《食品科学》：上海理工大学张汇副教授等：部分酸水解对桃胶多糖结构和乳化功能的影响

桃胶来源于桃树、山桃等蔷薇科植物，是植物枝干受损后分泌的一种半透明固体块状物，呈淡黄色或黄褐色。多糖为桃胶的主要成分，主要由阿拉伯糖（Ara）、半乳糖（Gal）、木糖（Xyl）、甘露糖（Man）、鼠李糖和糖醛酸组成。桃胶多糖（peach gum polysaccharides，PGP）分子质量大，是一种高度支化的阿拉伯半乳聚糖，含有少量蛋白质和多酚缀合物。有研究表明，PGP具有良好的乳化性和乳化稳定性，如增强水包油乳液体系稳定性，添加PGP后制备的纳米粒能显著减小乳液的液滴并提高其稳定性等。一般认为，多糖的乳化功能与其连接的蛋白片段有密切关系，但有学者认为PGP的高度支化和球状结构可能是PGP稳定乳液的主要因素，然而其发挥乳化作用的机理及其关键活性结构还不清楚。

上海理工大学健康科学与工程学院的张宏媛、张 汇*，钱佳俊等采取部分酸水解方法将PGP进行不同程度的降解，通过高效阴离子交换色谱和高效分子排阻色谱串联多角度激光光散射对降解的主链部分进行结构表征，通过水包油（O/W）型乳液评价不同降解程度PGP的乳化特性，结合PGP的结构变化，探究其发挥乳化作用的关键结构特征。

1、PGP及部分酸水解产物的化学组成分析

由表1可知，PGP得率为78.4%，经化学成分分析表明，PGP总糖含量为95.82%，糖醛酸含量为7.92%，蛋白质含量为3.21%，这表明PGP是一种结合有少量蛋白质的酸性多糖。随着水解时间的延长，水解产物的得率逐渐降低，水解产物中糖醛酸和蛋白含量逐渐增加，其中180P的糖醛酸含量为26.57%，蛋白质含量为4.87%，与PGP相比均显著升高（P＜0.05）。糖苷键属于缩醛结构，易被稀酸溶液催化水解，PGP部分糖苷键的断裂使一些单糖或寡糖片段脱落，而后被透析除去，因而水解产物得率降低。用低浓度酸溶液进行水解的过程中，相较于中性糖而言，糖醛酸形成的糖苷键更难水解，这是因为糖醛酸C-5连接的—COOH对质子进攻形成的空间位阻更大，水解速率降低，导致水解产物中的糖醛酸含量增加。同时，水解产物蛋白质含量也在逐渐升高，说明PGP的蛋白质可能主要集中在分子内部，但这一结论还需进一步研究。另外，糖醛酸和蛋白质含量的增加会提高水解产物的疏水性和电负性。

2、部分酸水解对PGP单糖组成的影响

PGP主要是由Ara、Gal、Xyl、Man、GalA和GlcA组成，是一种酸性阿拉伯半乳聚糖类多糖。前人研究表明，PGP具有高度支化的分子结构，其主链是由(1→6)-糖苷键连接的Galp组成，支链主要由(1→5)和(1→3)-糖苷键两种方式连接的Araf组成，两种类型的支链又分别连接了不同糖残基。如表2所示，经部分酸水解后，PGP水解产物中GalA和GlcA相对含量逐渐升高，这与间羟基联苯比色法得到的结果一致；而Ara相对含量逐渐降低，当水解到120 min后，Ara和Man未检出。结合PGP的分子结构特征，Ara被优先水解主要是因为PGP中的Ara位于支链，与酸溶液充分接触反应，因而被更快水解；此外，Ara以呋喃糖环的形式存在，一般而言，呋喃糖环形成的糖苷键水解速度往往大于吡喃糖环形成的糖苷键。Gal相对含量呈先升高后降低趋势，这可能是因为水解60 min内，以支链Ara的断裂为主，导致存在于主链中的Gal相对含量升高；随着水解时间延长，主链Galp-(1→6)-糖苷键会逐渐断裂，而糖醛酸相对含量增加，导致Gal含量一定程度降低。

3、部分酸水解对PGP分子质量及分子参数的影响

由图1可知，未经水解的PGP在保留时间为19 min左右时出现了对称峰，随着水解的进行，水解产物的洗脱体积逐渐增加。如表3所示，通过ASTRA 7.1.3软件分析，Zimm作图法得出PGP的重均分子质量（m w ）为10 980 kU，回旋半径（R g ）为409.1 nm；30P的m w 为2 173 kU，R g 为107.0 nm；这些结果表明，水解30 min后，PGP的一些分支被降解，分子质量和尺寸较PGP明显降低。随着水解时间的延长，水解产物60P、120P、180P的m w 和R g 进一步降低。多分散性指数（polydispersity index，PDI）是用来表征高分子的分子质量分布的参数，PDI越接近1表示分子质量分布越均一。未经水解的PGP的PDI为2.624，表明PGP分子是一个宽分布的高分子链，水解180 min后，PDI下降至1.501，表明随着水解度的增加，水解产物的分子质量不断降低，分子链的分布逐渐变窄。

特性黏度（[η]）是用来表征溶液中分子结构的重要参数，为聚合物在溶液中占据的每单位质量的体积。由表3可知，0.1 mol/L NaNO3溶液中，PGP的[η]为3.15 dL/g，而180P的[η]为0.43 dL/g，酸水解导致[η]明显降低；这是由于PGP的糖苷键断裂，链长缩短，导致分子间聚集性减弱，酸水解以时间相关的方式降低了分子质量和[η]。通过Mark-Houwink-Sakurada方程描述m w 与[η]的关系，关系式为[η]＝K×m wα ，其中K和α与高分子链在溶剂环境中的三维构象有关。一般来说，α≥1时，分子链在溶液中以刚性棒状形式存在；α＝0.5～0.8时，分子链呈柔性无规卷曲线团结构；α＜0.3时，分子链呈球形；α＝0时，分子链呈坚硬的球状结构。当m w 在4.0×10 3 ～2.0×10 4 kU范围内，PGP的α值为0.588，分子链呈柔性的无规则线团结构。经过部分酸水解后，30P的α值为0.697（m w 范围为7.0×10 2 ～5.0×10 3 kU），60P的α值为0.747（m w 范围为4.0×10 2 ～3.0×10 3 kU），120P的α值为0.873（m w 范围为1.0×10 2 ～2.0×10 3 kU），180P的α值为0.911（m w 范围为10～90 kU）。水解产物的α值与PGP相比逐渐升高，表明随着酸水解的进行，分子链刚性逐渐增强。

分子质量、[η]和结构是影响多糖功能性质的关键因素，上述结果表明，通过部分酸水解可以逐步降低PGP的分子质量，并且在此过程中水解产物的溶液构象发生变化，由柔性线团结构向刚性棒状转变。

4、部分酸水解对桃胶乳化功能特性的影响

部分酸水解对O/W乳液乳化活性和乳化稳定性的影响

如图2所示，GAP作为对照组，其EAI和ESI分别为166.08 m 2 /g和135.66 min，PGP的EAI（85.98 m 2 /g）显著低于GAP（P＜0.05），其ESI（173.33 min）高于GAP；随着部分酸水解的进行，PGP的EAI随着水解时间的延长而逐渐提高，由85.98 m 2 /g提高至229.53 m 2 /g，但ESI则呈现不规律变化。水解过程中，PGP构象发生改变是导致水解产物EAI和ESI变化的根本原因，同时受分子质量、糖醛酸和蛋白质等带电基团含量变化等综合作用的影响。分子质量的降低使多糖在乳液的油水界面更容易形成分子膜，糖醛酸和蛋白质等带电基团含量的增加提高了水解产物的疏水性，导致水解产物的EAI提高。ESI受多种结构因素的综合影响，分子质量减小过程中分子构象的刚性增强使液滴之间斥力降低，而糖醛酸和蛋白质等带电基团的增加导致电负性增强、斥力增加，导致ESI呈现不规律变化。60P的ESI高于PGP和其他水解产物，可能是由于分子质量适当减小提高了乳化活性，并且糖醛酸和蛋白质缀合物含量的增加提高了油水界面液滴斥力，仍处于能够维持乳液稳定的状态。随着Ara支链与主链糖苷键的进一步断裂，120P和180P的ESI下降，说明此时刚性分子构象对维持乳液稳定的影响大于糖醛酸和蛋白质缀合物含量的影响，乳液稳定性降低。

部分酸水解对乳液粒径和Zeta电位的影响

乳液中液滴的大小与其稳定性、流变性及感官属性等有密切联系。如图3所示，所有乳液的粒径分布均呈单峰分布；与GAP相比，PGP制备的乳液粒径分布较宽，平均粒径大；随着水解度的增加，水解产物的粒径分布峰型越来越尖锐，平均粒径逐渐减小，这个现象与上述乳化活性逐渐增强的变化规律一致。

乳液中电荷分布情况可通过影响分子间的静电斥力影响乳液体系的稳定性，Zeta电位的绝对值越高，则乳液越稳定。由表4可知，GAP和PGP以及水解产物制备的乳液表面均以负电荷为主，PGP乳液的Zeta电位绝对值显著大于GAP乳液（P＜0.05），说明相同浓度下与PGP形成的乳液更加稳定；随着水解的进行，Zeta电位绝对值呈先增大后降低趋势，与ESI的变化基本一致。可能是因为部分酸水解使PGP从聚集趋向分散，水解促进了分子电离，糖醛酸和蛋白质缀合物含量显著增加导致带电性增强，使分子间斥力增大；但随着水解度的进一步增加，PGP分子质量大幅降低，分子刚性增强且多糖溶液黏度低，无法有效阻止乳液颗粒因相互碰撞而聚集，静电斥力减小，使电位绝对值有所下降，乳液稳定性降低。

部分酸水解对乳液表面张力的影响

乳液体系表面活性成分的界面特性是决定其形成和稳定乳液能力的重要因素之一。一般而言，测得的乳液界面张力越低，乳化稳定性越好。如图4所示，PGP的表面张力为58.38 mN/m，与GAP无显著差异（P＞0.05）；120P的表面张力为57.45 mN/m，与PGP存在显著差异（P＜0.05），且120P的表面张力小于GAP乳液（57.76 mN/m）；其他水解产物与PGP和GAP均无显著差异（P＞0.05）。造成这种现象的原因可能是120P分子质量明显低于PGP，分子质量小的多糖聚合物更快移动并吸附到界面；同时120P的蛋白质含量较高，蛋白质可以有效吸附在油水界面上提高其扩散速度，降低界面的自由能，提高表面活性，导致表面张力降低。吸附在油水界面处的疏水支链也是维持乳液稳定的因素之一，其中180P的表面张力略有提高可能是180P的支链被大量水解，疏水能力下降所致。乳液表面张力变化是水解产物结构变化带来的综合影响。

部分酸水解对乳液表观黏度的影响

如图5所示，测试的6 种乳液均为低黏度的非牛顿流体，随着剪切速率的增加，乳液的表观黏度整体呈逐渐降低趋势。多糖的加入可以增加连续相的表观黏度从而达到稳定乳液的目的，因此乳液表观黏度的大小也可以一定程度上反映乳液稳定性。由图5可知，GAP乳液表观黏度相对较小，PGP乳液的表观黏度最大，部分酸水解产物形成的乳液的表观黏度随着水解的进行有逐渐减小的趋势。部分酸水解产物中，30P和60P的表观黏度相近，180P乳液的表观黏度最小且剪切速率为0.63 s-1时小于GAP制备的乳液，这与PGP及其水解产物在NaNO3水溶液中测得的[η]趋势一致（PGP＞30P＞60P＞120P＞180P）。水解产物乳液表观黏度的降低也证实了稳定性的变化与水解产物的结构变化有关。

结 论

本研究表明PGP是一种分子质量大且高度分支，主要由Ara和Gal组成的酸性阿拉伯半乳聚糖类多糖，并结合少量蛋白片段。通过部分酸水解获得了不同降解程度的PGP水解产物，随着水解度的增加，PGP中糖醛酸和蛋白缀合物含量逐渐升高，侧链的Ara逐渐被水解，分子支化程度降低，分子质量逐渐降低，分子结构由柔性无规卷曲向刚性棒状转化。通过O/W型乳液评价不同降解程度PGP的乳化特性，发现60P水解产物的乳化稳定性优于PGP和其他水解产物，这可能与多种结构因素的综合作用有关，部分酸水解破坏了PGP致密的分子结构，使疏水基团更好地暴露出来，疏水性提高；分子质量小的多糖更容易迁移到油水界面，降低了界面自由能；糖醛酸和蛋白质等带电基团含量明显提高，电负性提高，增加了液滴之间空间斥力。由此推测，60P的结构是PGP发挥乳化功能的关键活性结构特征，即mw为1 188 kU，支化度部分降低，糖醛酸和蛋白质缀合物含量较高的柔性链结构。因此，对PGP而言，mw在1 188～10 980 kU的范围内，分子质量小并有利于乳化稳定；另外，存在部分疏水支链，糖醛酸和蛋白质含量高的柔性链结构有利于乳化稳定；反之，支化度低、分子链结构刚性强、带电基团含量高不利于乳液稳定。后续将通过研究不同结构片段与分子空间构象转换之间的关系以及蛋白部分在PGP乳化功能中发挥的作用进一步解释PGP乳化功能的机理。

通讯作者简介

张汇，博士，上海理工大学健康科学与工程学院副教授，毕业于南昌大学食品学院，加拿大农业-农业食品部联合培养博士，江西省优秀博士论文获得者。主要从事膳食纤维（多糖）的结构与功能、亲水胶体在食品体系中的应用及作用机制、食品组分相互作用等研究工作。以主要参与人员获得上海市技术发明奖一等奖1项。主持完成国家自然科学基金青年项目1项，目前主持上海市自然科学基金面上项目1项，企业横向项目4项。授权国家发明专利6项，以第一或通讯作者发表科研论文35篇，其中被Carbohydrate Polymers，Food Chemistry，Food Hydrocolloids等高水平SCI期刊收录20余篇。多次参加国内外学术会议，并作学术报告。

第一作者简介

张宏媛，上海理工大学健康科学与工程学院学生，1996年生于山东潍坊，2014年至2018年就读于烟台大学海洋学院攻读海洋渔业科学与技术学士学位，2019年至2022年就读于上海理工大学医疗器械与食品学院攻读食品工程硕士学位，研究方向为食品碳水化合物，曾参与“不同蛋白质含量对罗望子多糖流变性的影响”等项目研究，在校期间多次获烟台大学“优秀学生”、“优秀学生干部”奖学金，“优秀共青团员”、“社团先进个人”等荣誉称号等；获上海理工大学学业二等奖学金，“优秀共产党员”、“优秀学生干部”、等荣誉称号，获上海理工大学暑期社会实践一等奖等奖项等。

本文《部分酸水解对桃胶多糖结构和乳化功能的影响》来源于《食品科学》2023年44卷4期，作者：张宏媛，钱佳俊，李哲远，张沈栋，杨晓辰，艾连中，赖凤羲，张 汇。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20220519-259。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑： 武汉轻工大学食品科学与工程学院 冯红；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。

图片来源于文章原文及摄图网。

Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

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