pH调控的深共晶溶剂/水体系定向提取芒果皮果胶：理化特性与结构差异的多维解析

为解决传统果胶提取工艺环境污染大、功能特性差的问题，研究人员采用pH差异化的深共晶溶剂/水体系（DES/water）定向提取芒果皮果胶。研究发现酸性体系（CC:MA/CC:LA）获得高甲氧基果胶（HG区>38.5 mol%），碱性体系（PC:G）则富集RG-I区（60.1 mol%），通过FT-IR、NMR和DFT计算揭示溶剂-多糖氢键作用机制，为果胶功能定制化提取提供绿色新策略。

　　

研究背景与意义
每年全球芒果产量超过6000万吨，加工过程中产生的大量果皮富含15%-20%的果胶，但传统盐酸/硫酸提取法不仅污染环境，还会破坏果胶的乳化增稠功能。深共晶溶剂（DES）作为新型绿色溶剂，虽具有可降解、低毒性优势，但其高粘度严重制约工业应用。更关键的是，现有研究多聚焦酸性DES，对中性/碱性体系如何影响果胶结构域（如HG与RG-I）的定向提取机制尚不明确。

广西壮族自治区水果技术指导站联合北京食品科学研究院的创新团队在《Food Hydrocolloids》发表研究，首次系统比较pH梯度（酸性CC:MA/CC:LA、中性CC:PG、碱性PC:G）DES/水体系对芒果皮果胶的提取特性，通过多尺度表征结合理论计算，揭示溶剂pH-果胶结构-功能特性的构效关系。

关键技术方法
研究采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振（¹³C NMR）解析果胶结构域，原子力显微镜（AFM）观测分子形貌，差示扫描量热法（DSC）评估热稳定性。密度泛函理论（DFT）计算量化DES组分与HG/RG-I链的氢键结合能。样本来源于广西"桂七"芒果晚熟期果皮，经蒸汽灭酶后冻干粉碎。

研究结果
1. 提取效率差异
酸性DES/水体系（CC:MA）在50%含水量时提取率最高（21.3%），FT-IR显示其O-H伸缩振动峰红移12 cm^-1，证实水分子参与破坏果皮细胞壁氢键网络。

2. 结构域定向富集

• 酸性体系：CC:LA提取果胶的HG区占比40.12 mol%，半乳糖醛酸（GalA）含量44.60 mol%，符合高甲氧基果胶（HM, DE>50%）特征
• 碱性体系：PC:G提取物RG-I区高达60.10 mol%，阿拉伯糖含量较酸性体系提升3.2倍，形成多分支结构

3. 功能特性调控
DSC显示CC:MA果胶热分解温度（228°C）显著高于PC:G（195°C）。流变学测试表明HM型果胶粘度是LM型的4.7倍，归因于HG线性链的紧密堆积。

4. 作用机制阐释
DFT计算发现CC:MA中Cl^-与HG链羧基的氢键结合能（-42.6 kcal/mol）最强，而PC:G的K⁺更易与RG-I中鼠李糖的C2-OH结合，导致结构域选择性解离。

结论与展望
该研究突破性证明DES/水体系pH可精准调控果胶结构域富集：酸性条件优选HG线性区获得高热稳定性HM果胶，碱性条件靶向RG-I分支结构适合低粘度应用。通过建立"溶剂pH-氢键作用-结构域解离"的理论模型，为果胶绿色制造提供可编程的提取方案，推动芒果皮废弃物高值化利用。未来可进一步优化DES组分比例，实现工业化连续提取。