枳壳来源果胶结构特征对其乳化稳定性的影响
枳壳来源果胶结构特征对其乳化稳定性的影响
【摘要】： 枳壳(Fructus aurantii)是芸香科植物酸橙(Citrus aurantium L.)及其栽培变种的干燥未成熟果实,主要产自于江西省、四川省、湖南省、湖北省等地,具有理气宽中、行滞消胀的作用。枳壳被国家卫生健康委员会列于《可用于保健食品的物品名单》中,人们在日常生活中代茶温饮,消食开胃。大量研究证实,枳壳含有多种生物活性成分,如黄酮类化合物、生物碱、挥发油和多糖等,具有调节肠胃蠕动、抗炎、心肌保护和免疫调节等生理活性。在枳壳多糖被发现并报道出多种生物活性的同时,他们的结构研究却仅围绕在单糖组成及连接方式,在分子结构、溶液构象和乳化性质等方面的研究涉及较少,而用螯合剂提取枳壳多糖的结构和活性研究几乎未见报道,这可能会给枳壳多糖在今后的“构效研究”、食品工业上的应用及相关保健食品的开发带来一定的限制。因此,本课题选择枳壳作为原料,采用冷水、热水、草酸铵和柠檬酸的顺序提取法及分级醇沉的纯化方式,获得了不同结构的枳壳果胶,综合多种现代仪器分析技术,对枳壳果胶的结构特征、溶液性质和表观形貌进行解析,并对他们在乳液中的乳化性质进行了对比分析。主要研究结果归纳如下:(1)枳壳冷水提果胶(FWP)采用分级醇沉方法分离得到主要纯化组分FWP-60。结果表明,FWP-60(M_w,1.20×10~6 Da)是一种酯化度为66.39%的同聚半乳糖醛酸(HG)果胶,HG比例高达～83.52%,另含部分Ⅰ型鼠李半乳糖醛酸(RG-I)果胶。HG主链由摩尔比为1:2的→4)-α-Galp A-(1→和→4)-α-Galp A-6-O-Me-(1→组成。RG-I结构域占比较少,侧链主要包括半乳聚糖和阿拉伯聚糖。溶液参数结果显示,FWP-60的[η]值为422.9 m L·g~(-1),R_h值为23.3 nm,表明FWP-60在0.1 mol/L的硝酸钠溶液中黏度较大,刚性较强,呈棒状结构。在流变特性分析中,发现FWP-60的表观黏度与多糖浓度成正比,并且呈弱凝胶特性。SEM的结果表明FWP-60的表观形貌以细丝状为主。(2)以冷水提取后的枳壳残渣为原料,获得的枳壳热水提果胶(FHWP)经分级醇沉法获得主要组分FHWP-50。FHWP-50的M_w为7.81×10~5 Da,是一种以HG结构域为主的高酯果胶,酯化度为79.10%,HG结构域占比66.09%,主链由摩尔比为1:4的→4)-α-Galp A-(1→和→4)-α-Galp A-6-O-Me-(1→组成。同时存在高分支化的RG-Ⅰ结构域,RG-I主链占比较少,侧链包括阿拉伯聚糖和半乳聚糖。HPSEC-MALLS结果表明,FHWP-50的[η]和R_h分别为182.4 m L·g~(-1)和13.2 nm,在溶液中以紧凑卷曲构象存在。稳态流变学研究显示FHWP-50是假塑性流体,且黏性较小。此外,FHWP-50的固体形貌显示其表面存在小球状和细丝状结构。(3)采用草酸铵溶液提取法从热水提取后的枳壳残渣中分离出一种新型枳壳来源果胶多糖FAOP。FAOP的M_w为1.30×10~6 Da,甲酯化度为60.36%,其结构中含有57.04%的HG结构域,主链由摩尔比为2:3的→4)-α-Galp A-(1→和→4)-α-Galp A-6-O-Me-(1→组成。此外,RG-I结构域中主链较少,侧链由高分支化的阿拉伯聚糖和半乳聚糖组成。FAOP的[η]为355.2 m L·g~(-1),R_h为21.5 nm,在溶液中以棒状构象存在。稳态流变学研究表明FAOP具有假塑性流体的特征,并且其黏性随着浓度的增大而增大。SEM观察发现,FAOP的固体表面是由纤维丝缠绕成网格状结构,并且黏附少量片状结构。(4)采用pH值为2.5的柠檬酸溶液从草酸铵提取后的枳壳残渣中获得了酸溶性果胶FCAP。FCAP(M_w,1.05×10~6 Da)的甲酯化度为73.14%,其结构中同时存在HG和RG-I两种结构域。HG结构域(52.88%)的主链由摩尔比为1:3的→4)-α-Galp A-(1→和→4)-α-Galp A-6-O-Me-(1→连接组成。RG-I结构域含有4.18%的主链,其侧链主要包括28.67%阿拉伯聚糖和3.22%半乳聚糖。FCAP的[η]为303.1 m L·g~(-1),R_h为21.9 nm,在溶液中以球状结构或者无规则卷曲的链构象存在。当FCAP的浓度为0.5%时,在FCAP的表观黏度与剪切速率关系的研究中呈现典型的牛顿流体,且溶液浓度与黏度呈正相关。FCAP的固体形貌中同时存在片状结构、细丝状结构和球状结构。(5)通过对比乳液的表观和微观形貌、粒径、电位和稳定性,分析FWP-60、FHWP-50、FAOP和FCAP的乳化能力,探究枳壳果胶结构特征对其乳化稳定性的影响规律。结果表明,与其他三种果胶相比,FWP-60制备的乳液具有较好的乳化稳定性。对比分析四种枳壳果胶的结构发现,FWP-60的HG结构域含量最高,RG-I结构域支链含量最低,这种结构可以降低乳液液滴之间的空间相互作用。因此,果胶乳液的稳定性主要受到HG与RG-I的比例以及RG-I侧链长度的影响。为了优化FHWP-50、FAOP和FCAP的乳化能力,向乳液中加入了不同浓度的钙离子。结果表明,钙离子的引入可以使FAOP制备的乳液稳定性显著增强,且当钙离子浓度为5 m M时,乳液的稳定性最佳。SEM结果显示,钙离子的加入促进了FAOP“蛋盒”结构的形成。对比果胶制备乳液的液滴大小、Zeta电位、流变性能、分布形态以及稳定性等结果,发现钙离子影响乳液稳定性的作用机制可能与乳液中颗粒的聚集程度有关。因此,FAOP可以作为食品、医疗和工业领域乳液配方或稳定剂的一种新型替代品。综上,四种枳壳果胶均由HG果胶和高分支化的RG-I果胶构成,采用冷水提取能够制备出含有～80%以上HG结构域的果胶,而逐步采用热水、螯合剂和酸液提取更易获得RG-I结构域占比较大的果胶,并且RG-I果胶特点是主链较短,且含有大量的阿拉伯聚糖和半乳聚糖侧链。四种提取方法获得的HG和RG-I果胶在结构域种类上具有相似性,均为高酯化果胶。进一步探究四种果胶结构特征对其乳化稳定性影响,结果发现FWP-60果胶可以获得稳定性较好的乳液。其稳定机制可能与FWP-60特性黏度和HG与RG-I比值较大、RG-I侧链较短有关。因为短支链的RG-I区域可以更好的提供空间稳定,使得乳液液滴彼此之间保持相对恒定的距离。因此,枳壳果胶中的线性HG和少量RG-I结构域的存在,有利于创建物理稳定的乳液。同时当FAOP中添加5 m M的钙离子时,所获得的乳液稳定性最佳,这可能是由于钙离子的加入影响了乳液中颗粒的聚集程度。因此,添加钙离子有助于提高FAOP乳液的稳定性。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2023
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