通过果胶解析酸化牛奶饮料的稳定机制：多糖分子量、线性结构及酯化作用的协同效应

《Food Hydrocolloids》：Unraveling Stabilization Mechanisms of Acidified Milk Drinks by Pectin: The Synergistic Effect of Polysaccharide Molecular Weight, Linearity and Esterification

果胶提取工艺优化及结构特性对酸性乳饮料稳定性的影响研究。通过七种溶剂提取南康脐橙皮果胶，发现柠檬酸-六偏磷酸钠（CSP）提取物因高酯化度（70.8%）、线性主链和分子量（3.0×10^5 g/mol）协同作用，表现出最佳抗聚集性能。证实多结构参数协同调控稳定性的机制。

　　

宋青宇|刘文斌|雷宁宇|宋晓晓|何薇薇|尹俊毅

中国-加拿大食品科学与技术联合实验室（南昌），南昌大学，江西省南昌市330047，中国

摘要

使用七种具有不同提取机制的溶剂从脐橙皮中提取了结构多样的果胶样品，并系统评估了它们对酸化乳饮料的稳定作用。通过柠檬酸-六偏磷酸钠（CSP）提取的果胶表现出优异的稳定性能，在pH 5.0时离心后相对浊度较低，表明其抗聚集能力更强。结构分析显示，这种性能源于其特定的结构特征：中等程度的酯化（70.8%）、高度线性的主链（由高半乳糖醛酸含量和较低的（Gal+Ara）/Rha比率表示）以及相对较高的分子量（Mw ～3.0×10^5 g/mol）。相比之下，仅具有高酯化程度的果胶样品（用热水提取，酯化程度为74.3%）稳定性不足以达到CSP的水平，而结构与CSP相反的果胶样品（用碱提取）稳定性显著较差。因此，本研究表明，果胶在酸化乳饮料中的优异稳定功能并非由单一结构参数决定，而是依赖于多个结构参数的协同优化。

引言

酸化乳饮料（AMDs）市场持续扩张，成为受欢迎的产品。然而，AMDs的物理不稳定性一直是一个核心技术挑战。这种不稳定性表现为在酪蛋白等电点（pH约4.6）附近发生絮凝和沉淀，限制了产品质量和保质期（Guo, Wei, Cai, Hou, & Zhang, 2021）。高甲氧基果胶（HMP）因其高效性、稳定性和低成本而被广泛用作AMDs的稳定剂（Iqbal等，2025；Wusigale, Liang, & Luo, 2020）。同时，在农业加工领域，资源浪费问题也很突出。中国赣南地区的脐橙产业每年产生数万吨果皮副产品（Hu, Zhang, Ruan, Han, & Yu, 2021）。这些果皮富含果胶（占干重的20%以上），但通常被丢弃或用作廉价饲料，这不仅造成资源浪费，还带来环境压力（Ayala等，2021；Manakas, Balafoutis, Kottaridi, & Vlysidis, 2025）。因此，开发这些副产品的高附加值应用已成为促进可持续农业发展和实现产业升级的迫切需求（Adimas & Abera, 2023）。因此，从脐橙皮中提取的果胶作为AMDs的潜在稳定剂具有广阔的应用前景。

果胶的稳定功能反映了其复杂的多尺度结构，并非由单一参数决定（Drusch, Eichhorn, Heinert, Wei?brodt, & Morales-Medina, 2024）。多项研究表明，HMP的稳定效率（DE > 50%）优于低甲氧基果胶（LMP，DE < 50%）（Pereyra, Schmidt, & Wicker, 1997）。在HMP中，较高的酯化程度和分子量通常意味着更好的稳定性或更低的浓度要求（Liu, Nakamura, & Corredig, 2006）。然而，某些具有极高DE和分子量的果胶（如芒果皮中的果胶）稳定性低于分子量较低的商用果胶（Kermani, Shpigelman, Pham, Van Loey, & Hendrickx, 2015）。研究表明，中性糖侧链的分支程度和分子内甲基酯基团的分布模式起着关键调节作用：高分支度会损害分子链的灵活性并削弱其空间稳定性；而自由羧基的随机分布则更有利于与蛋白质形成稳定的复合物（Archut, Drusch, & Kastner, 2022）。因此，果胶的稳定功能最终取决于多个参数，如酯化程度、分子量、分支程度（线性）和电荷分布模式。这源于其两个主要结构域——同型半乳糖醛酸聚糖（HG）和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）的综合贡献：HG主链的电荷特性（受DE影响）影响静电相互作用，而RG-I中的丰富中性糖侧链进一步影响空间阻碍。分子量和线性作为跨域参数调节相互作用的强度，从而决定果胶的最终稳定效果。因此，要阐明和预测果胶在AMDs中的稳定行为，必须采用整合其多尺度结构特征的观点。

本研究基于不同溶剂可以通过针对植物细胞壁中的特定化学键来定向溶解不同果胶成分的事实（Cui等，2021；Peng等，2022）。制备了一系列在DE、RG-I域的分支程度和整体分子量上有显著差异的果胶样品。系统选择了七种提取介质，稀酸和热水作为传统的工业提取方法，为其他新方法提供参考（Riyamol等，2023）。螯合剂可以温和且特异性地解离离子交联的果胶网络（Pattarapisitporn & Noma, 2025）。碱性溶剂可以通过β-消除反应针对性地提取通过酯键高度交联的果胶成分（Kaczmarska, Pieczywek, Cybulska, Cie?la, & Zdunek, 2024）。柠檬酸-SHMP组合利用了水解和螯合作用，能够更高效且温和地破坏细胞壁，预期可以释放具有独特特性的果胶。其原材料安全、成本低廉且具有工业应用潜力。通过综合表征技术对获得的果胶样品进行了准确分析，以获得分子量、DE和链构象等关键结构参数。系统评估了它们在AMDs中的稳定性，并结合相互作用分析，明确了决定其稳定性的关键结构因素及其与酪蛋白的相互作用机制。本研究不仅为果胶在AMDs中的精确应用提供了理论基础，还为赣南脐橙皮的高值利用提供了科学可行的解决方案。

材料与试剂

2023年11月中旬，从中国江西省赣州市（北纬25°41′，东经115°14′）的一个商业果园中采集了Newhall脐橙（Citrus sinensis Osbeck cv. Newhall）。果实的挑选由经验丰富的种植者根据最佳外观颜色和大小进行，符合当地商业惯例。为了尽量减少采后变化，果实被立即运送到实验室进行处理。

基本化学组成和DE

如表1所示，果胶的提取方法对其产量、纯度和化学结构有决定性影响。CSP的产量最高，达到21.5%。SHMP能有效破坏果胶与细胞壁中钙离子之间的交联键，从而释放更多共价结合的果胶（Guo等，2023）。相比之下，HP的产量最低（13.6%），因为它只能溶解通过氢键或范德华力松散结合的果胶成分。

结论

本研究表明，果胶对AMDs的稳定作用是一个多因素依赖的过程，受其分子量、线性构象和DE的综合影响，而非单一因素。柠檬酸-SHMP提取的果胶（CSP）的优异性能正是源于其独特的结构组合。其高分子量和高度线性的构象源于完整的同型半乳糖醛酸聚糖主链和RG-I域。

作者贡献声明

宋晓晓：撰写 – 审稿与编辑。何薇薇：撰写 – 审稿与编辑。尹俊毅：撰写 – 审稿与编辑，资金获取，概念构思。宋青宇：撰写 – 原稿撰写，实验研究，概念构思。刘文斌：撰写 – 原稿撰写，实验研究。雷宁宇：撰写 – 审稿与编辑，实验研究

未引用参考文献

Tang等，2021；Wusigale和Luo，2020。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：U24A20467）、江西省地方科技发展中央指导基金（20252ZDD020002）以及南昌大学食品科学与资源国家重点实验室研究项目（项目编号：SKLF-ZZA-202514）的支持。