三、果膠的結構及性質

果膠物質存在于陸生植物的細胞間隙或中膠層中，通常與纖維素結合在一起，形成植物細胞結構和骨架的主要部分。果膠質是果膠及其伴隨物（阿拉伯聚糖、半乳聚糖、淀粉和蛋白質等）的混合物。商品果膠是用酸從蘋果渣與柑橘皮中提取制得的天然果膠（原果膠），它是可溶性果膠，由檸檬皮制得的果膠最易分離，質量最高。果膠的組成與性質隨不同的來源有很大差別。

（一）果膠的化學結構及分類

果膠分子的主鏈是150～500個α-D-半乳糖醛酸基（相對分子質量為30000～100000）通過1，4糖苷鍵連接而成，其中部分羧基被甲酯化，見圖3-40。

果膠在主鏈中相隔一定距離含有α-L-吡喃鼠李糖基側鏈，因此果膠的分子結構由均勻區(qū)與毛發(fā)區(qū)組成（圖3-41）。均勻區(qū)是由α-D-半乳糖醛酸基組成，毛發(fā)區(qū)是由高度支鏈α-L-鼠李半乳糖醛酸聚糖組成。

植物體內的果膠物質一般有三種，即原果膠、果膠、果膠酸。在未成熟的果實細胞內含有大量的原果膠，隨著果實成熟度的增加，原果膠水解成果膠，果蔬組織就變軟而有彈性，當果實過熟時，果膠發(fā)生去酯化作用生成果膠酸。根據果膠分子羧基酯化度（DE）的不同，天然果膠一般分為兩類：其中一類分子中超過一半的羧基是甲酯化（—COOCH₃）的，稱為高甲氧基果膠（HM），余下的羧基是以游離酸（—COOH）及鹽（—COO—Na⁺）的形式存在；另一類分子中低于一半的羧基是甲酯化的，稱為低甲氧基果膠（LM）。酯化度指酯化的半乳糖醛酸殘基數占半乳糖醛酸殘基總數的百分比，DE≥50%的為高甲氧基果膠（HM）。

（二）果膠在烹飪中的膠凝作用

HM果膠溶液必須在具有足夠的糖和酸存在的條件下才能膠凝，又稱為糖-酸-果膠凝膠。當果膠溶液pH值足夠低時，羧酸鹽基團轉化為羧酸基團，因此分子不帶電荷，分子間斥力下降，水合程度降低，分子間締合形成凝膠。糖的濃度越高，越有助于形成接合區(qū)，這是因為糖與果膠分子鏈競爭結合水，致使分子鏈的溶劑化程度大大下降，有利于分子鏈間相互作用，一般糖的濃度至少在55%，最好在65%。凝膠是由果膠分子形成的三維網狀結構，同時水和溶質固定在網孔中。形成的凝膠具有一定的凝膠強度，有許多因素影響凝膠的形成與凝膠強度，最主要的因素是果膠分子的鏈長與連接區(qū)的化學性質。在相同條件下，相對分子質量越大，形成的凝膠越強，如果果膠分子鏈降解，則形成的凝膠強度就比較弱。因此，當果膠的DE＞50%時，形成凝膠的條件是可溶性固形物含量（一般是糖）超過55%，pH2.0～3.5。

LM果膠必須在二價陽離子（如Ca²⁺）存在情況下形成凝膠，膠凝的機理是由不同分子鏈的均勻（均一的半乳糖醛酸）區(qū)間形成分子間接合區(qū)，膠凝能力隨DE的減少而增加。正如其他高聚物一樣，相對分子質量越小，形成的凝膠越弱。膠凝過程也和外部因素如溫度、pH值、離子強度以及Ca²⁺的濃度有關。在一價鹽NaCl存在條件下，果膠膠凝所需Ca²⁺量可以少一些。由于pH值與糖雙重因素可以促進分子鏈間相互作用，因此可以在Ca²⁺濃度較低的情況下進行膠凝。因此，當DE≤50%時，通過加入Ca²⁺形成凝膠，可溶性固形物為10%～20%，pH值為2.5～6.5。

果膠在酸、堿或酶的作用下可發(fā)生水解，可使酯水解（去甲酯化）或糖苷鍵水解；在高溫強酸條件下，糖醛酸殘基發(fā)生脫羧作用。

果膠在水中的溶解度隨聚合度的增加而減少，在一定程度上還隨酯化度的增加而增加。果膠酸的溶解度較低。果膠溶液是高黏度溶液，其黏度與鏈長成正比，果膠在一定條件下具有膠凝能力。

果膠可以作為果醬與果凍的膠凝劑。不同酯化度的果膠有不同的用途。慢膠凝HM果膠與LM果膠可用于制造凝膠軟糖。LM果膠可以在生產酸奶時作水果基質。HM果膠可應用于乳制品，因為它在pH3.5～4.2范圍內能阻止加熱時酪蛋白聚集，適合經巴氏殺菌或高溫殺菌的酸奶、酸豆奶以及牛奶與果汁的混合物。HM與LM果膠能應用于蛋黃醬、番茄醬、渾濁型果汁、飲料以及冰激凌等，一般添加量＜1%；但是凝膠軟糖除外，它的添加量為2%～5%。