果膠的組成及結構
果膠是一種多糖類高分子化合物，存在於植物相鄰細胞壁的中膠層。D-吡喃半乳糖醛酸是其基本結合單元,以α-1,4鍵連線成長鏈狀,常帶有乙醯基和其他中性多糖支鏈，如木糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖等。果膠中甲酯化基團(帶有甲氧基)的百分數稱為果膠的酯化度DE值。
分類
按酯化度的不同,把果膠分為高甲氧基果膠和低甲氧基果膠。高酯果膠需要可溶性固形物50%以上才能形成凝膠。而低酯果膠則只需存在二價金屬離子,僅需要可溶性固形物1%以下即可形成凝膠。正是基於此,果膠的提取即
是把不溶性的高酯果膠轉化為可溶性低酯果膠及可溶性低酯果膠向液相轉移的過程。
功能性質
由於果膠分子中存在極性區和非極性區，可以使果膠具有多種功能性質。果膠在食品中的可作為增稠劑，膠凝劑，乳化劑、穩定劑、組織成型劑。
果膠的製備方法
傳統酸提取法
傳統的工業果膠生產方法是酸提取法，所用的酸可以是硫酸、鹽酸、磷酸等。為了改善果膠成品的色澤,也可以用亞硫酸。其基本原理是利用果膠在稀酸溶液中能水解,將果皮中的原果膠質水解為水溶性果膠,從而使果膠從桔皮中轉到水相中,生成可溶於水的果膠。然後利用沉澱法或鹽析法分離果膠,工業上常用金屬鹽析或有機溶劑(乙醇)沉析法提取。
醇沉澱法
醇沉澱法是經常使用而且最早實現工業化生產的方法。其基本原理是利用果膠不溶於醇類溶劑的特點,加入大量醇,使果膠的水溶液中形成醇-水的混合劑以使果膠沉澱出來。將析出的果膠塊經壓榨、洗滌、乾燥和粉碎後便得到成品。也可用異丙醇等其他溶劑代替酒精。其具體的提取過程:原料預處理-酸液萃取-過濾-濃縮-乙醇沉澱-過
濾-低溫乾燥-粉碎、標準化-成品果膠。
鹽析法
多價金屬鹽沉澱法,目前在生產上廣泛採用。具體方法是:在果膠液中加入一定量的氯化鎂、氯化銅或氯化鋁然後用氨等調節pH,使之形成鹼式金屬鹽,此鹼式金屬鹽與果膠形成絡合物沉澱出來,然後再經過脫鹽漂洗和乾燥得到果膠成品。
離子交換法
果膠類物質與細胞壁半纖維素等有共價鍵結合,並與其它細胞壁多聚體通過次級鍵結合。多價陽離子,尤其是鈣離子存在時,因陽離子鍵合的結果,引起低酯果膠類物質的不溶性和降低高酯果膠的浸脹性。另外,纖維狀果膠類物質大分子間以及其它多聚體之間,存在著複雜的機械性牽絆,也影響果膠類物質的溶解性。所以,單用酸法不能完全解除果皮中多價陽離子及其它雜質對果膠的束縛或牽絆。同時,由於果皮中多價金屬離子、低分子物質和色素等果膠以外的種種物質經酸法處理後仍留於果膠中,這些不純物給果膠的品質帶來不良影響,表現在果膠的膠凝度不強、灰分含量高、果膠色澤較差。因此,果膠提取時,採用酸水解同時結合離子交換樹脂的方法。首先,酸可使原果膠溶解,由於酸水解纖維素,果膠多糖複合物,或者由於酸使水不溶性大分子降解,果皮中多價陽離子溶出,陽離子交換樹脂通過吸附陽離子,從而加速原果膠的溶解,提高果膠的質量和得率。陽離子交換樹脂可以吸附分子量為500以下的低分子物質,解除果膠的一些機械性牽絆,因而也可提高果膠的質量和得率。
膜分離技術
近年來,國外已將超濾濃縮等新技術開始套用於果膠生產中,國內也已開始這方面的研究。超濾效果主要與濾膜透過分子量的選擇和濃縮倍數有關。濾膜透過分子量越大,膜通量越大,設備效率越高,但果膠損失越大,濃縮倍數越高,生產成本越低,膜通量越小,設備效率越低。電滲析的作用主要是脫去提取液中的酸和無機鹽,使提取液能夠直接進行乾燥以獲得灰分合格的成品。
微波法
化學反應過程中導入微波加熱技術,不僅可有效提高反應轉化率、選擇性,而且體現出節能、環保等諸多優點,其作為實現綠色化工手段之一而受到人們的廣泛重視。21世紀初,美國發表了用微波加熱技術提取果膠的專利。鄭燕玉等人利用微波法從香蕉皮中提取果膠。
酶解法
由於果膠分子與鈣鎂及鐵離子結合、纖維素和半纖維素等細胞壁多糖與果膠分子形成共價鍵、果膠分子中的羥基與細胞壁的組分形成離子鍵、果膠分子彼此間與其他成分間的物理纏繞等等,而使果膠以原果膠的形式存在,用酶適當處理後,由於細胞壁降解,可提高果膠得率、簡化工藝。
微生物法
優點:微生物法低溫發酵提取果膠,萃取液中果皮不破碎,也不需進行熱、酸處理,容易分離,萃取完全,易過濾。萃取的果膠分子量大,果膠的膠凝度高,質量穩定。此法還能有效地克服酸水解法生產果膠的諸多不足,具有低消耗、低污染等特點,具有廣闊的套用前景。缺點:微生物法提取果膠受橘皮的預處理,反應時的固液化,微生物的生長時間、大小、保溫時間以及pH的影響比較大。
套用
在食品工業中的套用
果膠作為一種食品添加劑或配料套用於食品工業中，主要起到膠凝、增稠、改善質構、乳化和穩定的作用。
在保健品和藥品中的套用
果膠是一種極具價值的水溶性膳食纖維。 果膠具有降血脂、降膽固醇、抗輻射、吸附重金屬離子、潤腸通便和抗癌等作用。 目前，在國內藥品和保健品中已有使用果膠的產品， 如起潤腸通便的胃藥果膠秘，用來清除體內重金屬鉛的益多元等，但目前對果膠的用量尚不大。與其他膳食纖維有所不同， 果膠的結構特性使其具有良好的水溶性，且黏度大，能夠吸附重金屬等陽離子及毒素物質，促進腸胃蠕動，可被大腸中的腸道菌群發酵生成短鏈的脂肪酸， 降低腸道p H 值，殺死有害菌，並促進有益菌增殖。
其他套用
此外， 也有利用果膠良好的持水性和抗輻射功能，將果膠套用於保鮮膜[62]、 尿不濕 、 化妝品和牙膏上。 不過，目前國內並沒有添加果膠的日化產品。
