果胶的基本知识：
果胶是一类构成细胞结构成分的高分子碳水化合物，它广泛存在于绿色植物中。商用果胶为
白色或浅米黄色粉末，无异味，略带果香味。
由于果胶来源于植物提取物，完全无毒无害，在食品加工上具有良好的胶凝、增稠、稳定、
乳化和悬浮功能。果胶已广泛应用于果酱、果冻、水果制品、糖果、焙烤、果汁饮料、酸奶
饮料及酸奶和冷冻食品等产品加工中。
果胶分子主链是一条由α－1，4糖苷键连接起来的半乳糖醛酸链构成的。果胶分子的相对
分子质量可高达2000000，相应的聚合度超过1000单位。酯基是半乳糖醛酸主链上最主要
的成分，此外还有乙酰基、酰胺基。果胶分子结构示意式如下：
图1 果胶的分子结构（R为OH、OCH3或NH2）
1.1 果胶的酯化度
只要一提到果胶，我们必须要讲到果胶的酯化度。因为酯化度是果胶分类的最基本指标，也
是与果胶的各种应用性质密切相关的指标，比如胶凝性、增稠性、蛋白稳定性等。
果胶的酯化度的定义是果胶分子中酯化的半乳搪醛酸单体占全部半乳糖醛酸单体的
百分比称为果胶的酯化度（DE），也就是我们所说的DE值。酰胺化果胶的酰化度(DA)则
表示酰化的半乳糖醛酸单体占全部半乳钢铁酸的百分比。一般果胶的最大酰化度不超过25％：
高酯果胶和低酯果胶
了解了果胶的酯化度，让我们来了解一下果胶的分类。根据DE值的不同，商业化果胶可以
分为高酯果胶、低酯果胶和酰胺化果胶。
[ 本帖最后由 右刀刀 于 2009-5-5 22:17 编辑 ]
1.2 高酯果胶
高酯果胶是指酯化度大于50%的果胶。
高酯果胶的酯化度决定了果胶的凝胶速度和凝胶温度。这可通过“快凝”和“慢凝”高酯果
胶名称反映出来。
1.3 低酯果胶
低酯果胶是指酯化度低于50%的果胶。
商业化低酯果胶一般是从含有高酯果胶的植物原料中生产出来的。控制条件，采用温和的酸
或碱处理，可将高酯果胶转化成低酯果胶。如果在碱脱酯过程中，使用氨水处理就能得到所
谓的酰胺化低酯果胶，在酰胺化低酯果胶分子中，除了半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯外，还
包含有半乳糖醛酸酰胺。
酯化度和酰胺化度在很大程度上决定了低酯果胶的钙反应性。实际上，酯化度和酰胺化度共
同控制了低酯果胶的相对凝胶温度。因此，商业化低酯果胶可以分为快凝或慢凝，钙反应高
或低。
图2 果胶的分类
2.1 果胶的来源
果胶是植物的天然组成部分，主要是以果胶质或不溶于水的原果胶形式存在。果胶质是植物
细胞壁结构的必需组分，既是纤维网络的凝固剂又是水合剂。果胶质的确切性质至今还没有
完全明。但是，普遍认为它具有—种复杂的结构。其中果胶通过共价键、氢镀和离子间的相
互作用，与细胞壁其它组分如纤维素、半纤维素和蛋白质等结台在—·起。 无论是作为初
生细胞链的一部分还是作为胞间层粘连细胞的主要成分，果胶质对于植物组织的结构和结实
度都起很大的作用。
商业果胶的生产原料主要有苹果渣、柑橘皮和柠檬皮。此外，甜菜废粕、向日葵盘、洋葱中
也含有较多的果胶，可做为果胶生产原料。不同来源的果胶，其理化性质和功能特性有一定
差异。
2.2 果胶的生产
大规模商业化生产产果胶始于20世纪40 年代，主要是利用苹果渣作为原料。虽然几乎每
种植物中都含有果胶原料，但真正的商业化生产限于利用苹果渣和柑桶皮作为原料，因为用
它们个产的果胶质量较好，并且原料中果胶含量相对较高。
果胶的生产首先经过酸抽提冉经分离、纯化、离析和干燥、碾磨 、标准化等加工工艺精制
而成。
其生产工艺示意图如图4：
图4 果胶的生产工艺
[ 本帖最后由 右刀刀 于 2009-5-5 23:14 编辑 ]
3．1 溶解性
果胶在水中可溶，但在大多数有机溶剂中不溶。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。溶液pH、温度和离子强度对果胶的溶解速度有重要作用。
和其它水溶性胶体一样，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分
离(如非高剪切混合或不与其它材料先行干混)，溶胀的颗粒就会相互聚结而形成大块。大块
—旦形成就很难溶解。因此，在操作时如何使果肢在水中良好分散对于果胶的工业应用是至
关重要的。
工业应用上的另一个重要因素是溶解果胶用水中的钙含量。高硬度水导致果胶不完全溶解是
很常见的，即使是高酯果胶，也会因此而大大降低它的这种功能特性。
果胶的溶解或分散方法，应用于不同的产品有不同的分散方法。
图5 果胶的溶解或分散方法
3．2 果胶溶液的流变特性
果胶溶液是粘稠的，但与瓜尔胶等其它胶相比果胶又不是—种特别有效的增稠剂。浓果胶溶
液的流变特性与盐类特别是钙盐的存在高度相关，同时也与pH高度相关。
稀果胶溶液几乎是牛顿流体，受钙盐的影响较大。正如预料的那佯，平均相对分子质量高的
果胶其溶液的粘度要比低相对分子质量的大。
浓度大于1％的果胶溶液呈现假塑性现象，受钙的影响强烈。有钙存在，大多数果胶形成触
变性流体。从简单像水一样的性质开始到具有塑变值的触变性溶液再到坚韧的凝胶．在质构
上是呈连续变化的，其变化取决于果胶的类型、钙内含量及pH。
在这里要解释一下，果胶溶液的粘度之所以与溶液中的钙离子密切相关，主要是因为钙离子
能够与果胶分子结合，从而影响果胶分子之间的相互作用，表现为粘度的变化。
3.3 果胶的稳定性
高酯果胶在pH2.5～4.5范围内是相当稳定的。当pH大于4.5时，失稳现象就会发生，半乳
糖醛酸主链会解聚。失稳机制是紧接糖苷键的酯化羧基的断裂（如图6）。所以在pH大于
4.5时高酯果胶仅在室温下稳定。当温度逐步升高时，高酯果胶分子快速解聚，其凝胶特性
完全丢失。而低酯果胶的在高pH时稳定性比高酯果胶好。
图6 果胶的β失稳机制
果胶分子对热较为稳定。在pH3.5时，果胶分子只有在高温下才发生链解聚。如果在体系中
加入糖，有利于改善果胶的热稳定性。
下面这个图可以直观的表示pH对果胶稳定性的影响：
图7 pH对果胶稳定性的影响
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在现代人们的生活中，果胶被广泛地用于各种食品和药品中，赋予制品许多功能性质。在多
种多样的添加果胶食品中，利用的果胶的主要功能性质包括高酯或低能果胶的凝胶形成能
力、增稠性及高酯果胶的蛋白稳定性。所以我们主要来讨论果胶的胶凝能力和高酯果胶的蛋
白稳定能力。
4．1 高酯果胶的胶凝性质
长久以来，高酯果胶的胶凝性被广泛应用于果酱、糖果中。对于高酯果胶的凝胶机理已经基
本成熟。
4.1.1 高酯果胶的胶凝机理
高酯果胶的胶凝作用是一个相对复杂酌过程，涉及多科分子间的相义作用。普遍接受的观点
是高酯果胶的凝胶是由聚合物在连接区域相互交联形成的，其主要的作用是氢键，也包括部
分甲酯基团间的疏水作用。疏水基间的相互作用对于交联区域形成所需的自由由能虽然只有
氢键的一半，但也是必不可少的。因为光靠氢镕作用不足以克服胶凝时的熵阻碍。值得注意
的是钙桥在高酯果胶胶凝时也可能发挥一定作用，特别在酯基以嵌段形式分小在果胶分子中
留下大段游离酸基时。当条件合适时，胶凝作用会随着介质的冷却而发生。
由于果胶分子链带合负电荷，因此分子问趋向于相互排斥，这种排斥作用取决于分子所带的
电荷密度，而后开又与介质pH和聚合物中游离半乳糖醛酸的出现频率直接相关。PH越高，
酯化度越低，电荷密度越高而排斥作州越强。
这种排斥什用会阻碍离子化的果胶链间氢键的形成，因此，可以解释为什么高酯果胶发生胶
凝作用时需要低pH。在低pH条件下，特别是pH小于3.6时，果收分子间的排斥作用非常
小，使链间的距离显著降低。氢键能够形成。为了获得足够的疏水相互作用，稳定分于网
状结构，必须降低体系的水分活度。典型的方法是加糖使可溶性固形物含量超过55％来达到。
图8 高酯果胶的凝胶形成
温度依赖研究显示。高酯果胶冷却发个胶凝作用的动力学涉及两个不同的过程。在第一个过
程中，初始分子间接触是与短链段间的氢键有关。第二个过程是其后的果胶链的侧向聚集以
及由疏水相互作用和氢键进一步作用所主导。在冷却过程中，在30℃以上。第一过程是主
要的，而低于30℃时，第二过程将主导胶凝速率。
图9 高酯果胶酯基间的相互作用
影响高酯果胶的胶凝主要靠两个作用：氢键和疏水作用力。
4.1.2 高酯果胶的胶凝条件及影响因素
了解了高酯果胶的凝胶原理，我们再来看一下高酯果胶的凝胶条件及影响因素。
高酯果胶的典型胶凝条件为pH小于3.6,可溶性固形物含量大于55%。低pH有助于氢键的
形成，高固形物有助于疏水作用力的形成。
高酯果胶的胶凝作用以及最终凝胶结构受许多参数的影响，主要的一些参数包括：
果胶含量
酯化度
相对分子质最
乙酰化度
果胶分子的支链
pH
离子强度
水分话度
糖的类型
及胶凝介质的冷却速率等。
4．2 低酯果胶的胶凝性质
当食品加工条件不能满足高酯果胶成胶的要求时，低能果胶通常就用于这类胶凝食品的制
造。特别是当糖的含量低于55％时，或者当果胶的应用在高于pH3.6的中性食品中时，低
酯果胶都是适用的。
4.2.1 低酯果胶的胶凝机理
低酯果胶的胶凝是两个果胶分子链间的羧基通过钙桥实现离子连接以及氢键的共同作用的
结果。果胶和钙体系通常一经冷却就发生这种连接，但在冷藏条件下果胶介质中通过钙的缓
慢释放也可以得此种连接。最普遍公认的模型是鸡蛋盒模型。
图10 低酯果胶的胶凝机理：鸡蛋盒模型
在此模型中，果胶分子间通过钙桥连接。酯基或氨基的存在妨碍了分子相互连接成段以形成
连接区，使得分于具有更大的灵活性，支链也通过空间体阻阻碍了果胶分子的聚集。由于半
乳糖醛酸主链中鼠李糖残基的存在而形成的扭接会引起钙桥连接区的断裂。
在低酯果胶的胶凝形成中，氢键和疏水作用力也会起到一定的作用，特别是在低pH或高固
形物的产品中。
4.2.2 低酯果胶的胶凝条件和影响因素
如上所述，钙在低能果胶胶凝中显然是必要的。即使用其它阳离子如钾或镁也可形成低酯果
胶凝胶，但钙在食品丁业中员为常用。形成凝胶所需的确切钙量主要取决于果胶的配化度、
配方和加工参数如冷却速率。离于强度的增加、pH的升高或者酯化度的降低，都会降低转
换溶液至凝胶所需的钙量。可以确定在一定条件下特定果胶的最佳钙量。超过最佳用量、则
会形成预凝胶；比如在很高的温度下胶凝会发生这种现象，就不能获得这贯—致的凝胶结构。
胶凝还取决于连接区的长度。即与钙形成静电作用的半乳糖醛酸的数目。当每条链上有至少
七个连串羧基反应时，该静电健是稳定的。如果与钙形成的连接区大长，就会产生果胶沉淀
—这种情况主要发生在体系中存在大量的钙，而果胶则能化度又低时。
虽然在低酯果胶的胶凝中钙是一个关键因素，但其他与果胶分子和介质有关的参数对胶凝和
凝胶结构也具有重大影响。其主要参数包括：果胶含量、酯基和酰胺旦的数目及分布、相对
分子质量大小、果胶分子的分支以及胶凝体系的pH、离子强度和水分活度等。
在这里重点讲一下酰胺化对低酯果胶胶凝性质的影响。
低酯果胶的酰胺化技术是在19世纪40年代发展起来，作为改善低院果胶功能性质从而更好
地控制胶凝的一种手段。在酰胺化低院果胶的胶凝作用中，酰胺基团干扰胶凝过程的确切机
制过有待于进一步阐述。然而，普遍认可的解释是酰胺化作用能提高低能果胶的胶凝能力，
这是出于酰胺基可能有助于形成氢键。
由酰胺化果胶制备的凝胶更坚硬，钙需求量更小，而且比普通低酯果胶形成的凝胶热可逆性
强。钙敏感性是衡量果胶凝胶功能特性的一个重要指标。高酯果胶在胶凝时对钙离子不敏感，
低酯果胶胶凝时需要一定数量的钙离子。酰胺化低酯果胶的钙敏感性比普通低酯果胶高。
图11 钙对低酯果胶胶凝作用的影响
4.3.1 高酯果胶的蛋白稳定机制
果胶是一种在果汁饮料和酸性乳饮料中广泛应用的稳定剂，如发酵乳饮料、调酸乳饮料、含
少量蛋白质的果汁饮料、乳清蛋白饮料及大豆蛋白饮料等等。早在1959年，已有关于将果
胶应用于酸化乳饮料的简单描述。大约1980年，在日本才开始具有商业意义的应用。此后
果胶在乳饮料中的应用迅速扩展到其他很多果胶，到现在全球每年的销量大约为7000T。但
长久以来，人们对果胶分子结构的认识是模糊的，国外对此研究的文献很多，从对这些文献
的分析可以得到果胶分子比较全面的了解。
简单来说，高酯果胶在酸性条件下对蛋白质具有良好的稳定作用，主要原因可以归结为以下
两点：带负电荷的果胶与带正电酪蛋白粒子结合，由于果胶分子上酯基基团的特定分布，使
果胶产生对蛋白质不同亲和力区域，覆盖在蛋白质表面，将蛋白质分子包裹，形成一个亲水
层来阻止蛋白的凝聚，称为静电稳定；低亲和区域从表面向液相伸展，形成所谓的空间结构，
称为空间稳定。另外，粘度的增加也能提高酸化乳饮料的蛋白稳定性，因为加入果胶而升高
的粘度，阻止因蛋白质凝聚而产生的沉淀作用。高酯苹果果胶尤其符合这种稳定机理。
下面这个图可以很好的表示果胶与蛋白的相互作用，帮助大家理解。
图12 酸性条件下高酯果胶酪蛋白的相互作用
4.3.2 影响高酯果胶蛋白稳定性的因素
下面我们开始讨论一下《影响高酯果胶蛋白稳定性的因素》。
在实际制作酸化乳饮料的过程中，果胶的最佳使用量取决于产品的配方和生产工艺。这些主
要参数有：
1)饮料的pH
2)蛋白质含量
3)发酵条件
4)用果汁或酸直接酸化的条件
5)生产过程中的受热情况
6)均质情况
7)终产品的受热情况
8)钙离子的加入量
pH值：
最佳pH值范围3.9～4.1，pH低于3.5时就很难发挥稳定作用了，因为羧基被阻止分离出，
果胶上的负电荷太少了，无法结合蛋白质。在pH值高于4.5时果胶也不能结合蛋白质，因
为在这种条件下，酪蛋白仅低量的负电荷或者不带电荷。
蛋白质数量和蛋白质粒径：
蛋白质含量越高，稳定时需要的果胶量就越多。大蛋白粒子很难保持悬浮，且稳定时需要的
过量也较多；小蛋白颗粒具有相对较大的表面积，因此也需要更多果胶来补偿蛋白质表面上
的电荷。
均质的影响：
在高压下，果胶才能均匀的分布在蛋白质颗粒表面，均质应该在15～25MPa的压力下和对
应的高温（至少在30～40℃）下进行，当果胶以干基加入时，在均质前必须进行加热溶解，
在这个过程中，必须保持蛋白质没有产生任何变化，如果发生大分子的凝聚的形成，只有通
过加入更多剂量的果胶来保持稳定。
加热处理：
针对于所需要的储存期会应用不同的加热方式（巴氏杀菌或超高温杀菌），加热处理的强度
越大，蛋白质沉淀的危险性越大，因此，果胶加入量也取决于加热方式。以超高温处理获得
的长货架期的产品需要添加更多的果胶。
含钙量：
饮料中钙含量增加，也需要更多的果胶，在这种情况下，苹果果胶具有比柑橘果胶更强的优
势，因为苹果果胶的钙敏弱。
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