基于高压均质化处理的Premna microphylla Turcz果胶的结构变化及其流变特性

《Food Chemistry》：Structural variation and rheological behaviour of pectin from Premna microphylla Turcz based on high-pressure homogenisation treatment

高压均质处理（0-120 MPa）显著改变草酸铵提取的PMT叶果胶结构并增强功能特性，分子量从151.1 kDa降至104.3 kDa，GalA含量增至73.24%，剪切稀化性提升，抗氧化活性增强（IC50值降低），热稳定性提高。

　　

董康振|王俊辉|郑吉顺|高丽

教育部工程研究中心，合肥工业大学生物工艺实验室，中国合肥230601

摘要

本研究探讨了在0–120 MPa高压均质处理条件下，对从Premna microphylla Turcz中提取的草酸铵果胶的影响。随着均质压力的增加，果胶的重量平均分子量从151.1 kDa降低到104.3 kDa，酯化程度从8.49%降至5.60%，而半乳糖醛酸含量从66.60%增加到73.24%。果胶的链构象从半柔性结构转变为不规则螺旋结构。平均粒径从886.9 nm减小到173.6 nm，多分散指数从0.563降低到0.326。改性后的果胶表现出更好的剪切稀化行为，降低了触变性，并提高了热稳定性。其抗氧化活性显著增强，1,1-二苯基-2-皮克里尔肼（DPPH）自由基、2,2'-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）和羟基自由基的IC₅₀值分别从3.58 mg/mL、7.19 mg/mL和4.72 mg/mL降低到2.61 mg/mL、5.95 mg/mL和3.49 mg/mL。总体而言，高压均质处理有效地改进了果胶的结构和功能，展示了其在食品应用中的潜力。

引言

果胶是植物细胞壁中的关键杂多糖（Kumar等人，2021年），其功能特性高度依赖于其结构特征，尤其是酯化程度（DE）和分子构象（Nwokocha和Williams，2016年；Xu等人，2022年）。通过适当的提取和改性工艺，可以调整这些特性以满足特定的工业需求。Premna microphylla Turcz（PMT）是一种广泛分布于中国东南部山区的灌木。其叶片具有药用价值，包括解毒和消肿作用，还可用于制作名为“观音豆腐”的可食用凝胶，既可作为食品也可作为药物（Yu等人，2022年；Zhang等人，2019年）。从PMT叶片中提取的果胶因其丰富的生物活性和独特的加工特性而被视为高质量原料（Duan等人，2022年；Zhan等人，2009年）。然而，由于缺乏适合工业规模应用的有效改性技术，草酸铵提取的果胶（AOP）的潜力尚未得到充分开发。

多糖可以通过化学、物理和生物方法进行改性（Li等人，2016年）。然而，微波和超声波辅助技术受能量穿透深度的限制，这阻碍了其在工业生产中的大规模应用。化学改性方法通常需要大量试剂，带来环境问题，而酶法改性的工业应用主要受到高成本的制约（Yang等人，2024年）。在适合工业使用的多糖改性方法中，高压均质化（HPH）作为一种有前景的非热处理技术脱颖而出。HPH通过高频振荡、高速剪切、碰撞和空化等机械力处理流体产品，从而实现杀菌、改善物理化学性质和增强流体稳定性（Betoret等人，2015年）。该技术具有能耗低、环保、操作简单和过程可控性高的优点（Liu等人，2015年）。关于HPH在多糖加工中的应用研究主要集中在提高提取效率和改性多糖的结构与功能上。先前的研究表明，HPH显著提高了多糖的提取产量和抗氧化活性（Li等人，2017年；Zhou等人，2022年）。此外，Xie等人（2021年）报告称，HPH可改变单糖组成、降低分子量（M_w）并改变罗望子籽多糖的链构象。Xu等人（2022年）进一步表明，HPH促进了多糖的解聚和新网络结构的形成，有利于生产富含膳食纤维的多糖产品。然而，HPH在果胶改性中的应用仍相对较少，HPH调节果胶结构-功能关系的机制尚需进一步阐明。

因此，可以合理假设HPH处理可能诱导果胶链的解聚，从而暴露出功能基团并增强分子间相互作用。这些变化可能会改善流变性能和抗氧化活性。本研究旨在系统评估HPH处理（0–120 MPa）对果胶结构-功能关系的影响。具体分析了分子量、单糖组成和链构象的结构变化。通过测量剪切稀化性质、触变性和动态粘弹性来评估流变行为，同时使用自由基清除试验评估抗氧化能力。本研究不仅阐明了HPH处理影响果胶结构和性质的机制，还为HPH处理的AOP（HAOP）在食品工业中的更广泛应用提供了理论基础。

材料

新鲜的PMT叶片由中国安徽省合肥市合肥膳食纤维生物技术有限公司提供。草酸铵由中国广东省汕头市西龙科技有限公司购买。单糖标准品、酚酞、1-苯基-3-甲基-5-吡唑酮（PMP）、氢氧化钠标准滴定溶液、盐酸标准滴定溶液和半乳糖醛酸标准品由中国上海市源业生物技术有限公司提供。此外，还使用了牛血清白蛋白。

M_w和链构象分析

四种HAOP样品的M_w分布通过SEC-MALLS进行分析（图S1）。随着均质压力的增加，保留时间逐渐延长，多分散性减小，M_w降低。如表1所示，M_w、多分散指数（M_w/M_n）和平均回转半径（R_g）均随压力增加而降低，M_w从HAOP-0的151.1 kDa降至104.3 kDa，证实了压力引起的果胶降解。多分散性进一步通过M_n < M_{w得到验证。}

结论

本研究系统探讨了HPH处理（0–120 MPa）对AOP结构和功能的影响。HPH显著将M_w从151.1 kDa降低到104.3 kDa，多分散指数（PDI）从1.794降低到1.234。酯化程度从8.49%降至5.60%，平均粒径从886.9 nm减小到173.6 nm。结构分析显示，果胶的链构象从半柔性结构转变为不规则螺旋结构，表现为α值从0.68降至0.57。

作者贡献声明

董康振：撰写初稿、数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析、概念构思。王俊辉：撰写与编辑、结果验证、项目监督、资源协调。郑吉顺：撰写与编辑、项目监督、资源协调、方法设计、数据分析、概念构思。

资助声明

本研究得到了安徽省重点研发项目（编号：2023n06020034）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。