果胶的胶凝性质及应用

王勇，王春晓，相光明，蒋慧

（山东省食品药品检验研究院，山东济南250101）

果胶的胶凝性质及应用

王勇，王春晓，相光明，蒋慧

（山东省食品药品检验研究院，山东济南250101）

本文综述了果胶的分类及其存在形态、胶凝性质等。根据果胶形成的不同胶凝类型，分析了高甲氧基果胶和低甲氧基果胶的胶凝性质及特点，介绍了果胶在食品工业、医药工业及其他行业中的应用，并对果胶的应用前景进行了展望。

果胶；胶凝；应用；展望

果胶是一种胶体性多糖类高分子化合物，广泛存在于柚子、柠檬、柑橘、苹果等水果的果皮或果渣以及其他可食用植物的叶、皮、茎及果实中，是植物体内特有的细胞壁组分，伴随纤维素而存在，分子量为1万～40万[1]。果胶为粉末状物质，呈白色、淡黄色、浅灰色或浅棕色，无异味，略带果香味。果胶类物质是由半乳糖醛酸组成的多聚体，根据其结合情况及理化性质，可分为原果胶、果胶及果胶酸三类[2]。原果胶的分子量比果胶酸和果胶高，甲酯化程度介于二者之间，主要存在于初生壁中，不溶于水，在稀酸和原果胶酶的作用下转变为可溶性的果胶。果胶是半乳糖醛酸酯及少量半乳糖醛酸通过α-1,4-糖苷键连接而成的长链高分子化合物，分子量在25000～50000之间，每条链含200个以上的半乳糖醛酸残基，果胶能溶于水，存在于植物细胞壁的中层和初生壁中，或者细胞质、液泡中。果胶酸是由约100个半乳糖醛酸通过α-1,4-糖苷键连接而成的直链，水溶性的，很容易与钙起作用生成果胶酸钙的凝胶，主要存在于植物细胞壁的中层。

1 果胶的胶凝性质

果胶的乳化、稳定、增稠等功能均与果胶在不同条件下的胶凝性质有关，果胶形成的凝胶在结构及感官上均优于其他食品胶形成的凝胶，在低pH下，多数食品胶的胶凝性较差，而果胶则具有较好的稳定性。

胶凝性果冻的冻胶态、果酱果泥的黏稠态等，都是利用果胶的胶凝作用来实现的。果胶形成的胶凝（冻胶态）有两种，一种是高甲氧基果胶与糖、酸形成的胶凝，利用果实汁液中原有的果胶和糖制成的果冻均属于此种胶凝[3];另一种是低甲氧基果胶的羟基与钙、镁离子结合形成的胶凝，利用冰子与硬水制成的“冰粉”属于此种胶凝，用低甲氧基果胶制成的果冻也属此类[4]。果胶胶凝性的大小，取决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，胶凝力愈强，反之则越弱。影响果胶胶凝的主要因素，是溶液的pH、温度、食糖的浓度和果胶的种类与性质。溶液的pH影响果胶所带的负电荷，适当增加氢离子浓度能降低果胶的负电荷。当电荷被中和时，则胶凝的硬度最大。pH过大或过小都不能使果胶胶凝。pH过低会引起果胶水解，只有在2.0～3.5范围内果胶才能胶凝。pH为3.1左右时，凝胶的硬度最大；pH为3.6时凝胶比较柔软，甚至不能胶凝；pH为3.6称为果胶胶凝的临界pH值。食糖的作用是使高度水合果胶脱水，果胶脱水后才能胶凝。果胶溶液温度在50℃以下则产生胶凝，温度愈低，胶凝愈快，硬度也愈大。

果胶、糖、酸混合液中，果胶含量较高的较易胶凝，果胶分子量愈大、甲氧基含量愈多，胶凝力就愈强，果胶含量一般要求1%左右。对于甲氧基含量较多的果胶，或糖液浓度较大时[5]，果胶需要量可相应减少，反之宜增加。例如，糖液浓度50%，DE为58%的凝胶约需果胶1.2%，在同样糖液浓度下，DE为78%的凝胶仅需果胶0.9%。

1.1 高甲氧基果胶的胶凝性质

高甲氧基果胶与糖、酸的胶凝，是由于胶态分散的、高度水合的果胶的电性被中和，和其结合物（糖）的脱水作用而形成胶凝。果胶在一般溶液中是带负电荷的，当溶液的pH为3.5以下，它的电荷被中和，和结合物（糖、脱水剂）的含量达50%以上时，高度水合果胶便脱水而胶凝成网状结构[6]。

1.2 低甲氧基果胶的胶凝性质

低甲氧基果胶的胶凝作用，是低甲氧基果胶的羧基与钙离子或其他多价金属离子结合所形成的。由于低甲氧基果胶的羧基大部分未被甲氧基化，因此，对金属离子比较敏感，少量的钙离子即能使之胶凝。苹果皮渣中的果胶属高甲氧基果胶。由高甲氧基果胶制取低甲氧基果胶时，可用酸法、碱法或酶法，使甲氧基水解降低。影响低甲氧基果胶胶凝作用的因子，主要是钙离子量、pH和温度。钙离子用量是依果胶的羧基数量而定。一般按成品重量计加用0.001%～0.006%钙离子。但用酶法制得的低甲氧基果胶，每克果胶需要钙离子量为4～10mg，用碱法制得的低甲氧基果胶，每克果胶需钙离子量为15～30mg，酸法制得的低甲氧基果胶，每克果胶需要钙离子量为30～60mg。低甲氧基果胶要求pH范围较广，pH为2.5～6.5都能胶凝；而以pH为3.0～5.0时，凝胶强度最大；pH为6.0时，强度变小。胶凝温度范围0～58℃，但在30℃以下温度愈低，胶凝度愈大；30℃强度开始减弱，温度愈高，强度愈弱；58℃时接近于0。因此，30℃为低甲氧基果胶胶凝的危险点。制得的果冻必须保存于30℃以下。糖液浓度对低甲氧基果胶胶凝基本无影响。用低甲氧基果胶制造含糖量低的果冻，实用价值最大，风味也好。

2 果胶的应用

由于果胶具有良好的胶凝性和乳化稳定作用，近年来被广泛用于食品、医药、化妆品等领域，特别是食品领域，果胶作为具有乳化、稳定、增稠等功能的食品添加剂，大量应用于食品生产加工。我国果胶产业起步于20世纪90年代，当时我国国内果胶原料资源比较丰富，但利用率较低。在很长一段时间里，全世界只有美国、德国、丹麦、瑞士4个国家的5家企业掌握果胶生产技术。近些年，我国陆续有一批果胶生产基地建成，2008年烟台建成了亚洲最大的果胶生产基地，逐步摆脱我国食品、医药产业用果胶大量依赖进口的局面。目前，果胶多数用于食品工业，部分用于药品和化妆品。在欧美，其主要用于水果制品的胶凝和增稠，在日本等国家则起到稳定酸性乳饮料中蛋白质的作用。

2.1 食品方面的应用

在食品工业方面，果胶一直是人类食品中的天然成分，世界上所有国家都允许使用果胶作为食品添加剂[7]。除生产上的特殊要求外，FAO/WHO食品添加剂联合委员会推荐果胶做为不受添加量限制的安全食品添加剂[8]。果胶在食品中用做凝胶剂、增稠剂、组织成型剂、乳化剂和稳定剂。近年来，在低热量食品中果胶用作脂肪或糖的代用品[9]。果胶做为食品亲水胶体，主要是利用其凝胶特性。制备特殊食品在选择果胶时要考虑许多因素，如质构要求、pH、加工温度、某些离子的影响、蛋白质和期望的产品货架寿命等[10]。食品在冷冻过程中，果胶能够减缓晶体冷冻时的产生速度，减少糖浆在融化时的损失和改善冷冻食品质构。果胶还可作为酸奶制品的稳定剂，水果酸奶用果胶作稳定剂具有优良的风味和质构。

2.2 在医药工业方面的应用

在医药与保健食品中，果胶对维持血液中正常的胆固醇含量具有非常好的效果[11]，并且果胶做为天然物质能够防止有毒阳离子中毒，已经证明果胶能有效地去除肠胃和呼吸道中的铅和汞[12]。通过静脉注射果胶，能缩短流出血液的凝结时间，从而控制血液流出；另一方面，果胶硫酸盐能够延长血液凝结时间，因此可以替代肝磷脂（heparin），但果胶硫酸盐有毒，长期和高剂量使用则受到限制。在肠道中，果胶与食品成分相结合从而降低了食品的消化率，果胶是通过限制肠内酶与食品接触而影响了食品的吸收。果胶具有很强的吸水能力，使人具有饱腹感，因而降低了食品的消耗。果胶的这些功能也用于治疗过食紊乱症患者[13]。

2.3 在其它工业方面的应用

凝胶是果胶最重要的特性之一，使果胶成为食品和医药制品的重要组成成分。果胶还可用作水油乳浊液的乳化稳定剂[14]。天然果胶制成的薄膜可被生物降解并易于回收利用[15]，这种特性使得果胶在某些体外医疗中得到了应用，从而引起了人们的极大兴趣。果胶可用于制备铅蓄电池中的硫酸溶胶[16]，将1%浓度的果胶与硫酸混合可制备无气泡溶胶。

总之，在食品、医药和其它工业中，果胶被广泛用做组织成型剂、乳化剂和稳定剂。随着对低热量食品需求量的增加，果胶可用作脂肪和糖的替代品，其用量将会增加。尽管可以从大量植物中获得果胶，但是商品果胶的来源是非常有限的，因此需要开发其它果胶源和改造现有果胶以获得理想品质的果胶[17]。

[1]赵伟良.铁盐沉淀法从柑桔中提取果胶 [J].化学世界,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,尤希风,张博润.苹果渣发酵生产饲料蛋白的工艺条件[J].生物工程进展,1999,15(5):30-32.

[4]中华人民共和国国家标准.食品添加剂——果胶,GB 246-1985[S].

[5]江志炜,沈蓓英,潘秋琴,等.蛋白质加工技术[M].北京:化学工业出版社,2003.

[6]马木提·库尔班,迪拉拉·木沙,玉山·哈斯木夫,等.新疆各种果实中果胶的提取及工艺条件的研究[J].新疆大学学报（自然科学版）,2002,19(4):458-459.

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

[8]邓红,张宝善,李小平,等.从苹果渣中提取食用纤维和果胶的研究[J].食品科技,2002,(5):62-63.

[9]刘步明,曹艳萍.从海红果皮渣中提取果胶的工艺研究[J].食品科学,2005,26(8):191-193.

[10]支梓鉴,邹明明,李珊,等.柑橘果肉果胶的流变和结构特性[J].高等学校化学学报,2016,(06):1175-1181.

[11]马惠玲,岳田利,张存莉,等.由苹果渣制备LM果胶、膳食纤维的工艺研究[J].食品与发酵工业,2003,29(8):95-97.

[12]王卫平.食品品质改良剂:亲水胶体的性质及应用（之五）——果胶[J].食品与发酵工业,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，工程师，主要从事食品生产许可审查技术研究工作