《Food Chemistry》：Impact of ultra-high pressure on the physicochemical and functional properties of apple pectin
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摘要果胶的固有特性往往导致其适应性不足。本研究采用超高压处理苹果果胶以优化其性质。结果表明，在100–700 MPa条件下处理15 min可显著改善果胶的物理化学性质和功能特性。具体而言，超高压处理显著提高了果胶的酯化度、乳化活性和乳化稳定性、持水力和持油力、膨胀力，同时增强
摘要
果胶的固有特性往往导致其适应性不足。本研究采用超高压处理苹果果胶以优化其性质。结果表明，在100–700 MPa条件下处理15 min可显著改善果胶的物理化学性质和功能特性。具体而言，超高压处理显著提高了果胶的酯化度、乳化活性和乳化稳定性、持水力和持油力、膨胀力，同时增强了其对脂肪和葡萄糖的吸附能力以及对α-淀粉酶的抑制作用。400–500 MPa处理15 min被确定为最大化提升上述性质的最优条件。微观结构分析表明，超高压处理破坏了果胶基质的致密结构并使其松弛，这与功能特性的增强密切相关。这些发现表明，适度的超高压处理通过改变果胶结构有效改善了其性质，为超高压改性果胶在功能性食品中的应用提供了理论基础。
引言
果胶是一种具有复杂结构的天然酸性多糖，是植物细胞壁的组成成分，在绿色植物中大量存在，具有优异的凝胶特性和乳化特性。果胶的功能特性直接由其关键结构特征决定，包括酯化度、分子量和分子链构象（Kopjar等，2022）。苹果及其加工副产品是商业果胶的主要来源之一。苹果果胶因其优异的凝胶形成、增稠和乳化特性，被广泛应用于食品和制药行业。苹果果胶主要由同型半乳糖醛酸（HG）多糖域和鼠李糖半乳糖醛酸多糖I（RG-I）域组成。结构的变化直接影响果胶的溶解度、凝胶机理以及与其他食品成分相互作用的能力（Chandel等，2022）。随着对天然功能性食品成分需求的增加，如何改性果胶结构并提高其功能特性已成为食品多糖领域的研究焦点。
超高压（UHP）技术通常指利用超过100 MPa的压力（常用范围为100–1000 MPa）加工材料的高科技方法。其基本原理是利用液态介质传递各向同性静压，通过压缩效应破坏非共价相互作用（氢键、疏水相互作用、离子键），从而改变生物大分子的空间构象和聚集状态（Wu等，2017）。超高压改性果胶有望为食品、材料和医学领域的交叉应用提供新思路。目前研究已初步揭示了超高压对果胶物理化学性质的影响。超高压处理可降低水溶性果胶的分子量、甲氧基化和乙酰化程度，增加HG域的相对含量，并重塑HG主链上甲氧基的分布（Yan等，2021）。同时，超高压产生的强烈剪切和冲击效应可削弱RG-I域中的中性糖侧链，使果胶分子从伸展状态转变为紧凑状态，从而改变其流变学行为（Zhong等，2021）。已有研究表明，果胶结构的变化与其功能特性显著相关。
不同来源的果胶对超高压处理的响应也存在差异。现有研究表明，超高压处理可降低甘薯果胶的分子量并增强其乳化性能（Arachchige等，2020）。然而，甘薯果胶主要为低甲氧基型，天然酯化度低且结构稳定性弱，在高压下容易过度解聚，限制了其功能改性潜力。利用超高压技术从脐橙皮中提取的柑橘果胶也表现出分子量降低和稳定性增强的特征（Guo等，2012）。尽管柑橘果胶属于高甲氧基型果胶，但其线性均质结构容易过度断裂（Xiang等，2024）。作为高甲氧基型果胶，苹果果胶具有更高的天然酯化度、更复杂的分子分支结构和增强的结构可塑性，这些特性共同使其在超高压处理时更容易发生展开、链段重排和适度降解（Yue等，2023）。超高压改性赋予苹果果胶独特的结构响应性，从而带来功能优势。然而，目前关于超高压对苹果果胶影响的研究仍主要局限于结构表征，缺乏对结构改性、物理化学性质和功能特性之间机理相关性的系统阐述。
本研究考察了不同超高压处理条件（100、200、300、400、500、600、700 MPa）对苹果果胶物理化学性质和功能特性的影响。对苹果果胶的结构和功能特性进行了全面分析，包括酯化度、乳化能力、溶解度、分子量和流变学行为。同时，采用多尺度表征方法，从分子链构象、功能基团分布到宏观流变学行为，分析了结构与功能之间的相关性。本研究阐明了超高压处理对苹果果胶物理化学性质和功能特性的影响，为果胶绿色改性中的应用提供了理论基础。
章节摘要
材料
苹果果胶购自Sigma-Aldrich公司（93854-100G，美国密苏里州圣路易斯市）。芝麻油（金龙鱼纯芝麻油，GB/T 8233，中国青岛）购自河南当地超市。对羟基苯甲酸酰肼购自Thermo Fisher公司（CAS 5351-23-5，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）。硝酸钠（NaNO?，编号S5506-250G）、叠氮化钠（NaN?，编号S2002-2KG）和α-淀粉酶（编号86250-100G）购自Merck公司（德国达姆施塔特）。葡萄糖
酯化度（DE）、乳化活性（EA）和乳化稳定性（ES）的分析
果胶的酯化主要涉及半乳糖醛酸单元上羧基的甲酰化和O-2、O-3位羟基的乙酰化。酯化度是衡量果胶品质的关键指标，它直接决定果胶的功能特性，包括凝胶化、乳化和产品稳定性（Duwee等，2022）。鉴于酯化度在凝胶化和乳化过程中的关键作用，我们研究了超高压处理对酯化度的影响
结论
本研究系统探讨了超高压对苹果果胶物理化学性质和功能特性的影响。超高压处理可显著调节果胶的结构和功能特性。超高压显著提高了果胶的酯化度，这归因于结构的展开。在功能特性方面，超高压显著增强了苹果果胶的乳化活性和乳化稳定性，并在持水力、持油力和膨胀力方面表现出显著提升。其对脂肪和葡萄糖的吸附能力
CRediT作者贡献声明
黄美佳：撰写原稿、方法论、数据整理、概念化。戴佳琦：撰写原稿、调查研究。杜怡梦：调查研究。刘雨秀：调查研究。焦灵霞：形式分析。冉君健：形式分析。梁新红：撰写—审阅与编辑、监督、方法论、概念化。
作者贡献
黄美佳负责实验设计、数据整理和论文撰写。戴佳琦撰写论文并进行实验。杜怡梦和刘雨秀进行了实验。焦灵霞和冉君健协助数据分析。梁新红（通讯作者）负责实验设计并修改论文。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到河南省科技重点项目（252102111054）、南昌大学食品科学与技术国家重点实验室开放项目计划（SKLF-KF-202408）资助。
黄美佳|戴佳琦|杜怡梦|刘雨秀|焦灵霞|冉君健|梁新红
