果膠甲酯化反應(yīng)及應(yīng)用高甲氧基果膠制備納米乳液

丁萍，汪明明，遲坤蕊，華霄,2*，楊瑞金,2

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫，214122) 2(江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫，214122)

果膠是植物細胞間層和初生細胞壁的重要成分[1]。通常認為其結(jié)構(gòu)包含3個結(jié)構(gòu)區(qū)域[2]：均一半乳糖醛酸區(qū)(HG)、鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅰ區(qū)(RG-Ⅰ)以及鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅱ區(qū)(RG-Ⅱ)[3]。果膠的甲酯化度(degree of methoxylation，DM)是指果膠中以甲酯化形式存在的D-半乳糖醛酸(GalA)分子占GalA分子總量的摩爾百分比。通常把DM>50%的果膠稱為高甲氧基果膠(high methoxyl pectin，HMP)，而DM<50%的果膠則被稱為低甲氧基果膠(low methoxyl pectin，LMP)[4]。果膠以其優(yōu)越的黏性、凝膠性、增稠性和乳化性等，廣泛用于食品加工、生物材料、制藥等行業(yè)[5]。但具有不同結(jié)構(gòu)特征(分子質(zhì)量、酯化度、甲氧基分布等)的果膠，其理化性質(zhì)差異顯著。

不同來源果膠的提取已經(jīng)被廣泛而深入地研究[6-10]，同時國內(nèi)外對LMP的性質(zhì)也開展了一系列研究[11-13]，但果膠酯化反應(yīng)尤其是極高酯化度(DM>90%)果膠的研究報道相對較少。在已有報道中，HMP主要采用CH3I甲基化反應(yīng)[14-18]或者傳統(tǒng)H+-—CH3OH(酸化甲醇)甲基化反應(yīng)制備[18-20]，且對其性質(zhì)及應(yīng)用的研究偏少。CH3I是一種有毒的化學(xué)試劑，不適用于食品添加劑果膠的生產(chǎn)。圖1所示，酯化反應(yīng)是果膠羧基和甲醇羥基之間發(fā)生的可逆縮合反應(yīng)，非水環(huán)境有利于酯化反應(yīng)向正向進行，因此可以考慮在無水甲醇體系中進行酯化反應(yīng)，且果膠不溶于甲醇，反應(yīng)結(jié)束后可直接用過濾實現(xiàn)固液分離，固體中殘余的甲醇可自然揮發(fā)。

圖1 酯化反應(yīng)方程式Fig.1 Schematic presentation of esterification of carboxylic group

首先考察了酸化甲醇體系中，溫度、時間、料液比以及鹽酸濃度對果膠酯化度的影響，確定了較優(yōu)的反應(yīng)參數(shù)；通過高效凝膠過濾色譜法(HPGFC)測定果膠分子質(zhì)量；通過高效陰離子交換色譜-脈沖安培檢測器(HPAEC-PAD)確定單糖組成；利用烏氏黏度計測定了樣品黏度隨濃度以及pH的變化。進一步制備了各酯化度下果膠與油的乳狀液體系，利用多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀分別測定了乳狀液的粒徑及電位變化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

P 9135橘皮果膠(酯化度63.18%，Sigma公司)，無水甲醇(AR)，HCl(AR)，乙醇 (AR)均購自上海國藥集團。

1.2 儀器與設(shè)備

MP-501A超級恒溫循環(huán)槽，上海一恒科技有限公司；C-MAG HS 4 S25磁力攪拌器，德國IKA公司；FE20實驗室pH計、LE2002E /02和LE204E/02精密天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；ULTRA TURRAX 高速分散機(T25 digital)，德國IKA公司；多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀(Nano Brook Omni)，美國布魯克海文儀器公司；納米粒度及Zeta電位儀(Zetasizer nano ZS)，英國馬爾文公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 高甲氧基果膠的制備

將2.0 g果膠粉末均勻分散在含0.1 mol/L HCl的100 mL無水甲醇中，在60℃下反應(yīng)4 h，隨后抽濾分離甲醇，并用體積分數(shù)70%的乙醇洗滌果膠產(chǎn)品至不含氯離子 (AgNO3檢驗)。

1.3.2 單因素實驗

固定溫度、反應(yīng)時間、HCl添加量和物料比中的3個條件進行單因素實驗，分別考察不同反應(yīng)溫度 (20～60 ℃)、反應(yīng)時間(1、2、4、8、12 h)、HCl添加量(0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 mol/L) 和料液比(1∶5、1∶25、1∶50、1∶100、1∶200)對果膠酯化度的影響。

1.3.3 酯化度測定

根據(jù)GB 25533—2010中的滴定法測定果膠酯化度。

1.3.4 分子質(zhì)量測定

采用HPGFC測定果膠分子質(zhì)量，色譜條件如下：稱取50 mg樣品用流動相溶解，并定容至25 mL，10 000 r/min離心15 min后，上清液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾。儀器：Waters 1525高效液相色譜儀；色譜柱：UltrahydrogelTMLinear 300 mm×7.8 mmid×2；流動相：0.1 mol/L硝酸鈉；流速：0.9 mL/min；柱溫：30 ℃。分子質(zhì)量校正曲線所用葡聚糖標準品(Sigma公司)：Dextran T-2000(MW2000000)，Dextran T-150(MW133850)，Dextran T-40(MW36800)，Dextran T-10(MW9750)，Dextran T-5(MW2700)，葡萄糖(MW180)。

1.3.5 單糖組成測定

采用HPAEC-PAD測定果膠單糖組成，色譜條件如下：5 mg果膠樣品與4 mL三氟乙酸(4 mol/L)混合均勻后于121℃下水解2 h，冷卻后揮發(fā)去除三氟乙酸，將水解產(chǎn)物用超純水定容至5 mL，10 000 r/min 離心15 min，上清液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾。色譜系統(tǒng)：Dionex ICS-5000離子色譜儀；色譜柱：CarboPac PA20；檢測器：脈沖安培檢測器；流速：0.5 mL/min。

1.3.6 果膠黏度的測定

參考YOO等[21]測定果膠稀溶液黏度的方法。增比黏度和比濃黏度定義如下：

(1)

(2)

其中:ηs表示樣品黏度;η0表示溶劑(水)黏度;c為樣品濃度,g/mL。

1.3.7 乳液的制備

配制不同酯化度下不同濃度的果膠樣品溶液，優(yōu)選處于澄清、透明狀態(tài)的果膠樣品溶液，分別加入體積分數(shù)為10%、20%、30%的市售花生油，攪拌均勻后，在9 000 r/min下高速分散2 min。

1.3.8 乳液粒徑測定

粒徑測定使用多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀，測試范圍0.3 nm～10 μm，樣品均稀釋400倍。參數(shù)設(shè)定為：測量角度90°，溫度25℃，分散劑為水，分散劑黏度0.890 cP，分散劑折光指數(shù)1.330，單次測量時間120 s，每個樣品重復(fù)3次，取平均值。

1.3.9 Zeta電位測定

電位值采用納米粒度及Zeta電位儀，樣品均稀釋400倍。設(shè)置參數(shù)：分散劑為水，分散劑折射率1.330；測定溫度25℃，平衡時間60 s。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 反應(yīng)時間和溫度對果膠酯化度的影響

圖2是不同溫度下果膠酯化度隨反應(yīng)時間變化趨勢。在20～60 ℃下果膠酯化度均隨著反應(yīng)時間延長而逐漸增大，且在0～2 h內(nèi)反應(yīng)速率較快。酯化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度可促進分子熱運動，有利于反應(yīng)正向進行。此外，由于果膠不溶于甲醇，該反應(yīng)為固液反應(yīng)，在更高的溫度下甲醇分子有足夠能量滲入到固體果膠粉末顆粒內(nèi)部，與內(nèi)部果膠分子接觸，同時延長反應(yīng)時間也有利于甲醇分子的滲透和酯化反應(yīng)的進行。而隨著反應(yīng)時間的延長，越來越多的GalA單元被酯化，游離GalA單元越來越少，因此單位時間內(nèi)被酯化的GalA單元數(shù)量降低，表現(xiàn)為反應(yīng)速率下降。

圖2 反應(yīng)時間與溫度對果膠酯化度的影響 (料液比1∶50，鹽酸添加量0.1 mol/L)Fig.2 Effect of reaction time at various temperature on DM of pectin

相同反應(yīng)時間內(nèi)果膠酯化度提高的幅度隨著溫度的降低而降低，在60℃下(甲醇沸點64℃)反應(yīng)12 h后，樣品的酯化度達到91%，比原料果膠(DM 63%)提高了近30%，而在20℃下反應(yīng)的果膠樣品，其DM值僅比原料果膠高約3%。由圖2可知，通過控制反應(yīng)溫度和時間，可以制備得到酯化度60%～91.20%的特定DM值果膠樣品。

2.1.2 HCl添加量對果膠酯化度的影響

H+是酯化反應(yīng)的催化劑，通過Sn2親核取代機理[22]進行催化，因此提高H+濃度可有效提高反應(yīng)速率。如圖3所示，DM值與H+濃度基本呈現(xiàn)線性關(guān)系。隨著反應(yīng)體系中鹽酸濃度從0.04 mol/L增加到0.12 mol/L，經(jīng)4 h反應(yīng)后，果膠的酯化度從74.0%提高到84.3%，和原料果膠相比，酯化度的增加幅度超過33%。

圖3 HCl添加量對果膠酯化度的影響(料液比1∶50，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間4 h)Fig.3 Effect of HCl addition on DM of pectin

2.1.3 料液比對果膠酯化度的影響

圖4料液比對酯化度的影響表明，當料液比低于1∶100時，提高料液比，酯化度上升趨勢明顯 (p<0.05)，當料液比為1∶5時，最終的酯化度僅為64.6%，主要原因在于甲醇量過少使固液反應(yīng)體系缺少流動性，甲醇分子無法順利滲透進入果膠顆粒內(nèi)部；在料液比從1∶25提高到1∶100過程中，果膠DM值從77.5%顯著(p<0.05)提高到85.5%，進一步提高料液比到1∶200時，DM值沒有顯著提高 (p>0.05)，表明在1∶100料液比下，甲醇對果膠固體的溶脹作用達到最大，果膠GalA單元周圍的甲醇分子數(shù)量達到飽和，此時不僅酯化反應(yīng)可以充分進行，而且羧基和羥基縮合所產(chǎn)生的水分子能及時被甲醇分子結(jié)合，促進反應(yīng)向正向進行。

圖4 料液比對果膠酯化度的影響(反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間4 h，鹽酸添加量0.1 mol/L)Fig.4 Effect of solid to-liquid ratio on DM of pectin

2.2 不同酯化度高甲氧基果膠的結(jié)構(gòu)表征

2.2.1 分子質(zhì)量

不同DM值果膠的分子質(zhì)量分布結(jié)果(表1)表明：隨酯化度的升高，果膠樣品的重均分子質(zhì)量和數(shù)均分子質(zhì)量均有明顯下降，說明酯化反應(yīng)過程中果膠分子鏈發(fā)生了斷裂。通常情況下，糖苷鍵對酸不穩(wěn)定，會發(fā)生酸催化的水解。在本反應(yīng)體系中，酯化反應(yīng)縮合所產(chǎn)生的水分子，可作為糖苷鍵酸水解的水分子來源；同時在非水環(huán)境中，H+催化活力比水環(huán)境(H+以H3O+形式存在)更高，因此果膠分子鏈會發(fā)生一定程度的酸水解。具體而言，果膠RG區(qū)的中性糖苷鍵相比HG區(qū)的GalA-GalA糖苷鍵更容易發(fā)生水解[23]，因此理論上RG區(qū)優(yōu)先發(fā)生斷裂，產(chǎn)生小分子片段，而HG區(qū)發(fā)生斷裂時會產(chǎn)生較大的片段。

表1 不同酯化度高甲氧基果膠的分子質(zhì)量Table 1 Molecular weight of HMP with various DM

從表1可以看出，果膠產(chǎn)物的數(shù)均分子質(zhì)量從64.40 kDa(DM 63.18%)下降到15.00 kDa(DM 91.20%)，即平均每1條果膠鏈分子斷裂成4條。相應(yīng)地其重均分子質(zhì)量也從642.1 kDa下降到150.2 kDa，說明HG區(qū)也發(fā)生了斷裂，這是因為在非水環(huán)境中 H+催化活力加強，同時酯化的GalA分子(—COOCH3)為中性糖，相比游離態(tài)GalA(—COOH)，它們之間的糖苷鍵更容易發(fā)生酸水解。不同DM值的多分散指數(shù)PDI并沒有發(fā)生明顯變化，說明酸水解是同時發(fā)生在RG和HG區(qū)。

2.2.2 單糖組成

表2為不同DM值果膠的單糖組成分析結(jié)果。所有果膠樣品均由GalA、Rha、Arb、Gal和Glc 5種單糖組成，其中GalA的含量達75%左右，Rha占比約為4%?？紤]到橘皮果膠中RG-II區(qū)一般占比不超過5%[24]，結(jié)合果膠的結(jié)構(gòu)模型，可粗略認為果膠樣品中HG: RG-I的比例約為7:3。顯著性分析表明，5種單糖在不同DM值樣品中的含量均沒有顯著性差異(p>0.05)，因此酯化反應(yīng)中所發(fā)生的酸水解只是切斷了果膠的分子鏈，但不能使水解片段發(fā)生進一步化學(xué)變化。需要說明的是，Gal一般通過幾個至幾十個單元連接成寡聚體，作為支鏈連接在Rha上，而Arb一般是連接在Gal寡聚體上或構(gòu)成Arb寡聚體支鏈。從表2看出，Gal含量沒有顯著性變化，而原料中Arb含量僅為1.46%，在DM>80%的果膠樣品中未檢出Arb，說明Arb可能被水解脫落并存在于甲醇中。另一方面，在一定溫度下，單糖在酸催化下會發(fā)生脫水反應(yīng)成為含有分子內(nèi)雙鍵的化合物(如糠醛等)，這些化合物可能溶于甲醇。甲醇沸點為64℃，實驗溫度最高設(shè)為60℃，在此溫度下單糖的脫水反應(yīng)程度較低，因此在實驗中觀察到隨著反應(yīng)持續(xù)進行，甲醇反應(yīng)體系變?yōu)檩p微黃色，這可能是Arb的脫水反應(yīng)產(chǎn)生的。

表2 不同酯化度高甲氧基果膠的單糖組成Table 2 The monosaccharide composition of different esterification of HMP

注：ND：未檢出。

結(jié)合表1和表2結(jié)果，可以證實酯化過程中發(fā)生了2種反應(yīng)，一是GalA單元上的游離羧基發(fā)生甲酯化反應(yīng)，使得果膠的酯化度可提高到91.20%；二是果膠分子鏈的HG和RG區(qū)同時發(fā)生酸水解斷裂，造成分子質(zhì)量下降。另外，并沒有發(fā)生明顯的酸催化單糖脫水反應(yīng)，這有利于保持產(chǎn)物的純度。DM達到(91.20±0.13)%的極高酯化度產(chǎn)物，其分子鏈由約100個GalA單元組成(15.00 kDa)，且?guī)缀趺總€GalA單元均為甲酯化，是一種具有雙親性的中等長度多糖分子。

2.3 不同酯化度高甲氧基果膠的黏度

2.3.1 果膠濃度對不同酯化度高甲氧基果膠溶液黏度的影響

圖5是不同DM值果膠樣品的Huggins曲線。比濃黏度(ηred)通常用來表征特定濃度下果膠分子間的相互作用。由圖5可以看出：在相同的DM值下，隨著果膠濃度的升高，果膠溶液的比濃黏度ηred逐漸升高，但是隨著DM值的升高，果膠濃度對果膠溶液比濃黏度ηred的影響逐漸降低。DM 63.18%的原料果膠，在果膠質(zhì)量濃度為15 g/L時，其溶液的ηred大于1 800 mL/g，是4 g/L果膠濃度下ηred(約為600 mL/g)的3倍以上；當DM為91.20%時，果膠溶液的黏度幾乎不隨果膠質(zhì)量濃度變化而變化，始終保持在170～180 mL/g。這是由于：(1)DM 91.20%的果膠樣品中所含的游離態(tài)羧基很少，分子間和分子內(nèi)的靜電斥力很弱，果膠分子柔性增加，分子旋轉(zhuǎn)所占空間體積顯著變小，分子間摩擦概率顯著變小，因此黏度降低，果膠質(zhì)量濃度的變化對溶液黏度影響不大；相反DM 63.18%的果膠樣品中還有約40%的游離態(tài)羧基，靜電斥力導(dǎo)致分子剛性較大，果膠質(zhì)量濃度越高，分子間摩擦幾率越大，溶液黏度隨質(zhì)量濃度變化明顯；(2)DM 91.20%的果膠樣品分子質(zhì)量顯著下降(表1)，直接導(dǎo)致果膠溶解度提高，分子鏈發(fā)生物理交纏的概率下降，分子鏈團聚程度降低[25]，因此溶液的黏度不隨果膠質(zhì)量濃度變化而發(fā)生變化。綜上所述，極高酯化度果膠(DM 91.20%)由于其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其黏度性質(zhì)與原料果膠(DM 63.18%)相比有顯著差異。

圖5 果膠濃度對不同酯化度高甲氧基果膠溶液粘度的影響Fig.5 Effect of pectin concentration on viscosity of HMP solution with different esterification degree

2.3.2 pH對不同酯化度高甲氧基果膠溶液黏度的影響

不同DM值果膠樣品的比濃黏度隨pH變化趨勢如圖6所示。在強酸性pH到堿性pH范圍內(nèi)，游離態(tài)羧基逐漸從結(jié)合態(tài)(—COOH)變?yōu)榻怆x態(tài)(—COO-)，因此隨pH升高靜電斥力逐漸增強，溶液粘度升高。由圖6看出，對于DM 63.2%的果膠，其黏度升高范圍為pH 1～3，在pH 3達到最高(1 200 mL/g)，之后緩慢下降并穩(wěn)定在1 100 mL/g，說明在pH值為3時，果膠中所有的游離態(tài)羧基均變?yōu)榻怆x態(tài)。類似的現(xiàn)象也能在DM 75.0%的果膠樣品觀察到，但其絕對值和提升幅度均降低。DM 91.2%的果膠樣品，由于游離態(tài)羧基數(shù)量少，因此其對pH值變化不敏感，同時分子質(zhì)量降低也造成絕對值較小。

圖6 pH值對不同酯化度高甲氧基果膠溶液黏度的影響Fig.6 Effect of pH on viscosity of HMP solution with different esterification degree

2.4 高甲氧基果膠的乳化性質(zhì)

高甲氧基果膠由于含有疏水性的甲氧基而具有一定的雙親性，因此具有乳化性。但單獨使用高甲氧基果膠往往由于疏水基團數(shù)量不夠而不能達到很好的乳化效果，因此在很多研究報道中，需要將高甲氧基果膠與乳清蛋白、大豆蛋白等復(fù)合使用，借助蛋白質(zhì)的界面性質(zhì)增強復(fù)合材料的疏水性[26-28]。綜合上述實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)極高酯化度果膠具有較高的溶解度(分子質(zhì)量小，溶液黏度小，不會形成凝膠)和較多甲氧基(與羥基比例接近1∶2)，其乳化性不同于普通高甲氧基果膠(DM 50%～80%)，其形成O/W乳化液的原理如圖7所示。

圖7 果膠-油滴乳液體系原理圖Fig.7 Schematic presentation of pectin-oil emulsion system

圖8為不同DM值的果膠樣品的溶解性實驗，原料果膠溶液質(zhì)量濃度在20 g/L時就形成了高黏度半流體，且透光率很低，在5 g/L時已經(jīng)形成凝膠；而DM 91.20%的果膠樣品，在5 g/L質(zhì)量濃度下溶液依然處于澄清半透明狀態(tài)，主要原因在于高甲氧基果膠形成過程中，果膠分子鏈發(fā)生斷裂(表1)，因此與原料果膠DM=63.18%相比，DM值越高，相應(yīng)的其可溶解度也越大。最終測得DM值為60%、70%、80%和90%的果膠可溶解(澄清半透明狀溶液)質(zhì)量濃度依次為10、30、40、50 g/L。

a-原料果膠(DM 63.18%)溶解度；b-不同酯化度高甲氧基果膠樣品溶解度圖8 不同酯化度高甲氧基果膠樣品溶解度Fig.8 Solubility test of HMP samples with different esterification degree

2.4.1 乳狀液形態(tài)

以不同DM值果膠為乳化劑，配制了油滴體積分數(shù)分別為10%、20%和30%的乳液體系，并對比其在常溫下保藏7 d后的穩(wěn)定性。如圖9所示，DM 63.18%的原料果膠在第1天的時候就出現(xiàn)了黃色泡沫層，根據(jù)顏色判斷其中應(yīng)含有一些游離油，10%、20%、30%加油量所析出的黃色泡沫層高度分別為0.75、1.31和1.81 cm(瓶身高度5.40 cm)，7 d之后可以觀察到清油層，高度分別為0.89、1.26和1.49 cm；DM 74.79%和DM 80.57%的果膠形成的乳液在第1天未有明顯分層現(xiàn)象出現(xiàn)，常溫保藏7 d期間，逐漸形成黃色泡沫層(DM 74.79%果膠更為明顯)，析出高度分別為1.13、1.27和1.95 cm，以及0、0.59和0.82 cm。而DM 91.20%的果膠樣品形成的乳液第1天同樣未出現(xiàn)分層，保藏7 d后僅有白色泡沫層出現(xiàn)，即所謂的乳液分層現(xiàn)象 (creaming)，10%、20%、30%加油量對應(yīng)的泡沫層高度分別為0.78，1.11和1.74 cm。分析原因在于：一方面，極高酯化度果膠與油滴形成的乳液體系，其黏度更高，導(dǎo)致乳液上浮或下沉的速度變慢，由重力主導(dǎo)的分層效果減弱，可保持更長時間的動力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面，由于DM 91.20%的極高酯化度果膠游離羧基很少，分子內(nèi)和分子間靜電斥力弱，有利于保持果膠界面膜完整，而商業(yè)果膠酯化度63.18%，存在較強的分子間和分子內(nèi)靜電斥力，會破壞果膠分子在油水界面上的有序組裝，產(chǎn)生界面膜上的空隙，導(dǎo)致油滴泄漏并最終形成清油相。

圖9 高甲氧基果膠形成乳液體系穩(wěn)定性變化(每組中油滴體積分數(shù)依次為10%、20%、30%)Fig.9 Stability of emulsion made by HMP (Oil amount was 10%, 20% and 30% in each group)

2.4.2 粒徑分析

由圖10可以看出，純果膠樣品的粒徑隨著DM值增加而顯著減小(p<0.05)，從63.18%酯化度時平均粒徑909 nm降低到了91.20%酯化度時平均粒徑411 nm，這主要是酯化反應(yīng)過程中果膠分子鏈斷裂所導(dǎo)致。在相同加油量下(10%，20%或30%)，形成的果膠-油的乳狀液體系，其粒徑基本上均呈現(xiàn)隨著酯化度提高，粒徑減小的趨勢，但和純果膠樣品不同的是，當酯化度<80%時，其粒徑隨酯化度變化趨勢不明顯(p>0.05)，而酯化度90%以上的樣品，其粒徑顯著減小(p<0.05)，造成這一現(xiàn)象的原因在于，極高酯化度果膠的分子質(zhì)量更小且分子間靜電斥力很弱，有利于形成小尺寸的乳液液滴；相反其他3種果膠分子質(zhì)量更大、分子間斥力更強，因此形成的乳液尺寸更大。

圖10 不同酯化度高甲氧基果膠溶液加入不同油量后的粒徑分布(24 h后)Fig.10 Particle size distribution of HMP solution after adding different oil content (after 24 h)

2.4.3 Zeta電位分析

復(fù)合乳狀液體系的Zeta電位值如圖11所示，對于每一個果膠樣品，形成O/W乳液后體系電位變化不大，而且隨加油量增加，體系電位沒有明顯變化。

圖11 不同酯化度高甲氧基果膠溶液加入不同油量后的電位分布(24 h后)Fig.11 Zeta-potential of HMP solution with various oil content (after 24 h)

在相同加油量下，體系電位絕對值隨DM值提高而顯著降低(p<0.05)，原因在于，隨著DM提高果膠分子上的游離羧基數(shù)量下降，負電荷減少。當乳液的Zeta電位絕對值>30 mV時，可認為乳液是穩(wěn)定的[29]，因此DM 63.18%的原料果膠所形成的乳液體系(約-60 mV)在理論上是穩(wěn)定的，但實際上(圖9)其穩(wěn)定性最差?？赡苁怯捎诠z分子間的靜電斥力過強而破壞了果膠分子在油水界面上的有序組裝，導(dǎo)致乳液油滴泄露并最終形成清油層。而對于極高酯化度的果膠，其穩(wěn)定性并不依賴于分子間靜電斥力，首先低的斥力有利于保持油水界面上果膠分子的有序排列從而保持油滴的完整性，防止泄露；其次，根據(jù)相似相溶原理，大部分甲氧基會定位于油相，少量會出現(xiàn)在水相中，而羥基則大量存在于水相，因此乳液油滴之間的疏水絡(luò)合作用較弱而親水作用較強。結(jié)果在水相中由于水分子在果膠的羥基之間起到間隔作用，因此油滴并不會通過疏水絡(luò)合發(fā)生聚集而失穩(wěn)。

3 結(jié)論

通過對反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、物料比以及鹽酸添加量的調(diào)控，可得到酯化度在90%以上的系列高甲氧基果膠。對HMP的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，果膠樣品的分子質(zhì)量隨酯化度的增加而減??；樣品由半乳糖醛酸、鼠李糖、半乳糖、葡萄糖和阿拉伯糖5種單糖組成，在反應(yīng)過程中除阿拉伯糖有損失外，其他4種單糖成分保持不變。樣品黏度隨酯化度的升高而降低，隨果膠濃度的增加而增加；隨著酯化度的升高，其達到最高比濃黏度時的pH值也在升高，在極高酯化度時，果膠黏度不受pH影響。由于極高酯化度果膠(DM 91.20%)具有雙親性(甲氧基為疏水基團而羥基為親水基團)和分子鏈短的特點，研究了極高酯化度果膠的乳化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其可以在不添加蛋白質(zhì)的情況下達到較好的乳化效果。