果膠應用綜述

1、果膠的結構、性質與應用摘要 本文介紹果膠的結構、性質及應用，重點是果膠在食品，飲料，果醬，醫(yī) 藥中的應用。關鍵詞 果膠 ;果膠的應用 果膠是一類廣泛存在于植物細胞壁的初生壁和細胞中間片層的雜多糖1，1824年法國藥劑師 Bracennot 首次從胡蘿卜提取得到，并將其命名為“ pectin”2。果膠主要是一類以 D-半乳糖醛酸(D-GalacturonicAcids, D-Gal-A)由a-1, 4-糖 苷鍵連接組成的酸性雜多糖，除 D-Gal-A夕卜，還含有L-鼠李糖、D-半乳糖、D- 阿拉伯糖等中性糖，此外還含有 D-甘露糖、L-巖藻糖等多達12種的單糖，不 過這些單糖在果膠中的含量很少3

2、-4。果膠類多糖的分子量介于1000曠400000之 間，WPilnik研究發(fā)現，果膠主鏈由a-D 一半乳糖醛酸基(GalpA)通過1, 4糖苷 鍵連接而成，含有半乳糖醛酸外還含有20的中性糖組分，他形象地把其描述為重復的聚半乳糖醛酸為主的 “光滑區(qū)” 和以鼠李糖和其他中性多糖為主的 “多 毛區(qū)” 5。光滑區(qū)是由 a-D 一半乳糖醛酸基組成的均聚半乳糖醛酸(homogalacturo nan HGA)，多毛區(qū)是由支鏈 a_ 一鼠李半乳糖醛酸 (rhamnogalacturonan RG)組成。果膠分子結構如圖所示 6HO卜陳 二.Structure ot pectin.POLYMLAEWRQN

3、瓦Srnoorh Region SR * Hairy Region HR果膠一般按其酯化度的不同分為兩類：高酯果膠 (High Methoxyl Pectins HMP)和 低酯果膠(Low Methoxyl Pectins LMP)，其主要區(qū)別在于分子結構中羧基被甲氧 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)來描述。一般晚來，DE大于50%或者 DM在7.0%16.30%之間為HMP; DE小于50%或者DM小于7.0%為LMP。純品果膠物質為白色或淡黃色粉術，略有特

4、異氣味。在20倍的水中幾乎完全溶解，形成一種帶負電荷的粘性膠體溶液，但不溶于乙醚、丙酮等有機溶劑。如 果用蔗糖糖漿或與3倍以上的砂糖混合則更易溶于水。一般來說，果膠在水中的 溶解度與自身的分子結構有關，其多聚半乳糖醛酸鏈越長在水中溶解度越小。在 不加任何試劑的條件下，果膠物質水溶液呈酸性，主要是果膠酸和半乳糖醛酸。 因此，在適度的酸性條件下，果膠結構穩(wěn)定。但在強酸強堿條件下，果膠分子會 降解。凝膠化作用是果膠最重要的性質，果膠最主要的用途就是做酸性條件下的膠凝劑。由于高甲氧基果膠和低甲氧基果膠在結構上的差異致使二者的凝膠條件完全不同。高甲氧基果膠需要可溶性固形物55以上才能形成凝膠精品7 ，低

5、甲氧基果膠只需存在二價金屬離子和少量可溶性固形物即可形成凝膠8。凝膠化作用是果膠最重要的性質， 果膠最主要的用途就是做酸性條件下的膠凝 劑。由于高甲氧基果膠和低甲氧基果膠在結構上的差異致使二者的凝膠機理和成 膠條件完全不同。高甲氧基果膠必須在低 pH 和高糖濃度中方可形成凝膠，一般 要求果膠含量1 %;蔗糖濃度58%75%; pH為2.03.5。因為在pH值2. 0 35時可阻止羧基離解，使高度水合作用和帶電的羧基轉變?yōu)椴粠щ姾傻姆肿樱?從而使其分子間的斥力減小， 分子的水合作用降低， 結果有利于分子之間的結合 和三維網絡結構的形成。蔗糖濃度達到 58%75%，由于糖爭奪水分子，致使 中性果膠

6、分子溶劑化程度大大降低， 有利于形成分子問氫鍵和凝膠。 低甲氧基果 膠形成凝膠的機理與高甲氧基果膠大不相同。 低甲氧基果膠在沒有糖存在時也能 形成凝膠，但必須有二價金屬離子存在。例如，鈣離子，在果膠分子間形成交 聯(lián)鍵，隨著鈣離子濃度的增加， 膠凝溫度和凝膠強度也增加， 這同褐藻酸鈉形成 蛋箱型結構的凝膠機理類似。 低甲氧基果膠對 pH 值的變化沒有高甲氧基果膠那 樣敏感，在 pH 值為 2. 6 6. 5 范圍內可形成凝膠，最適 pH 為 3. 2。雖然低甲 氧基果膠不添加糖也能形成凝膠，但加入 1 0% 20%的蔗糖可明顯改善凝膠的 質地。果膠作為一種高檔的天然食品添加劑和保健品。 商業(yè)果膠

7、可從柑橘、 蘋果、或 其他高等植物中提取 ,可作為穩(wěn)定劑 ,增稠劑、膠凝劑、乳化劑、食品、藥品和藥 物載體9。本文對果膠的結構、 理化特性及功能應用進行綜述， 同時介紹目前果膠研究 的特點和趨勢。果膠的應用 在食品工業(yè)上，果膠作為膠凝劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、懸浮劑、乳化劑、增香增 效劑，廣泛應用于果醬、果凍、果膠軟糖、果汁、乳制品等的生產。高甲氧基 果膠可有效地穩(wěn)定酸牛奶制品并改善其風味， 還可作為穩(wěn)定劑使牛奶和果汁結合 成含牛奶蛋白質、礦物質及果汁的重制飲料 .H M 果膠的使用, 提高了飲料的粘 度 , 改善了口感。在橙汁中使用可以避免懸浮的果粒發(fā)生沉淀 , 特別是固體物大 于 45 % 時。

8、特別是在后一種情況 , 可以先形成凝膠 , 接著破碎而成為粘性液 態(tài)的成品。高酯果膠用于濃縮水果飲料 , 可穩(wěn)定乳濁液和水果粒懸浮液。此時果 膠的膠凝作用可為產品提供獲得持久穩(wěn)定要求的降伏值由于其具有熱穩(wěn)定性， 還 可以用于制各焙烤食品使用的果凍。果膠在食品工業(yè)中主要作為膠凝劑使用 , 但 它作為乳化和乳化穩(wěn)定劑在大多數領域中還不為人所知。 近年來的國外研究結果 表明 , 果膠具有乳化和乳化穩(wěn)定作用的特性 , 其乳化穩(wěn)定特性主要建立在乳濁液 水相的黏度提高上。 果膠作為乳化穩(wěn)定劑主要用于蛋黃醬、 調味品等產品中。 低 甲氧基果膠可生產以果膠為主的各種低糖、 低熱量、低甜度食品，適于身體肥胖、

9、高血壓、冠心病患者的食用需求 10高酯果膠主要用于糖果工業(yè) , 制造水果軟糖和 膠凍夾心。使用天然水果成分或合成香料來增加香味的產品 , 在此時果膠可表現 出非常出色的組織和口感、極好的香味釋放的優(yōu)點 , 使產品具有高度的透明性和不沾牙的品質 , 并且由于其快速和可控凝膠的原因 , 使其適于先進的連 續(xù)生產工藝。但是由于糖果產品的固形物含量非常高 , 應使用慢凝高酯果膠及緩 沖鹽 , 以免發(fā)生預凝膠。在低濃度下 , 低酯果膠可以賦予糖果夾心一種觸變性組 織 , 如果鈣離子允許擴散于夾心中 , 則在高濃度下可獲得一種冷凝膠作用。Qiu, Chaoyi ng的研究認為在小麥蛋白乳液中加入果膠和黃原

10、膠等陰離子多糖 能夠讓小麥蛋白穩(wěn)定， 在四周時間內不出現破乳現象。 11李新新等在研究高甲氧 基果膠對酸化大豆蛋白溶液的影響中通過測定酸化過程中大豆蛋白的平均粒徑， Z電位等變化，表明果膠濃度w 0. 2%,大豆蛋白膠粒在pH 5. 8時發(fā)生聚集當 果膠濃度0. 4%時，大豆蛋白溶液在pH 3. 9時才發(fā)生聚集，果膠濃度越大， 發(fā)生聚集的 pH 值越低.12研究發(fā)現適量添加果膠可以明顯改善蛋糕糊的膨松性 和蛋糕的芯部結構狀態(tài)， 但是口感略顯堅韌；添加果膠對蛋糕保濕性有顯著影響。 13在醫(yī)藥工業(yè)上， 果膠有較高的藥用價值， 具有抗菌、止血、消腫、止痛、解毒、 止瀉、降血脂14、抑制癌細胞擴散 1

11、5等功能， 可作為藥物制劑； 最新的研究表明， 果膠是非淀粉多糖類的可溶性膳食纖維具有預防和治愈腫瘤和冠心病的功效， 其 應用范圍在不斷擴大 16。此外，由于果膠分子存在極性區(qū)和非極性區(qū)這也使得果 膠具有多種功能性質 17，在藥物保健中有顯著效果。其主要作用有： (1)果膠是一 種優(yōu)良的藥物制劑基質， 可單獨或與其他賦形劑合用配制軟膏、 栓劑、微囊等藥 物制劑，特別是在緩、控釋制劑上，利用高甲氧基果膠不溶于水、酸、堿和其它 溶劑卻能被結腸內的果膠酶所降解這一特性， 將其用于結腸定位釋藥系統(tǒng)保護藥 物順利通過胃和小腸，而在結腸部位定位釋放，發(fā)揮局部或全身作用18。果膠隨著甲氧基含量的增大，果膠的

12、溶解度隨之減小。它的鈣化衍生物果膠 鈣是由果膠中游離羧基與鈣離子反應面生成， 果膠中的甲氧基含量越低， 游離羧 基越多，越容易與鈣離子發(fā)生反應生成果膠鈣， 隨著鈣離子含量的提高， 果膠鈣的溶解度 也隨之降低。 當果膠中的甲氧基含量或果膠鈣的鈣離子含量足夠高時， 以較穩(wěn)定 的凝膠形式存在， 不溶于水、 酸堿及其他溶劑， 只能被人體結腸內的果膠酶所降 解。利用果膠和果膠鈣的很好的生物相容性和生物粘連性等特性， 近年來一些研 究通過控制果膠中甲氧基的含量和果膠鈣的鈣離子含量從而控制果膠和果膠鈣 的溶解度，將其用于緩、控釋制劑，可以使藥物以零級速率規(guī)律持續(xù)的釋放，收 到良好效果19-23。Rubins

13、teiH24分別將吲哚美辛與果膠和果膠鈣不同比例混合壓制 成藥片。體外釋放實驗結果表明，果膠鈣片的溶出與溶出時間、 pH 值 等并無顯著的相關性，只與溶出介質中是否含有果膠酶及果膠酶的濃度有關。Radai等25 將胰島素與果膠鈣及其他輔料以不同比例進行混合，干燥，壓制成果 膠鈣單層片。 溶出實驗結果表明， 果膠鈣單層片能延緩胰島素的釋放， 起到一定 的緩釋作用：通過狗口服用藥后表明果膠鈣雙層片能保護胰島素順利的通過胃和 小腸，安全抵達結腸部位發(fā)揮胰島素藥效。(2) 果膠有降膽固醇的作用， 可用于治療心血管硬化、 糖尿病和胃潰瘍。 人體會以 膽固醇為原料合成膽鹽， 當膽鹽被用于消化食物后又會以膽

14、固醇的形式被再次吸 收和儲存， 而果膠在小腸內能吸收肝臟分泌的消化液包括膽鹽， 所以當果膠與膽 鹽混合后小腸就無法重新吸收膽固醇， 而是將混合物排出體外， 膽固醇量就會逐 漸降低。 (3)果膠具有降糖作用， 是因為果膠能增加糜物的粘稠度。 凝膠物在小腸 中阻礙了糖的吸收， 使胰島素的分泌也有所降低。 專家認為糖尿病患者飲食中單 靠控制碳水化合物是不足耿的， 如果攝入果膠類纖維食物， 血糖并不會升高， 還 可以避免為了補充碳水化合物而多吃脂肪多的食品所誘發(fā)的心臟病。 (4)果膠可以 抑制癌細胞擴散、 減少抗癌藥物對胃腸粘膜的損害。 果膠能促進小腸蠕動， 緩解 習慣性便秘； 刺激內源生長因子的產生

15、， 加速潰腸面的愈合； 抑制癌細胞的聚集， 阻止其擴散轉移等，有效的減少癌癥的發(fā)作26。(5)果膠還能與金屬離子 結合形成不溶于水的化合物， 所以果膠是鉛、 汞、鈷等會屬中毒的良好解毒劑和 預防劑。而且果膠可與甲醇結合成甲酯，故果膠也可用于甲醇中毒的輔助治療。Sergusche nko, Iri n等研究認為低酯果膠比高酯果膠更有效的清除老鼠體內的鉛 金屬 .27除此之外，果膠還可用于血漿代用品、 治療腹瀉和動脈硬化以及用來延長 抗菌素的作用，是一類開發(fā)前景很廣闊的新品種。在其它工業(yè)中， 果膠也應用廣泛。 由于果膠具有成膜特性， 可用作造紙和紡織 的施膠劑，果膠也可用于制備超速離心膜和電滲析膜

16、 28-31。用果膠制做的飲料吸 管，當液體流過吸管時，果膠層中的色素和風味物質就會釋放出來 32。在木材加 工業(yè)中，果膠可用作膠粘劑； 在紡織工業(yè)中， 果膠可替代淀粉而無需其他得輔助 助劑；在輕工業(yè)生產中，果膠可以用來制造化妝品及油和水之問的乳化劑。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

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