果膠研究和應(yīng)用進(jìn)展

劉英　邱逸凡　許希賢

摘 要：果膠是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然植物多糖，具有多種功能，在食品工業(yè)、生物醫(yī)藥及保健品領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。本文從果膠的來(lái)源、分類、功能和復(fù)配等方面介紹了果膠的最新研究和應(yīng)用進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：果膠;來(lái)源;復(fù)配

Abstract：Pectin is a complex natural plant polysaccharide with multiple functions. It plays an important role in the food industry， biomedicine and health products. This article introduces the latest research and application progress of pectin from the aspects of source， classification， function and compounding of pectin.

Key words：Pectin; Source; Compound

中圖分類號(hào)：Q539+.8

果膠是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然植物多糖，呈弱酸性，耐熱性強(qiáng)，其與纖維素結(jié)合以原果膠、果膠、果膠酸的形態(tài)存在于植物的初生細(xì)胞壁和胞間層。果膠廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)，常用作增稠劑、凝膠劑和乳化劑等。果膠還能促進(jìn)腸道蠕動(dòng)、防輻射、吸附重金屬離子、增強(qiáng)飽腹感等。適量攝入果膠可降低高血脂、高血壓等病癥的發(fā)病率，同時(shí)降低患結(jié)腸癌的機(jī)率。

1 果膠的來(lái)源

我國(guó)是水果生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)，為減少資源浪費(fèi)，有效利用在加工過(guò)程中被廢棄的果皮，可以將果皮收集起來(lái)進(jìn)行再加工。目前，水果皮渣主要用來(lái)提取果膠，柑橘、蘋果、甘薯和甜菜等是提取果膠的常用原料。

1.1 柑橘果膠

柑橘果膠是指從柑橘、柚子、檸檬和橙子等水果的果皮中提取的果膠。我國(guó)作為柑橘生產(chǎn)大國(guó)，在生產(chǎn)柑橘制品時(shí)，其副產(chǎn)物柑橘皮可作為柑橘果膠的原料，柑橘果皮中果膠含量約占干重的20%。柑橘果膠的乳化特性易受結(jié)構(gòu)因素的影響，可通過(guò)采用乙?；磻?yīng)來(lái)增加疏水性基團(tuán)的數(shù)量、酶法和熱處理等方法來(lái)降低分子量等提高乳化性[1]。劉佳等[2]對(duì)5種果膠進(jìn)行了理化分析和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)檸檬果膠和橙皮果膠屬于高酯果膠，具有非常理想的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和黏度表現(xiàn)，在提供穩(wěn)定性的同時(shí)，還能提供良好口感。田寶明等[3]對(duì)柚皮果膠進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)柚皮果膠的理化性質(zhì)與柑橘果膠類似，但乳化性和粘度比柑橘果膠更好。

1.2 蘋果果膠

蘋果果膠作為增稠劑被廣泛應(yīng)用于乳制品的制作中，同時(shí)也可作為果醬、果凍中的膠凝劑，果汁飲料中的混合劑及各種食品加工中的穩(wěn)定劑等[4]。在蘋果加工過(guò)程中，先將蘋果加工成果汁，剩下的蘋果渣用來(lái)加工蘋果果膠，研究表明，蘋果渣是果汁生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物，約占加工量的20%～25%，干蘋果渣中含有15%～18%的果膠[5]。

1.3 甘薯果膠

果膠在甘薯渣中約占干渣重量的20%，Takamine[6]等使用磷酸氫二鈉法提取甘薯果膠，對(duì)凝膠形成和其質(zhì)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示甘薯果膠的酯化度約為1.4%、半乳糖醛酸含量為69.4%，在Ca2+（>10 mmol·L-1）和蔗糖（>30%）存在的條件下加熱能形成較穩(wěn)定的凝膠。甘薯果膠有較好的水溶性，具備作為乳化穩(wěn)定劑的條件。木泰華等[7]將甘薯果膠、柑橘果膠和蘋果果膠進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明甘薯果膠與牛乳清蛋白按照1∶1的比例混合能使溶液保持較好的穩(wěn)定性，其溶解度、黏度都明顯高于蘋果果膠。田亞紅[8]通過(guò)微生物發(fā)酵法制成甘薯果膠，得出果膠的最佳添加量0.2%，能增強(qiáng)凝固型酸奶結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.4 甜菜果膠

將甜菜制糖后的副產(chǎn)品甜菜粕回收利用，作為提取果膠的原料。甜菜果膠的含量占其干基的15%～30%。

Mesbahi等[9]研究得出甜菜果膠的乳化能力強(qiáng)于其他種類果膠。Dea等[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明乙?；固鸩斯z的乳化能力增強(qiáng)。Zhao等[11]人的實(shí)驗(yàn)得出，帶負(fù)電的甜菜果膠加大了脂滴表面的排斥力，從而增加了乳液的穩(wěn)定性。因此，甜菜果膠可以用來(lái)制備水包油乳化劑。

2 果膠的分類

根據(jù)果膠分子鏈上的半乳糖醛酸甲酯化的程度，將果膠分為低甲氧基果膠（甲氧基含量小于7%）和高甲氧基果膠（甲氧基含量大于7%），其中低甲氧基果膠中還分成普通低甲氧基果膠和酰胺化果膠。高甲氧基果膠主要從天然水果與植物的組織中提取，而低甲氧基果膠主要通過(guò)工業(yè)制取而來(lái)。

2.1 高甲氧基果膠

高甲氧基果膠一般酯化度大于50%，主要用于生產(chǎn)高糖分高熱量的食品，其發(fā)揮凝膠作用的原理是分子間的氫鍵和疏水基之間的相互作用。高甲氧基果膠的凝膠過(guò)程受許多條件的影響，形成凝膠的主要條件為pH為2.0～3.8，可溶性固形物≥55%。當(dāng)pH小于3.6時(shí)，分子間作用力較小、氫鍵形成，降低了整體的水分活度，使體系的結(jié)構(gòu)更加趨于穩(wěn)定。果膠的酯化度越高，親水性就越小，所以高甲氧基果膠的親水性不及低甲氧基果膠，其在水中不易溶解甚至?xí)Y(jié)塊，在食品制作過(guò)程中通過(guò)提高溶解的溫度或?qū)⑵渲蠓薪鉀Q結(jié)塊問(wèn)題。此外，果膠的凝膠過(guò)程與果膠的濃度和離子強(qiáng)度等因素有關(guān)。果膠的穩(wěn)定性與環(huán)境的pH值有關(guān)，高酯果膠在pH值2.5～4.5的環(huán)境中可穩(wěn)定存在，而低酯果膠僅能在酸性較低的溶液中穩(wěn)定存在，當(dāng)環(huán)境中酸性較強(qiáng)時(shí)，高甲氧基可以脫脂變成低甲氧基果膠[12]。

2.2 低甲氧基果膠

低甲氧基果膠的酯化度一般為25%～50%，該果膠包含普通低甲氧基果膠和酰胺化果膠。低甲氧基果膠主要的凝膠條件為pH值2.6～2.8、固形物含量10%～80%，在凝膠時(shí)游離基團(tuán)數(shù)量多造成凝膠結(jié)合在一起難度較大，但其受離子的影響，能與其形成整體結(jié)構(gòu)，所以在凝膠過(guò)程中添加Ca2+十分重要。此外，低甲氧基果膠的凝膠溫度與酯化度成反比，酯化度越高凝膠溫度越低，凝膠時(shí)受固形物含量的影響較小，食品加工中常用其來(lái)加工低糖分低熱量的功能性保健食品。酰胺化果膠相比普通的低甲氧基果膠的顯著優(yōu)勢(shì)是其先加熱融化再冷卻之后仍然可形成凝膠，具有較好的熱可逆性，可應(yīng)用于制作糖果的糖衣等產(chǎn)品[13-14]。

低甲氧基果膠的天然來(lái)源較少，可用草酸鹽和無(wú)機(jī)鹽結(jié)合提取法從向日葵去籽花盤中提取天然果膠形成凝膠。高建華等[15]通過(guò)研究果膠的結(jié)構(gòu)特性，得出向日葵盤果膠為低甲氧基果膠，分子量最小，得率較高。目前，國(guó)內(nèi)外主要使用酸法、堿法、酶催化法和酰胺化法等制備低甲氧基果膠[16]。

3 果膠的功能

果膠作為一種功能多樣的水溶性膳食纖維，廣泛應(yīng)用于食品加工、生物醫(yī)藥和保健品領(lǐng)域。吳莎極等[17]發(fā)現(xiàn)改性后的佛手皮渣果膠吸收鎘的能力增強(qiáng)，可緩解鎘引起的肝腎損傷。李志平等[18]研究果膠阿霉素大分子前藥納米傳遞體系的體外抗腫瘤效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PDC-M對(duì)SMMC7721肝癌細(xì)胞的增殖具有明顯的抑制作用，呈劑量依賴性和時(shí)間依賴性，并有一定的緩釋效果。

果膠可增加消化液的黏稠程度，使食物在人體內(nèi)的消化時(shí)間延長(zhǎng)。低甲氧基果膠中含有較多羧基，其易與鈣離子等金屬離子結(jié)合從而減緩消化速度。果膠對(duì)消化酶的影響在于其易與脂肪酶結(jié)合，使胰脂酶無(wú)法完全發(fā)揮作用[19]。帶負(fù)電的果膠會(huì)將脂滴包裹起來(lái)，增加靜電排斥力，使整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定[20]。果膠分解產(chǎn)物丙酸會(huì)減少肝臟膽固醇的合成，降低腎小管的重吸收來(lái)促進(jìn)機(jī)體排泄，從而抑制對(duì)膽固醇的吸收[21]。

4 果膠的復(fù)配

復(fù)配是結(jié)合各種食用膠不同的功能與特性，得到功能互補(bǔ)或性質(zhì)更加優(yōu)良的復(fù)配物，比原本單一食用膠的效果更顯著，還能強(qiáng)化食品的品質(zhì)，節(jié)約成本的同時(shí)擴(kuò)大使用范圍[22]。王麗霞[23]等以果膠、卡拉膠、刺槐豆膠和玫瑰茄粉為主要原料，研究各種影響果糕感官性質(zhì)的因素得出最佳配方：果膠、卡拉膠、刺槐豆膠質(zhì)量比為2∶1∶1、0.05 g·mL-1玫瑰茄浸提液4 mL、膠凝劑總量2 g、白砂糖、麥芽糖質(zhì)量比1∶2、總糖量5 g時(shí)，在此條件下制作的果糕軟硬度以及彈性適中，光滑度好，且有一定韌勁，符合大眾的口感。茅周祎[24]為提高混合果蔬汁的穩(wěn)定性篩選出羥丙基淀粉（HPS）、果膠、CMC進(jìn)行復(fù)配研究，得到穩(wěn)定劑的最佳配方為：CMC 1.40 g·kg-1、果膠0.36 g·kg-1、羥丙基淀粉2.24 g·kg-1。汪倩等[25]為提高酸奶的感官性狀，通過(guò)復(fù)配明膠、低甲氧基果膠以及谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶，得到最佳配方：明膠0.477 5%、果膠0.068 5%、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶0.067 5%，與分別單獨(dú)使用低甲氧基果膠、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶和明膠相比，三者復(fù)配使酸奶具有更強(qiáng)的凝膠度與穩(wěn)定性，使酸奶的各項(xiàng)感官性狀均達(dá)到最優(yōu)。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著人們對(duì)果膠研究的日益深入，對(duì)這種從天然植物中提取的植物多糖越來(lái)越關(guān)注，不斷發(fā)掘出許多新的來(lái)源和用途。目前，柑橘果膠、蘋果果膠等的乳化特性易受結(jié)構(gòu)因素影響，造成乳化特性較差，因此加強(qiáng)研究作為乳化劑的新型果膠可以拓寬果膠的使用范圍。果膠在市場(chǎng)上需求量大，且原料價(jià)格低廉，通過(guò)繼續(xù)研究將其作用發(fā)揮到最大，使其應(yīng)用于更多新領(lǐng)域，從而推動(dòng)果膠行業(yè)的發(fā)展。

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