文章题目：Heat drying RG-I pectin with significant aggregation and poor solubility could be improved by inserting specific polysaccharides as steric scaffolds

发表期刊：Carbohydrate Polymers

影响因子：10.5

通讯单位：浙江大学

        在食品科学领域，果胶作为一种天然的多糖类物质，一直备受关注。

        RG-I型果胶（Rhamnogalacturonan-I pectin）由于其在热干燥过程中容易聚集，导致溶解性差，限制了其广泛应用。浙江大学生物系统工程与食品科学学院陈建乐团队发现，通过插入特定的多糖作为空间支架，可以显著改善RG-I果胶的热干燥聚集问题，提升其溶解性。

        鼠李糖半乳糖醛酸-I（RG-I）果胶是一类重要的果胶，其特征是含有丰富且异质的中性糖侧链，其他主要类型的果胶包括同半乳糖醛酸果胶（HG）和鼠李糖醛酸II果胶（RG-II）。近来，RG-I果胶因其具有显著的生理活性、胶凝性能和无毒副作用而被大量研究关注。同时，RG-I果胶作为益生元和天然食品添加剂具有巨大的潜力，值得进一步开发和研究。

        传统果胶工业工艺中主要采用热酸提取工艺来获得具有优异凝胶性能的线性HG果胶，而RG-I会在热酸水解提取工艺中丢失。干燥是果胶加工的关键部分，热风干燥因其成本低、操作简单而在工业生产中得到广泛应用。然而，作者初步实验发现，RG-I果胶表现出热聚集，导致溶解性差。虽然冷冻干燥可以保持RG-I果胶的优良品质，但由于其成本高、产量低，不适合大规模生产。由于果胶的大多数应用最初都需要将其转化为水溶液，因此RG-I果胶的溶解度直接影响其在各种应用中的价值。因此，RG-I果胶的热聚集成为严重阻碍其实际应用的关键挑战。

        商业果胶通常由具有优异溶解性的HG型结构域组成。先前的研究报告称，羧基解离程度（给系统赋予不同程度的电荷）显著影响果胶聚集体的形成，电荷密度也影响蛋白质-多糖复合物聚集的程度。此外，结构内的纠缠可能与侧链有关。因此，作者推测这种差异是由于HG果胶及其较少的中性糖侧链提供了足够的电荷。RG-I果胶富含中性糖侧链，无法提供足够的电荷，增加了缠结的可能性。这些因素造成的负面影响可以通过添加立体支架来缓解。这种立体支架可以通过利用静电相互作用和空间位阻来增强果胶链之间的排斥力，从而增加链间距离，达到减少热聚集的目的。

        该研究团队提出了一个创新的解决方案：引入其他多糖作为空间支架，通过静电相互作用和空间位阻效应，抑制RG-I果胶的聚集。他们选择了多种具有不同电荷特性的功能多糖，包括壳聚糖（CS）、葡聚糖（Glucan）、商业果胶（HG）、κ-卡拉胶（κ-C）和ι-卡拉胶（ι-C），并与RG-I果胶溶液通过机械搅拌混合后，将pH值调节至4-5，并以1:4的体积比加入无水乙醇。2小时后，用400目滤布过滤沉淀物。为了去除可溶性糖和盐，样品用无水乙醇洗涤一次，然后在60°C的烤箱中干燥12小时。

图1：RG-I果胶和混合样品制备工艺示意图

        研究发现，不同电荷类型的多糖对RG-I果胶的聚集行为产生了显著影响。带有正电荷的壳聚糖会加剧果胶的聚集，而带有负电荷的多糖（如HG、κ-C和ι-C）则显著减少了聚集现象，尤其是高电荷密度的ι-C效果最为显著。有趣的是，中性电荷的葡聚糖也表现出积极的效果，这表明空间位阻效应也在起作用。

        通过溶解性测试，研究人员发现，加入不同多糖后，RG-I果胶的溶解性发生了显著变化。如图2所示，加入ι-C的果胶溶解性最佳，而加入CS的果胶溶解性最差。研究人员还利用倒置显微镜观察了果胶的溶解过程。加入ι-C的果胶在水中迅速分散，而加入CS的果胶则形成了难以溶解的团块。

图2：不同多糖对RG-I果胶溶解过程的影响

        Zeta电位是衡量溶液中粒子相互作用的重要指标。如图3所示，加入负电荷多糖的果胶混合物Zeta电位绝对值显著增加，表明这些多糖通过增强电荷密度，增加了粒子间的静电排斥力，从而提高了溶液的稳定性。

图3：不同多糖对RG-I果胶Zeta电位的影响

        堆积密度是指材料在堆积状态下的单位体积质量，可以在微观层面上洞察其聚集情况。较低的堆积密度表明样品具有较低的聚集性和更蓬松的特性。如图4所示，加入负电荷多糖的果胶混合物粒子大小减小，堆积密度降低，这表明，除葡聚糖外，多糖和果胶之间的静电相互作用会影响果胶的热聚集行为。

图4：不同多糖对RG-I果胶粒子大小和堆积密度的影响

        通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察果胶的微观结构，如图5所示，加入ι-C的果胶形成了多孔的网络结构，而加入CS的果胶则形成了致密的片状结构。这种结构差异直接影响了果胶的溶解性。各种样品的表面形态如图5所示。较暗的区域表示样品制备中冷冻干燥过程中水升华产生的空隙，而较浅的区域对应于RG-I果胶及其混合物。RG-I果胶表现出不均匀的带状结构，有许多不规则的空隙。相比之下，与单独的RG-I果胶相比，CS-RGI中RG-I果胶和壳聚糖之间的静电吸引导致了扁平的片状结构，减少了暴露于水分子的表面积，从而降低了溶解度。相反，增溶多糖如葡聚糖、HG-果胶、κ-C和ι-C形成具有不同孔径的网络结构，促进亲水基团和水分子之间的相互作用。与κ-C-RGI相比，ι-C-RGI显示出更小的孔径和更高的孔密度，因为ι-C的电荷密度更大，这增强了静电排斥。

图5：不同多糖对RG-I果胶微观结构的影响

        这项研究不仅揭示了不同多糖与RG-I果胶之间的相互作用机制，即电荷与空间位阻的双重作用，还为改善热干燥果胶的溶解性提供了有效的策略。通过引入特定的多糖作为空间支架，可以显著抑制果胶的热聚集现象，提升其溶解性和凝胶性能。这一成果有望为食品工业中果胶的应用带来新的突破，推动RG-I果胶在更多领域的广泛应用。

参考文献：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123486

作者：程菁菁

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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