阔叶羊栖菜中褐藻胶的提取及应用

王振伟，王维宇

黄河水利职业技术学院（开封 475000）

羊栖菜是一种海洋中生长的孢子植物，属于底栖附生型藻类，其主要生长在太平洋西部暖温带水域。在我国，以浙江和福建沿海海域居多[1]。我国海域中生长的羊栖菜叶状体形状差异较大，主要有长叶状、棒状、阔叶状等形态，其中阔叶状羊栖菜的多糖含量较高，可达到羊栖菜干重的50%以上，羊栖菜的多糖主要由填充在细胞壁之间的褐藻胶及细胞质中的褐藻淀粉组成，有文献表明褐藻胶是由α-L-古罗糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸以糖苷键连接而成的聚合物[2-3]。褐藻胶的提取方法主要有酸碱法、酶法、超声法和沉淀法4种，褐藻胶常与褐藻糖胶相伴相生，如何分离出褐藻糖胶、提高褐藻胶纯度是现如今提取羊栖菜褐藻胶的研究重点[4]。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

羊栖菜（荣成市旭丰水产有限公司）；无水乙醇（山东创利新材料有限公司）；乙醚（北京海力扬化学科技有限公司）；丙酮（重庆宝润化工产品有限公司）；果胶酶（西安大丰收生物科技有限公司）；纤维素酶（陕西晨明生物科技有限公司）；Na2HPO4（山东振华工业股份有限公司）；NaH2PO4（郑州市九州化工有限公司）；氯化钙（延安市盛源化工有限公司）；氯化钠（合肥玉坤化工物资有限公司）；卡拉胶（河南果晨生物科技有限公司）；羧甲基纤维素钠（郑州天顺食品添加剂有限公司）；稀盐酸（南京化学试剂股份有限公司）。

JB型超温粉碎机（江阴市宝利机械制造有限公司）；TG-16G型台式离心机（常州金坛良友仪器有限公司）；DZF-6050型真空干燥箱（北京海天友诚科技有限公司）；SHK-R101分析天平（上海恒克仪器科技有限公司）；NDJ-1旋转黏度计（上海高致精密仪器有限公司）；V-1300型分光光度计（天津弗洛拉自动化科技有限公司）。

1.2 羊栖菜预处理

将从海水中取出的羊栖菜切碎，以无水乙醇作溶剂，微沸回流3 h，采用乙醚洗涤并干燥，经丙酮处理得到脱脂、脱色素羊栖菜。羊栖菜烘干后经超温粉碎机处理，过0.106 mm筛得到羊栖菜碎末。

1.3 褐藻胶的酶法提取

为了保证褐藻胶的生物活性较为良好，采取酶法提取方法提取羊栖菜中的褐藻胶。向羊栖菜碎末加入一定量的去离子水、果胶酶、纤维素酶，用Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液调节pH偏碱性后，在水浴锅中保温45 ℃浸提5 h，将浸提液加热升温使酶的活性钝化。浸提液经离心处理去除杂质后，参照文献[5]进行钙析-离子交换脱钙操作，得到的褐藻酸钠凝胶中加入稀盐酸进行酸化，干燥脱水即得褐藻胶。

1.4 褐藻胶食品增稠剂的复配

称取一定量的褐藻胶与蒸馏水充分搅拌，于室温环境静置1 d。水浴温度设置为35 ℃恒温，褐藻胶溶液与卡拉胶、羧甲基纤维素钠按照质量比6∶3∶1的比例混合均匀，补加60 ℃的去离子水搅拌至糊状，冷却后备用。

1.5 测定方法

1.5.1 褐藻胶含量的测定

参照文献[6]，采用质量法进行测定。将待测试样加入碳酸钠水溶液中，经加热、过滤、酸化、老化、中和、脱水、烘干称重操作后，按式（1）计算褐藻胶含量。

1.5.2 褐藻胶纯度的测定

采用咔唑硫酸法[7]可测定出褐藻胶质量，与终产品质量的比值即为纯度。

1.5.3 膨胀率和抗融率的测定

参考文献[8]进行测定。

1.5.4 黏度的测定

采用NDJ-1旋转黏度计进行测定。

1.5.5 感官评价

按照SB/T 10013—2008《冷冻饮品——冰淇淋》感官指标评价标准，由13人组成评价小组，以100分为总分进行个人打分，个人打分的均值作为最终评分。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 浸提温度对褐藻胶含量的影响

浸提温度对褐藻胶含量的影响如图1所示。随着温度上升，酶的活性越来越强，作用于羊栖菜中褐藻胶的提取效果也越来越好。温度达到45 ℃时，酶的活性处于最佳状态，此时浸提出来的褐藻胶含量也最大，达到72%。继续增大浸提温度会使得酶的活性开始发生钝化，不利于褐藻胶的提取工艺试验效果。

图1 浸提温度与褐藻胶含量的关系曲线

2.1.2 浸提时间对褐藻胶含量的影响

如图2所示，随着浸提时间延长，褐藻胶含量明显上升，5～8 h浸提时间内褐藻胶含量不变，达到68%，9 h时褐藻胶含量达到最大，为69%。此时藻体基本完全被破坏，褐藻胶从羊栖菜中脱离进入溶液体系的程度较为完全。

图2 浸提时间与褐藻胶含量的关系曲线

2.1.3 酶加入量对褐藻胶含量的影响

试验按照羊栖菜干重比例1%，2%，3%，4%，5%和6%加入混合酶（果胶酶+纤维素酶），探讨酶加入量对提取褐藻胶含量的影响，结果如图3所示。纤维素酶的作用是破坏和分解细胞壁结构，使得褐藻胶的流动性增强，而果胶酶的作用是分离褐藻胶和褐藻糖胶，使得褐藻胶得以纯化。从酶加入量对褐藻胶含量的影响结果来看，酶加入量4%时，褐藻胶提取效果最佳，其含量达到71%，酶加入量5%和6%试验组的浸提结果不理想，褐藻胶含量相对有所下降。推断此时果胶酶和纤维素酶过剩，离心分离并未将其从浸提液中完全分离，从而使得褐藻胶的最终相对含量有所下降，纯度降低。

图3 酶加入量与褐藻胶含量的关系曲线

2.1.4 NaCl溶液浓度对褐藻胶含量的影响

NaCl溶液的作用是在离子交换脱钙过程中起到间歇式脱钙的作用，同时提供Na+交换生成褐藻酸钠凝胶方便酸化脱水得到褐藻胶。试验中脱钙的完全程度会直接影响最终得到的褐藻胶含量大小。从图4可以看出，NaCl溶液浓度18%时，褐藻胶含量达到峰值73%，说明此时NaCl溶液的脱钙作用良好，褐藻胶中的钙含量较低，故终产品中褐藻胶的相对含量较高。

图4 NaCl溶液浓度与褐藻胶含量的关系曲线

2.2 正交试验对浸提条件的优化

在上述4个单因素影响褐藻胶含量的分析讨论基础上，以褐藻胶含量和纯度为参考指标，设计四因素三水平正交表（L34）进行正交试验优化试验方案，正交试验结果如表1所示。其中，A为浸提温度，选取水平40，45和50 ℃；B为浸提时间，选取水平5，6和7 h；C为酶加入量，选取水平4%，5%和6%；D为NaCl溶液浓度，选取水平16%，18%和20%。

表1 正交试验方案表

由表2可得影响褐藻胶含量的因素的重要程度顺序为B＞A＞C＞D。而在纯度方面，只有4号试验（A2B1C2D3）和6号试验（A2B3C1D2）的纯度测定结果超过90%。综合考虑单因素试验最佳组合A2B1C1D2和试验组平均K值计算结果，确定正交试验最佳组合方案A2B3C2D2（浸提温度45 ℃，浸提时间7 h，酶加入量5%，NaCl溶液浓度18%）。为确定正交试验最佳组合方案A2B3C2D2的试验效果，需进行验证试验。3次验证试验结果如表3所示，褐藻胶平均含量为70.3%，平均纯度为91.5%，浸提效果较为优秀，达到试验预期目标。

表2 正交试验测定结果

表3 验证试验结果

2.3 褐藻胶食品增稠剂的应用分析

2.3.1 2种冰淇淋成品的品质对比

参考文献[9-10]，将未加入添加剂的鲜果冰淇淋原液与加入褐藻胶食品增稠剂的冰淇淋原液分别制作成品后，比较2种成品之间的品质差异，结果如表4所示。经对比，加入褐藻胶增稠剂后的冰淇淋成品明显综合品质更高，仅在膨胀率方面略不及冰淇淋原品，在抗融率、评分、感官品质方面远优于未加入褐藻胶增稠剂试验组的品质评价。因此，褐藻胶食品增稠剂对提升鲜果冰淇淋的整体品质有所裨益。

表4 2种成品的品质比较

2.3.2 褐藻胶食品增稠剂的加入量对鲜果冰淇淋的品质影响

试验选择鲜果冰淇淋中可量化的膨胀率、抗融率、黏度3种指标参数作为分析指标，探讨不同褐藻胶食品增稠剂加入量情况下的分析指标变化，结果如表5所示。随着褐藻胶食品增稠剂加入量增加，抗融率和黏度呈上升趋势，而膨胀率则呈下降趋势。食品增稠剂可以增大冰淇淋的流变性，促使其形成均匀而稳定的形态，增强细腻度和整洁度的同时，提高冰淇淋舒爽滑口的感觉。通过综合考虑表5中3种指标的数据及成本，褐藻胶食品增稠剂加入量8%最佳。

表5 褐藻胶食品增稠剂对鲜果冰淇淋3种指标性能的影响

3 结论

采用果胶酶和纤维素酶复合酶法提取羊栖菜中的褐藻胶，试验对影响褐藻胶含量的4个单因素（浸提温度、浸提时间、酶加入量、NaCl溶液浓度）分别进行探讨，并采用正交试验对浸提褐藻胶的试验条件进行优化，确定正交试验最佳组合方案：浸提温度45 ℃，浸提时间7 h，酶加入量5%，NaCl溶液浓度18%。对最佳组合方案进行验证试验，结果表明提取的褐藻胶平均含量为70.3%，平均纯度为91.5%。将提取的褐藻胶与卡拉胶、羧甲基纤维素钠复配制备食品增稠剂应用于冰淇淋成品，结果表明添加褐藻胶食品增稠剂的冰淇淋成品抗融率和表观黏度更高，持水性、甜味表现更好，冰淇淋口感细腻，鲜果味道浓烈，且品尝过后留有余味，整体口感上佳，松软度适中。整体评分为84分，进一步研究表明褐藻胶食品增稠剂加入量8%时，鲜果冰淇淋的整体品质可达到最佳。