食品中果胶提取及功能性研究进展

王雨晴，刘畅，杨春莉，孟倩楠，杨春瑜*

(1.哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076；2.哈尔滨商业大学 轻工学院，哈尔滨 150028)

果胶是资源丰富、绿色环保的天然高分子物质之一。由于其具有良好的凝胶性和乳化稳定性，常常被人们广泛应用于婴幼儿食品、医药、日用品以及纺织行业。果胶具有良好的稳定性和清爽的口感，可作为调味品的添加剂，使色拉酱的品质得以改进；由于果胶的天然可食用性，将其加入番茄酱中使粘度增大、感官特性得以增加；果胶在其他糖和糖浆如红糖、赤砂糖、冰片糖、原糖、果糖(蔗糖来源)、糖蜜、部分转化糖、槭树糖浆等中作为稳定剂、乳化剂，使这些糖制品品质稳定，便于存储；糖浆在冷冻过程中，加入果胶使晶体进行冷冻时的速度变慢，减少融化时糖浆的损失和改善冷冻后糖浆的质构；在调味品方面，果胶使一些酱料具有更好的稳定性和粘度。作为一种食品添加剂，果胶的浓度对氨法焦糖色素的稳定性也存在一定影响[1]；果胶的添加量使果酱的口感细腻，组织状态均匀，酱体不分层、不脱水[2]。现在有利用山楂本身含有的大量果胶与菊花、洛神花制成复合果酱[3]。

果胶是一类多糖的总称，主要的结构有4种：同型半乳糖醛酸聚糖(Homogalacturonan，HG)、鼠李半乳糖醛酸聚糖I(Rhamnogalacturonan I，RGI)、鼠李半乳糖醛酸聚糖II(Rhamnogalacturonan II，RGII)和木糖半乳糖醛酸聚糖(Xylogalacturonan，XG)[4]。由于果胶大多数存在于植物细胞壁中，所以果胶提取常常与纤维素多糖类相伴存在。原果胶难溶于水，并且天然植物的硬度与原果胶含量有关[5]，但在改变外界介质或外界条件的情况下，如在酸、碱、盐析、酶以及超声波的作用下，水溶性物质可溶出，再经过多种分离工艺可在细胞壁中分离出水溶性果胶。果胶是一种线性高分子天然物质，含有成百上千的乙酰化的半乳糖醛酸单元，聚合度可超过1000单位，其相应的果胶相对分子质量可达到50000～150000个单位(相对分子质量单位为1)。

有很多植物组织中含有天然果胶。有关学者将腐烂的水果(山竹、火龙果[6]、甘薯等)作为开发新型果胶的原料。本文综述了食品中果胶提取及应用的研究进展，旨在对果胶深入的理论和应用研究提供理论性依据。

1 提取方面的研究进展

果胶的提取方法较多，相关的文献也很多，通常将果胶的提取分为两步[7]：第一步挑选出洁净新鲜的原料，并通过化学、物理、生物等方法将果胶从原料中分解出来，因此分解出水溶性果胶；第二步将水溶性果胶进行浓缩、沉淀、分离和提纯干燥得到产品。目前果胶的提取方法主要分为传统提取法和环境友好型提取法。目前对于果胶的提取方法有化学法、物理法和生物法(见表1)，以及多种方法相结合的提取方法。

表1 果胶的提取方法Table 1 The extraction methods of pectin

1.1 果胶化学提取法的研究进展

传统的化学提取方法具有高效、易操作等优点，近年来也有许多人运用传统化学方法提取果胶，例如，2014年阿尔及利亚的Abdessemed D等[8]将仙人掌在酸性水溶液中进行水解后提取果胶；2017年巴西的José R R de Souza等[9]利用酸水解法从南瓜中提取果胶；2018年抗新新等[10]以剑麻膏为原料，采用传统的酸解方法提取果胶。醇沉法最常用于果胶的提取分离，原理是应用果胶的非醇溶性质而提取。此外，此方法需要大量的乙醇和能源。但传统化学方法同时也带来后续难处理的问题，如后处理中会产生大量的酸水和碱水、耗能高等。因此，为了减少能耗和环境污染等问题，研究环境友好型提取方法已经成为当前果胶提取的发展趋势。

1.2 果胶物理提取法的研究进展

果胶的物理提取方法主要有离子交换法、微波与超声波辅助等方法，如2013年顾焰波等[11]运用离子交换法提取香蕉皮中的果胶，其提取率为19.54%，此方法是利用溶液中带电粒子的带电性相吸原理与离子交换剂之间的结合，从而进行提取纯化的方法。刘智梅等[12]和杨超等[13]分别选用香蕉根和桔皮为原料，采用微波法对果胶的提取进行了研究。Yapo B M等[14]和Sun Runcang等[15]选用甜菜和马铃薯为原料，采用萃取法提取果胶，并研究了此提取方法与传统提取方法对果胶性质的影响。

1.3 果胶生物提取法的研究进展

果胶的生物提取方法主要为酶法提取，分为单一酶提取和复合酶提取。酶提取法的原理是在加入酶的作用下使植物细胞壁结构破坏，减少溶剂提取时细胞壁与细胞间质的阻力，从而使果胶分离出来。杜国军等[16]以甜菜干粕为原料，采用柠檬酸-纤维素酶法提取果胶，其产率为26.79%。现在一般运用复合酶法提取果胶，例如Juliana Vasco-Correa等[17]对西番莲果皮提取果胶，但是其所用的酶是经过发酵罐培养所得的聚半乳糖酶等；Nadia Bayara等[18]在处理仙人掌时利用木糖酶和纤维素酶去除粘液后提取果胶。

现今，出现了水提取、有机酸提取、酶提取以及多种物理处理方法相结合的提取技术，这些复合方法具有提高效率、能耗低、条件温和等特点。

2 果胶功能性研究进展

果胶因具有稳定性、溶水性和粘性等特性被广泛应用于食品添加剂中，作为稳定剂、增稠剂来增加果酱、果冻、乳制品、饮料、烘焙食品、糖果等的稳定性和口感[19]。果胶具有吸附重金属、抗氧化、降血脂、抗肿瘤、预防癌症等功能特性。果胶有助于降低血液中的胆固醇水平，帮助减少葡萄糖摄取，促进毒素的排泄。此外，果胶具有抑制多种类型癌症转移和原发肿瘤生长的潜力。

2.1 果胶吸附重金属的研究进展

重金属分为Cd、Co、Cr、Pb、As、Ni等环境污染物。重金属水生生态系统中的污染是一个重要问题，因为重金属毒性及其在水生环境中积累的影响。其中一种危险的重金属是铅(Pb)，铅会对中枢神经系统造成损害。铅还可损害肾脏、肝脏和生殖系统、基本细胞代谢过程和脑功能。中毒症状的特点是贫血、失眠、头痛、头晕、易怒、肌肉无力、幻觉和肾损害。果胶含有许多活性基团(羟基、羧基、酰胺和甲氧基)，可用作金属的天然吸附剂。 Hastuti B等[20]将胡萝卜皮中的果胶和商业果胶对Pb(II)的吸附作用进行了比较，分别得出对Pb(II)吸附的量为16.6 kJ/mol和21.09 kJ/mol；Wang Ruhai等[21]研究了果胶在非晶态Fe/Al氢氧化物上的吸附及其影响表面电荷特性和对Cu(II)的吸附作用；Sourbh Thakur等[22]研究了以果胶为基础的水凝胶去除水溶液中有毒污染物的综合评价；吴莎极[23]利用动物体内体外模拟实验研究了佛手果皮渣的改性果胶对镉的吸收能力。综上所述，果胶对Pb(II)、Cu(II)、Co(II)、Zn(I)、Cd等重金属的吸收研究已经有一定进展，但是对于开发不同食品中果胶吸附重金属种类的探究是未来的发展趋势。

2.2 果胶抗氧化能力的研究进展

许多人类疾病、人体衰老与对生物膜产生负面影响的自由基的激活有关，这些有害的影响可以通过抗氧化剂来预防，果胶可以直接与抗氧化剂和自由基相互作用，是一种具有抗氧化能力的物质。Soohwan Ahn等[24]对果胶的抗氧化能力、离子诱导凝胶功能和多酚结合能力进行了探讨；Alondra M Idrovo Encalada等[25]对胡萝卜中果胶的抗氧化能力进行了研究；黄红焰等[26]通过动物实验了解杨梅中果胶对高胆固醇模型小鼠的血浆胆固醇及其相关血脂生化指标来评估杨梅中果胶对小鼠抗氧化能力和DNA损伤的保护作用，进一步开发抗氧化果胶制品是现在的研究方向。

2.3 果胶降低血脂能力的研究进展

高胆固醇血症被认为是与血脂、碳水化合物和脂蛋白代谢异常相关的一种常见的代谢紊乱，在我们的社会生活中是一种严重的健康问题。在这方面，植物生物质提取物在多种药理学应用中已经作为天然降血脂药应用而受到相当大的关注。众所周知，果胶作为一种植物生物质提取物能降低胆固醇水平和血糖水平，而且高甲氧基果胶(HMP)具有降低动物体内胆固醇和蛋黄液体胆固醇的潜力。Rubaiyi M Zaid等[27]研究采用物理化学方法，从猪苓皮中提取高甲氧基果胶(HMP)并对高甲氧基果胶的降血脂活性进行了研究；Mauricio Espinal-Ruiz等[28]从柑桔、香蕉和西番莲中分离到中等水平的甲氧基果胶，并且采用静态体外消化模型阐明了3种水果中提取的果胶其特性对模拟胃肠条件下脂质消化的影响，其中包括甲氧基化程度和分子量对乳化脂质胃肠道归宿的影响；黄竹[29]以山楂果胶寡糖为实验原料，以高脂食料饲喂的小鼠为动物实验模型，研究了山楂果胶寡糖对高脂食小鼠肝脏脂肪酸氧化和炎症的影响作用及其作用机制。所以说果胶具有降低血脂能力，其研究也达到一定程度，目前需要进一步对其优化。

2.4 果胶抗肿瘤、预防癌症能力的研究进展

在过去的30年中，癌症治疗取得了很大的进展，这些成就提高了药物的安全性和输送能力，提高了生存率，甚至治愈了一些癌症。然而，癌症仍然是导致全球死亡的第二种疾病，其总体发病率继续上升。果胶是一类复杂的植物多糖，由半乳糖醛酸骨架和中性糖侧链组成。膳食纤维(DF)是结肠细菌的发酵底物，在预防结直肠癌中占有重要地位。膳食纤维由黏液、β-葡聚糖和果胶(可溶性)组成。纤维素、半纤维素和木质素(不溶性纤维)与蛋白质和酚类物质交联。膳食纤维通过粪便质量、数量的减少来改善人体健康。据报道，水果和蔬菜中未提取的天然果胶是一种食品成分，也是一种可溶膳食纤维(DF)，并且果胶可以预防结肠癌。Ladan Delphi等[30]对果胶在4T1乳腺癌细胞中的体外活性并且利用乳腺癌动物模型进行体内研究，得到苹果果胶是体外抑制4T1乳腺癌细胞肿瘤的天然来源。在日常饮食中摄入果胶可能有利于癌症患者的治疗。目前用来抗肿瘤的果胶都经过一定改性，所以更好地利用其抗肿瘤、预防癌症的功能性对于果胶改性的优化是今后的研究重点。

3 结论和展望

果胶在一些皮渣中大量存在，如将其提取出来应用于食品、化学、医疗工业中可能会带来更好的经济前景。果胶作为一种天然提取物，不用担心其安全问题。果胶作为调味品的添加剂，由于其具有良好的稳定性、清爽的口感和粘度大等优点使一些酱料类调味品便于存储、品质稳定。本文论述了食品中果胶的提取方法(化学法、物理法和生物法)及其发展。目前为了得到高效的果胶，多采用多种提取方法相结合来提取果胶。由于果胶中含有的主要官能团是羟基、羧基、酰胺和甲氧基，使其具有吸附重金属、抗氧化、降血脂、抗肿瘤、预防癌症等功能。为了更好地对果胶的功能加以利用，可以从扩大果胶的食品来源、提取方法和官能团结构改性等方面，满足对果胶功能性应用的需求，并对其进行开发利用。