果胶的功能特性及其应用研究进展

刘少阳，卢培培，李育铠，李明丽

（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河 462000；2.国家肉制品质量监督检验中心，河南漯河 462000）

0 引言

果胶是植物原细胞壁的重要组成部分，构成相邻细胞的中间层，把植物组织紧密结合在一起。1825年，法国科学家Henri Braconnot首次从蔬菜中分离出了果胶，并命名为“果胶酸（pectin-acid）”。作为一种天然糖类高分子聚合物，果胶的良好功能特性受到人们的关注，经众多学者不断研究，果胶在食品、医药行业得到广泛应用。果胶的生产原料易得，目前商品果胶主要以苹果皮、柠檬皮、柑橘皮等为原料。

1 果胶的结构

果胶广泛存在于高等植物中，以原果胶、果胶和果胶酸形态分布在植物的果实、根、茎和叶各器官中。果胶的分子量介于1～40万[1]，化学结构和分子量与其来源、组织部位、成熟程度、提取方法等有关。果胶分子结构由主链和侧链2个部分组成：主链由长而连续、平滑的α-1,4-连接的D-半乳糖醛酸单元的直链形成的高聚半乳糖醛酸（homogalacturonan，缩写作HG） 部分构成，侧链由短的呈毛发状的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（rhammogalacturonan，缩写作RG） 部分构成[2]。

2 果胶的理化性质

果胶是一种复杂的多糖，纯果胶呈白色或淡黄色的粉末状，略有异味。果胶不溶于乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂，溶于甘油。

2.1 酯化度

果胶酯化程度，也称为果胶的甲氧基化，是指果胶中甲酯化、乙酰化和酰胺化的比例之和。根据果胶甲氧基的含量不同，果胶可分为高甲氧基果胶（高酯果胶或HM-果胶，酯化度高于50%，相当于甲氧基含量7.0%～16.3%） 和低甲氧基果胶（低酯果胶或LM-果胶，酯化度低于50%，相当于甲氧基含量≤7%）[3]；部分学者根据甲酯化程度将果胶分为3种果胶：全酯化多聚半乳糖醛酸果胶、速凝果胶（甲酯化程度达70%） 和慢凝果胶（酯化程度在50%～70%）[4]。

酯化程度随果胶质量、来源和提取过程的不同而变化[5]。有研究发现，同种山楂经不同方法提取[6]：酶辅助法、超声辅助热水提取法、热水浸提法，这3种方法所提取的果胶酯化度分别是94.9%，86.2%，83.6%，其中酶辅助法所提取的果胶酯化度最高；同时，有研究发现，不同来源果胶，即柠檬和大豆经同种方法处理后，酯化程度差异显著，前者酯化度达74.61%，后者仅为32.01%[7]。

2.2 凝胶性

胶凝度是衡量果胶形成凝胶的能力大小，即一份果胶能与多少份糖制成具有一定强度和质量的果冻的能力。一般情况下，胶凝能力随着甲氧基含量的增多而增高[8]。在温度、糖酸比例适宜的条件下，当高甲氧基果胶中甲氧基含量大于8.2%时，即能形成凝胶，而甲酯化程度较低的低甲氧基果胶则不能[9]。由于高甲氧基果胶仅在可溶性固形物占比55%以上和pH值2.0～3.5时才能胶凝，因此常用于高糖类食品的生产；而LM-果胶在Ca2+或其他二价阳离子存在下有糖或无糖均能形成性质优良的凝胶，且具有独特的药用价值，具有广阔的市场前景[10]。

总之，果胶凝胶化的大小取决于分子中羧基被甲氧基化的程度和分子量。甲氧基化程度越高，分子量越大，胶凝能力越强，反之则弱。

3 果胶的功能特性

3.1 降血脂

研究发现，果胶能够有效降低血脂。人体内含高密度脂蛋白和低密度脂蛋白，其中低密度脂蛋白是对人体有害的，高密度脂蛋白是对身体有益的。果胶则能降低低密度脂蛋白的含量，同时又不影响高密度脂蛋白的含量[11]。李茂言等人[12]研究了荞秸果胶对高脂血症大鼠调脂作用，研究显示荞秸果胶大剂量组可降低血清 TG，大、中、小3个剂量组均可降低血清 TC，HDL3-C，LDL-C的水平，大剂量组可明显提高HDL2-C的含量。Kelley J J等人[13]采用C14标记胆固醇，结果显示，摄入果胶、瓜尔胶、车前子胶均可使肝中胆固醇吸收下降，但只有果胶可使血浆中胆固醇吸收下降。

3.2 抗癌

近年来，癌症患者呈现上升趋势，且越来越年轻化，开发新的抗癌药物和治疗方法显得越发重要。凋亡机制在肿瘤监测中起着重要作用，诱导细胞凋亡可以抑制肿瘤细胞的发展，现代医学研究表明，苹果中的果胶具有一定的抗癌特性[14]。果胶酸对肿瘤细胞和原发肿瘤有一定抑制作用，其作用机理主要是诱导细胞凋亡[15]。经高温和pH值处理后，果胶在各种肿瘤（如黑素瘤、前列腺癌、结肠癌、乳腺癌）和多发性骨髓瘤中表现出体外化学预防作用[16-17]。前列腺癌细胞的雄激素反应是设计合适治疗方案的重要依据，Jackson C L等人[18]通过试验发现经热处理的果胶（FPP） 能够诱导雄激素反应性（LNCaP） 和雄激素无关性（LNCaP C4-2）前列腺癌细胞的凋亡。果胶中特定的结构元素对其凋亡活性起着重要作用，而这种结构可以通过CP的热处理产生或富集。这些发现为果胶凋亡活性的机理研究提供了基础，也为果胶基抗癌化合物的开发提供了依据。

3.3 抑菌

目前，普遍认为肠道是果胶及其衍生物的有益作用部位，其可能会改变肠道菌群的组成。Tazawa K等人[19]通过研究发现，苹果果胶在肠道中具有非常重要的抗炎作用。Martinov J等人[20]发现，苹果果胶寡糖在芬顿反应中产生二氧化碳自由基阴离子，抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长。王巍等人[21]对山楂果胶寡糖的抑菌性能及其作用机理进行研究，结果表明，平均聚合度为3的果胶寡糖对所测试的菌株有最显着的抗菌作用，特别是大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的抑菌作用最为显著。研究表明，果胶寡糖的抑菌性是由于其对细菌细胞膜的渗透性和完整性的破坏，导致内容物泄漏，从而影响其代谢活性并抑制细菌生长。适度水解的柚皮果胶对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌均有显著的抗菌活性[22]，但对三叶木通果皮果胶的抑菌研究中发现其并没有抑菌和杀菌作用[23]。因此，不同来源的果胶可能存在差异，这些差异导致所提取出的果胶功能有所不同。

4 果胶的应用

4.1 食品

4.1.1 烘焙

在面制品加工工艺中，水溶性亲水性聚合物胶体可用作面条食品改良剂和各种面包保水剂。果胶是高度亲水性胶体，可以溶解在冷水中并快速水合形成高黏度的分散体，因此在蛋糕中加入果胶可以改善其吸水性[24-25]。并且果胶能改变淀粉老化的进程，进而改善蛋糕的口感。在蛋糕的生产中发现，面粉中加入适量的果胶可以增加蛋糕的比体积，提高蛋糕糊的稳定性，并防止蛋糕老化、保持口感松软。果胶蛋糕可以长时间保持松软[26]，因此果胶能够有效延长面包架售时间。

冷冻影响面包的质量，酵母的活性降低并且面团的强度降低。添加果胶可以改变面包的质量，通过比较新鲜面包和冷冻面包，添加果胶的面团在最大拉伸强度方面有显著改善，因此可以判断，果胶的添加对酵母具有良好的保护作用[27]。

4.1.2 食品添加剂

果胶可用作饮料的增稠剂和稳定剂。通过向果汁饮料中添加适量的果胶溶液，可以悬浮果肉而不分层，使之保持较好的外观，并且改善口感[28]。果胶可增加鲜奶的黏度，防止牛奶变酸，果胶的保护性胶体特性在含酪蛋白的儿童食品或儿童乳中的生产中具有特殊价值[29]。将适量果胶加入儿童饮用的牛奶中，可以使沉淀的酪蛋白变成细小的胶粒，易被儿童消化吸收[30]。

不同类型的果胶具有不同的作用。例如，在酸奶的生产中，加入高酯果胶能稳定酸奶的结构，加入低甲氧基果胶则能防止乳清的析出[31]。与淀粉和其他植物胶对比，以果胶为稳定剂的水果酸奶具有极好的风味和质地[10]。如果生产果酱时原料中的果胶含量较低，可以加入果胶作为增稠剂。

4.2 医药

果胶具有止泻、抗癌、降低胆固醇，抑菌、解毒、预防胆结石形成等作用，可单独使用或与其他药物联合用于治疗某些疾病，延长药物在体表的停留时间。果胶和其他膳食纤维一样，不能在胃肠道内被消化，所以进入消化道后依然能够保持其胶体活性。在口服常规制剂后，药物在到达结肠之前就会被吸收，无法对病变部位起作用。因此，可以以果胶为载体，单独或与其他赋形剂组合配制成软膏、薄膜、栓剂、微胶囊等药物。

研究表明，酸性和钙化果胶在药物靶向系统中应用较广。果胶可以应用到结肠靶向给药系统中，它们仅能被结肠菌群所产生的果胶酶降解，这一特性可以很好地保护药物通过胃和小肠，从而在结肠部位释放，发挥药物作用[32]。果胶铋是一种由果胶与铋生成的复合物，可以用来治疗慢性胃炎，阿莫西林联合果胶治疗慢性萎缩性胃炎可以提高疗效，减少副作用的发生[33]。柑橘果胶是一种水溶性聚合物，具有良好的生物降解性，可用于制造薄膜。该薄膜在食品和药品的涂层、包封和增稠方面具有潜在的应用价值[34]。

4.3 果胶在动物营养中的作用

动物的肠道中存在分解和发酵果胶的酶，在果胶分解后，形成挥发性脂肪酸（主要是乙酸），其在被动物体吸收后可以转化为能量[35]。饲料通常含有非淀粉多糖，其不能被单胃动物降解。果胶是一种非淀粉多糖，直接影响单胃动物对植物性食物的营养利用，是单胃动物的抗营养因子[36]。但添加果胶可降低猪（单胃动物）从消化道向淋巴吸收胆固醇和甘油三酯的速度。这表明果胶可以结合食物中的胆固醇和脂肪在消化道中，通过这种方式，可以减少进入淋巴的胆固醇量[37]。与单胃动物相比，果胶对反刍动物瘤胃环境的稳定性具有调节作用。果胶可以在瘤胃中快速分解，形成半乳糖醛酸，抑制酸性乳酸菌的发酵，使瘤胃液的pH值升高[35]。

4.4 其他应用

果胶可提高土壤中养分的含量，提高养分利用率，增加土壤中有效态的重金属含量，减少重金属从植物根部到上部的转运，促进植物生长[38]。根据果胶的结构特征，在甘蔗汁的絮凝和沉淀过程中添加少量混合果汁（果胶含量0.10%～0.13%）代替聚丙烯酰胺，沉淀和过滤的速度显著加快，随着混合汁量的增加，澄清果汁的纯度增加，表明混合果汁中的果胶有絮凝作用[39]。试验发现，通过水解天然柑橘果胶获得的低分子量柑橘果胶可以在胃肠道中形成保护膜并渗透到血液中以促进酒精降解[40]。果胶可用于制作食品的可食性包装膜，该薄膜可被生物降解，且易于回收利用[41]。采用胶凝技术，在海藻酸钠中加入罗望子果胶，合成食用水球，其对DPPH·的清除率为40%，超过维C对DPPH·的清除率[42]。

5 结语

果胶所具有的独特理化性质和功能特性，使其在工业生产中得到广泛的应用。统计显示，我国每年消耗果胶1 500 t以上，其中约80%需要从国外进口[43-44]，且进口果胶价格昂贵。因此，充分利用我国丰富的果胶资源生产出优质果胶，满足国内市场需求，同时增加果胶产量、改善果胶提取技术、提高果胶质量是我国果胶产业发展的核心所在。随着食品加工技术的提高和社会的不断进步，果胶的潜在功能特性与应用方法也将会被进一步的开发，果胶加工的生产效率、工艺水平和产品质量与安全性将得到进一步提高。探索其他来源的果胶或修改现有的果胶，从而获取所需品质特性的果胶，生产出优质果胶，满足国内外市场需求，成为研究者的一个重要方向。