三、果胶的结构及性质

果胶物质存在于陆生植物的细胞间隙或中胶层中，通常与纤维素结合在一起，形成植物细胞结构和骨架的主要部分。果胶质是果胶及其伴随物（阿拉伯聚糖、半乳聚糖、淀粉和蛋白质等）的混合物。商品果胶是用酸从苹果渣与柑橘皮中提取制得的天然果胶（原果胶），它是可溶性果胶，由柠檬皮制得的果胶最易分离，质量最高。果胶的组成与性质随不同的来源有很大差别。

（一）果胶的化学结构及分类

果胶分子的主链是150～500个α-D-半乳糖醛酸基（相对分子质量为30000～100000）通过1，4糖苷键连接而成，其中部分羧基被甲酯化，见图3-40。

图3-40　果胶的结构

果胶在主链中相隔一定距离含有α-L-吡喃鼠李糖基侧链，因此果胶的分子结构由均匀区与毛发区组成（图3-41）。均匀区是由α-D-半乳糖醛酸基组成，毛发区是由高度支链α-L-鼠李半乳糖醛酸聚糖组成。

图3-41　果胶分子结构示意图

植物体内的果胶物质一般有三种，即原果胶、果胶、果胶酸。在未成熟的果实细胞内含有大量的原果胶，随着果实成熟度的增加，原果胶水解成果胶，果蔬组织就变软而有弹性，当果实过熟时，果胶发生去酯化作用生成果胶酸。根据果胶分子羧基酯化度（DE）的不同，天然果胶一般分为两类：其中一类分子中超过一半的羧基是甲酯化（—COOCH₃）的，称为高甲氧基果胶（HM），余下的羧基是以游离酸（—COOH）及盐（—COO—Na⁺）的形式存在；另一类分子中低于一半的羧基是甲酯化的，称为低甲氧基果胶（LM）。酯化度指酯化的半乳糖醛酸残基数占半乳糖醛酸残基总数的百分比，DE≥50%的为高甲氧基果胶（HM）。

（二）果胶在烹饪中的胶凝作用

HM果胶溶液必须在具有足够的糖和酸存在的条件下才能胶凝，又称为糖-酸-果胶凝胶。当果胶溶液pH值足够低时，羧酸盐基团转化为羧酸基团，因此分子不带电荷，分子间斥力下降，水合程度降低，分子间缔合形成凝胶。糖的浓度越高，越有助于形成接合区，这是因为糖与果胶分子链竞争结合水，致使分子链的溶剂化程度大大下降，有利于分子链间相互作用，一般糖的浓度至少在55%，最好在65%。凝胶是由果胶分子形成的三维网状结构，同时水和溶质固定在网孔中。形成的凝胶具有一定的凝胶强度，有许多因素影响凝胶的形成与凝胶强度，最主要的因素是果胶分子的链长与连接区的化学性质。在相同条件下，相对分子质量越大，形成的凝胶越强，如果果胶分子链降解，则形成的凝胶强度就比较弱。因此，当果胶的DE＞50%时，形成凝胶的条件是可溶性固形物含量（一般是糖）超过55%，pH2.0～3.5。

LM果胶必须在二价阳离子（如Ca²⁺）存在情况下形成凝胶，胶凝的机理是由不同分子链的均匀（均一的半乳糖醛酸）区间形成分子间接合区，胶凝能力随DE的减少而增加。正如其他高聚物一样，相对分子质量越小，形成的凝胶越弱。胶凝过程也和外部因素如温度、pH值、离子强度以及Ca²⁺的浓度有关。在一价盐NaCl存在条件下，果胶胶凝所需Ca²⁺量可以少一些。由于pH值与糖双重因素可以促进分子链间相互作用，因此可以在Ca²⁺浓度较低的情况下进行胶凝。因此，当DE≤50%时，通过加入Ca²⁺形成凝胶，可溶性固形物为10%～20%，pH值为2.5～6.5。

果胶在酸、碱或酶的作用下可发生水解，可使酯水解（去甲酯化）或糖苷键水解；在高温强酸条件下，糖醛酸残基发生脱羧作用。

果胶在水中的溶解度随聚合度的增加而减少，在一定程度上还随酯化度的增加而增加。果胶酸的溶解度较低。果胶溶液是高黏度溶液，其黏度与链长成正比，果胶在一定条件下具有胶凝能力。

果胶可以作为果酱与果冻的胶凝剂。不同酯化度的果胶有不同的用途。慢胶凝HM果胶与LM果胶可用于制造凝胶软糖。LM果胶可以在生产酸奶时作水果基质。HM果胶可应用于乳制品，因为它在pH3.5～4.2范围内能阻止加热时酪蛋白聚集，适合经巴氏杀菌或高温杀菌的酸奶、酸豆奶以及牛奶与果汁的混合物。HM与LM果胶能应用于蛋黄酱、番茄酱、浑浊型果汁、饮料以及冰激凌等，一般添加量＜1%；但是凝胶软糖除外，它的添加量为2%～5%。