Food Hydrocolloids | 从“甲酯化度”到“甲酯化模式”：果胶结构与功能关系的研究进展

Food Hydrocolloids | 从“甲酯化度”到“甲酯化模式”：果胶结构与功能关系的研究进展 | 浙江工业大学刘建华、唐炜

展源 2026-10-23

Food Hydrocolloids | 从“甲酯化度”到“甲酯化模式”：果胶结构与功能关系的研究进展 | 浙江工业大学刘建华、唐炜

近日，浙江工业大学食品科学与工程学院唐炜讲师、刘建华教授等在国际食品科学期刊 Food Hydrocolloids 在线发表题为“How methyl esterification patterns shape pectin structure and functionality: From controlled modification to function”的综述论文。

该论文围绕果胶甲酯化模式（methyl esterification pattern，MEP）这一重要结构特征，系统梳理了果胶甲酯化模式的调控策略、表征方法及其对结构与功能的影响，重点讨论了甲酯基团分布在果胶分子间相互作用、凝胶形成及食品应用中的作用，并对现有研究证据及未来研究方向进行了分析。

研究背景：为什么果胶功能不能只看甲酯化度？

果胶是一类广泛存在于植物细胞壁中的天然多糖，具有良好的凝胶、增稠和稳定等功能，在食品加工及相关领域具有重要应用价值。长期以来，甲酯化度（degree of methylesterification，DM）一直是描述果胶结构特征和预测其功能性质的重要指标，也是区分高甲酯果胶与低甲酯果胶的主要依据。

然而，具有相近甲酯化度的果胶，其理化性质和功能表现并不一定相同。这是因为DM仅反映半乳糖醛酸残基的平均甲酯化水平，无法描述甲酯基团在果胶分子链上的具体分布。例如，在相同DM条件下，未甲酯化半乳糖醛酸残基可能形成连续区段，也可能较为分散地分布于分子链上，从而影响果胶与Ca²⁺的相互作用及凝胶网络形成。

因此，仅依靠DM难以完整解释果胶的结构与功能关系。近年来，研究者逐渐将关注点从甲酯化程度拓展至甲酯化模式，即同时考虑甲酯化水平、分子链内甲酯基团的分布以及不同分子之间的甲酯化异质性。

从“甲酯化程度”到“甲酯化模式”的研究视角转变，不仅拓展了果胶结构的描述维度，也为深入理解其结构与功能之间的关系提供了新的思路。

图文摘要：果胶甲酯化模式的改性、表征及其对结构与功能的影响

论文摘要：果胶的功能不仅取决于甲酯化度（DM），还与甲酯基团沿均聚半乳糖醛酸（HG）主链的分布方式有关。DM能表示总体甲酯化水平，却无法反映甲酯基团沿分子链的具体分布方式，也无法描述不同果胶分子之间的甲酯化差异。本综述整合了果胶甲酯化模式的历史基础、调控方法和分析技术，评估了DM及甲酯基团分布对果胶结构、理化性质、分子间作用、生物活性和食品应用的影响。论文区分了已有较充分证据支持的经典研究结论与仍需进一步验证的新兴研究发现。连续的未甲酯化半乳糖醛酸（GalA）区段有利于Ca²⁺协同配位和网络形成，目前，甲酯基团分布对Ca²⁺结合、凝胶形成及流变行为的影响具有较为充分的研究证据。相比之下，甲酯分布对链构象、界面行为、冷冻保护和生物活性的独立贡献仍缺少结构匹配样品的严格实验探究。

论文明确了果胶甲酯化模式（methyl esterification pattern，MEP）的三个层次：整体DM、同一分子内的甲酯基团分布，以及不同分子之间的甲酯化异质性。嵌段度（DB）反映未甲酯化GalA在可利用未甲酯化部分中的聚集程度；绝对嵌段度（DB_abs）反映连续未甲酯化区段相对于全部GalA的丰度。因此，DB应与DM、DB_abs联合解读。论文比较了提取与加工、植物或微生物来源果胶甲酯酶处理、碱性皂化及再甲酯化等调控路线。植物PME常表现较强的连续作用倾向，而许多真菌或细菌PME往往产生更分散的分布，但这些结果同时受酶源、pH、离子强度、底物DM和反应终点影响。碱性皂化通常使游离羧基更随机地分布，但也可能伴随β-消除和分子量降低。因此，不能仅根据改性方法推定甲酯分布。

此外，论文提出了互补表征思路：滴定、甲醇释放法或FT-IR可用于测定整体DM；内切聚半乳糖醛酸酶或果胶裂解酶指纹可提供DB、DB_abs及富甲酯区段信息；色谱-质谱和高分辨质谱可分析寡聚体片段的聚合度与甲酯组成；核磁共振可提供局部甲酯环境信息；分子量和电荷分级则用于揭示分子间异质性。通过不同分析方法的互补与结合，可以更加全面地表征果胶甲酯化模式。最后，论文讨论了MEP对凝胶与增稠、乳液和酸化乳制品稳定、包装与递送以及冷冻食品保护的影响。在DM接近时，较高的嵌段性往往有利于Ca²⁺结合和凝胶网络形成；但对乳化、消化、冰重结晶抑制和生物活性而言，分子量、支化度、乙酰化程度、植物来源、配方和加工条件往往同时变化，尚不能将功能差异简单归因于某一种甲酯化模式。

图1. 果胶甲酯化模式研究的文献计量图谱。数据来自2010—2025年Web of Science核心合集，经相关性筛选后使用VOSviewer可视化。（A）关键词演化叠加图，节点颜色表示平均发表年份；（B）关键词共现网络，展示理化性质与凝胶微结构、生物合成与植物细胞壁定位、制备与结构表征、消化与肠道健康等主要研究主题。

图2. 果胶甲酯化研究的历史发展：从甲酯含量分类、果胶甲酯酶去酯化和Ca²⁺结合机制，逐步发展到局部甲酯分布表征与可控调节。

图3. 部分甲酯化HG中DM、DB和DBabs的示意图。DM表示甲酯化GalA残基的平均比例；DB表示未甲酯化GalA在可利用未甲酯化部分中的聚集程度；DBabs表示连续未甲酯化区段相对于全部GalA的丰度。比较不同甲酯化水平的果胶时，应结合DM、DB和DBabs进行综合分析。

图4. 果胶甲酯化模式的调控策略及相关结构变化。

图5. 果胶甲酯化模式的互补表征框架，综合DM、DB/DB_abs、寡聚体片段分析、分子量异质性和电荷异质性，同时描述链内与分子间的甲酯化特征。

图6. 与不同甲酯化模式果胶相关的生物活性路径与机制。（A）肠道微生物发酵及短链脂肪酸产生；（B）肠屏障与炎症信号调节；（C）金属螯合和自由基清除的潜在抗氧化机制；（D）低或中等DM及部分高嵌段果胶的降糖相关路径。需要指出，图中同时包含已有文献报道的作用机制和基于现有证据提出的潜在机制，不同生物学效应的证据强度存在差异。