本文系Journal of Future Foods原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請授權(quán)

Introduction

全球食物浪費問題嚴(yán)重，其中果蔬加工（如果汁、罐頭生產(chǎn)）產(chǎn)生大量固體廢棄物（如果皮、殘渣），約占食物浪費總量的45%。這些廢棄物通常被填埋，產(chǎn)生溫室氣體，加劇碳足跡和氣候變化。與此同時，這些廢棄物（特別是柑橘類等富含果膠-纖維素材料的廢棄物）被認(rèn)為是提取高價值生物活性化合物（如多酚、類胡蘿卜素、黃酮類以及果膠）的寶貴且低成本來源。

果膠是一種異質(zhì)多糖，是植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)和生物相容性多糖，富含半乳糖醛酸（GalA）。在植物中起支撐結(jié)構(gòu)、提供剛性、機械抗性和細(xì)胞間黏附的作用。在食品和醫(yī)藥工業(yè)中，它是一種重要的功能性食品成分，可用于改善食品質(zhì)地，并具有營養(yǎng)和藥用價值。果膠的傳統(tǒng)提取方法主要是酸輔助熱水提取法，隨后用酒精沉淀。目前更傾向于采用更高效、環(huán)保的綠色技術(shù)，如超聲波輔助、微波輔助提取等，這些方法使用無毒溶劑，結(jié)合物理和化學(xué)處理。

目前商業(yè)果膠生產(chǎn)主要限于柑橘皮和蘋果渣等少數(shù)來源，全球市場價值巨大且持續(xù)增長。本研究重點關(guān)注并探討了多種非傳統(tǒng)廢棄物（如廢棄胡蘿卜、胡蘿卜皮、青豆切屑、韭蔥切屑、芹菜根皮等）作為提取具有獨特結(jié)構(gòu)和功能特性果膠的新原料來源的潛力。本綜述旨在對迄今為止用于果膠提取的來源、果膠的結(jié)構(gòu)組成、理化性質(zhì)、作為營養(yǎng)保健品和益生元的潛力、在食品和制藥工業(yè)中的應(yīng)用及其在食品保鮮中的重要性進行全面的分析，并回顧了所有重要和近期發(fā)表的研究。

果膠組成和結(jié)構(gòu)

果膠是植物細(xì)胞壁中物理和功能上最為復(fù)雜的多糖，它與半纖維素和纖維素等多種細(xì)胞壁多糖通過共價鍵緊密連接（圖1）。

D

圖1 果膠的結(jié)構(gòu)（a）和由HG、木聚膠（XG）、API-GalA、RG-I和RG-II組成的果膠結(jié)構(gòu)模型（b）

表1 果膠的組成

根據(jù)處理技術(shù)，果膠可以被歸類為低分子質(zhì)量改性果膠或高分子質(zhì)量天然果膠。天然果膠具有高分子質(zhì)量，而經(jīng)過加工或后期獲得的果膠由于一定程度的改性，其分子質(zhì)量較低。具有化學(xué)改性結(jié)構(gòu)的低分子質(zhì)量果膠據(jù)稱具有促進飽腹感、選擇性細(xì)胞毒性以及抗結(jié)腸癌特性，改善心血管健康，并降低胰島素和胃抑制多肽水平。食品和制藥行業(yè)使用商業(yè)果膠，其源自蘋果、柑橘或其他高等植物，用作穩(wěn)定劑、增稠劑、乳化劑、凝膠劑和藥物載體。

果膠的特性還可以通過多個因素來表征，其中最顯著的是甲基酯化程度，也稱為甲氧基化程度（DM）?；邗セ潭龋―E），果膠可分為低甲氧基果膠（DE＜50%）和高甲氧基果膠（DE＞50%）。

果膠的來源

果膠主要來源于柑橘類水果、蘋果及其副產(chǎn)品，包括柑橘皮和蘋果渣。其他果膠來源包括可可殼、向日葵頭、甜菜、南瓜、西瓜、梨和土豆渣。然而，這些來源的果膠含量相對較低，使其在商業(yè)提取中應(yīng)用較少。熱帶和亞熱帶水果副產(chǎn)物也是果膠的重要來源。蘋果渣、柑橘皮和甜菜渣是常用的果膠生產(chǎn)原料。利用食品和農(nóng)業(yè)廢棄物提取果膠，既有助于解決垃圾堆積問題，又為商業(yè)應(yīng)用提供了多樣化的原料來源。此外，還有從香蕉皮、茄子皮、甘菊漿、可可莢等原料中通過水熱法提取果膠的報道，以及利用酶法、超聲波及其組合法從劍麻廢料中提取果膠的研究（表2）。

表2 來自各種來源的果膠的來源和產(chǎn)率

果膠的物理化學(xué)特性

DE

果膠主要由GalA單元構(gòu)成，其C6位置上帶有羧基。這些GalA單元能夠與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)，形成甲基酯。DE顯著影響果膠的凝膠化和乳化特性。

溶解性和黏度

果膠在純水中具有優(yōu)異的溶解性，但在水溶液中會發(fā)生凝膠化而形成凝膠，導(dǎo)致其在該條件下不溶。通常，果膠酸和果膠酸鈉等一價堿金屬鹽可溶于水，而二價和三價金屬鹽則難溶或不溶。果膠的溶解度通常隨DE的增加和分子質(zhì)量的降低而上升。為避免果膠粉末結(jié)塊，可將果膠粉末與水溶性載體預(yù)混合，或在生產(chǎn)過程中通過特殊處理提高其分散性。

黏度是影響食品感官特性的關(guān)鍵指標(biāo)，增加黏度可改善食品質(zhì)地。果膠水溶液通常表現(xiàn)出非牛頓流體行為，即其黏度隨剪切應(yīng)力變化。準(zhǔn)確測定分子量對控制如果膠凝膠強度和穩(wěn)定性等功能性質(zhì)至關(guān)重要，直接影響食品和藥品工業(yè)中終產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、一致性和保質(zhì)期。

此外，果膠的凝膠能力還取決于其溶解性和黏度。研究表明，溶解性、黏度和凝膠性之間存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)：增強凝膠強度的因素會促進凝膠形成、降低溶解性并提高黏度。溫度梯度也會影響反應(yīng)體系的黏度，進而改變傳熱效率、果膠遷移率和溶解性。

凝膠形成

果膠在食品工業(yè)中的重要性主要源于其在酸性條件下的凝膠能力，該過程通常需要糖分和鈣離子的參與。凝膠形成的程度受溫度、果膠濃度、pH值、共溶質(zhì)濃度及鈣離子（Ca2?）等離子的濃度共同調(diào)控。在酸性條件下（pH降低），果膠分子中羧酸根離子的電離被抑制，高度水合的羧酸根轉(zhuǎn)變?yōu)樗铣潭容^低的羧酸基團，導(dǎo)致其電荷和水合層減少。這一變化促使果膠分子通過部分鏈段相互結(jié)合，進而形成凝膠網(wǎng)絡(luò)。

持水性（WHC）

具有較高WHC的果膠能夠在由斥水甲基基團形成的連接位點之間保留更多水分，并能夠形成凝膠。GalA與中性糖之間的氫鍵結(jié)合促進了凝膠的形成。WHC可能因果膠來源、提取方法、游離羥基數(shù)目、孔洞粒徑、GalA、DE以及果實的成熟度階段而異。通常，DE較低的果膠具有較低的WHC。

持油能力（OHC）

OHC是果膠等多糖的特有科學(xué)特性，它影響物質(zhì)持油的能力。由于其增加的疏水性，它與乙?；王セ潭认嚓P(guān)。具有較高OHC的果膠可以應(yīng)用于富含脂肪的食品中，并且可能是一種更好的穩(wěn)定劑和乳化劑。

乳化特性

憑借親水基團和疏水基團的雙重特性，果膠能夠有效地在乳化體系中同時與水相和油相相互作用。除乳化作用，果膠分子還會吸附在油水界面形成屏障，阻礙分散相液滴的聚結(jié)，從而穩(wěn)定乳化體系。乳化性能取決于果膠的分子質(zhì)量、乙?；鶊F、組成、DE及蛋白質(zhì)含量（表3）。

表3 果膠乳化和乳化穩(wěn)定性

抗氧化能力

果膠的抗氧化能力源于其相對較高的GalA含量、羥基基團的存在以及多酚類化合物的存在。含有特定量GalA成分的果膠具有較強抗氧化能力。

果膠的應(yīng)用

果膠因其獨特的凝膠化、增稠和穩(wěn)定特性被廣泛用于果醬、果凍和水果蜜餞的生產(chǎn)。果膠有助于在這些產(chǎn)品中實現(xiàn)所需的質(zhì)地和口感。果膠在制藥和醫(yī)療領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。其是藥物遞送系統(tǒng)中的關(guān)鍵成分，有助于藥物的控釋釋放。此外，其乳化特性已被應(yīng)用于乳制品的生產(chǎn)中，增強了酸乳和冰淇淋的穩(wěn)定和順滑質(zhì)地果膠是一種具有生態(tài)有益特性的生物聚合物。果膠也被應(yīng)用于包裝材料中，提供了一種可持續(xù)的替代選擇。果膠在食品工業(yè)中有眾多應(yīng)用，它作為增稠劑和凝膠劑、膠體穩(wěn)定劑、質(zhì)地改良劑以及乳化劑發(fā)揮作用。純水可以溶解果膠，而有機溶劑則使其不溶。由于果膠無毒、可生物降解且生物相容性好，它被廣泛用作活性包裝薄膜中的生物聚合物。

基于果膠的涂層可能有助于抑制食品表面某些微生物的生長，從而提升安全性并延長易腐產(chǎn)品的保質(zhì)期（表4）。

表4 果膠在食品保鮮中的應(yīng)用

此外，從不同來源獲得的果膠已被集成到印刷薄膜中，用于智能包裝應(yīng)用（表5）。

表5 不同來源果膠的應(yīng)用

表6展示了果膠在不同科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。果膠的發(fā)酵過程，即果膠在水存在下被微生物分解的過程，已被發(fā)現(xiàn)具有多種健康益處，包括對腸道健康、葡萄糖代謝和膽固醇水平的積極影響。

表6 果膠在不同科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

結(jié)論、未來展望和挑戰(zhàn)

果膠是一種用途廣泛的水膠體，其應(yīng)用已從傳統(tǒng)領(lǐng)域擴展至新型場景，廣泛用于食品和非食品工業(yè)，且新用途不斷被開發(fā)。這些應(yīng)用直接取決于該多糖的特定結(jié)構(gòu)和功能特性，而所有這些特性均受提取方法的影響。當(dāng)前果膠提取技術(shù)雖已成熟，但為滿足日益增長的需求，仍需改進提取工藝以提高效率，并確保獲得理化性質(zhì)優(yōu)異、品質(zhì)穩(wěn)定可控的產(chǎn)品。

本文綜述了果膠的研究進展，包括其來源、性質(zhì)、健康益處以及在食品和制藥行業(yè)的多種應(yīng)用。果膠的應(yīng)用取決于其功能與結(jié)構(gòu)特性，而這些特性直接受不同提取方法的影響。此外，由于結(jié)構(gòu)特征顯著影響果膠的各項性質(zhì)，針對特定應(yīng)用需充分考慮其適宜特性——這些特性取決于果膠的來源、分離工藝以及分離后修飾，因為這些變量會改變DM、GalA濃度、分子量、黏度等參數(shù)，進而導(dǎo)致不同的功能效果和應(yīng)用方向。未來研究應(yīng)優(yōu)先對果膠及其衍生物的組成進行全面分析，重點探索果膠修飾的機理，同時通過引入新型活性官能團開發(fā)創(chuàng)新合成路徑，以制備新材料，從而實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化并增強其功能特性。因此，果膠有望成為一種關(guān)鍵多糖，用于生產(chǎn)具有增強特性的新型食品配料，滿足廣泛的應(yīng)用需求。

Review on pectin: sources, properties, health benefits and its applications in food industry

Shubhangi Sharma1, Khalid Mehmood Wani1*, Shaik Mahammad Mujahid, Laksmi S. Jayan, Sneha Soundara Rajan

Department of Food Technology and Nutrition, School of Agriculture, Lovely Professional University, Phagwara, 144001, India

1these authors have equal contribution

*Corresponding authors.

Abstract

Agricultural lignocellulose wastes are an excellent substrate for the production of value-added products (such as pectin). Natural macromolecules have gained popularity due to their biocompatibility, low toxicity, and biodegradability. Pectin is the most intricate polysaccharide found in the cell walls of plants, both in terms of structure and function. Pectin plays a crucial role in various aspects of plant biological processes, including growth, morphology, development, and defense. Additionally, it functions as a gelling and stabilizing agent in a wide range of food and speciality products. Moreover, pectin contributes to the texture and rheological properties of various food systems. Additionally, it exerts positive effects on human health and possesses a multitude of biomedical applications. Furthermore, as a biopolymer, pectin has garnered attention for its potential applications in active packaging systems. Pectin can be utilized alongside with an extensive variety of biopolymers with distinct characteristics and functionalities. In this context, this review presents an in-depth investigation of pectin, including its structure, sources, properties, and wide-ranging applications in the fields of biomedicine and food industry.

Reference:

SHARMA S, WANI K M, MUJAHID S M, et al. Review on pectin: sources, properties, health benefits and its applications in food industry[J]. Journal of Future Foods, 2026, 6(2): 205-219. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.04.009.

翻譯：羅敬

編輯：龔藝；責(zé)任編輯：梁安琪

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)

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