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果膠
一類(lèi)天然高分子化合物
果膠（Pectin）是一類(lèi)多糖的總稱(chēng)，其組成有同質(zhì)多糖和雜多糖兩種類(lèi)型，是所有植物的主要成分，約占植物主要細(xì)胞壁干質(zhì)量的三分之二。它保持了細(xì)胞壁完整的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和靈活性，同時(shí)也可作為外部環(huán)境的屏障。果膠是膳食纖維的重要來(lái)源，人類(lèi)由于消化系統(tǒng)的阻力和果膠消化酶的缺乏，無(wú)法消化果膠。然而，大腸中存在的微生物可以簡(jiǎn)單地吸收果膠并將其轉(zhuǎn)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(zhì)和脂肪代謝、血糖調(diào)節(jié)等。果膠可用于食品、醫(yī)藥、日化等領(lǐng)域，是我們?nèi)粘Ｖ谐Ｒ?jiàn)的一種物質(zhì)。
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(xué)式
C6H10O7
相對(duì)分子質(zhì)量
194.14
CAS編號(hào)
9000-69-5
外觀
固體
熔點(diǎn)
415.5°C（760mmHg）
水溶性
部分溶于冷水
沸點(diǎn)
142-144 °C
發(fā)現(xiàn)歷史
早在19世紀(jì)20年代，法國(guó)研究人員Bracennot首次從胡蘿卜肉質(zhì)根中提取出一種物質(zhì)，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(zhì)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(xì)胞壁中，在水果中，如蘋(píng)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(xì)胞中分布不均勻，在細(xì)胞壁中間層中含量最少，而在細(xì)胞膜中幾乎微不足道。在所有植物來(lái)源中，蘋(píng)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(píng)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(píng)果中提取的果膠為深色奶油。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
果膠主要是一類(lèi)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(gè)羧基或羥基沿著骨架分散，而一小部分中性糖可能作為側(cè)鏈存在。事實(shí)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(cè)鏈中的半乳糖、阿拉伯糖和木糖。這種雜多糖由幾個(gè)100到大約1000個(gè)糖分子組成。果膠的四個(gè)主要成分的結(jié)構(gòu)如圖所示。
理化性質(zhì)
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(zhì)具有以下特性：
- 過(guò)量的氯化鈣溶液與果膠產(chǎn)生沉淀。
- 將石灰水與果膠溶液進(jìn)行混合，一段時(shí)間后凝膠狀沉淀物就會(huì)分離出來(lái)。
- 可使用果膠對(duì)戊糖進(jìn)行測(cè)試。
制備方法
果膠生產(chǎn)最常見(jiàn)的原材料是蘋(píng)果渣和干柑橘皮，它們都是果汁生產(chǎn)的副產(chǎn)品。此外，甜菜的殘留物也可作為果膠的一種來(lái)源，但使用程度很少。
蘋(píng)果以及柑橘一類(lèi)水果在進(jìn)行果汁生產(chǎn)過(guò)后產(chǎn)生的蘋(píng)果渣和柑橘皮可用于果膠的生產(chǎn)。用含有提取助劑（如礦物酸或酶）的熱水處理蘋(píng)果渣和柑橘皮，提取步驟將果膠和淀粉等固體分開(kāi)，然后分離和純化提取的果膠。
對(duì)于蘋(píng)果果膠，提取的果膠通過(guò)壓濾機(jī)，進(jìn)一步過(guò)濾，然后由酶澄清，然后超濾或洗濾膜進(jìn)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(píng)果果膠中去除糖和鹽，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)一定程度的脫色。將純化和濃縮過(guò)后的蘋(píng)果果膠噴霧干燥并研磨，與糖或葡萄糖混合成標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行濃縮和純化，減少低分子量雜質(zhì)。然后，濃縮的柑橘果膠利用酒精（例如1-丙醇）沉淀，以去除進(jìn)一步的雜質(zhì)以產(chǎn)生高分子柑橘果膠，或通過(guò)添加氨去酯化以產(chǎn)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(lèi)似于蘋(píng)果果膠。
應(yīng)用領(lǐng)域
果膠可用于果醬、果凍的制造；防止糕點(diǎn)硬化；改進(jìn)干酪質(zhì)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(diǎn)，色拉調(diào)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(lèi)醫(yī)藥保健品和防紫外線輻射護(hù)膚品等領(lǐng)域。
在食品中的應(yīng)用
果膠作為膠合劑、增稠劑、增稠劑、乳化劑和穩(wěn)定劑應(yīng)用于各種食品中。近年來(lái)，果膠在低熱量食品中經(jīng)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(qiáng)劑使用。通過(guò)乳化過(guò)程，果膠分子吸附水油界面上的、油滴，并保護(hù)液滴與相鄰液滴結(jié)合。乳化劑的質(zhì)量取決于其提供抗絮凝和結(jié)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的能力。有一些基于果膠的乳化產(chǎn)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(diào)味油。這些產(chǎn)品是通過(guò)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(yīng)用
果膠的生物性質(zhì)與其溶解度、粘度、結(jié)構(gòu)和分子量相關(guān)。其中，果膠的抗氧化特性取決于其提取過(guò)程，減少分子量可以改善果膠的生物特性，這也可以促進(jìn)果膠在幾個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)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(xué)特性使它們作為傷口敷料有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括親水性，可以去除滲出物；以及維持酸性pH值，預(yù)計(jì)可以作為對(duì)抗細(xì)菌或真菌的屏障。此外，果膠有可能結(jié)合其他活性分子并保護(hù)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(jīng)開(kāi)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(bǔ)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(yīng)用
果膠在藥劑學(xué)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(jié)腸生物降解制劑的基質(zhì)。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(jié)腸部位降解，低甲氧基化的果膠對(duì)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(yīng)用廣泛。《美國(guó)藥典》規(guī)定藥用果膠與食品用果膠的質(zhì)量不同，不允許添加葡萄糖或其他糖類(lèi)、緩沖鹽等。
安全事宜
根據(jù)《食品添加劑食用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（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(chǎn)需要適量用于除果蔬汁外的各類(lèi)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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