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国家自然科学基金|河北农业大学桑亚新教授、田桂芳副教授:蒸汽爆破预处理对柑橘皮果胶结构和乳化稳定性的影响

2026-10-28 14:29:53

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入选中国科技期刊卓越行动计划

本文获国家自然科学基金（31901656）。

河北农业大学食品科技学院的杨筱含，毛可敏，孙婧文，梁紫鑫，田桂芳，桑亚新等人介绍了柑橘副产物作为果胶提取原料的背景与价值，指出果胶因其结构特点可作为乳化剂，但天然柑橘果胶的复杂结构影响其乳化稳定性。蒸汽爆破（SE）作为一种预处理技术，能有效破坏生物质结构并提高功能成分提取率，但目前针对SE对果胶结构及乳化稳定性影响的研究有限。因此，本研究采用SE预处理柑橘皮，提取果胶并制备乳液，旨在分析SE对柑橘皮果胶结构、物化特性及乳化稳定性的影响，为SE技术的食品应用和柑橘副产物再利用提供参考。

摘要：为了研究蒸汽爆破（Steam explosion，SE）预处理对柑橘皮果胶（Citrus peel pectin，CP）结构和乳化稳定性的影响，本研究采用 SE（0.3 MPa、0.45 MPa，3 min）技术处理柑橘皮后提取果胶，并制备了水包油（O/W）乳液。采用高效液相色谱、傅里叶红外光谱和核磁共振波谱等方法对 CP 的结构特征进行表征，采用界面张力仪、激光粒度仪和激光共聚焦显微镜等方法对 CP 的乳化稳定性进行表征。结果表明 SE 预处理破坏了柑橘皮的组织结构，有利于果胶的释放和溶出，SE-0.3 MPa 处理后的 CP 得率显著增加（P<0.05），由未经预处理时的 7.59% 增至 21.17%；SE 预处理降低了 CP 的分子量，由未经预处理时的 318.41 kDa 分别降至 114.22 kDa（0.3 MPa）和48.26 kDa（0.45 MPa），有利于 CP 在 O/W 乳液界面的吸附；SE-0.3 MPa 处理后的 CP 稳定的乳液粒径显著降低（P<0.05），由未经预处理时的 9.31 μm 降至 5.43 μm，且在 25 ℃ 下储存 21 d 后，乳液无显著乳析和分层现象，粒径大小无显著增加。该研究为 SE 技术在柑橘副产物的综合利用提供了理论参考。

PART.01
结果

研究了蒸汽爆破（SE）预处理对柑橘皮果胶得率、结构特性及乳化稳定性的影响。结果表明，适当的SE处理（0.3 MPa）可显著提高果胶得率至21.17%，并改善其分子均一性，但过高压力（0.45 MPa）会导致果胶降解，得率下降。SE处理会降低果胶分子量、粒径和黏度，并引起部分脱酯化，同时改变其主链和侧链结构。这些结构变化影响了果胶的乳化性能：经SE处理的果胶能更快吸附于油水界面，形成更稳定、粒径更小的乳液，且在长期储存中表现出更好的稳定性。研究指出，乳液稳定主要依靠空间位阻作用，而非静电相互作用。

图 1 不同蒸汽爆破预处理条件下的柑橘皮

Fig.1 Citrus peels under different SE pretreatment conditions

图 2 不同蒸汽爆破预处理条件下果胶的得率

Fig.2 Yield of pectin under different SE pretreatment conditions

注：图中不同小写字母表示差异显著，P<0.05；图 4 同。

表 1 不同蒸汽爆破预处理条件下果胶的分子量、多分散性指数和酯化度

Table 1 Mw, polydispersity index and DE of pectin under different SE pretreatment conditions

表 2 不同蒸汽爆破预处理条件下果胶的单糖组成和半乳糖醛酸含量

Table 2 Monosaccharide composition and galacturonic acid

of pectin under different SE pretreatment conditions

注：GalA，半乳糖醛酸；Ara，阿拉伯糖；Gal，半乳糖；Rha，鼠李糖；Glu，葡萄糖；Xyl，木糖；Man，甘露糖；GalA/（Ara+Gal+Rha+Xyl）表示果胶的线性程度，Rha/GalA表示果胶支链的分支程度。

图 3 不同蒸汽爆破预处理条件下果胶的 FT-IR（A）和NMR（B）图谱

Fig.3 FT-IR (A) and NMR (B) spectra of pectin under different SE pretreatment conditions

图 4 不同蒸汽爆破预处理条件下果胶的粒径（A）和 Zeta电位绝对值（B）

Fig.4 Particle size (A) and Zeta potential absolute value (B)

of pectin under different SE pretreatment conditions

图 5 不同蒸汽爆破预处理条件下果胶的 AFM 图像

Fig.5 AFM images of pectin under different SE pretreatment conditions

图 6 不同蒸汽爆破预处理条件下果胶的黏度

Fig.6 Viscosity of pectin under different SE pretreatment conditions

图 7 果胶稳定乳液的界面张力

Fig.7 Interfacial tension of pectin-stabilized emulsions

图 8 果胶稳定鲜乳液的 CLSM 图像

Fig.8 CLSM images of pectin-stabilized fresh emulsions

图 9 果胶稳定的鲜乳液及静置 21 d 后乳液的粒径（A）和鲜乳液的 Zeta 电位绝对值（B）

Fig.9 Emulsification stability of pectin-stabilized emulsions droplet size of fresh and 21-day stored emulsions (A) and Zeta potential absolute value of fresh emulsions (B)

注：小写字母表示不同处理条件下的显著性差异，大写字母表示同一处理条件下的显著性差异（P<0.05）。

图 10 果胶稳定的鲜乳液和静置 21 d 后乳液的图片

Fig.10 Picture of pectin-stabilized fresh emulsion and after standing for 21 days

PART.02

结论

SE预处理能显著提高柑橘皮果胶得率，破坏果胶分子链，降低分子量并使其分布更均匀；同时可降低果胶的酯化度，是一种绿色获取低酯化度果胶的技术。经0.3 MPa处理后，果胶乳液粒径减小，稳定性增强，在储存期间无明显分层现象。研究为柑橘副产物再利用和SE技术的食品加工应用提供了参考。

PART.03

思维导图

引用本文：杨筱含，毛可敏，孙婧文，等. 蒸汽爆破预处理对柑橘皮果胶结构和乳化稳定性的影响[J]. 食品工业科技，2026，47（7）：114−121. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2025030195.

Citation：YANG Xiaohan, MAO Kemin, SUN Jingwen, et al. Effect of Steam Explosion Pretreatment on Citrus Peel Pectin Structure and Emulsification Stability[J]. Science and Technology of Food Industry, 2026, 47(7): 114−121. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2025030195.

通信作者简介

桑亚新，男，1972年出生，河北农业大学副校长，食品科技学院教授、博士生导师，日本筑波大学访问学者。教育部食品科学与工程专业教指委委员，中国食品科技学会第二届青年委员，河北省食品学会秘书长，河北省海洋学会常务理事，国家食品安全管理体系（HACCP）审核专家，国家注册有机食品审核员。担任《Journal of Agricultural and Food Chemistry》《Food Microbiology》《Food Control》《Modern Food Science and Technology》等多个学术期刊的审稿人。已从事食品科研、教学和生产一线工作20余年，主要研究方向为：农副产品综合加工利用、益生菌与益生元和食品微生物等领域。获得省级科技进步一等奖3项，省级二等奖和三等奖各1项，国家教学成果二等奖和河北省教学成果一等奖各1 项，市厅级奖励30余项；主持国家“十四五”重点研发计划“乡村产业共性关键技术研发与集成应用”专项——特色干果产业关键技术研究与应用示范（项目编号2022YFD1600400），主研“十三五”重点研发计划“食品安全关键技术研发”专项——“重要食品真实性多维鉴别检测关键技术研究”子课题“食品产地精准溯源技术研究”和“食品内源性身份特征甄别技术研究”；主持国家“十二五”公益性行业科研专项——贝类副产物加工利用共性关键技术研究（NO.200805046-4）和扇贝对虾副产物综合利用关键技术研究与中试（NO.201205031-0105），其他省部级科研项目20余项，主编“食品微生物学”等教材专著10余部，发表高水平论文70余篇，申请国家发明专利20余项，获得国家发明专利8项，转化2项。

（以上信息来自于网络）

田桂芳，副教授，硕士生导师，美国麻省大学食品科学系访问学者，现任河北农业大学食品科技学院食品科学与工程系党支部书记、系副主任、河北省食品学会副秘书长、中国农学会食物与营养专委会委员、Journal of the Science of Food and Agriculture副编辑、Frontiers in Nutrition客座编辑、eFood期刊青年编委、《食品研究与开发》青年编委，国家自然基金评审专家；主要从事果品及水产品加工与营养健康研究，目前主持国家自然科学基金、河北省重点研发等多项国家、省部级及校企合作项目；先后在Food Hydrocolloids、Ultrasonics Sonochemistry、Carbohydrate Polymers、Food Chemistry、Food & Function等期刊发表高水平学术论文，累计发表论文50余篇，其中以第一作者或通讯作者身份发表论文22篇；合作申请专利40项，其中授权15项，授权发明专利6项，参编《果蔬花卉无废弃加工技术与应用》书籍1部。

（以上信息来自于网络）

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