果膠的膠凝性質(zhì)及應(yīng)用

王勇，王春曉，相光明，蔣慧

（山東省食品藥品檢驗研究院，山東濟南250101）

果膠的膠凝性質(zhì)及應(yīng)用

王勇，王春曉，相光明，蔣慧

（山東省食品藥品檢驗研究院，山東濟南250101）

本文綜述了果膠的分類及其存在形態(tài)、膠凝性質(zhì)等。根據(jù)果膠形成的不同膠凝類型，分析了高甲氧基果膠和低甲氧基果膠的膠凝性質(zhì)及特點，介紹了果膠在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及其他行業(yè)中的應(yīng)用，并對果膠的應(yīng)用前景進行了展望。

果膠；膠凝；應(yīng)用；展望

果膠是一種膠體性多糖類高分子化合物，廣泛存在于柚子、檸檬、柑橘、蘋果等水果的果皮或果渣以及其他可食用植物的葉、皮、莖及果實中，是植物體內(nèi)特有的細胞壁組分，伴隨纖維素而存在，分子量為1萬～40萬[1]。果膠為粉末狀物質(zhì)，呈白色、淡黃色、淺灰色或淺棕色，無異味，略帶果香味。果膠類物質(zhì)是由半乳糖醛酸組成的多聚體，根據(jù)其結(jié)合情況及理化性質(zhì)，可分為原果膠、果膠及果膠酸三類[2]。原果膠的分子量比果膠酸和果膠高，甲酯化程度介于二者之間，主要存在于初生壁中，不溶于水，在稀酸和原果膠酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘墓z。果膠是半乳糖醛酸酯及少量半乳糖醛酸通過α-1,4-糖苷鍵連接而成的長鏈高分子化合物，分子量在25000～50000之間，每條鏈含200個以上的半乳糖醛酸殘基，果膠能溶于水，存在于植物細胞壁的中層和初生壁中，或者細胞質(zhì)、液泡中。果膠酸是由約100個半乳糖醛酸通過α-1,4-糖苷鍵連接而成的直鏈，水溶性的，很容易與鈣起作用生成果膠酸鈣的凝膠，主要存在于植物細胞壁的中層。

1 果膠的膠凝性質(zhì)

果膠的乳化、穩(wěn)定、增稠等功能均與果膠在不同條件下的膠凝性質(zhì)有關(guān)，果膠形成的凝膠在結(jié)構(gòu)及感官上均優(yōu)于其他食品膠形成的凝膠，在低pH下，多數(shù)食品膠的膠凝性較差，而果膠則具有較好的穩(wěn)定性。

膠凝性果凍的凍膠態(tài)、果醬果泥的黏稠態(tài)等，都是利用果膠的膠凝作用來實現(xiàn)的。果膠形成的膠凝（凍膠態(tài)）有兩種，一種是高甲氧基果膠與糖、酸形成的膠凝，利用果實汁液中原有的果膠和糖制成的果凍均屬于此種膠凝[3];另一種是低甲氧基果膠的羥基與鈣、鎂離子結(jié)合形成的膠凝，利用冰子與硬水制成的“冰粉”屬于此種膠凝，用低甲氧基果膠制成的果凍也屬此類[4]。果膠膠凝性的大小，取決于其分子中羧基被甲氧基化的程度，以及分子量的大小。甲氧基化程度愈高，分子量愈大，膠凝力愈強，反之則越弱。影響果膠膠凝的主要因素，是溶液的pH、溫度、食糖的濃度和果膠的種類與性質(zhì)。溶液的pH影響果膠所帶的負電荷，適當增加氫離子濃度能降低果膠的負電荷。當電荷被中和時，則膠凝的硬度最大。pH過大或過小都不能使果膠膠凝。pH過低會引起果膠水解，只有在2.0～3.5范圍內(nèi)果膠才能膠凝。pH為3.1左右時，凝膠的硬度最大；pH為3.6時凝膠比較柔軟，甚至不能膠凝；pH為3.6稱為果膠膠凝的臨界pH值。食糖的作用是使高度水合果膠脫水，果膠脫水后才能膠凝。果膠溶液溫度在50℃以下則產(chǎn)生膠凝，溫度愈低，膠凝愈快，硬度也愈大。

果膠、糖、酸混合液中，果膠含量較高的較易膠凝，果膠分子量愈大、甲氧基含量愈多，膠凝力就愈強，果膠含量一般要求1%左右。對于甲氧基含量較多的果膠，或糖液濃度較大時[5]，果膠需要量可相應(yīng)減少，反之宜增加。例如，糖液濃度50%，DE為58%的凝膠約需果膠1.2%，在同樣糖液濃度下，DE為78%的凝膠僅需果膠0.9%。

1.1 高甲氧基果膠的膠凝性質(zhì)

高甲氧基果膠與糖、酸的膠凝，是由于膠態(tài)分散的、高度水合的果膠的電性被中和，和其結(jié)合物（糖）的脫水作用而形成膠凝。果膠在一般溶液中是帶負電荷的，當溶液的pH為3.5以下，它的電荷被中和，和結(jié)合物（糖、脫水劑）的含量達50%以上時，高度水合果膠便脫水而膠凝成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[6]。

1.2 低甲氧基果膠的膠凝性質(zhì)

低甲氧基果膠的膠凝作用，是低甲氧基果膠的羧基與鈣離子或其他多價金屬離子結(jié)合所形成的。由于低甲氧基果膠的羧基大部分未被甲氧基化，因此，對金屬離子比較敏感，少量的鈣離子即能使之膠凝。蘋果皮渣中的果膠屬高甲氧基果膠。由高甲氧基果膠制取低甲氧基果膠時，可用酸法、堿法或酶法，使甲氧基水解降低。影響低甲氧基果膠膠凝作用的因子，主要是鈣離子量、pH和溫度。鈣離子用量是依果膠的羧基數(shù)量而定。一般按成品重量計加用0.001%～0.006%鈣離子。但用酶法制得的低甲氧基果膠，每克果膠需要鈣離子量為4～10mg，用堿法制得的低甲氧基果膠，每克果膠需鈣離子量為15～30mg，酸法制得的低甲氧基果膠，每克果膠需要鈣離子量為30～60mg。低甲氧基果膠要求pH范圍較廣，pH為2.5～6.5都能膠凝；而以pH為3.0～5.0時，凝膠強度最大；pH為6.0時，強度變小。膠凝溫度范圍0～58℃，但在30℃以下溫度愈低，膠凝度愈大；30℃強度開始減弱，溫度愈高，強度愈弱；58℃時接近于0。因此，30℃為低甲氧基果膠膠凝的危險點。制得的果凍必須保存于30℃以下。糖液濃度對低甲氧基果膠膠凝基本無影響。用低甲氧基果膠制造含糖量低的果凍，實用價值最大，風(fēng)味也好。

2 果膠的應(yīng)用

由于果膠具有良好的膠凝性和乳化穩(wěn)定作用，近年來被廣泛用于食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域，特別是食品領(lǐng)域，果膠作為具有乳化、穩(wěn)定、增稠等功能的食品添加劑，大量應(yīng)用于食品生產(chǎn)加工。我國果膠產(chǎn)業(yè)起步于20世紀90年代，當時我國國內(nèi)果膠原料資源比較豐富，但利用率較低。在很長一段時間里，全世界只有美國、德國、丹麥、瑞士4個國家的5家企業(yè)掌握果膠生產(chǎn)技術(shù)。近些年，我國陸續(xù)有一批果膠生產(chǎn)基地建成，2008年煙臺建成了亞洲最大的果膠生產(chǎn)基地，逐步擺脫我國食品、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)用果膠大量依賴進口的局面。目前，果膠多數(shù)用于食品工業(yè)，部分用于藥品和化妝品。在歐美，其主要用于水果制品的膠凝和增稠，在日本等國家則起到穩(wěn)定酸性乳飲料中蛋白質(zhì)的作用。

2.1 食品方面的應(yīng)用

在食品工業(yè)方面，果膠一直是人類食品中的天然成分，世界上所有國家都允許使用果膠作為食品添加劑[7]。除生產(chǎn)上的特殊要求外，F(xiàn)AO/WHO食品添加劑聯(lián)合委員會推薦果膠做為不受添加量限制的安全食品添加劑[8]。果膠在食品中用做凝膠劑、增稠劑、組織成型劑、乳化劑和穩(wěn)定劑。近年來，在低熱量食品中果膠用作脂肪或糖的代用品[9]。果膠做為食品親水膠體，主要是利用其凝膠特性。制備特殊食品在選擇果膠時要考慮許多因素，如質(zhì)構(gòu)要求、pH、加工溫度、某些離子的影響、蛋白質(zhì)和期望的產(chǎn)品貨架壽命等[10]。食品在冷凍過程中，果膠能夠減緩晶體冷凍時的產(chǎn)生速度，減少糖漿在融化時的損失和改善冷凍食品質(zhì)構(gòu)。果膠還可作為酸奶制品的穩(wěn)定劑，水果酸奶用果膠作穩(wěn)定劑具有優(yōu)良的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)。

2.2 在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用

在醫(yī)藥與保健食品中，果膠對維持血液中正常的膽固醇含量具有非常好的效果[11]，并且果膠做為天然物質(zhì)能夠防止有毒陽離子中毒，已經(jīng)證明果膠能有效地去除腸胃和呼吸道中的鉛和汞[12]。通過靜脈注射果膠，能縮短流出血液的凝結(jié)時間，從而控制血液流出；另一方面，果膠硫酸鹽能夠延長血液凝結(jié)時間，因此可以替代肝磷脂（heparin），但果膠硫酸鹽有毒，長期和高劑量使用則受到限制。在腸道中，果膠與食品成分相結(jié)合從而降低了食品的消化率，果膠是通過限制腸內(nèi)酶與食品接觸而影響了食品的吸收。果膠具有很強的吸水能力，使人具有飽腹感，因而降低了食品的消耗。果膠的這些功能也用于治療過食紊亂癥患者[13]。

2.3 在其它工業(yè)方面的應(yīng)用

凝膠是果膠最重要的特性之一，使果膠成為食品和醫(yī)藥制品的重要組成成分。果膠還可用作水油乳濁液的乳化穩(wěn)定劑[14]。天然果膠制成的薄膜可被生物降解并易于回收利用[15]，這種特性使得果膠在某些體外醫(yī)療中得到了應(yīng)用，從而引起了人們的極大興趣。果膠可用于制備鉛蓄電池中的硫酸溶膠[16]，將1%濃度的果膠與硫酸混合可制備無氣泡溶膠。

總之，在食品、醫(yī)藥和其它工業(yè)中，果膠被廣泛用做組織成型劑、乳化劑和穩(wěn)定劑。隨著對低熱量食品需求量的增加，果膠可用作脂肪和糖的替代品，其用量將會增加。盡管可以從大量植物中獲得果膠，但是商品果膠的來源是非常有限的，因此需要開發(fā)其它果膠源和改造現(xiàn)有果膠以獲得理想品質(zhì)的果膠[17]。

[1]趙偉良.鐵鹽沉淀法從柑桔中提取果膠 [J].化學(xué)世界,1995, 4:215-217.

[2]Beli R Thakur,Rakesh K Singk,Avtar K Handa.Chemistry and uses of pectin-a review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,1997,37(1):47-73.

[3]籍保平,尤希風(fēng),張博潤.蘋果渣發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白的工藝條件[J].生物工程進展,1999,15(5):30-32.

[4]中華人民共和國國家標準.食品添加劑——果膠,GB 246-1985[S].

[5]江志煒,沈蓓英,潘秋琴,等.蛋白質(zhì)加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[6]馬木提·庫爾班,迪拉拉·木沙,玉山·哈斯木夫,等.新疆各種果實中果膠的提取及工藝條件的研究[J].新疆大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2002,19(4):458-459.

[7]A Nussinovitch,Hydrocolloid Applications[J].Blackie Academic＆Professional,1997,98-100.

[8]鄧紅,張寶善,李小平,等.從蘋果渣中提取食用纖維和果膠的研究[J].食品科技,2002,(5):62-63.

[9]劉步明,曹艷萍.從海紅果皮渣中提取果膠的工藝研究[J].食品科學(xué),2005,26(8):191-193.

[10]支梓鑒,鄒明明,李珊,等.柑橘果肉果膠的流變和結(jié)構(gòu)特性[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報,2016,(06):1175-1181.

[11]馬惠玲,岳田利,張存莉,等.由蘋果渣制備LM果膠、膳食纖維的工藝研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2003,29(8):95-97.

[12]王衛(wèi)平.食品品質(zhì)改良劑:親水膠體的性質(zhì)及應(yīng)用（之五）——果膠[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1996,(4):81-84.

[13]Brake N C,Fennema O R.Edible coatingsto inhibit lipid migration in a confectioneryproduct[J].Food Sci,1993,58:1422.

[14]Basak S,Ramaswamy H S.Simultaneous evaluation of shear rate and time depency of stirred yogurt rheology as infuenced by added pectin and strawberryconcentrate[J].Food Eng,1994,21:385.

[15]Ramaswany H S,Basak S.Pectin and rasp berry conentrate effects on the rheology of stirred commercial yogurt[J].Food Sci, 1992:357.

[16]Pereyra R A,SchmidtK,Wicker L.Stability of pectin-caseinsolutions.IFTAnnumeet[J].ConfBook,1995:219.

[17]Einhornstoll U,Glasenapp N,Kunzek H.Modified pectin in whey-proteinemulsions[J].NahrungFood,1996,40(2):60-70.

The Gelling Properties and Application of Pectin

WANG Yong,WANG Chun-xiao,XIANG Guang-ming,JIANG Hui
(Shandong Institute for Food and Drug Control,Jinan 250101,China)

This paper summarized the classification and existence morphology and gelling properties.According to the different types of pectin gel formation,the gelation properties and characteristics of high methoxyl pectin and low methoxyl pectin were analyzed.Then this paper introduced the application of pectin in the food industry,pharmaceutical industry and other industries,and discussed the application prospect of pectin.

Pectin;gelation;application;prospect

Q539＋.8;TQ432.7+1

A

1008-1038(2017)08-0013-03

10.19590/j.cnki.1008-1038.2017.08.004

2017-05-19

王勇（1982—），男，工程師，主要從事食品生產(chǎn)許可審查技術(shù)研究工作