果胶应用综述

1、果胶的结构、性质与应用摘要 本文介绍果胶的结构、性质及应用，重点是果胶在食品，饮料，果酱，医 药中的应用。关键词 果胶 ;果胶的应用 果胶是一类广泛存在于植物细胞壁的初生壁和细胞中间片层的杂多糖1，1824年法国药剂师 Bracennot 首次从胡萝卜提取得到，并将其命名为“ pectin”2。果胶主要是一类以 D-半乳糖醛酸(D-GalacturonicAcids, D-Gal-A)由a-1, 4-糖 苷键连接组成的酸性杂多糖，除 D-Gal-A夕卜，还含有L-鼠李糖、D-半乳糖、D- 阿拉伯糖等中性糖，此外还含有 D-甘露糖、L-岩藻糖等多达12种的单糖，不 过这些单糖在果胶中的含量很少3

2、-4。果胶类多糖的分子量介于1000旷400000之 间，WPilnik研究发现，果胶主链由a-D 一半乳糖醛酸基(GalpA)通过1, 4糖苷 键连接而成，含有半乳糖醛酸外还含有20的中性糖组分，他形象地把其描述为重复的聚半乳糖醛酸为主的 “光滑区” 和以鼠李糖和其他中性多糖为主的 “多 毛区” 5。光滑区是由 a-D 一半乳糖醛酸基组成的均聚半乳糖醛酸(homogalacturo nan HGA)，多毛区是由支链 a_ 一鼠李半乳糖醛酸 (rhamnogalacturonan RG)组成。果胶分子结构如图所示 6HO卜陈 二.Structure ot pectin.POLYMLAEWRQN

3、瓦Srnoorh Region SR * Hairy Region HR果胶一般按其酯化度的不同分为两类：高酯果胶 (High Methoxyl Pectins HMP)和 低酯果胶(Low Methoxyl Pectins LMP)，其主要区别在于分子结构中羧基被甲氧 基取代的程度不同。甲氧基取代的程度不同由酯化度(Degree of Esterification和甲 氧基含量(Degree of Methoxylation DM)来描述。一般晚来，DE大于50%或者 DM在7.0%16.30%之间为HMP; DE小于50%或者DM小于7.0%为LMP。纯品果胶物质为白色或淡黄色粉术，略有特

4、异气味。在20倍的水中几乎完全溶解，形成一种带负电荷的粘性胶体溶液，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。如 果用蔗糖糖浆或与3倍以上的砂糖混合则更易溶于水。一般来说，果胶在水中的 溶解度与自身的分子结构有关，其多聚半乳糖醛酸链越长在水中溶解度越小。在 不加任何试剂的条件下，果胶物质水溶液呈酸性，主要是果胶酸和半乳糖醛酸。 因此，在适度的酸性条件下，果胶结构稳定。但在强酸强碱条件下，果胶分子会 降解。凝胶化作用是果胶最重要的性质，果胶最主要的用途就是做酸性条件下的胶凝剂。由于高甲氧基果胶和低甲氧基果胶在结构上的差异致使二者的凝胶条件完全不同。高甲氧基果胶需要可溶性固形物55以上才能形成凝胶精品7 ，低

5、甲氧基果胶只需存在二价金属离子和少量可溶性固形物即可形成凝胶8。凝胶化作用是果胶最重要的性质， 果胶最主要的用途就是做酸性条件下的胶凝 剂。由于高甲氧基果胶和低甲氧基果胶在结构上的差异致使二者的凝胶机理和成 胶条件完全不同。高甲氧基果胶必须在低 pH 和高糖浓度中方可形成凝胶，一般 要求果胶含量1 %;蔗糖浓度58%75%; pH为2.03.5。因为在pH值2. 0 35时可阻止羧基离解，使高度水合作用和带电的羧基转变为不带电荷的分子， 从而使其分子间的斥力减小， 分子的水合作用降低， 结果有利于分子之间的结合 和三维网络结构的形成。蔗糖浓度达到 58%75%，由于糖争夺水分子，致使 中性果胶

6、分子溶剂化程度大大降低， 有利于形成分子问氢键和凝胶。 低甲氧基果 胶形成凝胶的机理与高甲氧基果胶大不相同。 低甲氧基果胶在没有糖存在时也能 形成凝胶，但必须有二价金属离子存在。例如，钙离子，在果胶分子间形成交 联键，随着钙离子浓度的增加， 胶凝温度和凝胶强度也增加， 这同褐藻酸钠形成 蛋箱型结构的凝胶机理类似。 低甲氧基果胶对 pH 值的变化没有高甲氧基果胶那 样敏感，在 pH 值为 2. 6 6. 5 范围内可形成凝胶，最适 pH 为 3. 2。虽然低甲 氧基果胶不添加糖也能形成凝胶，但加入 1 0% 20%的蔗糖可明显改善凝胶的 质地。果胶作为一种高档的天然食品添加剂和保健品。 商业果胶

7、可从柑橘、 苹果、或 其他高等植物中提取 ,可作为稳定剂 ,增稠剂、胶凝剂、乳化剂、食品、药品和药 物载体9。本文对果胶的结构、 理化特性及功能应用进行综述， 同时介绍目前果胶研究 的特点和趋势。果胶的应用 在食品工业上，果胶作为胶凝剂、增稠剂、稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增香增 效剂，广泛应用于果酱、果冻、果胶软糖、果汁、乳制品等的生产。高甲氧基 果胶可有效地稳定酸牛奶制品并改善其风味， 还可作为稳定剂使牛奶和果汁结合 成含牛奶蛋白质、矿物质及果汁的重制饮料 .H M 果胶的使用, 提高了饮料的粘 度 , 改善了口感。在橙汁中使用可以避免悬浮的果粒发生沉淀 , 特别是固体物大 于 45 % 时。

8、特别是在后一种情况 , 可以先形成凝胶 , 接着破碎而成为粘性液 态的成品。高酯果胶用于浓缩水果饮料 , 可稳定乳浊液和水果粒悬浮液。此时果 胶的胶凝作用可为产品提供获得持久稳定要求的降伏值由于其具有热稳定性， 还 可以用于制各焙烤食品使用的果冻。果胶在食品工业中主要作为胶凝剂使用 , 但 它作为乳化和乳化稳定剂在大多数领域中还不为人所知。 近年来的国外研究结果 表明 , 果胶具有乳化和乳化稳定作用的特性 , 其乳化稳定特性主要建立在乳浊液 水相的黏度提高上。 果胶作为乳化稳定剂主要用于蛋黄酱、 调味品等产品中。 低 甲氧基果胶可生产以果胶为主的各种低糖、 低热量、低甜度食品，适于身体肥胖、

9、高血压、冠心病患者的食用需求 10高酯果胶主要用于糖果工业 , 制造水果软糖和 胶冻夹心。使用天然水果成分或合成香料来增加香味的产品 , 在此时果胶可表现 出非常出色的组织和口感、极好的香味释放的优点 , 使产品具有高度的透明性和不沾牙的品质 , 并且由于其快速和可控凝胶的原因 , 使其适于先进的连 续生产工艺。但是由于糖果产品的固形物含量非常高 , 应使用慢凝高酯果胶及缓 冲盐 , 以免发生预凝胶。在低浓度下 , 低酯果胶可以赋予糖果夹心一种触变性组 织 , 如果钙离子允许扩散于夹心中 , 则在高浓度下可获得一种冷凝胶作用。Qiu, Chaoyi ng的研究认为在小麦蛋白乳液中加入果胶和黄原

10、胶等阴离子多糖 能够让小麦蛋白稳定， 在四周时间内不出现破乳现象。 11李新新等在研究高甲氧 基果胶对酸化大豆蛋白溶液的影响中通过测定酸化过程中大豆蛋白的平均粒径， Z电位等变化，表明果胶浓度w 0. 2%,大豆蛋白胶粒在pH 5. 8时发生聚集当 果胶浓度0. 4%时，大豆蛋白溶液在pH 3. 9时才发生聚集，果胶浓度越大， 发生聚集的 pH 值越低.12研究发现适量添加果胶可以明显改善蛋糕糊的膨松性 和蛋糕的芯部结构状态， 但是口感略显坚韧；添加果胶对蛋糕保湿性有显著影响。 13在医药工业上， 果胶有较高的药用价值， 具有抗菌、止血、消肿、止痛、解毒、 止泻、降血脂14、抑制癌细胞扩散 1

11、5等功能， 可作为药物制剂； 最新的研究表明， 果胶是非淀粉多糖类的可溶性膳食纤维具有预防和治愈肿瘤和冠心病的功效， 其 应用范围在不断扩大 16。此外，由于果胶分子存在极性区和非极性区这也使得果 胶具有多种功能性质 17，在药物保健中有显著效果。其主要作用有： (1)果胶是一 种优良的药物制剂基质， 可单独或与其他赋形剂合用配制软膏、 栓剂、微囊等药 物制剂，特别是在缓、控释制剂上，利用高甲氧基果胶不溶于水、酸、碱和其它 溶剂却能被结肠内的果胶酶所降解这一特性， 将其用于结肠定位释药系统保护药 物顺利通过胃和小肠，而在结肠部位定位释放，发挥局部或全身作用18。果胶随着甲氧基含量的增大，果胶的

12、溶解度随之减小。它的钙化衍生物果胶 钙是由果胶中游离羧基与钙离子反应面生成， 果胶中的甲氧基含量越低， 游离羧 基越多，越容易与钙离子发生反应生成果胶钙， 随着钙离子含量的提高， 果胶钙的溶解度 也随之降低。 当果胶中的甲氧基含量或果胶钙的钙离子含量足够高时， 以较稳定 的凝胶形式存在， 不溶于水、 酸碱及其他溶剂， 只能被人体结肠内的果胶酶所降 解。利用果胶和果胶钙的很好的生物相容性和生物粘连性等特性， 近年来一些研 究通过控制果胶中甲氧基的含量和果胶钙的钙离子含量从而控制果胶和果胶钙 的溶解度，将其用于缓、控释制剂，可以使药物以零级速率规律持续的释放，收 到良好效果19-23。Rubins

13、teiH24分别将吲哚美辛与果胶和果胶钙不同比例混合压制 成药片。体外释放实验结果表明，果胶钙片的溶出与溶出时间、 pH 值 等并无显著的相关性，只与溶出介质中是否含有果胶酶及果胶酶的浓度有关。Radai等25 将胰岛素与果胶钙及其他辅料以不同比例进行混合，干燥，压制成果 胶钙单层片。 溶出实验结果表明， 果胶钙单层片能延缓胰岛素的释放， 起到一定 的缓释作用：通过狗口服用药后表明果胶钙双层片能保护胰岛素顺利的通过胃和 小肠，安全抵达结肠部位发挥胰岛素药效。(2) 果胶有降胆固醇的作用， 可用于治疗心血管硬化、 糖尿病和胃溃疡。 人体会以 胆固醇为原料合成胆盐， 当胆盐被用于消化食物后又会以胆

14、固醇的形式被再次吸 收和储存， 而果胶在小肠内能吸收肝脏分泌的消化液包括胆盐， 所以当果胶与胆 盐混合后小肠就无法重新吸收胆固醇， 而是将混合物排出体外， 胆固醇量就会逐 渐降低。 (3)果胶具有降糖作用， 是因为果胶能增加糜物的粘稠度。 凝胶物在小肠 中阻碍了糖的吸收， 使胰岛素的分泌也有所降低。 专家认为糖尿病患者饮食中单 靠控制碳水化合物是不足耿的， 如果摄入果胶类纤维食物， 血糖并不会升高， 还 可以避免为了补充碳水化合物而多吃脂肪多的食品所诱发的心脏病。 (4)果胶可以 抑制癌细胞扩散、 减少抗癌药物对胃肠粘膜的损害。 果胶能促进小肠蠕动， 缓解 习惯性便秘； 刺激内源生长因子的产生

15、， 加速溃肠面的愈合； 抑制癌细胞的聚集， 阻止其扩散转移等，有效的减少癌症的发作26。(5)果胶还能与金属离子 结合形成不溶于水的化合物， 所以果胶是铅、 汞、钴等会属中毒的良好解毒剂和 预防剂。而且果胶可与甲醇结合成甲酯，故果胶也可用于甲醇中毒的辅助治疗。Sergusche nko, Iri n等研究认为低酯果胶比高酯果胶更有效的清除老鼠体内的铅 金属 .27除此之外，果胶还可用于血浆代用品、 治疗腹泻和动脉硬化以及用来延长 抗菌素的作用，是一类开发前景很广阔的新品种。在其它工业中， 果胶也应用广泛。 由于果胶具有成膜特性， 可用作造纸和纺织 的施胶剂，果胶也可用于制备超速离心膜和电渗析膜

16、 28-31。用果胶制做的饮料吸 管，当液体流过吸管时，果胶层中的色素和风味物质就会释放出来 32。在木材加 工业中，果胶可用作胶粘剂； 在纺织工业中， 果胶可替代淀粉而无需其他得辅助 助剂；在轻工业生产中，果胶可以用来制造化妆品及油和水之问的乳化剂。1 Novosel skaya I L. Trends in the scie nee and applicati ons of pect in sJ. Chemistry of Natural Compounds，2000，36（1）：1-10.2 Brae onnot H. Recherches sur un no uvel acide un

17、i verselleme nt repa ndu dans tous les vegetauxJ. Ann. Chim Phys 1824, 28: 173.3 Perez S Mazeau K Herve du Pen hoat C. The three dime nsional structures of the pectic polysaccharidesJ. PlantPhysiology and Biochemist20OQ 38 (1/2) : 37-55.4 Moh nen D. Pectin structure and bios yn thesisJ. Curre nt Opi

18、 nion in Pla nt Biology 2008, 11: 266-277.王璋，询：时婴，汤坚.食品化学M.北京：中国轻工业出版社，999: 74 75.6 Liu, L., et al. (2003). Pectin-based systems for colon-specific drug delivery via oral route. Biomaterials 24(19): 3333-3343.7 吴越，李彦.对高甲氧基果胶凝胶特性的研究J.合肥工业大学学报，2008,3l(1): 158161.8 徐伟，马力，袁永俊，等.低甲氧基果胶的胶凝机理及防止预凝胶形成的措施J食品

19、与发酵工业，2004, 30(3): 90-93.9 Wicker, L., et al. (2014). Pectin as a bioactive polysaccharidExtract ing tailoredfunction from less. Food Hydrocolloids 42, Part 2(0): 251-259.10 Reisei S Metabolic effects of dietary pectin related to human healthJFoodTechno logy, 1987, 4l(2): 9199.11 Qiu, C., et al. (20

20、15). Improving the stability of wheat protein-stabilized emulsions:Effect of pect in and xan tha n gum additi on. Food Hydrocolloids 43: 377-387.12谢曼曼,李A刘.A.,高甲氧基果胶对酸性大豆蛋白体系的稳定机理.食品科学 , 2015(07): p. 41-4413 周艳华 , 苹果果胶的提取及其在蛋糕中的应用研究 . 2008, 东北师范大学 .14 Eric BRimm，Alberto Aschefio，Edward Giovannucc，i e

21、t a 1Vegetable，fruits， and cereal fiber intake and risk of coronary heart disease among menJJournal of Amercian Medical Associatio，n 1 996，275：44745 115 Moskalenko S V，Stpanova E F，BroutaD T ，et a1Beet pectin preparation for reducing the hepatotoxic effect ofparaeetamolJFarm Atsevlicheskay，a 1 998，4

22、： 9516李春明，管春梅，郑晶，等果胶对大鼠血脂及抗氧化功能的影响J.中国公共卫生， 2004， r6 1： 878917Karr-Lilienthal L K， Kadzere C T， Grieshop C M， etalChemical and nutritional properties of soybean carbohydrates as related to nonruminatsRJeview Livestock Prod Sci， 2005， 97(1 )： 1 0 1 218Hovgaard L， Brondsted H Dextran hydrogels for col

23、onspecific drugdeliveryJ Journal ofControlled Release 1995, 36(1 21159-16619 Sriamornsak P， Prakongpan S， Puttipipatkhachom S， et a1Development of sustainedrelease theophylline pellets coated with calcium pectinateJControlled Releas，e 1997， (47)： 221-23220 Sriamornsak P，Nunthanid J Cap gel beads for

24、 controlled release drug delivery Effect of formulation and processing variables on drug release J Microencapsulation， 1999，(16)： 303-31321 Pillay V， Fassihi RIn vitro rolease modulation from crosslinked pellets for site specific drug delivery to the GI tract 11 Physicochemical characterization of c

25、alcium alginate，calciumpectinate，calcium alginate pectinate pelletsJJ Controlled Releas，e 1999，59：243。25622 Sriamornsak PEffect of calcium concentration，hardening agent and drying conditionon release of oral proteins from calcium pectinate gel beadslEJur J Pharm Sc，i 1999，8(3)：221-22723 Sriamomsak P

26、，Pultipipatkhachom S，Prakongpan SCalcium pectinate coated pellets as an alternative carrier to calcium pectinate beadslIJntemational Journal of Pharmaceutic，s 1997， 156：189 一 19424 Rubinstein A，Radai R，Ezra M，et a1In vitro evaluation ofcalcium pectinat：e a potential colonspecific drug delivery carrierJ Pharm Res，1993，10(2)：25826325 Rubinstein A，Radai R In vitro and in vivo analysis of colonspeci6city of calcium pectinate fo