CN115251364A - 一种改性茶果胶的制备方法及其制品和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及果胶结构改性领域，具体涉及一种改性茶果胶的制备方法及其制品和应用。一种改性茶果胶的制备方法，将聚半乳糖醛酸酶与茶果胶溶液混合反应，得到改性茶果胶。本申请通过采用聚半乳糖醛酸酶对茶果胶进行修饰改性，可以显著改善茶果胶的流变性。本申请制备的改性茶果胶具有高黏度、高凝胶性，具有更好的成膜能力。采用本申请改性茶果胶或茶果胶胶体制备的缓释膜，可用于食物保鲜材料，或作为药物糖衣保护药物免受胃酸的侵蚀，将药物递送到指定位点。

Description

一种改性茶果胶的制备方法及其制品和应用
技术领域
本申请涉及果胶结构改性领域，具体涉及一种改性茶果胶的制备方法及其制品和应用。
背景技术
果胶是一种结构复杂的天然植物多糖，具有多种功能，在食品工业、生物医药及保健品领域发挥着重要作用。在食品工业中果胶主要作为功能性的添加剂，如稳定剂、增稠剂、凝胶剂、乳化剂等进行使用。在医药方面果胶可增加消化液的黏稠程度，使食物在人体内的消化时间延长。果胶的这些作用主要取决于其功能性质，如黏度和凝胶性等。然而，不同来源(柑橘、菜叶、茶叶等)的果胶结构差异较大会导致获得的果胶功能性质不稳定，从而限制了其在食品、医药及其他领域的应用。
果胶的结构主要包括半乳糖醛酸通过α-1,4-糖苷键连接组成的同型半乳糖醛酸(HG)、以鼠李半乳糖醛酸二糖为主链，阿拉伯聚糖、半乳聚糖等中性聚糖为侧链的鼠李糖半乳糖醛酸I(RG I)，以及以半乳糖醛酸为主链，葡萄糖、甘露糖、岩藻糖等多种中性糖构成的复杂侧链组成的鼠李糖半乳糖醛酸II(RG II)。研究表明，在无钙条件下，果胶主要通过氢键和亲疏水作用力以自主结合的模式影响溶液的黏度及其形成凝胶的网络结构。HG结构主要提供氢键和亲疏水作用力，而RG I结构对流变性的贡献来自于侧链的自交联作用。其次，在存在Ca2+的条件下，HG结构中半乳糖醛酸主链上未被酯化的羧基可通过Ca2+离子连接的“钙桥”形成“蛋盒模型”的凝胶。可见，果胶结构是影响其黏度和凝胶性的关键因素。
目前，酶法作为果胶结构修饰的重要手段，通过其修饰改性果胶结构或可提高果胶黏度和流变性。现有技术中，用于HG结构改性、促进凝胶形成的酶有果胶甲基酯酶(EC3.1.1.11)、果胶乙酰基酯酶等，其主要针对HG主链上的羧酸酯的降解，不破坏HG结构主链。酯酶作用后，羧酯基水解，HG主链上的羧基含量增多，其与二价阳离子(Ca2+)形成更为紧密的三维网络结构。但是，在无钙条件下，增加的羧基会增强果胶分子链间的静电斥力，阻碍果胶HG结构的自主结合，导致果胶凝胶性变差。例如，发明专利CN1089345C采用果胶酯酶等酶修饰果胶结构以提升果胶凝胶性，同时其强调不能采用任何破坏果胶HG结构中高聚半乳糖醛酸主链的酶，例如聚半乳糖醛酸酶等。
与果胶甲基酯酶(EC 3.1.1.11)、果胶乙酰基酯酶不同的是聚半乳糖醛酸酶(EC3.2.1.15)是一种针对于HG结构主链降解的酶，其能够催化果胶分子中α-(1,4)-聚半乳糖醛酸的裂解，破坏果胶HG结构，使其链长变短。在大多数果胶中，HG结构占主导地位，当聚半乳糖醛酸酶作用后，果胶中的聚半乳糖醛酸主链会被降解成多片段的短链，其结构单一，无法形成紧密的三维网络结构，流变性较差。例如，发明专利申请CN110699405A就是利用这一特性，采用聚半乳糖醛酸酶制备芒果皮果胶低聚糖。该低聚糖是在聚半乳糖醛酸酶作用后，长链果胶裂解形成的短链多糖，其仅含2至20个半乳糖醛酸。虽然该果胶低聚糖具有很好的抗氧化活力和抑菌能力等生理活性功能，但其链长较短，果胶分子间无法形成紧密网络结构，流变性较差。然而，聚半乳糖醛酸酶对具有复杂结构的果胶的作用效果尚未可知，例如茶叶(渣)等叶类生物质果胶。
茶叶(渣)中含有约20％-30％的碳水化合物，其中果胶含量约占碳水化合物的50％，可作为商业果胶新来源。然而，与商业柑橘果胶相比，茶果胶具有更为复杂的结构，从而导致其流变性较差。目前，针对茶叶(渣)等叶类生物质中果胶的凝胶化，尚无相关研究和报道。
因此，需要开发一种茶果胶改性方法，以提高茶果胶的黏度、凝胶性、流变性，提高茶果胶的商业应用价值。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供了一种改性茶果胶的制备方法及其制品和应用，采用聚半乳糖醛酸酶对茶果胶进行修饰改性，从而显著改善茶果胶的黏度和凝胶性，提升其应用价值。
为实现上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明提供了一种改性茶果胶的制备方法，将聚半乳糖醛酸酶与茶果胶溶液混合反应，得到改性茶果胶。
本申请发明人在研究过程中，发现叶类生物质果胶中不仅含有丰富的HG结构，其RG I结构也较为丰富，两者的同时存在阻碍了HG和RGI结构本身各自凝胶区的形成，导致果胶本身流变性较差。鉴于此，本申请发明人打破传统方法，创造性地利用聚半乳糖醛酸酶对茶果胶进行修饰改性，降解茶果胶中的HG结构。区别于现有技术，上述技术方案采用聚半乳糖醛酸酶对茶果胶进行修饰改性，可以显著改善茶果胶的流变性，得到高黏度高凝胶性的改性茶果胶，其具有良好的成膜能力，可应用于制备缓释膜。
作为本发明进一步的实施方式，所述制备方法包括以下步骤：
S1、茶果胶溶液的制备：在茶果胶提取液中加入果胶沉淀剂，或者加入酸溶液调节所述茶果胶提取液的pH至2～4，收集得到茶果胶沉淀物；接着，在果胶沉淀物中加入适量水复溶，并调节pH至7～8，得到所述茶果胶溶液；
S2、改性修饰：在所述茶果胶溶液中加入所述聚半乳糖醛酸酶进行混合反应，反应结束后调节反应溶液pH至7～9，得到改性茶果胶溶液；
S3、干燥：将所述改性茶果胶溶液进行干燥处理，得到所述改性茶果胶。
当HG结构被适当降解后，茶果胶能够很好的利用果胶中HG和RG I结构两种不同凝胶机制，这两种机制的存在能够很好的提升茶果胶的流变性。具体的，HG结构主链的适当降解能减少其未酯化的羧基，降低茶果胶间的静电斥力，增强茶果胶分子间的氢键作用力；同时，果胶分子结构中未被破坏的RG I支链间的缠结作用得以增强，进一步提升了果胶整体的自主结合能力；其次，HG结构被适当降解后，其仍存在部分的未酯化的羧基能够与Ca2+离子连接的“钙桥”形成“蛋盒模型”的凝胶，配合RG I结构支链的缠结作用可再进一步增强茶果胶的流变性。但是，当HG结构域被过度水解时，短链果胶分子中亲水基团如羧基、羟基等的数量过少，会造成果胶链中的亲水作用下降，导致果胶的溶解性降低，流变性变差。
作为本发明进一步的实施方式，在步骤S2中，所述聚半乳糖醛酸酶的添加量为每克茶果胶沉淀物加入0.2～20U。茶果胶与聚半乳糖醛酸酶的反应中，酶活力是影响果胶HG结构水解程度的重要参数，以每克茶果胶沉淀物为基准，当酶添加量小于0.2U/g时，反应速率低，难以达到预期改性效果；当添加量大于20U/g时，会导致HG结构域过度水解，短链果胶分子中亲水基团如羧基、羟基等的数量过少，造成果胶链中的亲水作用下降，导致果胶的溶解性降低，流变性变差。
优选的，在步骤S2中，所述反应的反应pH为5.0～6.5，反应温度为20℃～60℃，反应时间为10～600min。茶果胶与聚半乳糖醛酸酶的反应中，反应温度以及反应时间也是用于控制果胶水解程度的重要参数。将反应温度控制在20℃～60℃，可以保证反应速率稳定在正常范围内，不至于过于缓慢，同时保证酶活性，避免酶失活，使反应无法进行。酶反应时间主要由聚半乳糖醛酸酶的添加量决定，当酶添加量较小时可相应的增加反应时间以避免水解程度不足，改性效果不佳，无法很好的提升茶果胶的黏度和凝胶性；反之，可适当减少反应时间以避免果胶过度水解，因此当酶添加量为0.2～20U/g时，将反应时间控制在10～600min，可以保证果胶HG结构的适度水解，避免水解过度，无法达到预期的改性效果。
作为本发明进一步的实施方式，在步骤S1中，所述果胶沉淀剂为乙醇、氯化钙溶液、硫酸钙溶液或硫酸铝溶液。
作为本发明进一步的实施方式，在步骤S1中，所述酸溶液为稀盐酸、稀硫酸、柠檬酸或酸性磷酸盐溶液。
作为本发明进一步的实施方式，在步骤S1前，还包括：
S0、茶果胶提取：将茶粉与碱溶液以质量体积比(g：mL)为1：10～120混合后，在30℃～90℃条件下反应30～240min后，离心分离，收集上清液即得到果胶提取液；其中，所述茶粉为茶叶粉或茶渣粉，所述碱溶液为0.01～0.1M的氢氧化钠或氢氧化钾。当碱浓度或者反应温度过低，或者反应时间较短时，则无法很好的获得茶叶(渣)中的果胶，其提取率较低；当碱浓度或者反应温度过高，或者反应时间过长时，其强烈的提取条件会破坏茶果胶的结构，导致其本身性质变差，且不可逆。
优选的，所述茶粉与碱溶液的质量体积比为1：20，所述氢氧化钠或氢氧化钾的加入量为0.01M，所述反应温度为60℃，所述反应时间为60min。在此提取条件下，可获得茶叶(渣)中90％的果胶，且其果胶结构性质保存较为完整。
作为本发明进一步的实施方式，在步骤S3中，所述干燥处理采用烘箱干燥、冷冻干燥或喷雾干燥法。
第二方面，本发明提供了一种改性茶果胶，其由本发明第一方面所述的制备方法制备得到。本发明制备的改性茶果胶具有高黏度、高凝胶性，具有更好的成膜能力，可用于缓释膜的制备，从而作为可食性食品包装膜或药物糖衣应用于食品和医药领域。
第三方面，本发明提供了本发明第二方面所述改性茶果胶在制备茶果胶胶体中的应用，其包括：将所述改性茶果胶溶解于水中得到混合溶液，将所述混合溶液于60℃～100℃下反应20～120min，冷却后得到所述茶果胶胶体。将反应时间控制在20～120min可避免加热时间过短，分子间交联程度不足，无法形成稳定的凝胶网络结构。若加热时间过长则可能导致果胶结构发生降解，所形成的凝胶网络结构差。
优选的，所述混合溶液中还添加有0.1～20mM Ca2+溶液。Ca2+主要与果胶主链上未酯化的羧基通过离子键提供稳定的三维网络结构，从而提升果胶的流变性。当Ca2+浓度小于0.1mM时，其与果胶形成的离子键较少，作用能力弱，无法提升果胶凝胶强度；然而当Ca2+浓度大于20mM时，果胶会因为盐析作用而析出。
第四方面，本发明提供了本发明第二方面所述改性茶果胶或本发明第三方面所述茶果胶胶体在制备缓释膜中的应用。采用本发明改性茶果胶或茶果胶胶体制备的缓释膜，其可用于食物保鲜材料(例如可食性食品包装膜)，或作为药物糖衣保护药物免受胃酸的侵蚀，将药物递送到指定位点。
第五方面，本发明提供了一种缓释膜的制备方法，其包括以下步骤：
S1、备料：将非果胶多糖与本发明第二方面所述的改性茶果胶分别充分溶解于水中，搅拌、脱泡，分别得到非果胶多糖溶液和改性茶果胶溶液；
S2、混合：将所述非果胶多糖溶液和所述改性茶果胶溶液混合，加入甘油和CaCl2充分搅拌，得到混合液；其中，所述非果胶多糖溶液和所述改性茶果胶溶液的体积比为0～50：50～100；
S3、制膜：将所述混合液脱泡后，倒入模具中，自然晾干，得到所述缓释膜。
作为本发明进一步的实施方式，所述非果胶多糖为海藻酸钠、魔芋葡甘聚糖或羧甲基纤维素钠。
作为本发明进一步的实施方式，所述非果胶多糖溶液的浓度为2％～4％。
作为本发明进一步的实施方式，所述改性茶果胶溶液的浓度为0.7％～7％。
作为本发明进一步的实施方式，按所述非果胶多糖溶液和所述改性茶果胶溶液的总体积计，所述甘油的加入量为0.5％～1％；所述CaCl2的加入量为0.005～0.1g/mL。
作为本发明进一步的实施方式，在S1备料和S3制膜步骤中，所述脱泡方法采用超声或减压脱泡。
第六方面，本发明提供了一种缓释膜，其由本发明第五方面所述的制备方法制备得到。
上述发明内容相关记载仅是本申请技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本申请的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本申请的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本申请的具体实施方式及附图进行说明。
附图说明
附图仅用于示出本发明具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本申请的限制。
在说明书附图中：
图1为具体实施方式所述茶果胶改性前后的分子量测试结果图；
图2为具体实施方式所述茶果胶在不同反应时间下改性前后的黏度测试结果图；
图3为具体实施方式所述茶果胶在不同酶添加量下改性前后的黏度测试结果图；
图4为具体实施方式所述茶果胶在不同反应时间下改性前后的模量测试结果图；
图5为具体实施方式所述茶果胶在不同酶添加量下改性前后的模量测试结果图；
图6为具体实施方式所述茶果胶在钙离子条件下改性前后的黏度测试结果图；
图7为具体实施方式所述茶果胶在钙离子条件下改性前后的茶果胶的模量测试结果图。
具体实施方式
为详细说明本申请可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。
除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。
在本申请的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。
在本申请的描述中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B以及该范围内所有数值的范围。
在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。
在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的开放式表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。
与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。
在本申请实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
除非另有明确的规定或限定，在本申请实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本申请所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本申请实施例中的具体含义。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
在下述实施例中所使用的果胶提取液采用碱法提取，具体包括以下步骤：
将茶叶洗净后粉碎得到茶粉，取10g茶粉与0.01M的氢氧化钠以质量体积比(g：mL)为1:20的比例混合均匀，在60℃条件下反应1h后，于5000rpm下离心15min，收集上清液即得到果胶提取液。
在下述实施例中的步骤S1中可以采用果胶沉淀剂沉淀得到茶果胶沉淀物，或者采用酸溶液调节茶果胶提取液的pH至2～4即可沉淀得到茶果胶沉淀物。其中，所使用的酸溶液可以为稀盐酸、稀硫酸、柠檬酸、酸性磷酸盐溶液中的任意一种。所使用的果胶沉淀剂可以为乙醇、氯化钙溶液、硫酸钙溶液或硫酸铝溶液中的任意一种。其中，乙醇可以是纯的无水乙醇或者乙醇溶液。乙醇溶液、氯化钙溶液、硫酸钙溶液或硫酸铝溶液可以是它们与水不同比例的混合溶液。具体的，在下述实施例中采用无水乙醇作为果胶沉淀剂进行示例性说明。
实施例1改性茶果胶的制备
S1、茶果胶溶液的制备：在茶果胶提取液中加入两倍体积的无水乙醇，充分混匀，于5000rpm下离心15min，收集得到茶果胶沉淀物；接着，在果胶沉淀物中加入蒸馏水将沉淀物复溶至125mL，再加入两倍体积的无水乙醇，重复沉淀步骤；接着，将收集的果胶沉淀物加入蒸馏水将沉淀物复溶至125mL后，调节pH至7，得到茶果胶溶液；
S2、改性修饰：按每克茶果胶沉淀物作为基准，在茶果胶溶液中加入2.5U/g聚半乳糖醛酸酶，并于40℃、pH 5.5的条件下反应30min后，用0.1M的NaOH将反应溶液pH调至7，得到改性茶果胶溶液；
S3、干燥：将改性茶果胶溶液进行冷冻干燥处理，得到改性茶果胶。
实施例2改性茶果胶的制备
本实施例与实施例1不同之处在于，在步骤S2中，反应时间为10min；其余均与实施例1相同。
实施例3改性茶果胶的制备
本实施例与实施例1不同之处在于，在步骤S2中，反应时间为120min；其余均与实施例1相同。
实施例4改性茶果胶的制备
本实施例与实施例1不同之处在于，在步骤S2中，聚半乳糖醛酸酶的添加量为0.2U/g；其余均与实施例1相同。
实施例5改性茶果胶的制备
本实施例与实施例1不同之处在于，在步骤S2中，聚半乳糖醛酸酶的添加量为20U/g；其余均与实施例1相同。
对比例茶果胶的制备
本对比例与实施例1不同之处在于，未对茶果胶进行改性修饰，即直接将步骤S1得到的茶果胶溶液进行冷冻干燥处理，得到茶果胶。
应用例1茶果胶胶体的制备
将实施例1～5制备得到的改性茶果胶分别与水以质量体积比为1:25g/mL混匀后，于60℃下反应1h，反应结束后置于4℃条件下充分冷却，获得茶果胶胶体1～5。
应用例2茶果胶胶体的制备
将实施例1～5制备得到的改性茶果胶分别与水以质量体积比为1:25g/mL混匀后，加入20mM Ca2+溶液，得到混合溶液；接着，将混合溶液于60℃下反应1h，反应结束后置于4℃条件下充分冷却，获得茶果胶胶体6～10。
对比应用例1
将对比例制备得到的茶果胶分别与水以质量体积比为1:25g/mL混匀得到茶果胶溶液，于60℃下反应1h，反应结束后置于4℃条件下充分冷却，获得茶果胶胶体11。
对比应用例2
将对比例制备得到的改性茶果胶分别与水以质量体积比为1:25g/mL混匀得到茶果胶溶液，加入20mM Ca2+溶液，得到混合溶液；接着，将混合溶液于60℃下反应1h，反应结束后置于4℃条件下充分冷却，获得茶果胶胶体12。
测试例1
1、测试样品：对实施例1～5制备得到的改性茶果胶的分子量分布以及流变性进行测试。待测样品为应用例1制备得到的茶果胶胶体1～5，并以对比应用例1制备得到的茶果胶胶体作为控制对照组(Control)。
2、测试方法：
(1)分子量分布测试：通过高效液相色谱(Agilent 1100，Agilent，USA)测定。检测条件:待测样品(5mg/mL，0.22μm膜过滤)进样量20μL；SEC300柱(Thermo Fisher，USA)；RID检测器；流速0.25mL/min；检测温度25℃。
(2)流变性测试：通过安东帕流变仪(Anton PaarMCR302，Anton Paar Academy，China)测定，测量指标包括黏度、储能模量(G')和损耗模量(G”)。将待测样品在25℃下以1～100s-1的剪切速率进行稳定剪切以测定其黏度变化；待测样品G'和G”的角频率依赖性通过频率扫描确定。在待测样品的线性粘弹性区域中，选择1％应变，在角频率1～1000rad/s范围内对样品进行扫描。
(3)测试结果：
应用例1以及对比应用例1制备的茶果胶胶体的分子量分布测试结果如图1所示。由图1可知，经聚半乳糖醛酸酶水解后，茶果胶胶体在25min处的吸收峰信号降低，而在45min处的吸收峰信号明显增高，且信号强度的变化与反应(水解)时间相关。该结果表明，随着水解时间的延长，HG主链降解程度越大，果胶分子量不断减小。
以应用例1制备的茶果胶胶体为研究对象，以对比应用例1制备的茶果胶胶体为控制对照组(Control)，分析HG结构不同程度的降解对茶果胶流变学性质的影响，测试结果如图2和图3所示。由图2可知，相比于对照组，经聚半乳糖醛酸酶水解后的改性茶果胶均具有更好的流动性，在1～100s-1剪切范围内呈现剪切稀化现象，在黏度上最高可提升约1000倍，实施例1～5改性茶果胶的黏度随水解时间延长呈现先上升后略微下降的趋势，但均好于对照组的未水解茶果胶。其中，随着水解时间延长至2h，茶果胶黏度出现略微下降。
由图3可知，在30min的水解情况下，相比于对照组，聚半乳糖醛酸酶的添加量为0.2U/g(实施例4，茶果胶胶体4)时，茶果胶黏度仅略微提升，其可能是该条件下，果胶主链上保留较多的羧基，果胶分子间仍存在较强的静电斥力；酶添加量2.5U/g(实施例1，茶果胶胶体1)时，茶果胶黏度最高，其黏度提升约1000倍；当酶添加量提升至20U/g(实施例5，茶果胶胶体5)时，茶果胶黏度明显降低。上述结果表明，茶果胶中HG主链的适度降解能显著地提高果胶的黏度。
应用例1以及对比应用例1制备的茶果胶胶体的模量测试结果如图4和图5所示。由图4可知，相比于对照组，经聚半乳糖醛酸酶水解后的改性果胶的模量值都有较大的提升，且最大可提升近100倍。具体的，改性茶果胶的储存模量G'和G”在数值上都明显高于对照组中未水解的果胶，改性茶果胶的凝胶转换点(G'＝G”)随水解时间延长向大角频率方向移动，但是水解120min(实施例3)的茶果胶凝胶转换点出现位置小于水解30min(实施例1)的茶果胶；在对照组中，茶果胶则因G'和G”数值过低(小于1)而未能在图中显示。该结果表明，茶果胶中HG主链在适度降解后，RG I结构在果胶的凝胶结构中起主要贡献，且改性茶果胶的凝胶强度提升近100倍。
由图5可知，在30min的水解情况下，相比于对照组，聚半乳糖醛酸酶的添加量为0.2U/g(实施例4，茶果胶胶体4)时，茶果胶的凝胶强度有所提高；酶添加量为2.5U/g(实施例1，茶果胶胶体1)时，果胶凝胶强度最高，其提升约100倍；酶添加量提升至20U/g(实施例5，茶果胶胶体5)时，果胶凝胶强度出现下降趋势。
综上结果可知，茶果胶HG结构的适度降解能使茶果胶的黏度以及凝胶强度提升，且能耐受更大角频率的剪切作用。分析其内部机理可知，在无钙条件下，茶果胶主要通过氢键和亲疏水作用力以自主结合的模式影响茶果胶胶体的黏度及其形成凝胶的网络结构。在HG结构水解后，茶果胶分子的羧基残基数量减少，降低了果胶分子链间的静电斥力，增加了氢键的相互作用力；同时，茶果胶分子结构中未被破坏的RG I支链间的缠结作用也得到增强，进一步提升了果胶整体的自主结合能力。因此，在一定水解时间范围内，随着HG结构水解程度的增加，改性茶果胶的流动性下降使得茶果胶的黏度上升；同时，水解后的改性茶果胶所形成的凝胶网络中分子链间的交联更为紧密，使茶果胶凝胶性增强。而当HG结构过度水解时，短链茶果胶分子中亲水基团如羧基、羟基等的数量过少，造成茶果胶链中的亲水作用下降，导致茶果胶的溶解性降低，此时茶果胶溶液的黏度略有下降，且凝胶性也稍弱于未过度水解时的茶果胶。
测试例2
1、测试样品：对应用例2制备得到的茶果胶胶体6～10的流变性(黏度、凝胶性)进行测试。待测样品为应用例2制备得到的茶果胶胶体6～10，并以对比应用例2制备得到的茶果胶胶体作为控制对照组(Control)。
2、测试方法：
(1)分子量分布测试：通过高效液相色谱(Agilent 1100，Agilent，USA)测定。检测条件:待测样品(5mg/mL，0.22μm膜过滤)进样量20μL；SEC300柱(Thermo Fisher，USA)；RID检测器；流速0.25mL/min；检测温度25℃。
(2)流变性测试：通过安东帕流变仪(Anton PaarMCR302，Anton Paar Academy，China)测定，测量指标包括黏度、储能模量(G')和损耗模量(G”)。将待测样品在25℃下以1～100s-1的剪切速率进行稳定剪切以测定其黏度变化；待测样品G'和G”的角频率依赖性通过频率扫描确定。在待测样品的线性粘弹性区域中，选择1％应变，在角频率1～1000rad/s范围内对样品进行扫描。
(3)测试结果：
应用例2以及对比应用例2制备的茶果胶胶体的黏度测试结果如图6所示。由图2和图6可知，当向茶果胶溶液中添加Ca2+后，各待测样品的黏度均得到了明显的提升。其中，控制对照组的黏度提升至约1.0×104mPa·s(剪切速率＝1s-1)，是无钙条件下的500倍；应用例2的茶果胶胶体的黏度随着水解时间的增加到30min时可以提高至6.4×105Pa·s，而后于120min时略微下降。
应用例2以及对比应用例2制备的茶果胶胶体的模量测试结果如图7所示。由图4和图7可知，当向茶果胶溶液中添加Ca2+后，各待测样品的G'和G”值均进一步提升，且能耐受更大角频率的剪切，但水解120min后果胶的凝胶性质仍弱于较短时间水解后的凝胶性质。
综上结果可知，在Ca2+作用条件下，茶果胶的黏度和凝胶性可进一步提升，但是过度水解的茶果胶的流变性会较弱于适度水解的茶果胶。分析其内部机理可知，在Ca2+存在的条件下，茶果胶还可通过“钙桥”结构增强其黏度并稳定其凝胶网络结构。随着HG结构的逐渐水解，果胶链间的自主结合能力增强，其HG主链间的羧基在空间上也更易形成“钙桥”结构，当果胶链间的自我交联和“钙桥”同时作用时，茶渣果胶的黏度和凝胶性质得以最大化；而在HG结构过度水解时，由于过短果胶链的溶解性降低，自主结合的二聚体果胶链间分散距离过大，果胶链间难以进一步形成“钙桥”连接，导致果胶溶液的黏度及其凝胶性质略微下降。
应用例3缓释膜的制备
S1、备料：将实施例1制备的改性茶果胶充分溶解于水中，搅拌30min后静置10min，通过超声处理(50w、30min)脱除溶液中的脱泡，配制成2％的透明粘稠的改性茶果胶溶液；
S2、混合：在改性茶果胶溶液中加入溶液体积0.5％的甘油和终浓度为0.005g/mL的CaCl2充分搅拌，得到混合液；
S3、制膜：将混合液在超声条件(50w、30min)下进行脱泡后，倒入模具中，自然晾干2h后，得到缓释膜。
应用例4缓释膜的制备
S1、备料：将实施例1制备的改性茶果胶与魔芋葡甘露聚糖分别充分溶解于水中，搅拌30min后静置10min，通过超声处理(50w、30min)脱除溶液中的脱泡，分别配制成2％的改性茶果胶溶液以及2％的魔芋葡甘露聚糖溶液；
S2、混合：将魔芋葡甘露聚糖溶液和改性茶果胶溶液按按体积比50％混合，并加入溶液总体积0.5％的甘油和终浓度为0.005g/mL的CaCl2充分搅拌，得到混合液；
S3、制膜：将混合液在超声条件(50w、30min)下进行脱泡后，倒入模具中，自然晾干2h后，得到缓释膜。
应用例5缓释膜的制备
本应用例与应用例3不同之处在于，在步骤S1中，将实施例1的改性茶果胶替换为应用例1中的茶果胶胶体1；其余均与应用例3相同。
应用例6缓释膜的制备
本应用例与应用例3不同之处在于，在步骤S1中，将实施例1的改性茶果胶替换为应用例2中的茶果胶胶体6；其余均与应用例3相同。
应用例7缓释膜的制备
本应用例与应用例4不同之处在于，在步骤S1中，将实施例1的改性茶果胶替换为应用例1中的茶果胶胶体1；其余均与应用例4相同。
应用例8缓释膜的制备
本应用例与应用例4不同之处在于，在步骤S1中，将实施例1的改性茶果胶替换为应用例2中的茶果胶胶体6；其余均与应用例4相同。
在未受到保存、转移等操作破坏的情况下，上述应用例3～8制备的缓释膜在成形、揭膜以及保存过程中都能保持很好的完整度，颜色为深褐色，其可用于食物保鲜材料，或作为药物糖衣保护药物免受胃酸的侵蚀，将药物递送到指定位点。相比于应用例3、5和6，应用例4、7和8制备的缓释膜在保留茶果胶稳定性的同时还具有魔芋葡甘露聚糖可食性和天然降解等特性。
最后需要说明的是，尽管本文已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围，其中未尽详细描述的技术参数在本发明列举的参数范围内变化时，仍能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍属与本发明的保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其它相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性茶果胶的制备方法，其特征在于，将聚半乳糖醛酸酶与茶果胶溶液混合反应，得到改性茶果胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、茶果胶溶液的制备：在茶果胶提取液中加入果胶沉淀剂，或者加入酸溶液调节所述茶果胶提取液的pH至2～4，收集得到茶果胶沉淀物；接着，在茶果胶沉淀物中加入适量水复溶，并调节pH至7～8，得到所述茶果胶溶液；
S2、改性修饰：在所述茶果胶溶液中加入所述聚半乳糖醛酸酶进行混合反应，反应结束后调节反应溶液pH至7～9，得到改性茶果胶溶液；
S3、干燥：将所述改性茶果胶溶液进行干燥处理，得到所述改性茶果胶。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述聚半乳糖醛酸酶的添加量为每克茶果胶沉淀物加入0.2～20U；
优选的，在步骤S2中，所述反应的反应pH为5.0～6.5，反应温度为20℃～60℃，反应时间为10～600min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述果胶沉淀剂为乙醇、氯化钙溶液、硫酸钙溶液或硫酸铝溶液。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述酸溶液为稀盐酸、稀硫酸、柠檬酸或酸性磷酸盐溶液。
6.一种改性茶果胶，其特征在于，所述改性茶果胶由权利要求1至5中任意一项所述的制备方法制备得到。
7.权利要求6所述改性茶果胶在制备茶果胶胶体中的应用，其特征在于，包括：将所述改性茶果胶溶解于水中得到混合溶液，将所述混合溶液于60℃～100℃下反应20～120min，冷却后得到所述茶果胶胶体；
优选的，所述混合溶液中还添加有0.1～20mM Ca2+溶液。
8.权利要求6所述改性茶果胶或权利要求7所述茶果胶胶体在制备缓释膜中的应用。
9.一种缓释膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、备料：将非果胶多糖与权利要求6所述的改性茶果胶分别充分溶解于水中，搅拌、脱泡，分别得到非果胶多糖溶液和改性茶果胶溶液；
S2、混合：将所述非果胶多糖溶液和所述改性茶果胶溶液混合，加入甘油和CaCl2充分搅拌，得到混合液；其中，所述非果胶多糖溶液和所述改性茶果胶溶液的体积比为0～50：50～100；
S3、制膜：将所述混合液脱泡后，倒入模具中，自然晾干，得到所述缓释膜；
优选的，所述非果胶多糖为海藻酸钠、魔芋葡甘聚糖或羧甲基纤维素钠；
优选的，所述非果胶多糖溶液的浓度为2％～4％；
优选的，所述改性茶果胶溶液的浓度为0.7％～7％；
优选的，按所述非果胶多糖溶液和所述改性茶果胶溶液的总体积计，所述甘油的加入量为0.5％～1％；所述CaCl2的加入量为0.005～0.1g/mL。
10.一种缓释膜，其特征在于，所述缓释膜由权利要求9所述的制备方法制备得到。
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