天然果胶的成分与特性

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天然果胶的成分与特性

天然色素应用技术推广实验室 aing （aingw@126.com）整理

1825年，Bracennot首次从胡萝卜肉质根中提取出一种物质，能够形成凝胶，于是他将该物质命名为“Pectin”，中文译名为“果胶”。同时，Bracennot用自己提出的果胶制成了“人造胶冻”。此后，许多化学家研究果胶，并在食品工业中得到了广泛应用。

1．果胶物质的植物存在

果胶物质广布于植物界，高等植物与低等植物皆有。在植物体中，果胶存在于相邻细胞壁的中胶层。其作用既把相邻细胞连接起来，形成一个整体；又有缓冲作用，不阻碍细胞生长。同时，还成为病原微生物入侵的天然屏障。

相比之下，在根、茎、叶、果实等器官中，以果实中果胶的含量最高。比如草莓、山楂、苹果、柑結等的果实中含量颇丰。此外，胡萝卜的肉质根，向日葵的花盘等也富含果胶。目前，真正具有工业生产价值的果胶来源首推柑桔果皮和苹果榨汁废滓。

一般说来，果实的硬度取决于果胶物质的种类及其数量。比如，未成熟的果实，细胞间含有大量原果胶（不溶于水），因而果实坚硬；随着果实逐渐成熟，在原果胶酶的作用下，使原果胶降解为水溶性的果胶，于是果肉变软而有弹性，在细胞汁液中，在果胶酶和果胶酸酶的作用下，果胶最终分解为半乳糖醛酸。此时，果实变为囊软状态，接近腐烂边缘，不宜继续存放。

2．果胶物质的化学本质

果胶物质在化学分类上应属于碳水化合物的衍生物。其基本组成单位是D-吡喃半乳糖醛酸，并以a—l，4—苷键连接起来而成高分子化合物（即多聚半乳糖醛酸），分子量在50～300KD。果胶物质通常以部分甲基化形式存在。存在于植物体内的果胶物质一般有三种形式：

2.1原果胶(Propectin)

原果胶呈长链存在，是与纤维素等细胞壁组成结合在一起的多聚半乳糖醛酸，少部分发生甲酯化，不溶于水，只存在于细胞壁中。

2.2果胶（Pectin)

果胶亦呈长链存在，羧基已发生不同程度甲酯化的多聚半乳糖醛酸，溶于水，存在于细胞汁液中。

2.3果胶酸（Pecticacid)

这是羧基完全游离的多聚半乳糖醛酸长链，微溶于水，细胞壁与细胞液中均有。

3．果胶物质的基本特性

3.1果胶物质的溶解性（Solubility)

纯品果胶物质为白色或淡黄色的粉末，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倍以上砂糖混合则更易溶于水。一般认为，果胶及果胶酸在水中的溶解度与自身的分子结构有关：一是随链的增长而降低；二是随酯化程度的增大而升髙，（其衍生物甲酯、乙酯较易溶于水）。其原因可能是，果胶物质的分子不是以直线形存在，而是多呈折叠形式，极易形成分子内氢键；而酯化程度较高时，分子内氢键相对减弱，因此溶解度会有一定的增加。

3.2果胶物质的酸碱性(acid-base-bility)

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，果胶稳定。但在强酸与强碱作用下，易引起果胶分子降解，使长链变成短链。

3.3果胶物质的凝胶性（Gelation)

果胶物质最重要的性质就是凝胶化作用。由于果胶溶液具有很高的粘度，故在一定温度下，当果胶、糖、酸的比例适宜时，就会形成凝胶，给人们带来风味独特的各种果酱、果冻等食品。按果胶中甲氧基（-OCH3)含量，可将由果胶物质形成的凝胶分为两类。

3.3.1高甲氧基果胶（HMP)型凝胶

通常，随着甲氧基含量增多，胶凝能力增强。当HMP中甲氧基含量高于8.2%时，在温度低于50℃下，加入浓度高于50%(通常60%～70%)蔗糖时，再加入酸（柠檬酸、苹果酸、酒石酸等）控制PH在2.0～3.5时即可形成凝胶。其机理可能与以下因素有关：—是由于蔗糖含多羟基（-OH)而成为一种强亲水物质，对果胶起到脱水剂的作用，使其失去水合膜；二是PH2.0～3.5抑制果胶分子羧基（-COOH)的解离；三是甲氧基(-OCH3)的存在易形成氢键（分子间）。于是，使许许多多果胶分子胶联成网络状的结构。研究发现，凝胶网络状结构的网眼处，多为疏水的酯性基团形成。因此，酯化程度愈高，胶凝作用愈强。依据果胶甲酯化程度又可分为三种果胶。

①全酯化多聚半乳糖醛酸果胶：在理论上，这类果胶中甲氧基含量为16.3%，但在生产中极少应用。从理论上而言，只需加入脱水剂（蔗糖）即能形成凝胶。

②速凝果胶：这类果胶甲酯化程度达70%(甲氧基含量11.4%)以上。加糖、酸后可在较高温度下形成凝胶。

③慢凝果胶：这类果胶的甲酯化程度在50%～70%(甲氧基含量在8.2%～11.4%)。加糖、酸后于较低温度下形成凝胶。其中，PH值高低（2.8～3.2)对果胶分子中游离羧基数量的影响较大。这种凝胶多用于柔软果冻、果酱、点心的生产，在果汁类饮料中用作增稠剂和乳化剂。

3.3.2低甲氧基甲胶（LMP)离子结合型凝胶

这类果胶中甲氧基含量在7%左右，即使糖、酸比例再适宜，也不能形成凝胶。只有加入高价金属离子（主要是Ca2+)就能形成凝胶。其机理是：由于甲酯化程度较低，果胶分子游离羧基较多，很易与Ca2+结合。由于Ca2+的桥梁作用。使许多果胶分子相互胶联起来（这与植物细胞壁中的情形基本相似)而形成网络状结构，而且非常稳定。

由低甲氧基果胶形成的凝胶，用Ca2+是视果胶分子中游离羧基数量而定。PH值无直接依赖作用，但在PH3.0和5.0时，凝胶强度最大，而PH4.0时强度最小（原因尚不明确）。温度是主要因子，在0～58℃范围内，0℃时凝胶强度最大，58℃时强度为零，30℃为凝胶的临界温度，因此，贮藏时必须在30℃以下（一般不超过25℃）。

3.3.3酰胺化果胶（ALMP）

酰胺化果胶（ALMP）是高酯果胶经过脱酯后，再经过酰胺化工艺处理的果胶，酰胺化果胶的凝胶范围（包括PH范围和Ca2+离子范围）比低甲氧基果胶（LMP）更广泛，并且形成的凝胶具有热可逆性，实际生产上用量更少，相对更经济。在果酱、烘焙，医药包衣、肠道缓释标靶药物的制剂化生产等有广泛的应用。果胶酰胺化技术和应用，国外已经比较成熟并有技术垄断的倾向，国内研究不多，应用上的研究更是屈指可数；在价格上酰胺化果胶也相对高出很多，据了解，目前国内果胶价格从9万元／吨以上，最高的达到18万元/吨。中国每年从国外进口的包括A LM P在内的果胶就数以千吨计，并且每年都有15%以上的增长。

国内果胶资源非常丰富，希望国产果胶在技术上和应用上能够加大投入，以便早日赶上国外水平，打破国外的技术垄断。

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