紫薯，又叫黑薯，薯肉为紫色至深紫色，具有很高的食用、药用及保健功能。紫薯中含有人体所需的多种氨基酸和矿物质元素，含量是一般甘薯的3倍～8倍，其中硒元素含量相当丰富[1]。紫薯有预防高血压和心血管疾病、减轻肝机能障碍、清除体内自由基、预防癌症等[2-3]多种保健功能。目前有关紫薯的研究多集中在紫薯全粉加工[4]、紫薯果冻[5]、紫薯色素的提取[6-7]等方面。
果胶是一种相对分子量在1 Da～4×105Da之间的植物源多糖，常作为凝胶剂和增稠剂应用在食品工业，另外果胶也作为保健食品原料应用在医药行业[8]。随着食品工业中果胶制品需求的不断增长，提高果胶的产量，寻找优质的果胶资源极为迫切。紫薯富含果胶，可作为一种安全、营养的果胶来源，顺应了市场需求。目前，对于紫薯果胶类多糖的研究报道很少，对于成分分析和稳定性的研究目前还未有报道，因此，本研究对紫薯提取所得果胶类多糖的成分及其稳定性进行研究，以期为紫薯果胶类多糖的开发和生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
紫薯：市售；全脂纯牛奶：Berglandmilch eGen公司；白砂糖：南宁市蜜杰食品有限责任公司；酸奶发酵剂（保加利亚乳杆菌Lactobacillus bulgaricus、嗜热链球菌Streptococcus thermophilus）：安琪酵母股份有限公司；紫薯果胶类多糖：广西农业职业技术学院食品分离纯化实验室自制；D-半乳糖醛酸：上海源叶生物科技有限公司；牛血清蛋白：北京索莱宝试剂公司；柠檬酸（食品级）：日照金禾博源生化有限公司。
1.2 仪器与设备
PL203电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；T6-新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；PHS-3C pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；HH-S1数显恒温水浴锅：金坛市医疗仪器厂；KQ-500DE数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；RE 52-99旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；TD-600台式低速离心机：四川蜀科仪器有限公司；4-10N SX2系列箱式电阻炉：上海齐欣科学仪器有限公司；XWTD-8222恒温培养箱：上海精宏实验设备有限公司；Waters1525高效液相色谱仪（配2410示差折光检测器）：美国沃特世公司。
1.3 方法
1.3.1 原料预处理
紫薯用清水洗净，切小块后，用95%乙醇浸泡30 min，流动水淘洗2次～3次，沥干后置于烧杯中，加入适量水，于85℃水浴加热15 min，冷却后用流水漂洗，除去紫薯中可溶性糖分及部分色素类物质。所得紫薯块于60℃烘箱干燥后、粉碎，过60目筛，冷藏，备用[9]。
1.3.2 紫薯果胶类多糖的提取及纯化
称取一定量处理好的紫薯粉末，料液比1∶4（g/mL）用纯水充分溶解，用纤维素酶酶解后，柠檬酸调pH 2.0，于50℃恒温水浴90 min，超声波（300 W）辅助提取20 min，离心 4 000 r/min、15 min，收集上清液，将上清液于旋转蒸发仪上浓缩至原体积的1/4，待浓缩好的原液冷却后按1∶3（体积比）加入5%酒石酸乙醇溶液，静置90 min，得沉淀，即为紫薯果胶类多糖提取液，40℃干燥后，备用。
参考Wang等[10]的方法，取100.00 mg粗果胶类多糖溶解于10 mL去离子水，上样至DEAE-cellulose层析柱中，以0.4 mol/L的氯化钠溶液洗脱，流速为0.8 mL/min，每管收集10 mL，苯酚-硫酸法测定各管多糖的含量，将洗脱液进行浓缩、透析、冻干后，得到初步纯化的紫薯果胶类多糖样品。称取150 mg初步纯化的样品，溶于3 mL去离子水中，上样至Sephadex G-100凝胶柱中，去离子水洗脱，流速0.5 mL/min，每管4 mL，苯酚-硫酸法测定各管多糖含量，收集洗脱液，浓缩、透析、冻干，即为紫薯果胶类多糖纯品。
1.3.3 发酵乳酸饮料的制备
取500 mL烧杯，加入全脂纯牛奶400 mL，5%白砂糖混合均匀，加热溶解，冷却至35℃～40℃，于25 MPa下均质15 min，巴氏杀菌后，加入0.5%的酸奶发酵剂，置于41℃恒温培养箱中发酵10 h，将发酵后的酸奶于4℃下保存24 h，可得发酵乳；另取一烧杯，配制不同浓度的紫薯果胶类多糖溶液，加5 g白砂糖，取发酵乳40%，将两者混合均匀，用柠檬酸调节pH值至3.7，并补加水至100 mL。将上述混合乳置于60℃水浴中恒温0.5 h，于25 MPa下均质15 min，水浴85℃灭菌10 min，冷却后灌装并于4℃冰箱保存。
1.3.4 紫薯果胶类多糖主要成分分析
依照GB 25533—2010《食品安全国家标准食品添加剂果胶》测定干燥减量、酸不溶物灰分、总半乳糖醛酸等理化指标。
pH值测定：使用PHS-3C pH计测定pH值。
总糖的测定：参考王培等的方法[12]。
蛋白质含量测定：采用王芳等的方法测定[13]。
酯化度的测定：果胶类多糖的酯化度测定采用美国食品化学药典和美国药典的方法[14-15]，准确称取果胶类多糖1.00 g，用少量无水乙醇润湿后，溶于100 mL除去二氧化碳的去离子水中，加入5滴酚酞指示剂，再用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，记录下消耗的NaOH溶液的体积（V1），为样品的原始滴定度；向样品中继续加入0.5 mol/L NaOH溶液20 mL，强烈振荡摇匀静置15 min，加入20 mL 0.5 mol/L HCl，连续振摇使溶液粉色消失后，再加入3滴酚酞指示剂，最后用0.1 mol/L NaOH滴定至溶液呈粉色至不变，记录所消耗的NaOH的体积（V2），计算酯化度。
1.3.5 紫薯果胶类多糖分子量分布情况测定
1.3.5.1 样品溶液的制备
称取紫薯果胶类多糖0.5 g溶解于2 mL蒸馏水中，制成果胶多糖溶液，为防止溶解性较差的多糖对试验的影响，先将溶液置于离心机中，4 000 r/min，离心30 min，取1 mL上清液，加入1 mL超纯水稀释。使用0.45 μm的微孔滤膜过滤备用[16]。
1.3.5.2 测定方法
采用高效凝胶过滤色谱法（high performance gel filtration chromatography，HPGFC）测定果胶类多糖的分子量分布情况。色谱条件为：色谱柱UltrahydrogelLinear 300 mm×7.8 mm，流动相0.1 mol/L硝酸钠溶液，流速 0.8 mL/min，柱温 35 ℃，进样量 25 μL，示差折光检测器检测得出紫薯果胶类多糖分子量分布的保留时间tR。
1.3.6 紫薯果胶类多糖添加量的选择
按1.3.3制备乳酸饮料，紫薯果胶类多糖添加量分别为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%。将离心管烘干恒重后冷却称重，记录m1；制备好的乳酸饮料摇匀后取20.00 g，置于离心管中，称重m2，离心4 000 r/min 15 min，取出静置10 min，弃去上层液体，离心管倒置沥干20 min后，称重m3，计算沉淀率[17]。平行样品3次取平均值。考察不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料沉淀率的影响。
1.3.7 乳酸饮料稳定性R值的考察
采用测定贮藏前后乳酸饮料顶层乳浊液透光率的方法。取2 mL乳酸饮料于100 mL容量瓶中，加去离子水定容，在750 nm下测定其贮藏前后的透光率[18]。连续考察3 d，之后每12 d考察一次，考察至30 d结束。用R值来衡量体系的稳定性，R值按公式（3）计算。
式中：R为饮料透光率变化率，%；T1为贮藏0 d饮料顶层体系的透光率，%；T2为贮藏不同时间饮料顶层体系的透光率，%。
1.3.8 感官评鉴方法
邀请10名经过感官鉴定培训的人员，根据乳酸饮料的口感、组织状态、清爽度和稳定性4项指标进行评分，满分40分，最终每项指标的得分取10人平均值，评分标准见表1。
表1 乳酸饮料感官评分标准
Table 1 Standardized sensory of lactic acid beverage
牛乳清香、酸甜适宜、无异味（8分～10分）香气较淡、酸甜可接受、无异味（5分～7分）无乳香味、偏酸或偏甜（0分～4分）组织状态（10分） 组织细腻、均匀、无颗粒沉淀项目 评价要求 评分标准口感（10分） 有酸牛乳香味、酸甜适宜、无异味组织细腻、均匀、无颗粒沉淀（8分～10分）组织细腻、均匀、有少量颗粒沉淀（5分～7分）组织粗糙、不均匀、有大量沉淀（0分～4分）清爽度（10分） 润滑爽口、稠稀适中口感清爽、稀稠适中（8分～10分）口感一般，稀稠可接受（5分～7分）过稠或太稀（0分～4分）稳定性（10分） 无分层、无或少量乳清析出无分层、无乳清析出（8分～10分）无分层、少量乳清析出（5分～7分）有分层，有明显乳清析出（0分～4分）
1.4 数据处理
所有试验均平行3次，结果用平均值表示。运用Microsoft Excel 2013进行数据处理。
2 结果与分析
2.1 紫薯果胶类多糖主要成分分析
紫薯果胶类多糖主要成分分析如表2所示。
表2 紫薯果胶类多糖主要成分指标
Table 2 The main compositions of pectic polysaccharide of purple sweet potato
项目 干燥减量/% 酸不溶灰分/% 总半乳糖醛酸/% pH值 酯化度/% 总糖/% 蛋白质含量/%测定结果 4.32 0.32 65.24 4.22 31 65 1.02 GB 25533—2010《食品安全国家标准食品添加剂果胶》≤12 ≤1 ≥65
果胶类多糖的各项指标均达到了GB 25533—2010《食品安全国家标准食品添加剂果胶》的标准。其中，总半乳糖醛酸含量为65.24%，总糖为65%，蛋白质含量为1.02%，酯化度为31%，属于低酯果胶，食品工业中主要用于果汁、乳制品等的稳定剂和增稠剂。
2.2 紫薯果胶类多糖分子量分布
紫薯果胶类多糖的HPGFC图谱见图1。
从图1可以看出，紫薯果胶类多糖的分子量分为两部分，出峰时间在13.0 min～18.0 min时，紫薯果胶类多糖的重均分子量为70 745 Da；出峰时间在18.0 min～22.0 min时，重均分子量为968 Da。在第一部分没有突出的高峰，是一个连续平坦的宽峰，表明多糖分子量主要是均匀的连续分布状态，属于高分子量的多糖，其水溶性较差；后面出现了一个相对尖锐的窄峰，属于低分子量多糖，主要特点是水溶性好，遇水即溶，且在水溶液中稳定性很好[19]，因此，可用于乳酸饮料的增稠剂和稳定剂。
图1 紫薯果胶类多糖的HPGFC图谱
Fig.1 HPGFC chromatogram of purple sweet potato pectic polysaccharide
2.3 不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料沉淀率的影响
在国家相关规定中，食品稳定剂归于食品添加剂，在食品中的最大使用量为0.3%以内。图2为不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料稳定性的影响单因素试验结果。
图2 不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料沉淀率的影响
Fig.2 Effects of different pectic precipitation rate of lactic acid beverage
由图2可知，随着果胶类多糖添加量增加，离心沉淀率逐渐减低。考虑到黏度增大对口感的影响，选择果胶类多糖添加量为0.20%，此时口感较好。
2.4 果胶类多糖添加量对乳酸饮料稳定性的影响
不同果胶类多糖添加量对乳酸饮料稳定性R值的影响见表3。
表3 不同果胶类多糖添加量下的乳酸饮料稳定性
Table 3 Stability at different additions of lactic acid beverage
果胶类多糖添加量/%稳定性R值第1天 第2天 第3天 第15天 第27天 第30天0 83.6 87.9 90.2 103.8 122.5 130.6 0.05 96.8 96.1 95.6 94.2 93.4 92.8 0.10 97.5 96.6 95.9 94.8 94.0 93.5 0.15 98.1 97.0 96.2 95.0 93.7 93.2 0.20 98.7 97.9 96.7 95.6 94.2 93.8 0.25 99.8 99.4 98.9 98.0 97.2 97.0 0.30 99.6 99.1 98.4 97.2 96.8 96.4
R值大小反映了乳酸饮料颗粒大小、密度的变化情况，是对大密度颗粒下沉和油脂上浮双重因素的反映，可以直观且形象地观察乳酸饮料的稳定效果变化[20]。把第0天的乳酸饮料R值设定为100%，存放30d，对果胶类多糖添加量为0%～0.30%的乳酸饮料R值进行分析。由表3可知，空白组R值在贮藏过程中变化明显，随着贮藏时间的延长，不同果胶类多糖添加量的R值都有变化，这可能是因为在贮藏过程中分层的出现，导致上层体系颗粒中密度大的出现下沉；同时，添加量的不同，R值改变程度也不一样。添加量为0.25%的乳酸饮料R值最大且变化小，添加量为0.05%的乳酸饮料R值最小。相比空白组，添加果胶类多糖的乳酸饮料贮藏过程中R值变化小，主要原因可能是加入的稳定剂与乳酸饮料中的酪蛋白产生缔合，增大了分子间的体积，更有效地吸附了蛋白质分子，增强稳定性，再次验证了添加紫薯果胶类多糖的乳酸饮料稳定性效果好。
2.5 感官评价结果
感官评价结果见表4。
表4 乳酸饮料的感官评分结果
Table 4 The sensory evaluation of lactic acid beverage
紫薯果胶类多糖添加量/% 口感 组织状态 清爽度 稳定性 总分空白 6.0 5.0 6.0 6.0 23.0 0.05 6.0 6.5 7.0 8.0 27.5 0.10 7.0 7.0 8.0 8.0 30.0 0.15 8.0 8.0 8.0 8.5 32.5 0.20 9.5 10.0 9.5 10.0 39.0 0.25 9.0 9.0 9.0 9.5 36.0 0.30 8.5 9.0 8.5 9.5 35.5
从表4中可知，添加果胶类多糖组的评分都高于空白组，主要是因为添加稳定剂对乳酸饮料中酪蛋白的聚集沉淀有影响，可以防止因重力作用而出现的蛋白质粒子下沉，从而改善乳酸饮料颗粒分布不均匀、分层严重、口感粗糙等现象[21]。从评分结果可知，感官评分最高的是添加量为0.20%的乳酸饮料，其次是0.25%。
3 结论
1）对超声波辅助酶法提取所得紫薯果胶类多糖的主要成分进行分析。结果表明，紫薯果胶类多糖干燥减量、酸不溶灰分、pH值、总半乳糖醛酸、酯化度、总糖、蛋白质含量分别为4.32%、0.32%、4.22、65.24%、31%、65%、1.02%。紫薯果胶类多糖属于低酯果胶，分子量分布分成两个区：大分子量区和小分子量区，前者分子量分散性大且分布较均匀；后者分子量分散性小，并集中显示出单分子量的特征。
2）提高果胶类多糖的添加量，离心沉淀率会降低，稳定性越好。考虑到乳酸菌饮料口感，果胶类多糖添加量在0.20%时口感较好。
3）稳定剂对乳酸饮料的稳定作用表现为R值稳定、感官评分高。随着贮藏时间的延长，不同果胶类多糖添加量的R值都有降低，添加量为0.25%的乳酸饮料R值最大且变化小，添加量为0.05%的乳酸饮料R值最小。与空白相比，添加了果胶类多糖的乳酸饮料在贮藏过程中R值变化都不大，说明添加了果胶类多糖后对产品的稳定性有明显改善。
4）在感官评价结果中，空白组远低于添加稳定剂组，主要是因为添加稳定剂对乳酸饮料中酪蛋白的聚集沉淀有影响，能防止因重力作用而出现的蛋白质粒子下沉，从而改善乳酸饮料颗粒分布不均匀、分层严重、口感粗糙等现象。从评分结果可知，感官评分最高的是添加量为0.20%的乳酸饮料，其次是0.25%。
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