劉少陽，盧培培，李育鎧，李明麗

（1.漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，河南漯河 462000；2.國家肉制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，河南漯河 462000）

0 引言

果膠是植物原細(xì)胞壁的重要組成部分，構(gòu)成相鄰細(xì)胞的中間層，把植物組織緊密結(jié)合在一起。1825年，法國科學(xué)家Henri Braconnot首次從蔬菜中分離出了果膠，并命名為“果膠酸（pectin-acid）”。作為一種天然糖類高分子聚合物，果膠的良好功能特性受到人們的關(guān)注，經(jīng)眾多學(xué)者不斷研究，果膠在食品、醫(yī)藥行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。果膠的生產(chǎn)原料易得，目前商品果膠主要以蘋果皮、檸檬皮、柑橘皮等為原料。

1 果膠的結(jié)構(gòu)

果膠廣泛存在于高等植物中，以原果膠、果膠和果膠酸形態(tài)分布在植物的果實(shí)、根、莖和葉各器官中。果膠的分子量介于1～40萬[1]，化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子量與其來源、組織部位、成熟程度、提取方法等有關(guān)。果膠分子結(jié)構(gòu)由主鏈和側(cè)鏈2個(gè)部分組成：主鏈由長而連續(xù)、平滑的α-1,4-連接的D-半乳糖醛酸單元的直鏈形成的高聚半乳糖醛酸（homogalacturonan，縮寫作HG） 部分構(gòu)成，側(cè)鏈由短的呈毛發(fā)狀的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（rhammogalacturonan，縮寫作RG） 部分構(gòu)成[2]。

2 果膠的理化性質(zhì)

果膠是一種復(fù)雜的多糖，純果膠呈白色或淡黃色的粉末狀，略有異味。果膠不溶于乙醇、丙酮、乙醚等有機(jī)溶劑，溶于甘油。

2.1 酯化度

果膠酯化程度，也稱為果膠的甲氧基化，是指果膠中甲酯化、乙酰化和酰胺化的比例之和。根據(jù)果膠甲氧基的含量不同，果膠可分為高甲氧基果膠（高酯果膠或HM-果膠，酯化度高于50%，相當(dāng)于甲氧基含量7.0%～16.3%） 和低甲氧基果膠（低酯果膠或LM-果膠，酯化度低于50%，相當(dāng)于甲氧基含量≤7%）[3]；部分學(xué)者根據(jù)甲酯化程度將果膠分為3種果膠：全酯化多聚半乳糖醛酸果膠、速凝果膠（甲酯化程度達(dá)70%） 和慢凝果膠（酯化程度在50%～70%）[4]。

酯化程度隨果膠質(zhì)量、來源和提取過程的不同而變化[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，同種山楂經(jīng)不同方法提取[6]：酶輔助法、超聲輔助熱水提取法、熱水浸提法，這3種方法所提取的果膠酯化度分別是94.9%，86.2%，83.6%，其中酶輔助法所提取的果膠酯化度最高；同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)，不同來源果膠，即檸檬和大豆經(jīng)同種方法處理后，酯化程度差異顯著，前者酯化度達(dá)74.61%，后者僅為32.01%[7]。

2.2 凝膠性

膠凝度是衡量果膠形成凝膠的能力大小，即一份果膠能與多少份糖制成具有一定強(qiáng)度和質(zhì)量的果凍的能力。一般情況下，膠凝能力隨著甲氧基含量的增多而增高[8]。在溫度、糖酸比例適宜的條件下，當(dāng)高甲氧基果膠中甲氧基含量大于8.2%時(shí)，即能形成凝膠，而甲酯化程度較低的低甲氧基果膠則不能[9]。由于高甲氧基果膠僅在可溶性固形物占比55%以上和pH值2.0～3.5時(shí)才能膠凝，因此常用于高糖類食品的生產(chǎn)；而LM-果膠在Ca2+或其他二價(jià)陽離子存在下有糖或無糖均能形成性質(zhì)優(yōu)良的凝膠，且具有獨(dú)特的藥用價(jià)值，具有廣闊的市場(chǎng)前景[10]。

總之，果膠凝膠化的大小取決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，膠凝能力越強(qiáng)，反之則弱。

3 果膠的功能特性

3.1 降血脂

研究發(fā)現(xiàn)，果膠能夠有效降低血脂。人體內(nèi)含高密度脂蛋白和低密度脂蛋白，其中低密度脂蛋白是對(duì)人體有害的，高密度脂蛋白是對(duì)身體有益的。果膠則能降低低密度脂蛋白的含量，同時(shí)又不影響高密度脂蛋白的含量[11]。李茂言等人[12]研究了蕎秸果膠對(duì)高脂血癥大鼠調(diào)脂作用，研究顯示蕎秸果膠大劑量組可降低血清 TG，大、中、小3個(gè)劑量組均可降低血清 TC，HDL3-C，LDL-C的水平，大劑量組可明顯提高HDL2-C的含量。Kelley J J等人[13]采用C14標(biāo)記膽固醇，結(jié)果顯示，攝入果膠、瓜爾膠、車前子膠均可使肝中膽固醇吸收下降，但只有果膠可使血漿中膽固醇吸收下降。

3.2 抗癌

近年來，癌癥患者呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且越來越年輕化，開發(fā)新的抗癌藥物和治療方法顯得越發(fā)重要。凋亡機(jī)制在腫瘤監(jiān)測(cè)中起著重要作用，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡可以抑制腫瘤細(xì)胞的發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，蘋果中的果膠具有一定的抗癌特性[14]。果膠酸對(duì)腫瘤細(xì)胞和原發(fā)腫瘤有一定抑制作用，其作用機(jī)理主要是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[15]。經(jīng)高溫和pH值處理后，果膠在各種腫瘤（如黑素瘤、前列腺癌、結(jié)腸癌、乳腺癌）和多發(fā)性骨髓瘤中表現(xiàn)出體外化學(xué)預(yù)防作用[16-17]。前列腺癌細(xì)胞的雄激素反應(yīng)是設(shè)計(jì)合適治療方案的重要依據(jù)，Jackson C L等人[18]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱處理的果膠（FPP） 能夠誘導(dǎo)雄激素反應(yīng)性（LNCaP） 和雄激素?zé)o關(guān)性（LNCaP C4-2）前列腺癌細(xì)胞的凋亡。果膠中特定的結(jié)構(gòu)元素對(duì)其凋亡活性起著重要作用，而這種結(jié)構(gòu)可以通過CP的熱處理產(chǎn)生或富集。這些發(fā)現(xiàn)為果膠凋亡活性的機(jī)理研究提供了基礎(chǔ)，也為果膠基抗癌化合物的開發(fā)提供了依據(jù)。

3.3 抑菌

目前，普遍認(rèn)為腸道是果膠及其衍生物的有益作用部位，其可能會(huì)改變腸道菌群的組成。Tazawa K等人[19]通過研究發(fā)現(xiàn)，蘋果果膠在腸道中具有非常重要的抗炎作用。Martinov J等人[20]發(fā)現(xiàn)，蘋果果膠寡糖在芬頓反應(yīng)中產(chǎn)生二氧化碳自由基陰離子，抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長。王巍等人[21]對(duì)山楂果膠寡糖的抑菌性能及其作用機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)果表明，平均聚合度為3的果膠寡糖對(duì)所測(cè)試的菌株有最顯著的抗菌作用，特別是大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌的抑菌作用最為顯著。研究表明，果膠寡糖的抑菌性是由于其對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的滲透性和完整性的破壞，導(dǎo)致內(nèi)容物泄漏，從而影響其代謝活性并抑制細(xì)菌生長。適度水解的柚皮果膠對(duì)大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌均有顯著的抗菌活性[22]，但對(duì)三葉木通果皮果膠的抑菌研究中發(fā)現(xiàn)其并沒有抑菌和殺菌作用[23]。因此，不同來源的果膠可能存在差異，這些差異導(dǎo)致所提取出的果膠功能有所不同。

4 果膠的應(yīng)用

4.1 食品

4.1.1 烘焙

在面制品加工工藝中，水溶性親水性聚合物膠體可用作面條食品改良劑和各種面包保水劑。果膠是高度親水性膠體，可以溶解在冷水中并快速水合形成高黏度的分散體，因此在蛋糕中加入果膠可以改善其吸水性[24-25]。并且果膠能改變淀粉老化的進(jìn)程，進(jìn)而改善蛋糕的口感。在蛋糕的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，面粉中加入適量的果膠可以增加蛋糕的比體積，提高蛋糕糊的穩(wěn)定性，并防止蛋糕老化、保持口感松軟。果膠蛋糕可以長時(shí)間保持松軟[26]，因此果膠能夠有效延長面包架售時(shí)間。

冷凍影響面包的質(zhì)量，酵母的活性降低并且面團(tuán)的強(qiáng)度降低。添加果膠可以改變面包的質(zhì)量，通過比較新鮮面包和冷凍面包，添加果膠的面團(tuán)在最大拉伸強(qiáng)度方面有顯著改善，因此可以判斷，果膠的添加對(duì)酵母具有良好的保護(hù)作用[27]。

4.1.2 食品添加劑

果膠可用作飲料的增稠劑和穩(wěn)定劑。通過向果汁飲料中添加適量的果膠溶液，可以懸浮果肉而不分層，使之保持較好的外觀，并且改善口感[28]。果膠可增加鮮奶的黏度，防止牛奶變酸，果膠的保護(hù)性膠體特性在含酪蛋白的兒童食品或兒童乳中的生產(chǎn)中具有特殊價(jià)值[29]。將適量果膠加入兒童飲用的牛奶中，可以使沉淀的酪蛋白變成細(xì)小的膠粒，易被兒童消化吸收[30]。

不同類型的果膠具有不同的作用。例如，在酸奶的生產(chǎn)中，加入高酯果膠能穩(wěn)定酸奶的結(jié)構(gòu)，加入低甲氧基果膠則能防止乳清的析出[31]。與淀粉和其他植物膠對(duì)比，以果膠為穩(wěn)定劑的水果酸奶具有極好的風(fēng)味和質(zhì)地[10]。如果生產(chǎn)果醬時(shí)原料中的果膠含量較低，可以加入果膠作為增稠劑。

4.2 醫(yī)藥

果膠具有止瀉、抗癌、降低膽固醇，抑菌、解毒、預(yù)防膽結(jié)石形成等作用，可單獨(dú)使用或與其他藥物聯(lián)合用于治療某些疾病，延長藥物在體表的停留時(shí)間。果膠和其他膳食纖維一樣，不能在胃腸道內(nèi)被消化，所以進(jìn)入消化道后依然能夠保持其膠體活性。在口服常規(guī)制劑后，藥物在到達(dá)結(jié)腸之前就會(huì)被吸收，無法對(duì)病變部位起作用。因此，可以以果膠為載體，單獨(dú)或與其他賦形劑組合配制成軟膏、薄膜、栓劑、微膠囊等藥物。

研究表明，酸性和鈣化果膠在藥物靶向系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。果膠可以應(yīng)用到結(jié)腸靶向給藥系統(tǒng)中，它們僅能被結(jié)腸菌群所產(chǎn)生的果膠酶降解，這一特性可以很好地保護(hù)藥物通過胃和小腸，從而在結(jié)腸部位釋放，發(fā)揮藥物作用[32]。果膠鉍是一種由果膠與鉍生成的復(fù)合物，可以用來治療慢性胃炎，阿莫西林聯(lián)合果膠治療慢性萎縮性胃炎可以提高療效，減少副作用的發(fā)生[33]。柑橘果膠是一種水溶性聚合物，具有良好的生物降解性，可用于制造薄膜。該薄膜在食品和藥品的涂層、包封和增稠方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[34]。

4.3 果膠在動(dòng)物營養(yǎng)中的作用

動(dòng)物的腸道中存在分解和發(fā)酵果膠的酶，在果膠分解后，形成揮發(fā)性脂肪酸（主要是乙酸），其在被動(dòng)物體吸收后可以轉(zhuǎn)化為能量[35]。飼料通常含有非淀粉多糖，其不能被單胃動(dòng)物降解。果膠是一種非淀粉多糖，直接影響單胃動(dòng)物對(duì)植物性食物的營養(yǎng)利用，是單胃動(dòng)物的抗?fàn)I養(yǎng)因子[36]。但添加果膠可降低豬（單胃動(dòng)物）從消化道向淋巴吸收膽固醇和甘油三酯的速度。這表明果膠可以結(jié)合食物中的膽固醇和脂肪在消化道中，通過這種方式，可以減少進(jìn)入淋巴的膽固醇量[37]。與單胃動(dòng)物相比，果膠對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃環(huán)境的穩(wěn)定性具有調(diào)節(jié)作用。果膠可以在瘤胃中快速分解，形成半乳糖醛酸，抑制酸性乳酸菌的發(fā)酵，使瘤胃液的pH值升高[35]。

4.4 其他應(yīng)用

果膠可提高土壤中養(yǎng)分的含量，提高養(yǎng)分利用率，增加土壤中有效態(tài)的重金屬含量，減少重金屬從植物根部到上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)植物生長[38]。根據(jù)果膠的結(jié)構(gòu)特征，在甘蔗汁的絮凝和沉淀過程中添加少量混合果汁（果膠含量0.10%～0.13%）代替聚丙烯酰胺，沉淀和過濾的速度顯著加快，隨著混合汁量的增加，澄清果汁的純度增加，表明混合果汁中的果膠有絮凝作用[39]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過水解天然柑橘果膠獲得的低分子量柑橘果膠可以在胃腸道中形成保護(hù)膜并滲透到血液中以促進(jìn)酒精降解[40]。果膠可用于制作食品的可食性包裝膜，該薄膜可被生物降解，且易于回收利用[41]。采用膠凝技術(shù)，在海藻酸鈉中加入羅望子果膠，合成食用水球，其對(duì)DPPH·的清除率為40%，超過維C對(duì)DPPH·的清除率[42]。

5 結(jié)語

果膠所具有的獨(dú)特理化性質(zhì)和功能特性，使其在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。統(tǒng)計(jì)顯示，我國每年消耗果膠1 500 t以上，其中約80%需要從國外進(jìn)口[43-44]，且進(jìn)口果膠價(jià)格昂貴。因此，充分利用我國豐富的果膠資源生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)果膠，滿足國內(nèi)市場(chǎng)需求，同時(shí)增加果膠產(chǎn)量、改善果膠提取技術(shù)、提高果膠質(zhì)量是我國果膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心所在。隨著食品加工技術(shù)的提高和社會(huì)的不斷進(jìn)步，果膠的潛在功能特性與應(yīng)用方法也將會(huì)被進(jìn)一步的開發(fā)，果膠加工的生產(chǎn)效率、工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量與安全性將得到進(jìn)一步提高。探索其他來源的果膠或修改現(xiàn)有的果膠，從而獲取所需品質(zhì)特性的果膠，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)果膠，滿足國內(nèi)外市場(chǎng)需求，成為研究者的一個(gè)重要方向。