果胶（一类天然高分子化合物）
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更新时间：2023-05-23
果胶
一类天然高分子化合物
果胶（Pectin）是一类多糖的总称，其组成有同质多糖和杂多糖两种类型，是所有植物的主要成分，约占植物主要细胞壁干质量的三分之二。它保持了细胞壁完整的结构、强度和灵活性，同时也可作为外部环境的屏障。果胶是膳食纤维的重要来源，人类由于消化系统的阻力和果胶消化酶的缺乏，无法消化果胶。然而，大肠中存在的微生物可以简单地吸收果胶并将其转化为可溶性纤维。这些寡糖支持肠道中有用的微生物群，并有助于脂质和脂肪代谢、血糖调节等。果胶可用于食品、医药、日化等领域，是我们日常中常见的一种物质。
基本信息
中文名
果胶
英文名
Pectin
别名
β-D-半乳糖酸、(2S,3R,4S,5R,6R)-3,4,5,6-四羟基氧烷-2-羧酸
化学式
C6H10O7
相对分子质量
194.14
CAS编号
9000-69-5
外观
固体
熔点
415.5°C（760mmHg）
水溶性
部分溶于冷水
沸点
142-144 °C
发现历史
早在19世纪20年代，法国研究人员Bracennot首次从胡萝卜肉质根中提取出一种物质，并且与水和一定量的可溶固形物均匀混合能够形成凝胶，于是他将该物质命名为“Pectin"，中文译名为“果胶”。
分布情况
这种天然多糖并不存在于所有植物中。它少量存在于一些植物的细胞壁中，在水果中，如苹果、橙子、木瓜、草莓、李子、醋栗、葡萄和樱桃中则含有更高比例的果胶生物聚合物。果胶在细胞中分布不均匀，在细胞壁中间层中含量最少，而在细胞膜中几乎微不足道。在所有植物来源中，苹果渣和柑橘皮被广泛用于在轻度酸性条件下获得果胶。与草莓、樱桃和葡萄等果皮较厚的水果相比，苹果、醋栗子、李子、橙子、木瓜和柑橘等果皮较厚的水果含有更多的果胶。从这两种水果中获得的果胶的物理特性也不同。例如，从柑橘皮中提取的果胶为浅奶油色，而在苹果中提取的果胶为深色奶油。
物质结构
果胶主要是一类以D-半乳糖醛酸（D-Galacturonic Acids，D-Gal-A）由 α-1,4-糖苷键连接组成的酸性杂多糖，其中几个羧基或羟基沿着骨架分散，而一小部分中性糖可能作为侧链存在。事实上，果胶骨干主要含有甲基酯化半乳糖酸和主链中的少量乳糖单元，以及侧链中的半乳糖、阿拉伯糖和木糖。这种杂多糖由几个100到大约1000个糖分子组成。果胶的四个主要成分的结构如图所示。
理化性质
果胶是果酸的甲酯。商品果胶主要从水果中提取，主要由果胶和少量果酸组成。果胶物质具有以下特性：
- 过量的氯化钙溶液与果胶产生沉淀。
- 将石灰水与果胶溶液进行混合，一段时间后凝胶状沉淀物就会分离出来。
- 可使用果胶对戊糖进行测试。
制备方法
果胶生产最常见的原材料是苹果渣和干柑橘皮，它们都是果汁生产的副产品。此外，甜菜的残留物也可作为果胶的一种来源，但使用程度很少。
苹果以及柑橘一类水果在进行果汁生产过后产生的苹果渣和柑橘皮可用于果胶的生产。用含有提取助剂（如矿物酸或酶）的热水处理苹果渣和柑橘皮，提取步骤将果胶和淀粉等固体分开，然后分离和纯化提取的果胶。
对于苹果果胶，提取的果胶通过压滤机，进一步过滤，然后由酶澄清，然后超滤或洗滤膜进行浓缩和纯化。浓缩后体积大约减少三到六倍。此外，此步骤也可从苹果果胶中去除糖和盐，并进一步实现一定程度的脱色。将纯化和浓缩过后的苹果果胶喷雾干燥并研磨，与糖或葡萄糖混合成标准化凝胶粉。
提取后，柑橘果胶在醒酒器或高速分离器中澄清，然后由超滤膜进行浓缩和纯化，减少低分子量杂质。然后，浓缩的柑橘果胶利用酒精（例如1-丙醇）沉淀，以去除进一步的杂质以产生高分子柑橘果胶，或通过添加氨去酯化以产生低分子柑橘果胶。在最后一步，柑橘果胶被喷雾干燥、研磨和混合，类似于苹果果胶。
应用领域
果胶可用于果酱、果冻的制造；防止糕点硬化；改进干酪质量；制造果汁粉等。高酯果胶主要用于酸性的果酱、果冻、凝胶软糖、糖果馅心以及乳酸菌饮料等。低酯果胶主要用于一般的或低酸味的果酱、果冻、凝胶软糖以及冷冻甜点，色拉调味酱，冰淇淋、酸奶等。目前果胶多用于食品添加剂、疏通血管类医药保健品和防紫外线辐射护肤品等领域。
在食品中的应用
果胶作为胶合剂、增稠剂、增稠剂、乳化剂和稳定剂应用于各种食品中。近年来，果胶在低热量食品中经常用作脂肪或糖的替代品。果胶是一种天然的水胶体，表现出各种功能特性。由于果胶的凝胶能力，它作为粘度增强剂使用。通过乳化过程，果胶分子吸附水油界面上的、油滴，并保护液滴与相邻液滴结合。乳化剂的质量取决于其提供抗絮凝和结的长期稳定性的能力。有一些基于果胶的乳化产品的例子，如低脂肪和低胆固醇蛋黄酱、低脂肪干酪、低脂饮用酸奶和含有酸化牛奶饮料的调味油。这些产品是通过用脱脂牛奶、乳化油和乳清蛋白代替全脂牛奶制备的。
在生物材料中的应用
果胶的生物性质与其溶解度、粘度、结构和分子量相关。其中，果胶的抗氧化特性取决于其提取过程，减少分子量可以改善果胶的生物特性，这也可以促进果胶在几个领域的应用。
由于果胶的生物活性，果胶基材料目前已用于传统的治疗材料。果胶的物理化学特性使它们作为伤口敷料有几个优势，包括亲水性，可以去除渗出物；以及维持酸性pH值，预计可以作为对抗细菌或真菌的屏障。此外，果胶有可能结合其他活性分子并保护它们免受降解。根据伤口愈合的不同阶段，敷料中的果胶量可能从第一阶段的∼40%到第二阶段的不到10%不等。目前，已经开发了一系列基于果胶的伤口敷料，其中许多现已上市。在这些商业材料中，果胶补充了其他氢胶体（通常是羧甲基纤维素）的作用。由于果胶可以很容易地定制为水凝胶、薄膜、支架和纳米颗粒，果胶在药物输送、伤口敷料和组织工程方面得到了广泛的研究。
其他应用
果胶在药剂学上作为乳剂的稳定剂，口服缓释制剂（如缓释微丸）的辅料，还可以作为结肠生物降解制剂的基质。由于激活降解果胶的酶需钙离子，因而果胶与钙盐制成难溶性的果胶钙有利于其在结肠部位降解，低甲氧基化的果胶对钙离子更敏感。果胶也可以与其他聚合物混合制成缓释微球或膜剂，一般与壳聚糖、羟丙甲纤维素作为两相释放的药物制剂的辅料。
果胶在食品和化妆品中应用广泛。《美国药典》规定药用果胶与食品用果胶的质量不同，不允许添加葡萄糖或其他糖类、缓冲盐等。
安全事宜
根据《食品添加剂食用卫生标准》（GB 2760-2014）中规定：果胶可作为乳化剂、稳定剂、增稠剂，按生产需要适量用于除果蔬汁外的各类食品，在果蔬汁中最大使用量为3.0g/kg，固体饮料按稀释倍数增加使用量。
