911爆料工厂

摘要：为探究酯化度、分子质量对果胶乳化性能的调控机制，本实验对不同结构果胶的聚集行为、聚集体结构、界面性质、乳化性质及其在界面的吸附层结构进行分析。结果表明：果胶酯化度从35%增至73%过程中，果胶聚集体直径由1 950 nm规律地降至1 443 nm，聚集体内疏水微区的极性不断降低，向油-水界面的扩散速率显著提升，其界面吸附量从54.4 ng/cm2增加至95.9 ng/cm2，界面吸附层厚度从76.9 nm降低至43.6 nm，平衡界面张力从24 mN/m降低至18 mN/m，其乳化性能显著改善。果胶分子质量从0.55×105 Da增至1.30×105 Da过程中，聚集体直径由1 195 nm增至1 443 nm，向油-水界面的扩散速率降低，界面吸附量由127.3 ng/cm2降至95.9 ng/cm2，其界面性质与乳化性能均变差；但由于聚集体内部疏水性增加，抑制了果胶从界面脱附，提升了乳液在贮藏过程中的稳定性。本研究结果从聚集体的角度阐明了分子结构对果胶乳化性能的潜在调控机制，可为果胶乳化剂的开发与利用提供理论依据。

果胶是一种广泛存在于植物细胞壁中的天然多糖聚合物，其主要化学结构包括由同型半乳糖醛酸和鼠李糖半乳糖醛酸组成的主链，以及由阿拉伯糖和半乳糖构成的侧链。果胶分子主链上的半乳糖醛酸残基通常会发生部分甲基酯化，从而使其具有两亲性；这种两亲性使其能够有效地吸附于油-水界面，显着降低界面张力，并通过空间位阻效应和静电斥力协同稳定乳液体系。蛋白质乳液在高温、高盐离子浓度及酸性环境等条件下的稳定性较差，果胶乳液因其优异的稳定性而更具应用优势。此外，果胶稳定的乳液在上消化道中能够较好地保持结构完整性，从而具备将脂溶性功能成分（如β-胡萝卜素、痴贰等）递送至结肠的潜力。果胶作为一种天然乳化剂，凭借这些独特性质以及良好的生物安全性，在食品、药品等领域受到广泛关注，并展现出极高的应用价值。

果胶的乳化性质与其分子结构密切相关。分子结构的差异能够影响果胶在油-水界面的吸附速率、吸附量以及界面层结构，进而显着影响其乳化性能。通常研究表明，酯化度升高可增强果胶与油-水界面的亲和力，促进界面吸附，从而改善乳化性能。例如，有研究通过甲酯化处理将果胶的酯化度提升至90%以上，以改善其乳化性质；但也有研究发现，酯化度相对较低的果胶反而表现出更优异的乳化性能。此外，果胶分子质量降低可减小其流体力学半径，增加其向界面扩散与吸附的速率，进而改善其乳化性能。还有多项研究表明，低分子质量果胶的乳化性能反而较差。因此，目前对于果胶分子结构（如酯化度、分子质量）对其乳化性能的调控机制尚未达成共识，这限制了高乳化性能果胶及其相关乳液产物的开发与应用。

值得注意的是，果胶在溶液中存在聚集行为。这一现象最早于1978年被报道，研究发现0.1%果胶溶液中存在聚集的果胶分子。近期研究在溶液中同时检测到果胶的链簇和单个聚合物链。事实上，作为一种两亲性聚合物，果胶可通过分子间的疏水相互作用（如甲基与甲基间的作用力），形成类似胶束的聚集体，其内部含有疏水微区。更重要的是，果胶的临界聚集质量浓度（0.4 mg/mL）远低于其作为乳化剂的实际应用浓度，这表明果胶是以聚集体的形式稳定乳液。此外，本课题组还发现果胶聚集体的结构性质与其乳化性能密切相关。这些发现强调了果胶聚集体在全面理解果胶分子结构对乳化性能调控机制中的重要性。

本实验采用芘荧光法、动态光散射技术分析不同酯化度与分子质量果胶的聚集行为以及相应聚集体的结构特性；采用悬滴法研究不同果胶聚集体在油-水界面的吸附行为与界面性质；同时，考察不同果胶聚集体的乳化性质与乳液稳定性，并进一步分析果胶在界面的吸附层结构，旨在建立果胶分子结构、聚集行为、聚集结构、界面结构以及乳化性能之间的关联，进而从聚集体的角度明晰果胶分子结构对乳化性能的潜在调控机制，为果胶乳化剂的功能优化提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料与试剂

果胶（来源于柑橘，分子质量1.3×105 Da，酯化度73%，半乳糖醛酸摩尔分数71.3%）北京索莱宝科技有限公司；玉米油江西青龙高科油脂有限公司。

芘上海麦克林生化科技有限公司；盐酸、氢氧化钠、硫酸国药集团化学试剂有限公司；乙醇天津市恒兴化学试剂制造有限公司；所有有机溶剂均为分析纯，整个实验过程中均使用超纯水。

1.2仪器与设备

LGJ-25C型浆干机北京四环科技开发有限公司；PB-10型pH计赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；FL970型荧光分光光度计天美（中国）科学仪器有限公司；Zetasizer Nano-ZS90型纳米粒度电位仪英国马尔文仪器有限公司；界面张力仪，芬兰Kibron公司；T25-digital型高速剪切分散机德国IKA公司；APV-2000型高压均质机美国SPX公司；L2130型尺寸排阻色谱仪日本日立仪器公司；DAWN HELEOS II型18角度激光光散射仪美国Wyatt Technology公司。

1.3方法

1.3.1不同酯化度果胶的制备与测定

将果胶以质量浓度20 mg/mL分散于去离子水中，600 r/min搅拌过夜，确保充分溶解。用1 mol/L的氢氧化钠溶液将果胶溶液pH值调至9，在冰浴条件下进行脱酯反应，分别处理0、10、20、30 min。反应结束后，用1 mol/L盐酸溶液将体系pH值调至4.5以终止反应。各脱酯产物用无水乙醇沉淀，并用无水乙醇洗涤3次后冷浆干燥。

称取100 mg不同脱酯果胶溶解于30 mL去离子水中，搅拌过夜。滴定前向果胶溶液中滴加3滴酚酞作为指示剂，用0.1 mol/L氢氧化钠滴定液将果胶溶液滴定至颜色变为粉红色，记录消耗的滴定液体积V1。向体系中加入10 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液，脱酯15 min后，再加入10 mL 0.1 mol/L盐酸溶液。然后用0.1 mol/L氢氧化钠滴定液滴定体系中过量的盐酸，直至颜色变为粉红色，记录滴定液消耗量（V2）。按式（1）计算果胶酯化度：

1.3.2不同分子质量果胶的制备与测定

采用0.1 mol/L盐酸溶液将果胶溶液pH值调至1，于80℃水浴中进行酸水解，水解时间分别为0、1、2、4 h。反应结束后，用1 mol/L氢氧化钠溶液将体系的pH值调至7以终止反应。各水解产物用无水乙醇沉淀，并用无水乙醇洗涤3次后冷浆干燥。

采用尺寸排阻色谱、18角度激光光散射仪测定果胶分子质量，称取5 mg果胶溶解于5 mL的流动相（0.1 mol/L氯化钠溶液）中，用0.2μm滤膜过滤后进样。色谱柱为TSK Gel G4000PWxl凝胶渗透色谱柱，流速为0.5 mL/min，检测温度为25℃。

1.3.3芘荧光光谱测定

精确称取0.5 g不同果胶样品，分别溶解于50 mL去离子水中，室温搅拌过夜，配制成质量浓度为10 mg/mL的果胶储备液。将该储备液稀释成不同质量浓度（0.005～4 mg/mL），用于后续实验。将4 mg芘溶于30 mL乙醇制备芘溶液。取10μL芘溶液加入不同质量浓度的果胶溶液，超声处理30 min后在室温暗环境中平衡1 h。在激发波长339 nm条件下，获得不同果胶溶液的发射光谱（350～500 nm），发射和激发狭缝分别设为1 nm和5 nm，扫描速率为240 nm/s。

以373 nm和383 nm波长处的荧光强度比值（I373 nm/I383 nm）作为判断微环境极性的指标。将I373 nm/I383 nm与果胶质量浓度对数作图，由稀溶液区与半稀溶液区的线性拟合线交点计算果胶临界聚集浓度。在疏水环境中芘分子浓度增加可产生芘二聚体，并在465 nm波长处呈现发射峰。计算373 nm和465 nm波长处的荧光强度比值（IE/IM），用于分析果胶聚集体内疏水微区的体积变化。