2.4分子结构对果胶聚集体界面性质的影响

界面张力是表征乳化剂在油-水界面的吸附行为与界面性质的关键指标。图4展示了不同分子结构果胶在10 mg/mL条件下（高于临界聚集质量浓度）向油-水界面吸附过程中的界面张力变化。结果表明，所有果胶样品在油-水界面吸附过程中，界面张力均在短时间内迅速降低，并最终趋于平衡，表明果胶具有界面活性，能够有效吸附在油-水界面并降低界面张力。此外，不同分子结构的果胶样品在油-水界面吸附过程中达到平衡界面张力所需的时间和最终界面张力不同，反映出不同分子结构的果胶在界面性质方面存在差异。

图4不同酯化度（A）与分子质量（B）的果胶在油-水界面吸附过程中的界面张力

对于不同酯化度的果胶，随着酯化度升高，果胶在界面吸附达到平衡界面张力所需的时间缩短，且最终的界面张力也更低（图4A）。具体而言，酯化度为35%的果胶，达到平衡态界面张力的时间约为25.4 min，最终界面张力为24 mN/m；酯化度为73%的果胶，达到平衡态界面张力的时间约为16.7 min，最终界面张力为18 mN/m。这可能是由于酯化度更高的果胶形成的聚集体尺寸更小、内部疏水性更强，因而向油-水界面扩散更快；此外，聚集体在油-水界面吸附之后，彼此间的空间位阻更小，界面上可分布更多聚集体，从而使界面张力降低更多。这些结果表明，提高果胶的酯化度可以增强其界面活性。

对于不同分子质量的果胶，分子质量为0.55×105 Da的果胶达到平衡界面张力所需的时间最短（约为9.7 min），且最终界面张力最低（约为15.50 mN/m）（图4B）。随着分子质量的增加，果胶在油-水界面吸附达到平衡界面张力所需的时间逐渐延长，且最终达到的界面张力升高；当分子质量增加至1.30×105 Da时，达到平衡界面张力所需的时间延长至16.7 min，最终界面张力上升至18 mN/m。尽管低分子质量果胶形成的聚集体内部疏水微区体积较小且极性较高，可能对其界面性质产生不利影响，但由于聚集体整体尺寸较小，使其能够更快地扩散并吸附至油-水界面，形成紧密的排布，从而在界面上提供较高的疏水微区密度，进而更有效地降低了界面张力。

2.5分子结构对果胶聚集体乳化性能及乳液稳定性的影响

为考察不同分子结构果胶的乳化性能，以不同分子结构的果胶作为乳化剂，在10 mg/mL条件下（高于临界聚集质量浓度）构建乳液，并考察了新鲜制备乳液和贮藏7 d乳液的粒径。由图5A可知，当果胶酯化度由35%提升至73%时，新鲜乳液的粒径由1 283 nm逐渐减小至937 nm。此外，果胶酯化度增加还可显著改善乳液的稳定性。例如，酯化度为35%果胶稳定的乳液贮藏7 d后，其粒径显著增长至1 970 nm；而酯化度为73%果胶稳定的乳液贮藏7 d后，粒径保持相对稳定，仅为1 056 nm。提高酯化度对果胶乳化性能的改善作用，主要归因于以下原因：随着果胶酯化度的增加，其形成的聚集体尺寸减小，内部疏水性增强，这有利于其在油-水界面快速吸附，并且能够更有效地降低界面张力，进而表现出更优异的乳化性能和更高的乳液稳定性。

图5不同酯化度（A）与分子质量（B）果胶稳定的乳液在第0天和第7天的粒径

对于不同分子质量果胶稳定的乳液，较低分子质量果胶所稳定的乳液具有更小的粒径。当果胶分子质量从0.55×105 Da增加至1.30×105 Da时，所稳定的乳液粒径从655 nm增加至937 nm（图5B）。这一现象可能与低分子质量果胶所形成的聚集体具有更优异的界面性质有关。然而，值得注意的是，尽管低分子质量果胶乳液具有较小的初始粒径，但其稳定性较差，在贮藏7 d后粒径明显增加。分子质量为0.55×105 Da果胶所稳定的乳液贮藏7 d后，其粒径从655 nm增长至1 120 nm；相比之下，分子质量为1.30×105 Da果胶所稳定的乳液，尽管初始粒径较大，但贮藏7 d后粒径仅略微增加。这可能与不同果胶在油-水界面所形成的界面膜结构存在差异有关。

2.6不同结构果胶的界面吸附量和吸附层厚度分析

为了深入研究造成不同乳液稳定性差异的原因与机制，进一步考察了不同结构果胶在界面的吸附量与界面层厚度。如图6A所示，随着果胶酯化度的增加，果胶界面吸附量逐渐增加，而吸附层厚度则不断减小。当酯化度从35%增加至73%时，界面吸附量从54.4 ng/cm2增长至95.9 ng/cm2，增加了50%以上，吸附层厚度由76.9 nm降低至43.6 nm。这主要归因于酯化度升高导致果胶聚集体尺寸减小、结构致密化以及内部疏水性增强，从而在界面形成结构紧凑、吸附力强的界面层。因此，低酯化度果胶乳液在贮藏过程中粒径增长显著，而高酯化度果胶乳液在贮藏过程中粒径仅有少量增长。

图6不同酯化度（A）、分子质量（B）果胶在界面的吸附量与吸附层厚度

如图6B所示，分子质量为0.55×105 Da的果胶在界面的吸附量最高（127.3 ng/cm2）、吸附层最薄（16.8 nm）；随着分子质量增加，吸附量逐渐降低、吸附层厚度逐渐增加，分子质量增加至1.30×105 Da时，界面吸附量降低至95.9 ng/cm2，吸附层厚度增加至43.6 nm。尽管分子质量较高果胶形成的界面吸附层较为疏松，但其乳液的稳定性反而较好。这表明果胶乳液的稳定性并非仅取决于界面吸附层的致密程度，还可能与吸附层的疏水性密切相关。由于低分子质量果胶形成的聚集体内部疏水性较弱，对界面的吸附作用较弱，贮藏过程中易于从界面脱附，导致乳液合并、粒径显著增长；而分子质量较高果胶形成的聚集体内部疏水性较强，可与界面发生较强的结合，稳定地吸附在界面，使乳液在贮藏过程中较为稳定。因此，高分子质量果胶虽然界面吸附量较低，但由于其疏水性更强，能够形成更稳定的界面层，从而提高乳液的稳定性。

3结论

本研究采用化学脱脂、酸水解制备了不同酯化度与分子质量的果胶，研究了分子结构对果胶的聚集行为、聚集体结构、界面性质及乳化性能的影响规律，从聚集体的角度揭示了酯化度与分子质量对果胶乳化性能的潜在调控机制。结果表明，随着酯化度增加，果胶形成的聚集体尺寸更小、内部疏水性更高，向油-水界面扩散、吸附得更快，在界面的吸附量增加，并形成紧凑的吸附层，使界面张力降低更多，最终展现出更强的乳化性能。当分子质量增加，果胶聚集体尺寸增大，向界面扩散、吸附得更慢，吸附量降低，最终界面性质与乳化性能均变差；但由于聚集体内部疏水性增强，与界面结合得更紧密，乳液在贮藏过程中反而更稳定。果胶聚集体结构特性与其界面行为的关联仍需深入研究。本研究从介观结构的角度为果胶乳化性能调控提供了新的认识，并为其他生物大分子乳化剂的乳化性能研究提供思路与方法。

原文出处：赵少杰,缪立平,康源,等.酯化度、分子质量对果胶乳化性能的调控机制[J].食品科学,2025,46(18):36-43.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250317-131.