我院李春美教授團(tuán)隊(duì)在柿果膠的乳化特性及其機(jī)制研究中取得新進(jìn)展
根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織和國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，柿子為我國五大水果之一，我國柿栽培面積和年產(chǎn)量均居世界第一。目前，國內(nèi)外對(duì)柿天然產(chǎn)物的研究主要集中在柿多酚類物質(zhì)的提取及活性研究，關(guān)于柿中含量同樣豐富的果膠物質(zhì)的研究尚處于起步階段。
果膠作為一種天然的植物組成成分，具有安全無毒、良好的加工物性和生物活性，因而被廣泛應(yīng)用于食品醫(yī)藥等行業(yè)。目前，關(guān)于柑橘、蘋果、甜菜的果膠的研究與應(yīng)用較多。這三種果膠均能夠降低油-水界面張力，然而柑橘果膠、蘋果果膠的乳化性能相對(duì)較差。甜菜果膠的乳化能力較強(qiáng)，而pH值大小、離子強(qiáng)度、高溫等因素對(duì)其穩(wěn)定性影響較大，極大地限制了其在食品、化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，挖掘具有高乳化性及穩(wěn)定性的新果膠資源具有重要意義。柿子的果膠含量高于多數(shù)水果，如櫻桃、番茄、桃和百香果等，是一種潛在的、理想的果膠資源。
基于此，本研究以柿果膠為原料，從宏觀、微觀、界觀等角度多尺度多角度系統(tǒng)確證了柿果膠顯著強(qiáng)于商業(yè)甜菜果膠和柑橘果膠的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，并進(jìn)一步采用界面流變學(xué)、界面吸附動(dòng)力學(xué)、聚苯乙烯微球（PS）吸附模型、耗散型石英晶體微天平（QCM-D）及冷凍掃描電鏡（Cryo-SEM）等并結(jié)合化學(xué)組成、免疫點(diǎn)標(biāo)記、FT-IR、XRD、AFM、甲基化分析、核磁等技術(shù)手段系統(tǒng)揭示柿果膠的乳化機(jī)制以及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
圖1 柿果膠乳化特性的多尺度聯(lián)用分析
首先，對(duì)影響界面性能的的結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行了表征；通過接觸角測(cè)定、界面張力、界面剪切/膨脹流變、QCM-D、Cryo-SEM評(píng)估了柿果膠吸附在油-水界面的界面行為；進(jìn)一步地，基于結(jié)構(gòu)解析和界面表征多尺度確證了柿果膠的乳化和乳液穩(wěn)定行為。結(jié)構(gòu)解析表明柿果膠呈高甲酯化（71.93% ± 1.23%）、高支化度（32.35%）、和低分子量（4.789 × 104 g/mol）特征，且含有一定量的疏水基團(tuán)，有助于其快速吸附到油-水界面。與商業(yè)果膠相比中，柿果膠表現(xiàn)出較強(qiáng)的降低界面張力的能力（16.36±0.14 mN/m，1.0% w/v）；界面剪切流變（界面吸附和動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描）和界面膨脹流變（界面粘彈性、頻率掃描和振幅掃描）研究發(fā)現(xiàn)柿果膠在油-水界面形成了強(qiáng)粘彈性界面膜；PS吸附模型發(fā)現(xiàn)柿果膠可吸附在油-水界面并具有較高的吸附層厚度；QCM-D分析表明柿果膠在油-水界面形成了更厚的界面膜和更高的吸附量和粘彈性；Cryo-SEM顯微形態(tài)揭示柿果膠乳化液滴周圍形成了強(qiáng)大的“纏結(jié)和連接”網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了界面膜的粘彈性并可有效阻止油滴流動(dòng)。此外，通過聯(lián)用激光衍射技術(shù)、動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)、多重光散射技術(shù)和顯微觀察，柿果膠制備的乳液具有較小的粒徑值（D32、D43、Z-average、PdI和particle size）和液滴尺寸分布，表現(xiàn)出良好的乳化活性；通過結(jié)合Turbiscan、貯藏穩(wěn)定性和鹽離子及熱處理耐受性分析，柿果膠制備的乳液具有較小的乳析層厚度（0.68 ± 0.00 mm）、TSI值（<0.5）、MBS值（<0.2）、粒徑和電位變化等，表現(xiàn)出良好的乳化穩(wěn)定能力。通過使用多技術(shù)和多尺度分析，本研究系統(tǒng)探究了柿果膠的界面、結(jié)構(gòu)、液滴性質(zhì)和乳液性質(zhì)之間的關(guān)系。
圖2 柿果膠的乳化穩(wěn)定模型
此研究從多角度系統(tǒng)確證了柿果膠極強(qiáng)的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，并系統(tǒng)揭示了其發(fā)揮強(qiáng)乳化活性的獨(dú)特機(jī)制，研究結(jié)果為柿果膠作為天然來源乳化劑的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)，也將我國柿子資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)提供參考。
本項(xiàng)研究工作連續(xù)發(fā)表于Food Hydrocolloids（Volume 131, 107738和107727，IF=9.147）期刊上，由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“特色經(jīng)濟(jì)林優(yōu)異種質(zhì)發(fā)掘和精細(xì)評(píng)價(jià)”（2019YFD1000600）資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107738; https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107727
圖3 果膠乳液的冷凍掃描電鏡形態(tài)：(A): 柿果膠; (B) 甜菜果膠; (C) 高酯化柑橘果膠; (D) 低酯化柑橘果膠.
通訊作者：李春美（E-mail: lichmyl@mail.hzau.edu.cn.），女，博士，三級(jí)崗教授，博導(dǎo)。中國園藝學(xué)會(huì)柿分會(huì)常務(wù)理事，中國農(nóng)學(xué)會(huì)農(nóng)產(chǎn)品加工分會(huì)理事。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任。一直致力于植物多酚化學(xué)及其健康效應(yīng)研究；入選瑞典“國際科學(xué)基金（IFS）”、“武漢市青年科技晨光計(jì)劃”、“ 湖北省杰出青年基金”、“教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才”等人才支持計(jì)劃；主持國家科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、公益性行業(yè)專項(xiàng)子課題、國家“十二五”科技支撐計(jì)劃子課題、教育部重點(diǎn)項(xiàng)目、湖北省重大科技攻關(guān)計(jì)劃等課題30多項(xiàng)；以第一作者或通訊作者身份發(fā)表論文150多篇，其中SCI收錄100余篇。主編和副主編教材各1部，申請(qǐng)發(fā)明專利12項(xiàng)，授權(quán)6項(xiàng)。獲得廣東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、中華人民共和國農(nóng)業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中華產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、神龍中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
第一作者：賈洋洋，男，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2018級(jí)博士生，導(dǎo)師為李春美教授，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)。
審核人：李春美、劉石林
編輯：王丹娟
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