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果膠
一類天然高分子化合物
果膠（Pectin）是一類多糖的總稱，其組成有同質多糖和雜多糖兩種類型，是所有植物的主要成分，約占植物主要細胞壁干質量的三分之二。它保持了細胞壁完整的結構、強度和靈活性，同時也可作為外部環(huán)境的屏障。果膠是膳食纖維的重要來源，人類由于消化系統(tǒng)的阻力和果膠消化酶的缺乏，無法消化果膠。然而，大腸中存在的微生物可以簡單地吸收果膠并將其轉化為可溶性纖維。這些寡糖支持腸道中有用的微生物群，并有助于脂質和脂肪代謝、血糖調節(jié)等。果膠可用于食品、醫(yī)藥、日化等領域，是我們日常中常見的一種物質。
基本信息
中文名
果膠
英文名
Pectin
別名
β-D-半乳糖酸、(2S,3R,4S,5R,6R)-3,4,5,6-四羥基氧烷-2-羧酸
化學式
C6H10O7
相對分子質量
194.14
CAS編號
9000-69-5
外觀
固體
熔點
415.5°C（760mmHg）
水溶性
部分溶于冷水
沸點
142-144 °C
發(fā)現(xiàn)歷史
早在19世紀20年代，法國研究人員Bracennot首次從胡蘿卜肉質根中提取出一種物質，并且與水和一定量的可溶固形物均勻混合能夠形成凝膠，于是他將該物質命名為“Pectin"，中文譯名為“果膠”。
分布情況
這種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細胞壁中，在水果中，如蘋果、橙子、木瓜、草莓、李子、醋栗、葡萄和櫻桃中則含有更高比例的果膠生物聚合物。果膠在細胞中分布不均勻，在細胞壁中間層中含量最少，而在細胞膜中幾乎微不足道。在所有植物來源中，蘋果渣和柑橘皮被廣泛用于在輕度酸性條件下獲得果膠。與草莓、櫻桃和葡萄等果皮較厚的水果相比，蘋果、醋栗子、李子、橙子、木瓜和柑橘等果皮較厚的水果含有更多的果膠。從這兩種水果中獲得的果膠的物理特性也不同。例如，從柑橘皮中提取的果膠為淺奶油色，而在蘋果中提取的果膠為深色奶油。
物質結構
果膠主要是一類以D-半乳糖醛酸（D-Galacturonic Acids，D-Gal-A）由 α-1,4-糖苷鍵連接組成的酸性雜多糖，其中幾個羧基或羥基沿著骨架分散，而一小部分中性糖可能作為側鏈存在。事實上，果膠骨干主要含有甲基酯化半乳糖酸和主鏈中的少量乳糖單元，以及側鏈中的半乳糖、阿拉伯糖和木糖。這種雜多糖由幾個100到大約1000個糖分子組成。果膠的四個主要成分的結構如圖所示。
理化性質
果膠是果酸的甲酯。商品果膠主要從水果中提取，主要由果膠和少量果酸組成。果膠物質具有以下特性：
- 過量的氯化鈣溶液與果膠產生沉淀。
- 將石灰水與果膠溶液進行混合，一段時間后凝膠狀沉淀物就會分離出來。
- 可使用果膠對戊糖進行測試。
制備方法
果膠生產最常見的原材料是蘋果渣和干柑橘皮，它們都是果汁生產的副產品。此外，甜菜的殘留物也可作為果膠的一種來源，但使用程度很少。
蘋果以及柑橘一類水果在進行果汁生產過后產生的蘋果渣和柑橘皮可用于果膠的生產。用含有提取助劑（如礦物酸或酶）的熱水處理蘋果渣和柑橘皮，提取步驟將果膠和淀粉等固體分開，然后分離和純化提取的果膠。
對于蘋果果膠，提取的果膠通過壓濾機，進一步過濾，然后由酶澄清，然后超濾或洗濾膜進行濃縮和純化。濃縮后體積大約減少三到六倍。此外，此步驟也可從蘋果果膠中去除糖和鹽，并進一步實現(xiàn)一定程度的脫色。將純化和濃縮過后的蘋果果膠噴霧干燥并研磨，與糖或葡萄糖混合成標準化凝膠粉。
提取后，柑橘果膠在醒酒器或高速分離器中澄清，然后由超濾膜進行濃縮和純化，減少低分子量雜質。然后，濃縮的柑橘果膠利用酒精（例如1-丙醇）沉淀，以去除進一步的雜質以產生高分子柑橘果膠，或通過添加氨去酯化以產生低分子柑橘果膠。在最后一步，柑橘果膠被噴霧干燥、研磨和混合，類似于蘋果果膠。
應用領域
果膠可用于果醬、果凍的制造；防止糕點硬化；改進干酪質量；制造果汁粉等。高酯果膠主要用于酸性的果醬、果凍、凝膠軟糖、糖果餡心以及乳酸菌飲料等。低酯果膠主要用于一般的或低酸味的果醬、果凍、凝膠軟糖以及冷凍甜點，色拉調味醬，冰淇淋、酸奶等。目前果膠多用于食品添加劑、疏通血管類醫(yī)藥保健品和防紫外線輻射護膚品等領域。
在食品中的應用
果膠作為膠合劑、增稠劑、增稠劑、乳化劑和穩(wěn)定劑應用于各種食品中。近年來，果膠在低熱量食品中經常用作脂肪或糖的替代品。果膠是一種天然的水膠體，表現(xiàn)出各種功能特性。由于果膠的凝膠能力，它作為粘度增強劑使用。通過乳化過程，果膠分子吸附水油界面上的、油滴，并保護液滴與相鄰液滴結合。乳化劑的質量取決于其提供抗絮凝和結的長期穩(wěn)定性的能力。有一些基于果膠的乳化產品的例子，如低脂肪和低膽固醇蛋黃醬、低脂肪干酪、低脂飲用酸奶和含有酸化牛奶飲料的調味油。這些產品是通過用脫脂牛奶、乳化油和乳清蛋白代替全脂牛奶制備的。
在生物材料中的應用
果膠的生物性質與其溶解度、粘度、結構和分子量相關。其中，果膠的抗氧化特性取決于其提取過程，減少分子量可以改善果膠的生物特性，這也可以促進果膠在幾個領域的應用。
由于果膠的生物活性，果膠基材料目前已用于傳統(tǒng)的治療材料。果膠的物理化學特性使它們作為傷口敷料有幾個優(yōu)勢，包括親水性，可以去除滲出物；以及維持酸性pH值，預計可以作為對抗細菌或真菌的屏障。此外，果膠有可能結合其他活性分子并保護它們免受降解。根據(jù)傷口愈合的不同階段，敷料中的果膠量可能從第一階段的～40%到第二階段的不到10%不等。目前，已經開發(fā)了一系列基于果膠的傷口敷料，其中許多現(xiàn)已上市。在這些商業(yè)材料中，果膠補充了其他氫膠體（通常是羧甲基纖維素）的作用。由于果膠可以很容易地定制為水凝膠、薄膜、支架和納米顆粒，果膠在藥物輸送、傷口敷料和組織工程方面得到了廣泛的研究。
其他應用
果膠在藥劑學上作為乳劑的穩(wěn)定劑，口服緩釋制劑（如緩釋微丸）的輔料，還可以作為結腸生物降解制劑的基質。由于激活降解果膠的酶需鈣離子，因而果膠與鈣鹽制成難溶性的果膠鈣有利于其在結腸部位降解，低甲氧基化的果膠對鈣離子更敏感。果膠也可以與其他聚合物混合制成緩釋微球或膜劑，一般與殼聚糖、羥丙甲纖維素作為兩相釋放的藥物制劑的輔料。
果膠在食品和化妝品中應用廣泛。《美國藥典》規(guī)定藥用果膠與食品用果膠的質量不同，不允許添加葡萄糖或其他糖類、緩沖鹽等。
安全事宜
根據(jù)《食品添加劑食用衛(wèi)生標準》（GB 2760-2014）中規(guī)定：果膠可作為乳化劑、穩(wěn)定劑、增稠劑，按生產需要適量用于除果蔬汁外的各類食品，在果蔬汁中最大使用量為3.0g/kg，固體飲料按稀釋倍數(shù)增加使用量。
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