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-1，4-糖苷键连接组成的酸性杂多糖，除D-Gal-A 外，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3-4。果胶类多糖的分子

2、量介于10000400000之间，WPilnik研究发现，果胶主链由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D一半乳糖醛酸基组成的均聚半乳糖醛酸(homogalacturonan，HGA)，多毛区是由支链L一鼠李半乳糖醛酸(rhamnogalacturonan，RG)组成。 果胶分子结构如图所示6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 Pec

3、tins，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7.016.30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

4、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7，低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

5、高糖浓度中方可形成凝胶，一般要求果胶含量<1；蔗糖浓度5875；pH为2035。因为在pH值2035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5875，由于糖争夺水分子，致使中性果胶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

6、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2665范围内可形成凝胶，最适pH为32。虽然低甲氧基果胶不添加糖也能形成凝胶，但加入1020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

7、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。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,

8、 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、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

9、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, Chaoying的研究认为在小麦蛋白乳液中加入果胶和黄原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，-电位等变化，表明果胶浓度0. 2%，大豆蛋白胶粒在pH5. 8 时发生聚集;当果胶浓度0. 4% 时，大豆蛋白溶液在pH3. 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

10、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15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

11、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

12、续的释放，收到良好效果19-23。Rubinstein24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

13、物后又会以胆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，加速溃肠面的愈合；抑制癌细胞的聚集，

14、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。Serguschenko, Irina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

15、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 science and applications of pectinsJ. Chemistry of Natural Compounds，2000，36（1）：1-10.2 Braconnot H. Recherches sur un nouvel acide universellement repandu dans tous les vegetauxJ.

16、Ann. Chim Phys，1824，28：173.3 Perez S， Mazeau K， Herve du Penhoat C. The three dimensional structures of the pectic polysaccharidesJ. PlantPhysiology and Biochemistry，2000，38（1/2）： 37-55.4 Mohnen D. Pectin structure and biosynthesisJ. Current Opinion in Plant Biology，2008，11：266-277.5王璋，询：时婴，汤坚食品化学M北

17、京：中国轻工业出版社，999：74756Liu, 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)：1581618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食品与发酵工业，2004，30(3)：90939Wicker, L., et al. (2014). "Pect

18、in as a bioactive polysaccharide Extracting tailored function from less." Food Hydrocolloids 42, Part 2(0): 251-259.10Reisei SMetabolic effects of dietary pectin related to human healthJFoodTechnology，1987，4l(2)：919911Qiu, C., et al. (2015). "Improving the stability of wheat protein-stabil

19、ized emulsions: Effect of pectin and xanthan gum addition." 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.14Eric BRimm，Alberto Aschefio，Edward Giovannucci，et a1Vegetable，fruits，and cereal fiber intake and ri

20、sk of coronary heart disease among menJJournal ofAmercian Medical Association，1 996，275：44745 115Moskalenko S V，Stpanova E F，BroutaD T，et a1Beet pectin preparation forreducing the hepatotoxic effect ofparaeetamolJFarm Atsevlicheskaya，1998，4：9516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，r61：878917Karr

21、-Lilienthal L K，Kadzere C T，Grieshop C M，etalChemical and nutritionalproperties of soybean carbohydrates as related to nonruminatsJReview LivestockProd Sci，2005，97(1)：101218Hovgaard L，Brondsted HDextran hydrogels for colonspecific drug deliveryJJournal ofControlled Release，1995，36(1·21：159-1661

22、9Sriamornsak P，Prakongpan S，Puttipipatkhachom S，et a1Development of sustainedrelease theophylline pellets coated with calcium pectinateJJ Controlled Release，1997，(47)：221-23220Sriamornsak P，Nunthanid JCap gel beads for controlledrelease drug deliveryEffect of formulation and processing variables on

23、drug releaseJJ Microencapsulation，1999，(16)：303-31321Pillay V，Fassihi RIn vitro rolease modulation from crosslinked pellets for sitespecific drug delivery to the GI tract 11 Physicochemical characterization of calcium alginate，calciumpectinate，calcium alginatepectinate pelletsJJ Controlled Release，1

24、999，59：243。25622Sriamornsak PEffect of calcium concentration，hardening agent and drying conditionon release of oral proteins from calcium pectinate gel beadslJEur J Pharm Sci，1999，8(3)：221-22723Sriamomsak P，Pultipipatkhachom S，Prakongpan SCalcium pectinate coated pellets as an alternative carrier to

25、 calcium pectinate beadslJIntemational Journal ofPharmaceutics，1997，156：189一19424Rubinstein A，Radai R，Ezra M，et a1In vitro evaluation ofcalcium pectinate：a potential colonspecific drug delivery carrierJPharm Res，1993，10(2)：25826325Rubinstein A，Radai RIn vitro and in vivo analysis of colonspeci6city of calciumpectinate for