闊葉羊棲菜中褐藻膠的提取及應(yīng)用

王振偉，王維宇

黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院（開封 475000）

羊棲菜是一種海洋中生長的孢子植物，屬于底棲附生型藻類，其主要生長在太平洋西部暖溫帶水域。在我國，以浙江和福建沿海海域居多[1]。我國海域中生長的羊棲菜葉狀體形狀差異較大，主要有長葉狀、棒狀、闊葉狀等形態(tài)，其中闊葉狀羊棲菜的多糖含量較高，可達(dá)到羊棲菜干重的50%以上，羊棲菜的多糖主要由填充在細(xì)胞壁之間的褐藻膠及細(xì)胞質(zhì)中的褐藻淀粉組成，有文獻(xiàn)表明褐藻膠是由α-L-古羅糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸以糖苷鍵連接而成的聚合物[2-3]。褐藻膠的提取方法主要有酸堿法、酶法、超聲法和沉淀法4種，褐藻膠常與褐藻糖膠相伴相生，如何分離出褐藻糖膠、提高褐藻膠純度是現(xiàn)如今提取羊棲菜褐藻膠的研究重點(diǎn)[4]。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

羊棲菜（榮成市旭豐水產(chǎn)有限公司）；無水乙醇（山東創(chuàng)利新材料有限公司）；乙醚（北京海力揚(yáng)化學(xué)科技有限公司）；丙酮（重慶寶潤化工產(chǎn)品有限公司）；果膠酶（西安大豐收生物科技有限公司）；纖維素酶（陜西晨明生物科技有限公司）；Na2HPO4（山東振華工業(yè)股份有限公司）；NaH2PO4（鄭州市九州化工有限公司）；氯化鈣（延安市盛源化工有限公司）；氯化鈉（合肥玉坤化工物資有限公司）；卡拉膠（河南果晨生物科技有限公司）；羧甲基纖維素鈉（鄭州天順食品添加劑有限公司）；稀鹽酸（南京化學(xué)試劑股份有限公司）。

JB型超溫粉碎機(jī)（江陰市寶利機(jī)械制造有限公司）；TG-16G型臺式離心機(jī)（常州金壇良友儀器有限公司）；DZF-6050型真空干燥箱（北京海天友誠科技有限公司）；SHK-R101分析天平（上海恒克儀器科技有限公司）；NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（上海高致精密儀器有限公司）；V-1300型分光光度計(jì)（天津弗洛拉自動(dòng)化科技有限公司）。

1.2 羊棲菜預(yù)處理

將從海水中取出的羊棲菜切碎，以無水乙醇作溶劑，微沸回流3 h，采用乙醚洗滌并干燥，經(jīng)丙酮處理得到脫脂、脫色素羊棲菜。羊棲菜烘干后經(jīng)超溫粉碎機(jī)處理，過0.106 mm篩得到羊棲菜碎末。

1.3 褐藻膠的酶法提取

為了保證褐藻膠的生物活性較為良好，采取酶法提取方法提取羊棲菜中的褐藻膠。向羊棲菜碎末加入一定量的去離子水、果膠酶、纖維素酶，用Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液調(diào)節(jié)pH偏堿性后，在水浴鍋中保溫45 ℃浸提5 h，將浸提液加熱升溫使酶的活性鈍化。浸提液經(jīng)離心處理去除雜質(zhì)后，參照文獻(xiàn)[5]進(jìn)行鈣析-離子交換脫鈣操作，得到的褐藻酸鈉凝膠中加入稀鹽酸進(jìn)行酸化，干燥脫水即得褐藻膠。

1.4 褐藻膠食品增稠劑的復(fù)配

稱取一定量的褐藻膠與蒸餾水充分?jǐn)嚢?，于室溫環(huán)境靜置1 d。水浴溫度設(shè)置為35 ℃恒溫，褐藻膠溶液與卡拉膠、羧甲基纖維素鈉按照質(zhì)量比6∶3∶1的比例混合均勻，補(bǔ)加60 ℃的去離子水?dāng)嚢柚梁隣?，冷卻后備用。

1.5 測定方法

1.5.1 褐藻膠含量的測定

參照文獻(xiàn)[6]，采用質(zhì)量法進(jìn)行測定。將待測試樣加入碳酸鈉水溶液中，經(jīng)加熱、過濾、酸化、老化、中和、脫水、烘干稱重操作后，按式（1）計(jì)算褐藻膠含量。

1.5.2 褐藻膠純度的測定

采用咔唑硫酸法[7]可測定出褐藻膠質(zhì)量，與終產(chǎn)品質(zhì)量的比值即為純度。

1.5.3 膨脹率和抗融率的測定

參考文獻(xiàn)[8]進(jìn)行測定。

1.5.4 黏度的測定

采用NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測定。

1.5.5 感官評價(jià)

按照SB/T 10013—2008《冷凍飲品——冰淇淋》感官指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，由13人組成評價(jià)小組，以100分為總分進(jìn)行個(gè)人打分，個(gè)人打分的均值作為最終評分。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 浸提溫度對褐藻膠含量的影響

浸提溫度對褐藻膠含量的影響如圖1所示。隨著溫度上升，酶的活性越來越強(qiáng)，作用于羊棲菜中褐藻膠的提取效果也越來越好。溫度達(dá)到45 ℃時(shí)，酶的活性處于最佳狀態(tài)，此時(shí)浸提出來的褐藻膠含量也最大，達(dá)到72%。繼續(xù)增大浸提溫度會(huì)使得酶的活性開始發(fā)生鈍化，不利于褐藻膠的提取工藝試驗(yàn)效果。

圖1 浸提溫度與褐藻膠含量的關(guān)系曲線

2.1.2 浸提時(shí)間對褐藻膠含量的影響

如圖2所示，隨著浸提時(shí)間延長，褐藻膠含量明顯上升，5～8 h浸提時(shí)間內(nèi)褐藻膠含量不變，達(dá)到68%，9 h時(shí)褐藻膠含量達(dá)到最大，為69%。此時(shí)藻體基本完全被破壞，褐藻膠從羊棲菜中脫離進(jìn)入溶液體系的程度較為完全。

圖2 浸提時(shí)間與褐藻膠含量的關(guān)系曲線

2.1.3 酶加入量對褐藻膠含量的影響

試驗(yàn)按照羊棲菜干重比例1%，2%，3%，4%，5%和6%加入混合酶（果膠酶+纖維素酶），探討酶加入量對提取褐藻膠含量的影響，結(jié)果如圖3所示。纖維素酶的作用是破壞和分解細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使得褐藻膠的流動(dòng)性增強(qiáng)，而果膠酶的作用是分離褐藻膠和褐藻糖膠，使得褐藻膠得以純化。從酶加入量對褐藻膠含量的影響結(jié)果來看，酶加入量4%時(shí)，褐藻膠提取效果最佳，其含量達(dá)到71%，酶加入量5%和6%試驗(yàn)組的浸提結(jié)果不理想，褐藻膠含量相對有所下降。推斷此時(shí)果膠酶和纖維素酶過剩，離心分離并未將其從浸提液中完全分離，從而使得褐藻膠的最終相對含量有所下降，純度降低。

圖3 酶加入量與褐藻膠含量的關(guān)系曲線

2.1.4 NaCl溶液濃度對褐藻膠含量的影響

NaCl溶液的作用是在離子交換脫鈣過程中起到間歇式脫鈣的作用，同時(shí)提供Na+交換生成褐藻酸鈉凝膠方便酸化脫水得到褐藻膠。試驗(yàn)中脫鈣的完全程度會(huì)直接影響最終得到的褐藻膠含量大小。從圖4可以看出，NaCl溶液濃度18%時(shí)，褐藻膠含量達(dá)到峰值73%，說明此時(shí)NaCl溶液的脫鈣作用良好，褐藻膠中的鈣含量較低，故終產(chǎn)品中褐藻膠的相對含量較高。

圖4 NaCl溶液濃度與褐藻膠含量的關(guān)系曲線

2.2 正交試驗(yàn)對浸提條件的優(yōu)化

在上述4個(gè)單因素影響褐藻膠含量的分析討論基礎(chǔ)上，以褐藻膠含量和純度為參考指標(biāo)，設(shè)計(jì)四因素三水平正交表（L34）進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化試驗(yàn)方案，正交試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。其中，A為浸提溫度，選取水平40，45和50 ℃；B為浸提時(shí)間，選取水平5，6和7 h；C為酶加入量，選取水平4%，5%和6%；D為NaCl溶液濃度，選取水平16%，18%和20%。

表1 正交試驗(yàn)方案表

由表2可得影響褐藻膠含量的因素的重要程度順序?yàn)锽＞A＞C＞D。而在純度方面，只有4號試驗(yàn)（A2B1C2D3）和6號試驗(yàn)（A2B3C1D2）的純度測定結(jié)果超過90%。綜合考慮單因素試驗(yàn)最佳組合A2B1C1D2和試驗(yàn)組平均K值計(jì)算結(jié)果，確定正交試驗(yàn)最佳組合方案A2B3C2D2（浸提溫度45 ℃，浸提時(shí)間7 h，酶加入量5%，NaCl溶液濃度18%）。為確定正交試驗(yàn)最佳組合方案A2B3C2D2的試驗(yàn)效果，需進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。3次驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，褐藻膠平均含量為70.3%，平均純度為91.5%，浸提效果較為優(yōu)秀，達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)。

表2 正交試驗(yàn)測定結(jié)果

表3 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

2.3 褐藻膠食品增稠劑的應(yīng)用分析

2.3.1 2種冰淇淋成品的品質(zhì)對比

參考文獻(xiàn)[9-10]，將未加入添加劑的鮮果冰淇淋原液與加入褐藻膠食品增稠劑的冰淇淋原液分別制作成品后，比較2種成品之間的品質(zhì)差異，結(jié)果如表4所示。經(jīng)對比，加入褐藻膠增稠劑后的冰淇淋成品明顯綜合品質(zhì)更高，僅在膨脹率方面略不及冰淇淋原品，在抗融率、評分、感官品質(zhì)方面遠(yuǎn)優(yōu)于未加入褐藻膠增稠劑試驗(yàn)組的品質(zhì)評價(jià)。因此，褐藻膠食品增稠劑對提升鮮果冰淇淋的整體品質(zhì)有所裨益。

表4 2種成品的品質(zhì)比較

2.3.2 褐藻膠食品增稠劑的加入量對鮮果冰淇淋的品質(zhì)影響

試驗(yàn)選擇鮮果冰淇淋中可量化的膨脹率、抗融率、黏度3種指標(biāo)參數(shù)作為分析指標(biāo)，探討不同褐藻膠食品增稠劑加入量情況下的分析指標(biāo)變化，結(jié)果如表5所示。隨著褐藻膠食品增稠劑加入量增加，抗融率和黏度呈上升趨勢，而膨脹率則呈下降趨勢。食品增稠劑可以增大冰淇淋的流變性，促使其形成均勻而穩(wěn)定的形態(tài)，增強(qiáng)細(xì)膩度和整潔度的同時(shí)，提高冰淇淋舒爽滑口的感覺。通過綜合考慮表5中3種指標(biāo)的數(shù)據(jù)及成本，褐藻膠食品增稠劑加入量8%最佳。

表5 褐藻膠食品增稠劑對鮮果冰淇淋3種指標(biāo)性能的影響

3 結(jié)論

采用果膠酶和纖維素酶復(fù)合酶法提取羊棲菜中的褐藻膠，試驗(yàn)對影響褐藻膠含量的4個(gè)單因素（浸提溫度、浸提時(shí)間、酶加入量、NaCl溶液濃度）分別進(jìn)行探討，并采用正交試驗(yàn)對浸提褐藻膠的試驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，確定正交試驗(yàn)最佳組合方案：浸提溫度45 ℃，浸提時(shí)間7 h，酶加入量5%，NaCl溶液濃度18%。對最佳組合方案進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明提取的褐藻膠平均含量為70.3%，平均純度為91.5%。將提取的褐藻膠與卡拉膠、羧甲基纖維素鈉復(fù)配制備食品增稠劑應(yīng)用于冰淇淋成品，結(jié)果表明添加褐藻膠食品增稠劑的冰淇淋成品抗融率和表觀黏度更高，持水性、甜味表現(xiàn)更好，冰淇淋口感細(xì)膩，鮮果味道濃烈，且品嘗過后留有余味，整體口感上佳，松軟度適中。整體評分為84分，進(jìn)一步研究表明褐藻膠食品增稠劑加入量8%時(shí)，鮮果冰淇淋的整體品質(zhì)可達(dá)到最佳。