4。

表4 乳酸饮料的感官评分结果Table 4 The sensory evaluation of lactic acid beverage

从表4中可知，添加果胶类多糖组的评分都高于空白组，主要是因为添加稳定剂对乳酸饮料中酪蛋白的聚集沉淀有影响，可以防止因重力作用而出现的蛋白质粒子下沉，从而改善乳酸饮料颗粒分布不均匀、分层严重、口感粗糙等现象[21]。从评分结果可知，感官评分最高的是添加量为0.20%的乳酸饮料，其次是0.25%。

3 结论

1）对超声波辅助酶法提取所得紫薯果胶类多糖的主要成分进行分析。结果表明，紫薯果胶类多糖干燥减量、酸不溶灰分、pH值、总半乳糖醛酸、酯化度、总糖、蛋白质含量分别为4.32%、0.32%、4.22、65.24%、31%、65%、1.02%。紫薯果胶类多糖属于低酯果胶，分子量分布分成两个区：大分子量区和小分子量区，前者分子量分散性大且分布较均匀；后者分子量分散性小，并集中显示出单分子量的特征。

2）提高果胶类多糖的添加量，离心沉淀率会降低，稳定性越好。考虑到乳酸菌饮料口感，果胶类多糖添加量在0.20%时口感较好。

3）稳定剂对乳酸饮料的稳定作用表现为R值稳定、感官评分高。随着贮藏时间的延长，不同果胶类多糖添加量的R值都有降低，添加量为0.25%的乳酸饮料R值最大且变化小，添加量为0.05%的乳酸饮料R值最小。与空白相比，添加了果胶类多糖的乳酸饮料在贮藏过程中R值变化都不大，说明添加了果胶类多糖后对产品的稳定性有明显改善。

4）在感官评价结果中，空白组远低于添加稳定剂组，主要是因为添加稳定剂对乳酸饮料中酪蛋白的聚集沉淀有影响，能防止因重力作用而出现的蛋白质粒子下沉，从而改善乳酸饮料颗粒分布不均匀、分层严重、口感粗糙等现象。从评分结果可知，感官评分最高的是添加量为0.20%的乳酸饮料，其次是0.25%。