菊苣果胶的结构表征及乳化特性研究

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菊苣粕富含果胶,被视为一种潜在的果胶原料。然而,由于研究起步晚、系统性不足,目前菊苣果胶(chicory root pectin,CRP)的构效关系、应用特性等关键问题尚未突破。就此,本文以CRP为研究对象,首先探究了提取工艺对果胶得率、结构和乳化特性的影响。再以甜菜果胶(sugar beet pectin,SBP)为参照,重点阐述了CRP的分子结构与乳化特性的关系,随后考察了环境因素包括体系pH值和离子强度对CRP乳化特性的影响,并进一步诱导CRP与乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)静电复合,改善CRP的乳化性能。具体结论如下:CRP的提取工艺研究。分别采用微波辅助提取法(microwave-assisted extraction,MAE)与传统热酸提取法(conventional heating extraction,CHE)提取CRP,通过重均分子量(weight average molecular weight,Mw)、红外图谱、扫描电镜图谱及乳液粒径,表征CRP的分子结构和乳化特性。两种提取方法对CRP的半乳糖醛酸、甲酯化度和乙酰化度等结构指标无显著影响。延长CHE的提取时间提高了果胶得率,但显著降低了果胶分子量。微波处理时间与果胶得率以及Mw均存在显著正相关。微波处理120 s提取的样品(MAE120),其得率(12.7%)与Mw(321 kDa)均最高,且果胶分子结构降解程度较低。与热酸处理1 h提取的样品(CHE1)相比,MAE120制备的乳液乳化稳定性较差,55℃下储存7天后,MAE120制备的乳液的D43值(4.9μm)显著高于CHE1(1.4μm)。CRP的分子结构与乳化特性的关系研究。以SBP为参照,以便客观评价CRP的乳化性能。尽管CRP与SBP的乙酰化度、蛋白质含量及氨基酸组成、分支度和阿魏酸含量等结构特征不同,但具有类似的乳化特性。经蛋白酶处理,CRP与SBP的乳化能力随之下降,两者稳定的乳液体系的D43值分别从1.2μm增至2.3μm、从1.1μm增至2.7μm,说明CRP和SBP的乳化能力取决于共价结合的蛋白质。随着果胶浓度的升高,CRP和SBP新鲜乳液的D32值分别从1.3μm降至0.6μm、从1.7μm降至0.6μm。然而,在低果胶浓度(0.25%0.5%)下,CRP乳液粒径比SBP乳液小。推测CRP结构与乳化特性的关系为蛋白质组分作为锚点吸附至油滴表面,果胶链在油滴表面形成水化层。环境因素对CRP乳化特性的影响。以SBP为参照,通过测定ζ-电位、流体力学半径Rh、乳液平均粒径及分布,结合乳液的微观结构,探究pH值和离子强度对CRP乳化特性的影响。从pH 2到pH 6,CRP与SBP溶液ζ-电位绝对值(30 mV左右)变化相似,而在同一pH值下CRP(186.5277.1 nm)的Rh值显著小于SBP(254.1714.5nm)。CRP的乳化性质具有显著的pH依赖性,在低pH(23)范围内,CRP的乳化活性和稳定性优于SBP,因为CRP分子在水相中柔韧性较高、伸展程度较低,更利于其吸附至油滴表面。随着pH的升高,CRP与SBP新鲜乳液的D43值分别在1.02.2μm和1.21.3μm范围内变化。CRP与SBP乳液的乳化活性基本不受Na+(25100 mM)影响,而CRP乳液对Ca2+(25100 mM)较敏感。利用CRP-WPI静电复合改善CRP的乳化性能。CRP与WPI在pH 2.94.0内能生成较稳定的可溶性复合物,但CRP-WPI复合物的乳化特性取决于两者的复合比例(r,WPI/CRP,w/w)。较合适的r值范围为0.25≤r≤1,若r值过大或过小,均不利于复合物乳液的乳化稳定性。在此基础上,考察了Na+与Ca2+对CRP-WPI复合物乳化性能的影响。Na+的浓度为5100 mM时,复合物乳液的D43值均比对照组低,且当Na+浓度为20 mM时,复合物乳液的D43值降至最低(0.6μm),表明静电屏蔽作用有助于提高CRP-WPI复合物的乳化活性;当加入50 mM Ca2+时,CRP乳液D43值已达到2.1μm,而CRP-WPI乳液体系的D43值不超过1.4μm。因此,采用WPI静电复合策略,可一定程度上提高CRP乳液的乳化活性和稳定性及对Ca2+的抵抗性。
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