超高压处理对甜菜果胶物化特性的影响研究

摘要

2013年我国甜菜总产量在全球排名第八位，高达1000万吨(FAO，2013)。甜菜主要用于制糖工业，甜菜渣是甜菜制糖的副产物，其干基中约含有28％果胶，因此甜菜渣可作为提取果胶的原料。本文研究以甜菜渣脱水干制的甜菜干粕为原料，采用超声波/微波协同酸法(Ultrasonic/microwave-assisted acid method，UMAAM)从中提取甜菜果胶，研究其结构与功能特性，采用超高压技术作用于果胶溶液，研究其对果胶结构与物化特性的影响，旨在为有效利用甜菜渣，对新型的加工处理方式提供理论依据。
　　以甜菜干粕为原料，采用UMAAM法提取甜菜果胶。在单因素实验基础上，通过二次回归正交旋转组合实验探讨了提取温度、提取时间和料液比对果胶得率的影响，筛选出甜菜果胶的最佳提取工艺:pH1.0，提取温度92℃，提取时间37 min，料液比1∶30(g/mL)。在此提取条件下，甜菜果胶得率为26.12％，咔唑硫酸法测定出果胶半乳糖醛酸的含量在75％以上。
　　普通酸法是制备果胶的最常用的方法，比较普通酸法与UMAAM制备甜菜果胶在得率、结构及物化特性的差异性。测得UMAAM制备的甜菜果胶的分子量(6.36×105 Da)显著高于普通普通酸法(2.96×105Da)。两种方法制备的果胶单糖组成一致，其中半乳糖醛酸是主要的单糖组分，分别占75.38％和72.84％。两种方法所得的果胶在pH3和5时粘度显著高于pH7和8，UMAAM法制备的甜菜果胶(SBP1)溶液粘度在pH3、5、7和8条件下均高于普通酸法制备的甜菜果胶(SBP2)， SBP1乳化液颗粒显著小于SBP2; SBP1的乳化活性和乳化稳定性显著高于SBP2，说明UMAAM是一个有开发潜力的果胶提取方法。
　　在不同压力条件下对pH3、7和8的SBP1溶液进行处理，随着压力升高，SBP1分子量降低;在pH3和7条件下，果胶酯化度和乙酰化度变化不大，但pH8条件下，果胶的酯化度和乙酰化度均显著下降;pH3和7的SBP1经过加压处理后在1560-1540 cm-1出现一个明显的吸收峰，pH8的没有;不同pH的SBP1在加压处理后乳化活性和乳化稳定性均显著提高，超高压处理后pH3和pH7的SBP1乳化活性较高，pH3的SBP1乳化稳定性最好。在450 MPa下对pH7的SBP1处理不同时间，发现随加压时间延长，SBP1分子量、酯化度、乙酰化度、粘度、乳化活性及稳定性均未发生显著变化。
　　在450 MPa处理30 min时，添加2mmol/L钙离子使SBP1溶液屈服应力σ0、储能模量G'和损耗模量G”均明显增加，同时SBP1分子发生明显的交联，果胶分子量由只高压处理的2.25×105Da显著增加到6.07×105 Da，继续增加钙离子浓度，果胶的结构及流变性质变化不显著，但果胶分子量降低;添加0.1 mol/L钠离子后，SBP1的屈服应力σ0显著增加，果胶链相互交联成网状，蛋白发生明显聚集，果胶分子量显著增加到11.95×105Da;而当钠离子浓度增加到0.6mol/L时，SBP1储能模量G'和损耗模量G”明显增加，果胶链呈棒状结构，果胶分子量反而降低到5.53×105Da。说明超高压下盐离子与SBP1结合能改变其结构，进而影响SBP1的流变性质。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 甜菜加工现状

1．2 果胶多糖研究现状

1．2．1 果胶多糖结构

1．2．2 果胶多糖结构研究方法

1．2．3 果胶的制备方法

1．2．4 果胶的物化功能性质

1．3 超高压处理对生物大分子的影响研究进展

1．3．1 超高压处理对蛋白质的影响

1．3．2 超高压处理对淀粉的影响

1．4 甜菜果胶的研究现状

1．4．1 甜菜果胶的结构组成

1．4．2 甜菜果胶的提取方法

1．4．3 甜菜果胶的物化特性

1．5 主要研究内容

1．5．1 甜菜果胶的提取

1．5．2 普通酸法与超声波／微波协同酸法制备的果胶结构及功能特性分析

1．5．3 超高压处理对甜菜果胶结构及流变学特性的影响

1．5．4 超高压下盐离子对甜菜果胶结构及流变性质的影响

第二章 超声波／微波协同酸法提取甜菜果胶的工艺优化

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 试验材料

2．2．2 试剂

2．2．3 试验仪器与设备

2．2．4 试验内容及方法

2．3 结果

2．3．1 半乳糖醛酸标准曲线

2．3．2 单因素实验结果

2．3．3 二次回归正交旋转组合试验结果

2．4 讨论

2．5 小结

第三章 普通酸法及超声波／微波协同酸法制备的甜菜果胶结构及功能分析

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验试剂

3．2．3 试验仪器及设备

3．2．4 试验内容及方法

3．2．5 统计分析

3．3 结果

3．3．1 两种果胶的基本组成

3．3．2 两种果胶的分子量、酯化度和乙酰化度

3．3．3 扫描电镜图和原子力显微镜扫描图

3．3．4 红外光谱扫描图

3．3．5 表观粘度

3．3．6 乳化特性

3．4 讨论

3．4．1 果胶的分子量、酯化度和单糖组成

3．4．2 果胶的流变性

3．5 小结

第四章 超高压处理对甜菜果胶结构及流变学特性的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验试剂

4．2．3 试验仪器及设备

4．2．4 试验内容及方法

4．3 结果

4．3．1 果胶的分子量、酯化度和乙酰化度

4．3．2 果胶的FT-IR图

4．3．3 果胶的扫描电镜图

4．3．4 不同加压条件下甜菜果胶流变学特性

4．3．5 HHP处理对甜菜果胶乳化特性的影响

4．3．6 原子力显微镜

4．4 讨论

4．4．1 果胶的结构变化

4．4．2 果胶的表观粘度

4．4．3 果胶的乳化特性

4．5 小结

第五章 超高压下盐离子对甜菜果胶结构及流变性质的影响

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 试验材料

5．2．2 试验试剂

5．2．3 试验仪器及设备

5．2．4 试验内容及方法

5．3 结果

5．3．1 HHP和Ca2+对果胶溶液粘度的影响

5．3．3 HHP和Na+离子对甜菜果胶粘度的影响

5．3．4 HHP和盐离子对果胶溶液动态粘弹性的影响

5．3．5 HHP和盐离子对果胶溶液乳化性的影响

5．3．6 分子量与原子力显微镜图

5．3．7 FT-IR

5．4 讨论

5．4．1 HHP处理下盐离子对甜菜果胶粘度的影响

5．4．2 HHP处理下盐离子对甜菜果胶动态黏弹性的影响

5．4．3 HHP处理和盐离子对甜菜果胶乳化特性的影响

5．4．3 HHP处理和盐离子对甜菜果胶结构的影响

5．5 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

作者简历