甲酯化模式如何塑造果胶的结构与功能：从受控修饰到功能实现

《Food Hydrocolloids》：How methyl esterification patterns shape pectin structure and functionality: From controlled modification to function

　　

• 果胶甲酯化模式由甲酯化度（DM）和酯分布共同定义。
• 化学、酶法和生物合成途径重塑果胶酯模式。
• 基于质谱的方法绘制果胶酯的序列水平分布。
• 酯模式控制果胶的凝胶化、吸附和生物活性。
• 定制酯模式为设计靶向应用的果胶提供了一条途径。

**引言**
果胶的甲酯化模式（MEP）包括甲酯化度（DM）以及甲酯沿均半乳糖醛酸（HG）主链的空间分布。尽管甲酯分布的功能相关性早已被认可（Grasdalen 等，1988；Kohn 等，1985），但 DM 仍然是果胶研究和工业实践中的主要参数，这主要归功于其操作优势。作为一种总体组成指标，DM 可以使用常规方法测定，并直接支持低甲酯果胶（LMP）和高甲酯果胶（HMP）的传统分类和配方（Huisman 等，2004；Kyomugasho 等，2015；May，1990）。相比之下，甲酯分布的表征传统上依赖于受控的酶解后结合色谱或质谱分析，或专门的检测方法如高分辨率核磁共振（NMR）（Daas 等，1999；Grasdalen 等，1988，1996）。这些方法更为耗时，且不易在实验室间进行标准化，这限制了甲酯分布作为常规结构参数的广泛应用。

果胶的结构受半乳糖醛酸（GalA）C-6 位上甲酯和羧基的空间分布影响，从而影响了离子配位、酶的可及性、分子间结合和网络形成。未酯化 GalA 残基的延伸序列支持二价离子的协同配位和连接区的形成，这已由早期的离子结合和果胶解酶研究确立，并后来由蛋盒模型所代表（Grant 等，1973；Kohn，1975）。许多植物果胶甲酯酶（PMEs）可通过过程性或多重攻击作用产生块状富集分布，而真菌 PME 则更常表现出非过程性或伪随机作用。然而，最终分布取决于酶的来源、pH 值、离子强度、底物 DM 和反应程度（Denès 等，2000；Grasdalen 等，1996；Kohn 等，1985；Limberg 等，2000）。碱皂化通常产生更随机的游离羧基分布，但可能同时诱导 β-消除型解聚（Albersheim 等，1960；Kim 等，2018）。因此，除非直接表征分布并充分控制分子量（Mw）及其他协变结构特征，否则酶法和化学修饰果胶之间的功能差异不能归因于甲酯分布。

序列分辨分析方法的进步和结构匹配的果胶模型使得能够更严格地评估甲酯分布，同时最大限度地减少 DM 和其他协变结构特征的干扰。在早期核磁共振（NMR）和酶指纹图谱研究的基础上，最近的工作流程整合了内聚多聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）和果胶裂解酶消化，并结合高效阴离子交换色谱 - 脉冲电化学检测（HPAEC–PAD）和亲水相互作用液相色谱 - 质谱（HILIC–MS），以分辨源自未酯化和甲酯化 HG 结构域的标志性寡半乳糖醛酸苷（Grasdalen 等，1988；Jermendi 等，2022；Limberg 等，2000；Yu 等，2022）。同时，由同一亲本材料制备的果胶系列减少了来源相关的变异性，并改善了对伴随分子结构变化的控制，从而加强了对甲酯分布影响的评估（Winning 等，2007）。这些方法学进展拓宽了该领域，从其既定的 Ca2+ 结合和凝胶化重点扩展到界面行为、消化、肠道反应和面向应用的果胶设计（Beukema 等，2022；Park 等，2024）。与方法学和功能扩展一致，对 2010 年至 2025 年 Web of Science 记录的文献计量分析确定了 272 篇 MEP 相关出版物，2019 年后出版物产量显著增加，并在 2023 年达到峰值（图 1A）。关键词共现网络进一步将 2010 年至 2025 年发表的研究分为六大主题：物理化学性质、凝胶化与微观结构、结构表征与分析方法、生物活性、果胶来源与提取以及食品应用（图 1B）。

尽管这些领域已有研究，但在以 MEP 为中心的结构 - 功能框架内的整合仍然有限。因此，本综述将 MEP 的生成和表征与其对分子结构、物理化学行为、分子间相互作用、生物活性和食品应用的影响联系起来。特别强调区分既定原则与最新进展，评估 MEP 特异性效应的证据强度，并确定分离甲酯分布与 DM 及其他协变结构特征所需的分析和实验要求。

**章节片段**

**果胶酯化的历史发展与认知演变**
在甲酯分布成为独立研究焦点之前很久，果胶甲酯化就被认为是化学和技术上重要的结构特征。早期研究检查了天然果胶的酯化度（Norman，1928）。后来的专著综合了其化学和技术意义，包括其对果胶溶解度、凝胶化和加工性能的影响（Doesburg，1965；Kertesz，1951）。DM，历史上称为酯化度

**果胶酯化修饰**
如 2.2 节所述，酯化修饰不仅应根据 DM 的变化进行评估，还应根据其对甲酯分布、主链完整性和分子大小的影响进行评估。修饰果胶甲酯化模式的主要策略及其相关的结构和功能变化总结在图 4 中。

**果胶甲酯化模式的表征**
如 2.2 节所述，DM 和甲酯的空间分布是相关但不同的结构参数，每个参数都需要专门的分析方法。因此，可靠地表征酯化模式取决于结合使用量化酯含量的方法和分辨酯化与非酯化残基序列组织的方法。确定总体 DM、分子内甲酯的主要分析方法

**酯化模式对果胶结构的影响**
果胶甲酯化通过改变甲酯化 GalA 残基的比例和分布来修饰 HG 的一级结构（Jermendi 等，2022；Yu 等，2022），并对链构象和高级组装产生影响。DM 主要改变电荷密度和疏水性之间的总体平衡，而甲酯分布决定了这些特征如何沿主链局部排列。这些差异可能会影响链柔韧性和

**酯化模式对果胶物理化学性质的影响**
甲酯化模式的差异通过改变电荷分布、局部疏水性、分子间结合和网络组织，促成果胶宏观物理化学行为的差异。DM 建立了亲水性和疏水性之间的总体平衡，而分布模式影响带电或甲酯富集结构域是空间聚集还是更均匀地分散。

**果胶与多糖的相互作用**
多糖结合是调节食品质构和流变性的实用方法。果胶与其他多糖的相容性对甲酯化模式高度敏感。DM 影响界面行为占主导地位的相互作用模式：HMP 倾向于通过氢键和疏水相互作用稳定体系，而 LMP 更依赖静电相互作用，并且更易受空间位阻限制（Chen 等，2023；Liu 等，2025；Reichembach 等，2024

**酯化模式对果胶生物活性的影响**
目前将果胶甲酯化模式与生物活性联系起来的证据仍不均衡。与 DM 相关的效应通常比归因于甲酯分布的效应有更好的支持。在许多研究中，比较的果胶在分子量（Mw）、分支、来源或加工历史方面也存在差异。这些差异限制了对生物反应归因于 DB 或 DBabs 单独因素。因此，以下章节区分了报告的观察结果和提出的机制。主要途径

**酯化模式对果胶食品应用的影响**
商业果胶主要用作凝胶剂和稳定剂，DM 仍然是产品选择的主要标准。常规 HMP 在酸性、高可溶性固体产品（如果酱和果冻）中形成凝胶，而 LMP 通过 Ca2+ 介导的凝胶化实现低糖配方。在 LMP 中，甲酯分布通过改变可用于 Ca2+ 结合和连接区形成的未酯化 GalA 序列的连续性进一步影响凝胶化。除了凝胶化之外，

**结论与未来展望**
本综述考察了果胶甲酯化模式的发展、修饰、表征和功能意义，特别关注 DM、分子内甲酯分布和分子间异质性。总之，现有证据表明，果胶的功能性不能仅从 DM 来解释。分子内甲酯分布提供了额外的结构信息，其效应最清晰地体现在 Ca2+

**CRediT 作者贡献声明**
刘建华：写作 – 审阅与编辑，监督，调查，资金获取。何建飞：写作 – 审阅与编辑。苗范辉：写作 – 原始草稿，可视化，形式分析。唐伟：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，可视化，方法论，概念化

**未引用的参考文献**
May，1990。

**利益冲突声明**
作者声明，他们没有任何已知的可能影响本论文报告工作的竞争财务利益或个人关系。

**数据可用性**
本文章中描述的研究未使用数据。

**缩写**
| 缩写 | 全称 |
| :--- | :--- |
| ABTS | 2,2'-偶氮双 (3-乙基苯并噻唑 -6-磺酸) |
| AEC | 阴离子交换色谱 |
| AFM | 原子力显微镜 |
| ALMP | 酰化低甲酯果胶 |
| CFU | 菌落形成单位 |
| DB | 块状度 |
| DBabs | 绝对块状度 |
| DBabsMe | 高度甲酯化片段的绝对块状度 |
| DBMe | 高度甲酯化片段的块状度 |
| DM | 甲酯化度 |
| DPPH | (2,2-二苯基 -1-三硝基苯肼) |

**资助**
本研究获得国家自然科学基金（编号：32302287）、浙江省自然科学基金探索项目（编号：LMS26C200005）、国家自然科学基金（编号：32673154，32272473 & 32402296）、浙江省自然科学基金（编号：LR23C200003 & LQN25C200007）、浙江省重点研发计划（编号：2025C04042 & 2025C01101）以及企业联合项目的资助。

**企业联合项目利益冲突声明**
? 作者声明，他们没有任何已知的可能影响本论文报告工作的竞争财务利益或个人关系。

唐伟 | 苗范辉 | 何建飞 | 刘建华