抗坏血酸介导的半乳甘露聚糖水解：对食品增稠剂功能与稳定性的机制研究及工业意义

本研究揭示了抗坏血酸（AA）在低浓度（0.02 wt%）下即可引起食品增稠剂半乳甘露聚糖（GM）的显著水解降解，导致其溶液粘度下降67%（瓜尔胶）、47%（刺槐豆胶）和58%（肉桂胶），并破坏其与黄原胶（XG）及低酰基结冷胶（LAG）复配体系的凝胶性能。通过SEC-MALLS和AUC技术证实GM分子量下降6-8倍，AFM观察到分子形态从纤维网状转变为球状结构。该发现对含AA和GM的食品（如果汁、酱料、甜点）的配方设计和保质期评估具有重要指导意义。

　　

在食品工业中，抗坏血酸（Ascorbic Acid, AA）作为一种天然抗氧化剂和维生素C来源，被广泛用于防止食品变色和腐败。而半乳甘露聚糖（Galactomannans, GM）——包括瓜尔胶（Guar Gum, GG）、刺槐豆胶（Locust Bean Gum, LBG）和肉桂胶（Cassia Gum, CG）——则是常见的食品增稠剂，常用于改善酱料、饮料和甜品的质构和稳定性。尽管两者都是食品中常见的成分，但它们之间的潜在相互作用却长期以来被忽视。近年来，一些研究发现AA在某些条件下可能表现出促氧化性，甚至引起淀粉等多糖的降解，这引发了研究人员对AA与GM之间是否也存在类似作用的关注。如果AA确实会导致GM的降解，那么许多同时含有这两种成分的食品（比如果汁饮料、调味酱、布丁等）的稳定性和保质期可能会受到严重影响。

为了探究这一问题，由Michael-Alex Kamlow、Julian Marks、Joshua E.S.J. Reid、Vlad Dinu、Ian D. Fisk和Gleb E. Yakubov组成的研究团队开展了一项系统研究，成果发表在《Food Hydrocolloids》上。研究人员通过多种流变学测量技术和分子表征方法，首次揭示了AA在低浓度下即可引起GM的显著水解，导致其功能性质严重下降。

研究采用了旋转流变仪进行剪切速率扫描，以评估GM溶液的粘度变化；通过小振幅振荡剪切（SAOS）测量复配凝胶体系的储能模量（G′）和损耗模量（G′′）；利用尺寸排阻色谱-多角度激光光散射（SEC-MALLS）和分析超速离心（AUC）分析GM的分子量分布和沉降特性；借助原子力显微镜（AFM）观察GM分子的形态变化；并通过高效阴离子交换色谱（HPAEC）检测游离半乳糖和甘露糖的释放情况，以推测水解位点。

3.1. 单一致稠体系的流变学分析

研究人员首先评估了AA对单一GM溶液（2 wt%）粘度的影响。结果显示，添加0.02 wt%的AA后，GG、LBG和CG的粘度分别下降了67%、47%和58%，而其他食品酸（如柠檬酸、苹果酸、酒石酸）在相同浓度下则未引起明显变化。另一还原剂碘化钾（KI）也未导致粘度下降，说明AA的作用并非普通酸解或还原反应所致。此外，黄原胶（XG）在AA存在下粘度未受影响，表明AA的水解作用具有特异性，针对的是GM类多糖。

3.2. 复配体系的流变性能

GM常与XG复配使用以发挥协同增稠和凝胶作用。实验表明，AA的加入使GM/XG复配体系的粘度平均下降约50%，证明即使在复杂体系中，AA仍能有效降解GM并破坏其与XG的相互作用。

3.3. 振荡流变学

通过振幅扫描发现，AA显著降低了GM/XG凝胶的储能模量（G′）。例如，LBG/XG凝胶的G′从29 Pa降至5 Pa，CG/XG凝胶从27 Pa降至3.4 Pa，GG/XG凝胶从16 Pa降至4.5 Pa。在GM/XG/低酰基结冷胶（LAG）三相凝胶体系中，AA同样引起G′下降，而LAG单独存在时不受AA影响，再证明AA的作用对象是GM。

3.4. 分子量分析

SEC-MALLS结果显示，AA使GM的分子量从约40万g/mol降至6万g/mol，降幅达6–8倍。AUC沉降系数分布进一步证实了分子量的下降：CG的主要沉降峰从3.2 S移至1.8 S。AFM图像显示，未经AA处理的CG分子呈现纤维网状结构，而经AA处理后则变为分散的球状颗粒，其尺寸（直径14–24 nm）与理论估算的水解片段大小相符。

3.5. 高效阴离子交换色谱分析

HPAEC检测发现，AA处理仅导致少量半乳糖释放（LBG和GG中约3–5%），而无游离甘露糖检出。这表明AA引起的水解并非特异性针对半乳糖侧链或甘露糖主链，而是随机断裂糖苷键，但由于甘露糖释放需连续断裂两个键，概率较低，故未达到检测限。

本研究通过多技术联用，首次证实低浓度AA可引起GM的显著水解降解，导致其增稠和凝胶功能丧失。该作用与pH无关，且不同于常规酸解或氧化降解机制，推测可能与AA在特定条件下的自由基生成或构象重排有关。这一发现对食品工业具有重要意义：许多含AA和GM的食品（如果汁、乳制品、甜点等）可能在储存过程中发生质构劣化，影响产品质量和保质期。研究结果为食品配方的优化提供了科学依据，建议生产商在同时使用AA和GM时需谨慎评估相容性，或寻求替代方案。未来研究可进一步探讨AA与GM相互作用的具体化学机制及在不同食品基质中的表现。