假酸浆籽果胶结构解析与凝胶特性研究

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果胶是一类主要由半乳糖醛酸、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等单糖组成的大分子多糖,广泛存在于植物初生细胞壁和胞间层中。目前商品果胶主要以苹果果胶和柑橘果胶为主,由于市场需要量大,国内优质果胶进口依赖性高,因此开发果胶新原料以及优化果胶性能和品质是近年来的研究热点,同时也是果胶开发的关键。假酸浆籽(Nicandra physalodes(Linn.)Gaertn.)是作为制备“冰粉”的原料,籽粒表面富含果胶,具有胶凝浓度低、凝胶质地均一、富有弹性等特点,具有较大的开发利用价值。但目前对其果胶胶凝特性以及综合利用的研究较少,更多的着重其医疗价值,限制了假酸浆籽果胶(Nicandra physalodes(Linn.)Gaertn.pectin,NPGP)的高值化利用及“冰粉”的商业前景。本文以假酸浆籽为原料提取NPGP,确定果胶的主要结构,并利用不同钙剂诱导其形成凝胶,利用质构仪、流变仪、环境扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱等仪器研究其凝胶特性,揭示NPGP凝胶机理。主要研究内容与结论如下:1、以假酸浆籽为原料,采用水提醇沉、除杂透析、冷冻干燥的方式获得了NPGP。NPGP提取率为6.7%,纯度为70%,为阴离子酸性多糖。经测定,NPGP分子量为79.6 k Da,主要由半乳糖醛酸(Galacturonic acid,Gal A)、鼠李糖(Rhamnose,Rha)、葡萄糖(Glucose,Glc)、阿拉伯糖(Arabinose,Ara)、半乳糖(Galactose,Gal)、木糖(Xylose,Xyl)组成,含量分别为87.8%、3.7%、3.6%、1.8%、1.8%、1.3%。酯化度为28%,可归为低甲氧基果胶。甲基化结果表明NPGP主链是由Gal A通过1,4-糖苷键连接。环境扫描电镜显示NPGP为片层状结构,热分解温度为239.6℃。2、添加不同质量浓度的氢氧化钙溶液诱导NPGP形成凝胶,研究其凝胶特性揭示凝胶形成机理。结果发现,凝胶硬度随着氢氧化钙添加量的增加呈现先增加后降低的趋势,在添加量为0.06%时凝胶硬度最大,继续增加添加量(>0.06%),凝胶质地不均一且出现析水现象。采用时间扫描程序观测其凝胶过程发现随氢氧化钙浓度的增加,凝胶化时间呈递减趋势。此外,观察果胶分子形貌发现随氢氧化钙添加量的增加,分子网络孔径不断缩小,形成的聚集体直径不断增大。加热处理后的凝胶均能保持较好的外观和质地,较高氢氧化钙添加量(>0.06%)制备的凝胶在冻融处理后开始皱缩,质地变硬而且析水严重。3、对比添加不同质量浓度的碳酸钙和柠檬酸钙诱导NPGP形成凝胶,研究不同钙剂对凝胶的质地和凝胶特性的影响。结果表明不同质量浓度的碳酸钙均能诱导NPGP形成凝胶,而柠檬酸钙添加量较低(≤0.08%)时,诱导形成的凝胶强度较弱,无法形成自我支撑的凝胶。随柠檬酸钙浓度的增加,凝胶的强度也不断增大。在相同的质量浓度下,碳酸钙诱导柠檬酸钙形成凝胶的速率大于柠檬酸钙。随着钙浓度的增加,制备的凝胶硬度也不断增大,均在添加量为0.16%时凝胶硬度最大。原子力显微镜结果显示,与柠檬酸钙相比,碳酸钙的加入使得果胶分子交联更为清晰且形成的网状纤维也更为粗壮。综上,本文以NPGP为研究对象,对其结构进行初步分析,并探究了氢氧化钙、碳酸钙、柠檬酸钙诱导其凝胶的特性和凝胶机理,为NPGP的开发利用提供理论基础,拓展凝胶食品的设计思路。
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