第一节 果胶概述
一、果胶的存在
果胶是一种亲水性植物胶，广泛存在于高等植物的果实、根、茎和叶中，是细胞壁的一种组成部分。不同植物或同一植物的不同部位，果胶的含量相差很大。对于同一株植物而言，细胞壁中果胶含量最高；对于不同器官而言，在果实中果胶含量最高，在根茎叶中也有所分布。到目前为止，已发现果胶含量较高并作为工业化生产原料的植物为数不多，主要有柑橘皮、向日葵托盘和甜菜等。果胶类物质包括原果胶、果胶和果胶酸。原果胶不溶于水，只存在于细胞壁中；果胶溶于水，存在于细胞汁液中；果胶酸微溶于水，细胞壁与细胞液中均有。
二、果胶的化学结构
果胶是由D-半乳糖醛酸残基经α-1，4糖苷键相连接聚合而成的大分子多糖，相对分子质量在20000～300000之间。也有研究发现，果胶并不仅是通过α-1，4糖苷键连接起来的聚半乳糖醛酸的长链聚合物，果胶分子除含有半乳糖醛酸外还含有20%的中性糖组分，把其描述为以聚半乳糖醛酸为主的“光滑区”以及以鼠李糖和其他中性多糖为主的“多毛区”。实际上，果胶是一类具有共同特性的寡糖和多聚糖的混合物，但在结构上却有很大的不同。
半乳糖醛酸的羧基可不同程度(0～85%)甲酯化以及部分或全部成盐，完全去甲酯化的果胶称果胶酸；提取前存在于植物中，与纤维素和半纤维素等结合的水不溶性的果胶物质称原果胶。原果胶受植物体内原果胶酶的作用降解为水溶性果胶，再在多聚半乳糖醛酸酶也称果胶酶的作用下，最终分解为半乳糖醛酸。衡量果胶酯化度高低的参数是DE值(degree of esterification)，是指果胶分子中平均每100个半乳糖醛酸残基C6位上以甲酯化形式存在的百分数。通常我们将DE值高于50%的果胶称为高甲氧基果胶，反之将DE值低于50%的果胶称为低甲氧基果胶。自然界果实中天然存在的果胶都是高甲氧基果胶，经酸或碱处理高甲氧基果胶降低酯化度后可获得低甲氧基果胶。果胶的分子结构决定了它许多理化方面的特性。
三、果胶的分类
果胶根据酯化度的不同可分为高酯果胶和低酯果胶两大类。酯化度大于50%的果胶为高酯果胶(HM)，酯化度小于50%的为低酯果胶(LM)。低酯果胶可进一步分为普通低酯果胶和酰胺化低酯果胶。另外，高酯果胶还可分为快凝、中凝和慢凝三种类型。快凝果胶的酯化度在70%以上，慢凝果胶的酯化度在65% 以下。三种果胶的凝胶速度、凝胶温度不同，在食品工业中的具体用途也不同。
四、果胶的特性
1．果胶的溶解性
果胶可分为水溶性果胶和水不溶性果胶。果胶溶于水后为黏稠溶液，不溶于乙醇和其他有机溶剂。果胶在水中的溶解度与其聚合度和甲酯基团的数量及分布有关。除此之外，溶液的pH值、温度和离子强度对果胶的溶解速度有重要影响。果胶与其他亲水溶胶一样，果胶颗粒是先溶胀再溶解。如果果胶颗粒分散于水中时没有很好地分离，溶胀的颗粒就会相互聚合形成大块，反而更难溶解。工业应用上难溶解的另一个重要因素是溶解果胶用水中钙含量，高硬度水可导致果胶溶解不完全。
2．果胶的酸碱性
在不加任何试剂的条件下，果胶水溶液呈酸性，主要是果胶酸和半乳糖醛酸。因此，在适度的酸性条件下，果胶稳定。但在强酸强碱条件下，果胶分子会降解。
3．果胶的凝胶性
凝胶化作用是果胶最重要的性质，果胶最主要的用途就是作为酸性条件下的胶凝剂。由于高甲氧基果胶和低甲氧基果胶在结构上的差异致使二者的凝胶条件完全不同。
4．果胶的稳定性
由于果胶在水溶液中呈弱酸的化学性质，其分子结构对热和酸都相当稳定。高酯果胶在pH值2.5～4.5之间是稳定的。而低酯果胶在较高pH值条件下要稍稳定一些。高酯快凝果胶在低pH值条件下会脱酯以及水解，快凝果胶经过脱酯可变为慢凝的果胶，而慢凝果胶再脱酯逐步具有低酯果胶的特性。在碱性条件下，果胶即使在室温下也能发生脱酯反应。如果用氮进行脱酯，则部分甲酯的甲氧基转变为酰胺的氨基。酰胺化的低酯果胶比其他低酯果胶具有更优良的物理特性，可广泛用于胶凝剂。果胶的不稳定因素主要是因为聚半乳糖醛酸聚糖链会由于β键消除的作用而解聚。β键消除作用发生在C6羧基被甲酯化的无水半乳糖醛酸的C4位置上的糖苷键上。高酯果胶在pH值5以上会部分失稳且明显衰变。由于在较高pH值条件下的这种不耐性，在生产过程中很难将果胶溶液的pH值调高。当碱滴定液加入果胶溶液的同时在瞬间接触的界面上会发生衰变。低酯果胶相对比较稳定，但仍不能暴露于高温下，在pH值5以上的条件下，可发生水解作用而引起聚半乳糖醛酸聚糖链的解聚。如果果胶溶液保存于高温且pH值低于3的条件下数小时，这个现象会更显著。但在应用于食品的常规处理下是没有问题的。果胶在各种酶的作用下会降解，其中某些酶是植物本身产生的。通常用微生物酶来降解果蔬原料，这种酶是通过微生物的发酵来进行商业化生产的。在水果加工中应用时，果胶应用的失败有时与酶的存在有关。例如，将经过果胶分解酶处理过的果蔬原料与未经适当的酶变性热处理的果胶一起使用，果胶的凝胶特性与稳定性则会表现得非常差。
五、果胶的功能
果胶作为一种可溶性膳食纤维，具有不可替代的功能特性。目前仍大部分应用于食品工业，在果酱、糖果工业中，果胶的主要功能还是其胶凝性。果胶作为胶凝剂所形成的凝胶在结构、外观、色、香、味等方面均优于其他食品胶制作的凝胶。在低pH值下，多数胶的凝胶性能较差，而果胶则具有最大的稳定性；高酯果胶的黏度特性使其作为增稠剂用于果汁和乳制品工业中，可赋予产品以天然、爽口的口感。近年来，随着人们对果胶分子结构研究的逐步深入，果胶的蛋白质稳定性、乳化特性越来越受到人们的青睐，酸化乳饮料、植物蛋白饮料在全球迅速发展，在低pH值下非常有效的稳定剂——果胶的需求量也日益增长。果胶在食品工业中主要作为胶凝剂使用，但它作为乳化稳定剂在大多数领域中还不为人所知。其乳化稳定特性主要建立在乳浊液水相的黏度提高上。果胶作为乳化稳定剂主要用于蛋黄酱、调味品等产品中。
六、水果中的果胶物质
未成熟的水果中果胶类物质以原果胶形式存在，原果胶是可溶性果胶与纤维素缩合而成的高分子物质，不溶于水，具有黏结性，使植物细胞之间黏结并赋予未熟水果较大的硬度。当果实进入过熟阶段时，果胶在果胶酯酶的作用下脱甲酯变为果胶酸与甲醇。果胶酸不溶于水、无黏结性，相邻细胞间没有了黏结性，组织就变得松软无力，弹性消失。果胶酸在多聚半乳糖醛酸酶的作用下生成短链或单个的半乳糖醛酸，果实变得软烂。
果胶为白色无定形物质，无味，有些能溶于水成为胶体溶液，不溶于酒精、硫酸铁和硫酸铵等盐类，在酸、碱和酶的作用下可脱甲酯形成低甲氧基果胶和果胶酸。果汁中果胶可被甲醇和乙醇迅速沉淀下来，这就是果酒在酿造后期出现絮状沉淀的原因之一，可以利用此特性来粗测果汁、果酒中果胶含量。果胶的甲氧基水解后在果酒制造中会生成甲醇，故含果胶非常丰富的某些原料在制酒时有可能导致甲醇含量过高。
由于果胶酸不溶于水，会使果汁出现不澄清现象，有时甚至出现絮状物。因此可以通过添加果胶酶澄清果汁和果酒。果汁、发酵醪液、果酒中的果胶物质不能通过过滤除去，因为果胶可以堵塞过滤孔，当需要时可添加果胶酶使果胶降解，然后过滤。制造果酒时，一般无须预先澄清，因为在发酵过程中，果汁中含有少量的果胶物质可被自然存在和酵母产生的果胶酶降解掉，前提条件是果汁没有被加热到超过70℃。