楊亦雯，李大婧，包怡紅，聶梅梅，劉春菊，劉春泉，肖亞冬，牛麗影，吳海虹

（1.東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京 210014）

葡萄（Vitis viniferaL.）富含糖類、酚類、有機酸及多種礦物質(zhì)等，成熟的鮮葡萄中糖含量高達10%～30%，多酚類物質(zhì)含量約為316.3～1141.3 mg GAE/100 g DW[1]。研究表明，葡萄中的酚類物質(zhì)對肥胖、癌癥和心血管等慢性疾病具有一定的預(yù)防作用[2]。近年來，葡萄脆粒作為一種新型休閑食品受到消費者歡迎。然而，葡萄因糖含量高，干燥后更易形成果干類產(chǎn)品，這也是傳統(tǒng)葡萄干制品多為葡萄干的重要原因。干燥前對果蔬進行超聲波預(yù)處理不僅可提高其干燥速率，而且能夠改善最終產(chǎn)品品質(zhì)[3-4]。

超聲波作為一種常用的預(yù)處理方式，在果蔬加工中具有廣泛應(yīng)用。當(dāng)果蔬物料處于超聲波壓力場內(nèi)時，因空化氣泡的形成、增長和劇烈破裂及由此引發(fā)的一系列理化效應(yīng)，其中的細胞壁多糖物質(zhì)會發(fā)生相應(yīng)變化。細胞壁作為支撐果蔬細胞骨架和質(zhì)地的主要成分，其中的大分子物質(zhì)通過離子鍵或非離子鍵相互作用形成具有一定剛性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[5]。細胞壁多糖中的果膠因其復(fù)雜結(jié)構(gòu)在加工中非常敏感，其分子降解會破壞細胞三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低相鄰細胞間交聯(lián)強度，改變產(chǎn)品質(zhì)地[6-7]。一般果膠有三種鍵態(tài)，即水溶性果膠（WSP）、反式環(huán)己烷1、2-二胺四乙酸（CDTA）可溶性果膠（CSP）和碳酸鈉可溶性果膠（NSP），WSP 為通過非共價鍵或非離子鍵與其他細胞壁多糖松散結(jié)合的果膠，CSP 通過離子鍵與細胞壁交聯(lián)，而NSP 一般指通過共價鍵與細胞壁多糖交聯(lián)的果膠組分。典型的果膠分子鏈中均具有多聚半乳糖醛酸聚糖（HG）、鼠李半乳糖醛酸聚糖I 型（RGI）和鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅱ型（R-II）三個主要部分[8]。果膠分子結(jié)構(gòu)特征包括分子量、中性糖組分及含量、分子線性（或支鏈數(shù)量）、甲基和乙?；考磅セ植记闆r等。果蔬在預(yù)處理和干燥等加工過程均會對上述果膠分子特征產(chǎn)生作用進而改變其分子自身特性，從而影響果蔬制品品質(zhì)。Divyani 等[9]應(yīng)用超聲波輔助提取柑橘中的果膠，發(fā)現(xiàn)超聲波作用改善了果膠的理化特性。Zhang 等[10]研究表明，超聲處理顯著降低了蘋果果膠的重均分子量，但未改變該果膠的一級結(jié)構(gòu)。Huang 等[11]發(fā)現(xiàn)超聲處理后的蘋果脆片中水溶性果膠增加而原果膠含量減少，最終影響產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。Yu 等[12]研究表明不同品種蘋果干中果膠含量和結(jié)構(gòu)的變化不僅影響干制品質(zhì)構(gòu)，對其色澤也會產(chǎn)生影響。張鐘元等[13]發(fā)現(xiàn)真空微波干燥過程中細胞壁果膠酯化度和水溶性果膠含量的變化會影響南瓜脆片脆度和多孔結(jié)構(gòu)的形成。

如上所述，超聲處理和干燥過程能夠改變果蔬細胞壁果膠多糖特性，進而影響果蔬干制品品質(zhì)。然而，關(guān)于葡萄中果膠組分在超聲作用下的變化趨勢還不明確。因此，本研究采用不同超聲時間和超聲功率對葡萄進行預(yù)處理，通過咔唑硫酸法、PMP 柱前衍生化法、高效液相凝膠色譜分析、掃描電子顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜分析和圓二色譜分析等手段分析其中細胞壁果膠組分含量、單糖組成及含量、分子量及結(jié)構(gòu)變化，研究不同超聲時間和超聲功率對葡萄細胞壁果膠特性的影響，為進一步探討葡萄干制品品質(zhì)變化提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮葡萄 品種：夏黑，購于南京市孝陵衛(wèi)集貿(mào)市場（夏季7～9 月份），果實完整、成熟度及大小一致；無水乙醇、丙酮、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、氯仿、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、碳酸鈉 分析級，西隴化工股份有限公司；甲醇、乙腈 色譜級，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）、單糖（鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、果糖、葡萄糖、半乳糖）標(biāo)準(zhǔn)品 上海源葉生物科技有限公司；1，2-環(huán)己二胺四乙酸（CDTA）麥克林公司。

BSA-423S 型電子天平 上海精密儀器儀表有限公司；HZQ-F100 型全溫度振蕩培養(yǎng)箱 太倉市華美生化儀器廠；FD-1A-50 型真空冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；KQ-S1000VDE 型三頻數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；UV-6300 型紫外分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；1200 型高效液相色譜儀 美國安捷倫科技有限公司；EVO-LS10 型掃描電子顯微鏡 德國卡爾蔡司股份公司；Nicolet iS50 型傅里葉紅外光譜儀 美國Thermo Fisher Scientific 有限公司；Jasco-810 型圓二色譜儀 日本Jasco 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同超聲預(yù)處理方式 預(yù)實驗研究發(fā)現(xiàn)，低于80 ℃的溫度變化對葡萄中細胞壁果膠組分影響較小，因此本實驗中固定溫度55 ℃，以不同超聲功率和超聲時間開展葡萄細胞壁果膠組分變化的研究，具體超聲參數(shù)如下：

不同超聲處理時間：超聲頻率45 kHz、功率900 W，對稱取相應(yīng)質(zhì)量的葡萄分別進行20、30、40 和50 min的超聲處理；

不同超聲處理功率：超聲頻率45 kHz、時間30 min，對稱取相應(yīng)質(zhì)量的葡萄分別在700、800、900 和1000 W 功率下進行超聲處理。

以上超聲處理樣品均同時以未處理的葡萄樣品作為對照。

1.2.2 葡萄細胞壁醇不溶物性物質(zhì)（AIR）提取 細胞壁醇不溶性物質(zhì)的提取參考文獻[14]并稍作修改。稱取超聲處理后葡萄樣品100 g，剪碎研磨后加入300 mL 95%乙醇，均質(zhì)10 min 后過濾，隨后向濾渣中加入200 mL 95%乙醇，均質(zhì)10 min 后過濾，再向濾渣中加入200 mL 丙酮，置于培養(yǎng)箱中振蕩（37 ℃，150 r/min）處理5 min 后過濾，收集濾渣于40 ℃干燥箱中干燥16 h，獲得干燥的乙醇不溶物（AIR），置于干燥器中待進一步分析使用。

1.2.3 不同果膠組分的提取 3 種果膠組分的提取參考文獻[15-16]中的方法。具體為：準(zhǔn)確稱取1.000 g AIR 溶解于200 mL 沸水中，混合10 min 后冷卻過濾，將濾液透析72 h，冷凍干燥獲得WSP 組分。濾渣待進一步使用。

將WSP 濾渣溶解于200 mL 0.05 mol/L CDTA（含0.1 mol/L 醋酸鈉，pH6.5）溶液中，于28 ℃下振蕩后過濾，將濾液經(jīng)過3500 kDa 透析袋透析72 h，冷凍干燥獲得CSP 組分，濾渣待進一步使用。

將CSP 殘渣溶解于200 mL 0.05 mol/L 碳酸鈉（0.02 mol/L 硼氫化鈉）溶液中，在4 ℃條件下靜置提取16 h 后于28 ℃水浴振蕩器中振蕩6 h 后過濾。將濾液透析72 h，最后冷凍干燥獲得NSP 組分。

1.2.4 果膠中半乳糖醛酸與單糖含量測定 果膠半乳糖醛酸含量測定采用咔唑硫酸法[17]，本實驗中獲得的半乳糖醛酸含量標(biāo)曲為y=0.0059x+0.0494（R2=0.994）。

采用PMP 柱前衍生化法測定不同果膠中的單糖含量，具體參考武忠偉等[18]的方法。以水溶性果膠為例，步驟為：準(zhǔn)確稱取10 mg WSP 干燥樣品，用蒸餾水配成10 mg/mL 溶液，取100 μL 與100 μL 4 mol/L三氟乙酸（TFA）混勻并充氮封管，在110 ℃條件下水解4 h；冷卻后加入適量甲醇并減壓蒸干獲得水解物。然后將水解物溶于100 μL 蒸餾水中，加入100 μL 5 mol/L PMP（1-苯基-3-甲基-5-吡唑酮）甲醇溶液和100 μL 0.6 mol/L 氫氧化鈉溶液，混合均勻，于70 ℃水浴鍋中反應(yīng)100 min，冷卻至室溫加入鹽酸（0.45 mL 0.3 mol/L）于50 ℃減壓蒸干，加入1 mL 蒸餾水溶解，并加入2 mL 氯仿混合，充分搖晃，待其分層后收集水層；以上過程重復(fù)三次。最后采用0.45 μm 水系膜過濾待測。

色譜條件為：Agilent 1100 高效液相色譜儀；RPC18柱（4.6×250 mm，5 μm）；柱溫30 ℃；流動相比例83:17（v/v）的0.1 mol/L PBS（pH6.7）和乙腈；流速1.0 mL/min；檢測波長245 nm。

獲得的單糖標(biāo)準(zhǔn)曲線分別為：鼠李糖：y=7014.7x-123.98（R2=0.9978），阿拉伯糖：y=7712.9x-59.594（R2=0.9999），半乳糖：y=8420.5x-512.93（R2=0.9993），葡萄糖：y=8384.2x-1052（R2=0.9987），葡萄糖醛酸：y=7453.4x-104.39（R2=0.9994），甘露糖：y=8289.2x+7.0（R2=0.9995）。

1.2.5 果膠分子量測定 采用高效液相凝膠滲透色譜法[19]分析3 種果膠組分的分子量。稱取干燥后的果膠樣品3.0 mg，用0.01 mol/L 磷酸鹽緩沖液將其配制為3 mg/mL 的果膠溶液。液相色譜條件：色譜柱tsl-gel G3000SWXL，RID 示差檢測器，柱溫25 ℃，流動相為含0.1 mol/L Na2SO4的0.01 mol/L 磷酸鹽（pH=6.8）溶液，流速0.4 mL/min，進樣量20 μL。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線（lg Mw=-0.2419x+9.6895，x 為出峰時間，R2為0.99）計算3 種果膠的分子量。

1.2.6 掃描電子顯微鏡觀察 采用掃描電子顯微鏡觀測不同果膠組分顆粒的微觀形貌結(jié)構(gòu)。將少量果膠粉末粘在樣品座的膠帶上，在儀器內(nèi)進行真空鍍膜以及噴鍍電導(dǎo)層，在10 kV 電壓下放大50 倍對果膠的微觀形貌進行觀察。

1.2.7 傅里葉紅外光譜分析 采用Nicolet iS50 傅里葉變換紅外光譜儀對干燥的不同果膠組分粉末進行紅外光譜掃描分析其結(jié)構(gòu)特征，掃描范圍為500～4000 cm-1。每次掃描均用空氣光譜進行背景矯正，每次測定結(jié)束時需使用75%甲醇擦拭晶體。

1.2.8 圓二色譜分析 圓二色譜分析方法參考文獻[20]。具體參數(shù)為：波長190～260 nm，掃描速度50 nm/min，反應(yīng)時間4 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以上每組實驗均重復(fù)測定3 次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。分別采用Origin 9.0 軟件作圖，采用SPSS 25.0 軟件進行雙變量相關(guān)性分析和方差分析，Ducan 檢驗法進行顯著性分析（顯著水平P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同超聲處理對葡萄細胞壁果膠含量的影響

半乳糖醛酸（GalA）為果膠多糖的線性主鏈，是其最主要的成分，一般以半乳糖醛酸含量（mg/g AIR）表示果膠含量。不同超聲時間和超聲功率下葡萄細胞壁果膠含量的變化如圖1 所示，新鮮葡萄果膠組分中NSP 含量占比最高，為27.41 mg/g AIR。不同超聲時間處理后葡萄中果膠組分發(fā)生顯著變化（P<0.05）。隨著超聲處理時間的延長，總果膠含量呈下降趨勢；WSP 含量先上升后下降；CSP 含量逐漸降低，30、40 和50 min 處理之間無顯著性差異（P>0.05）；NSP 含量與CSP 具有相同變化趨勢；不同超聲功率處理后葡萄中果膠組分同樣發(fā)生顯著變化（P<0.05）。隨著超聲處理功率的增強，總果膠含量呈下降趨勢；WSP 含量先上升后下降；CSP 含量逐漸降低；NSP含量先下降后上升。超聲處理900 W 時，WSP 含量下降，NSP 含量增加。原因可能是此條件下果膠組分中形成了特殊的（碳酸鈉可溶）酯鍵[21]，使水溶性果膠向不溶性果膠轉(zhuǎn)化。綜上可知，超聲處理時間和超聲功率能夠使CSP 和NSP 含量降低，WSP 含量增加。這是因為果膠組分中通過離子鍵和共價鍵與細胞壁多糖連接的部分在超聲處理過程中向松散連接的組分轉(zhuǎn)化[21]。預(yù)處理后WSP 含量的增多是造成原料質(zhì)地變軟的主要原因。因此，考慮到超聲作用下總果膠與不同組分含量變化和葡萄原料質(zhì)地特性，選擇超聲時間30 min、超聲功率900 W 更能維持葡萄原料及干燥加工后產(chǎn)品品質(zhì)。

圖1 不同超聲時間和超聲功率下葡萄細胞壁果膠含量變化Fig.1 Changes of pectin in grape cell wall at different ultrasonic times and ultrasonic powers

2.2 不同超聲處理對葡萄細胞壁果膠單糖含量的影響

2.2.1 不同超聲處理對葡萄細胞壁果膠單糖含量的影響 果膠及其降解產(chǎn)物的單糖組成及含量可用來預(yù)測果膠溶液鏈構(gòu)象的變化[22]。表1 為不同超聲時間處理后葡萄中細胞壁不同果膠組分單糖組成及含量。由表可知，未經(jīng)超聲處理葡萄三種果膠中均含有鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖和阿拉伯糖，且不同果膠主要單糖組成和含量不同；其中WSP 中半乳糖和阿拉伯糖含量較高，CSP 中葡萄糖醛酸含量最多，而NSP 中鼠李糖含量最高。除上述4 種中性糖外，WSP中還包括甘露糖和葡萄糖，其中葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖含量占總含量的85%以上；NSP 中也含有葡萄糖，且鼠李糖、葡萄糖和半乳糖3 種糖含量占總含量的86%左右。

經(jīng)過不同超聲時間處理后，果膠組分中的單糖種類無變化，但含量發(fā)生不同程度變化。隨著超聲處理時間的延長，WSP 中鼠李糖含量增加，其余糖含量均呈下降趨勢，鼠李糖含量增加了63%，半乳糖含量由2.10 mg/g AIR 下降至1.42 mg/g AIR，阿拉伯糖含量由1.82 mg/g AIR 下降至1.02 mg/g AIR；CSP中鼠李糖和半乳糖含量先增加后減少，葡萄糖醛酸和阿拉伯糖呈下降趨勢，其中葡萄糖醛酸含量下降了12%左右；NSP 中半乳糖和阿拉伯糖先降低后增加，鼠李糖、葡萄糖醛酸和葡萄糖呈下降趨勢，其中鼠李糖含量下降了21%左右。進一步說明水不溶性果膠在一定超聲時間作用下會向水溶性果膠轉(zhuǎn)化，從而增加了其中單糖含量。

不同超聲功率處理后葡萄中細胞壁不同果膠單糖組成及含量變化如表2 所示。由表2 可知，不同超聲功率處理后3 種果膠組分的單糖種類無變化，含量整體呈下降趨勢。與超聲處理時間變化不同，隨著超聲功率的增加，WSP 中鼠李糖含量呈下降趨勢，降低了33%左右；CSP 中鼠李糖含量在超聲1000 W時顯著增加（P<0.05），由0.06 mg/g AIR 升高至0.13 mg/g AIR；NSP 中半乳糖和阿拉伯糖含量降低，鼠李糖含量在超聲處理1000 W 時顯著降低（P<0.05），降低了72%。以上結(jié)果表明高功率超聲作用更能使果膠分子鏈側(cè)鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

2.2.2 不同超聲處理對葡萄細胞壁果膠組分糖比率的影響 通過3 種糖比率的計算可獲得果膠多糖的相關(guān)結(jié)構(gòu)信息，糖比率1 表示果膠組分的線性關(guān)系，與果膠的同型半乳糖醛酸（HG）結(jié)構(gòu)域有關(guān)；糖比率2 表示鼠李糖半乳糖聚糖Ⅰ型和Ⅱ型（RG）部分占果膠多糖的比例；糖比率3 表示鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I 型（RG-I）部分的支鏈程度[23]。由表1 和表2 可知，在WSP 中糖比率3 最高，說明葡萄中水溶性果膠多以RG 鏈結(jié)構(gòu)存在，且支鏈程度較高；在NSP 中糖比率1 最高，是三個組分中線性程度最高的，其結(jié)構(gòu)域應(yīng)以HG 為主；而在CSP 中，其糖比率1 高于WSP，糖比率3 較WSP 低，故CSP 線性程度較WSP高，支鏈程度較NSP 高。

如表1 所示，隨著超聲時間的增加，三種果膠組分糖比率2 變化不明顯，表明果膠主鏈結(jié)構(gòu)未改變；WSP 的糖比率1 逐漸增大、NSP 的糖比率1 逐漸減小，說明二者的半乳糖醛酸含量為前者增多、后者逐漸減少，與2.1 中果膠含量變化一致；糖比率3 呈現(xiàn)顯著下降的趨勢，說明果膠側(cè)鏈中性糖與主鏈分離，發(fā)生斷裂。由表2 可知，與表1 中糖比率變化趨勢相似，隨著超聲功率的增加，WSP 的糖比率1 呈現(xiàn)增大的趨勢；CSP 的糖比率1 逐漸增大，糖比率3 逐漸減少；NSP 中糖比率1 先減少后增大，糖比率3 逐漸減少。由此可知，不同超聲處理均會對3 種果膠產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)域發(fā)生一定變化。

2.3 不同超聲處理對葡萄細胞壁果膠組分分子量的影響

分子量是果膠結(jié)構(gòu)特性之一，與其性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。不同超聲處理后葡萄細胞壁多糖三種果膠組分的分子量分布如圖2 所示。由圖可知，三種果膠組分具有相似的尺寸排阻色譜圖，每種果膠包含2～3個大分子聚合物，其中最高峰對應(yīng)高分子量果膠聚合物。因樣品處理批次不同，不同超聲功率處理后果膠組分的色譜圖與不同超聲時間處理后的有些偏差，但對結(jié)果分析無影響。不同超聲時間和超聲功率處理后，三種果膠組分的出峰時間基本無變化，說明從色譜圖出峰時間無法區(qū)分果膠分子量的明顯變化。

經(jīng)計算，不同超聲時間和超聲功率處理后3 種果膠組分分子量如表3 所示。由表可知，超聲處理前3 種果膠分子量大小順序為NSP>CSP>WSP。不同超聲時間處理后葡萄中不同果膠分子量發(fā)生了顯著變化（P<0.05），隨著超聲處理時間的增加，不同果膠的分子量整體均呈下降趨勢，其中WSP 與CSP分子量變化趨勢相同，均先減小，在超聲處理40 min時略微增加；NSP 分子量逐漸減少，在超聲處理30 min 后無顯著性差異（P>0.05）。不同超聲功率處理后不同果膠分子量同樣發(fā)生顯著變化（P<0.05）；隨著超聲功率的增加WSP 與NSP 分子量變化趨勢相同，均逐漸較少；CSP 分子量先降低后增加，功率900 W后又逐漸下降。綜上，超聲處理下葡萄細胞壁多糖中的3 種果膠分子量有降低，說明超聲作用可使果膠分子發(fā)生解聚。

2.4 不同超聲處理下葡萄細胞壁果膠微觀結(jié)構(gòu)

掃面電鏡（SEM）觀察不同超聲時間和超聲功率處理后三種果膠的表觀形貌，以進一步從微觀角度了解超聲對葡萄果膠組分的作用。本部分僅選擇了2 個超聲時間和超聲功率以驗證不同果膠組分微觀結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化。

不同超聲時間處理后果膠的微觀結(jié)構(gòu)如圖3 和圖4 所示，可知不同超聲時間和超聲功率處理對葡萄細胞壁果膠微觀形態(tài)具有較大影響，并且不同果膠組分在不同處理下呈現(xiàn)明顯不同的微觀結(jié)構(gòu)。超聲處理前WSP 呈現(xiàn)致密性、整體性，局部出現(xiàn)枝狀結(jié)構(gòu)；CSP 呈樹杈狀分枝和小片狀結(jié)構(gòu)，且相互疊加纏繞；NSP 表現(xiàn)出線狀和大片狀結(jié)構(gòu)，線狀結(jié)構(gòu)相互纏繞，片狀結(jié)構(gòu)有卷曲樣。如圖3 所示，隨著超聲時間的增加，3 種果膠微觀形態(tài)發(fā)生了明顯變化，WSP 出現(xiàn)顆粒狀和片狀卷曲樣結(jié)構(gòu)，CSP 觀察不到明顯的分枝結(jié)構(gòu)、出現(xiàn)相互連接的片狀結(jié)構(gòu)，NSP 中線狀結(jié)構(gòu)消失、呈大片狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)地致密伴有孔洞裂紋。

圖3 不同超聲時間處理后三種果膠組分微觀結(jié)構(gòu)Fig.3 SEM of three kinds of grape pectin under different ultrasonic time

圖4 不同超聲功率處理后三種果膠組分微觀結(jié)構(gòu)Fig.4 SEM of three kinds of grape pectin under different ultrasonic power

因不同超聲時間處理時采用的超聲功率為800 W，故800 W 時果膠組分的微觀結(jié)構(gòu)與超聲處理30 min時為同一組圖。由圖4 可知，隨著超聲功率的增加，不同果膠組分呈現(xiàn)出與超聲時間變化不同的結(jié)構(gòu)；超聲功率1000 W 時，WSP 出現(xiàn)明顯的線狀和片狀結(jié)構(gòu)，并相互交叉在一起；CSP 中大片狀結(jié)構(gòu)增多，樹杈狀分枝結(jié)構(gòu)變少；NSP 由大片狀結(jié)構(gòu)變?yōu)楹苄〉钠瑺?、甚至顆粒狀結(jié)構(gòu)。原因可能是超聲波產(chǎn)生多種效應(yīng)導(dǎo)致果膠結(jié)構(gòu)中糖苷鍵的斷裂。

2.5 不同超聲處理對三種果膠組分官能團的影響

采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）可對果膠多糖的主要官能團進行分析。不同超聲條件處理下葡萄細胞壁果膠組分的紅外光譜如圖5 所示。在3 種果膠組分的紅外光譜中，均觀察到3200 與3400 cm-1之間強而寬的峰，代表了果膠分子內(nèi)-OH的伸縮振動[24]；2920～2940 cm-1處的峰是由于C-H 基團（CH、CH2和CH3等）的拉伸和彎曲振動引起，1010～1020 cm-1處的峰可能與果膠中的單糖有關(guān)。WSP和CSP 的光譜中，在1740 和1600 cm-1處觀察到果膠中酯化羧基及游離羧基的峰[25-26]，這可能是由于果膠羧羰基和酯羰基中C=O 的伸縮振動。WSP 和CSP 光譜中這兩個峰的強度存在差別，歸因于兩者酯化度的不同。在NSP的紅外光譜出現(xiàn)了游離羧基相關(guān)的峰，而未觀察到酯化羧基的峰。不同超聲時間和超聲功率處理后，三種果膠的紅外光譜圖基本無差異，說明超聲處理對WSP、CSP 和NSP 的主要官能團結(jié)構(gòu)無顯著影響。

2.6 不同超聲處理對葡萄細胞壁果膠組分分子鏈構(gòu)象的影響

圓二色譜可對含有糖醛酸、羧酸基團和酰胺發(fā)色團的多糖構(gòu)象轉(zhuǎn)變進行直觀分析。研究表明，果膠分子鏈上的羧基（COO-）基團n-π*會發(fā)生遷移，其在圓二色譜波長210 nm 附近會有積極響應(yīng)。這是因為羧基發(fā)色團的光學(xué)活性可能受到分子內(nèi)和分子間相互作用的影響[27-28]。不同超聲時間處理后葡萄細胞壁3 種果膠組分的圓二色譜如圖6 所示。WSP在210～211 nm 處有明顯的倒峰，在230～245 nm 范圍內(nèi)有正響應(yīng)值，表明水溶性果膠有典型的圓二光譜特征；不同超聲時間處理后WSP 分子鏈構(gòu)象基本無變化，不同超聲功率處理后其正吸收峰有左移。CSP 的譜圖中僅表現(xiàn)出在210～220 nm 范圍內(nèi)的正響應(yīng)，與WSP 相同，不同超聲功率處理后CSP 最高響應(yīng)值發(fā)生顯著變化，出現(xiàn)10～15 nm 的右移，可能是超聲功率使其分子鏈構(gòu)象發(fā)生變化。NSP 圓二色譜圖與WSP 相反，在210 nm 處吸收不明顯，但在230～240 nm 范圍內(nèi)有積極響應(yīng)，且隨著超聲時間和超聲功率的增加，NSP 的最高響應(yīng)逐漸向左移動，說明超聲處理對其分子鏈構(gòu)象產(chǎn)生影響。

圖6 不同超聲時間和超聲功率處理后三種果膠組分圓二色譜圖Fig.6 CD of three kinds pectin under different ultrasonic time and ultrasonic power

3 討論與結(jié)論

新鮮葡萄細胞壁果膠中NSP 含量占比最高，CSP 含量最低，這與Wang 等[29]報道的無籽葡萄中細胞壁組分含量結(jié)果一致。超聲處理后，葡萄細胞壁中總果膠含量呈下降趨勢，三種果膠組分均發(fā)生顯著變化（P<0.05）；與超聲處理前樣品相比，超聲處理使WSP 含量增加，CSP 和NSP 含量降低。郭怡廷等[21]發(fā)現(xiàn)超聲協(xié)同熱處理下胡蘿卜細胞壁果膠組分有相同變化趨勢。原因可能是超聲作用下果膠組分中的離子鍵和共價鍵與其他胞壁多糖連接的部分向松散連接的組分轉(zhuǎn)化，即CSP 和NSP 轉(zhuǎn)化為WSP。WSP含量的增加會使葡萄質(zhì)地軟化，但當(dāng)超聲功率900 W時，WSP 含量降低，該功率條件下果膠組分中能夠形成特殊的（碳酸鈉可溶）酯鍵[21]，使水溶性果膠向不溶性果膠轉(zhuǎn)化，阻止了原料的進一步軟化。

不同超聲時間和超聲功率處理后葡萄細胞壁果膠組分的單糖組成無變化，但各單糖含量有顯著差異（P<0.05）。隨著超聲時間的延長和超聲功率的增加，與分子鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)糖的變化與上述果膠含量變化具有相關(guān)性。糖比率的變化進一步說明超聲處理對葡萄細胞壁果膠的主鏈結(jié)構(gòu)無影響，但顯著改變了分子側(cè)鏈和支鏈程度。

不同超聲處理后葡萄細胞壁果膠組分分子量整體呈下降趨勢，這與Zhang 等[30]、Bagherian 等[31]采用超聲處理柑橘果膠和葡萄柚果膠中的結(jié)果一致。超聲波的機械效應(yīng)能夠破壞果膠結(jié)構(gòu)交聯(lián)和基質(zhì)重組，從而使其表面更光滑。不同超聲時間和功率處理后使葡萄細胞壁中3 種果膠在形貌上呈現(xiàn)出更加松散形態(tài)，且表面相對光滑。Divyani 等[9]發(fā)現(xiàn)柑橘果膠經(jīng)超聲處理后其結(jié)構(gòu)也由原來的粗糙渾濁變得緊密光滑。

傅里葉變換紅外光譜結(jié)果表明，超聲時間和功率的變化對3 種果膠組分的特征官能團影響較小。3 種果膠均具有典型的圓二光譜特征，不同超聲時間使NSP 最高響應(yīng)值向左移動，而不同超聲功率作用3 種果膠吸收峰均發(fā)生顯著變化，說明超聲處理使果膠的分子鏈構(gòu)象產(chǎn)生變化。仇雯漪等[22]發(fā)現(xiàn)超聲波的空化作用能夠破壞果膠分子間和分子內(nèi)的氫鍵，從而使其分子鏈構(gòu)象從剛性半柔順鏈到柔順鏈轉(zhuǎn)變。

綜上，本研究發(fā)現(xiàn)超聲作用能夠顯著降低總果膠含量及不同果膠組分單糖含量，并且不同結(jié)構(gòu)的果膠組分變化不同，結(jié)構(gòu)緊密的葡萄細胞壁水不溶性果膠可向水溶性果膠轉(zhuǎn)化。不同超聲處理后3 種果膠組分在微觀層面可觀察到明顯差異，在結(jié)構(gòu)層面僅發(fā)現(xiàn)超聲功率作用更可能使CSP 和NSP 分子鏈構(gòu)象發(fā)生變化。該結(jié)果可為超聲作用下葡萄果膠的變化研究提供參考。另外，果膠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅采用傅里葉紅外光譜及圓二色譜技術(shù)較難對其分子鏈結(jié)構(gòu)及具體變化進行詳細分析。因此，在后續(xù)研究中，作者應(yīng)進一步從微觀角度和結(jié)構(gòu)層面分析超聲處理對葡萄細胞壁3 種果膠組分作用，通過與化學(xué)及分子模擬等手段結(jié)合，研究超聲對果膠分子鏈構(gòu)象及側(cè)鏈、支鏈變化的影響，同時分析超聲處理后葡萄干制品品質(zhì)變化，進而探討果膠組分變化與葡萄干制品品質(zhì)形成的關(guān)系，以期為葡萄加工產(chǎn)品的研發(fā)提供理論指導(dǎo)和研究思路。