低温酶催化丙氨酸酰胺化改性果胶：高粘度与凝胶性能增强的机制及应用

　　为解决果胶(pectin)低粘度、严格凝胶条件限制其在食品和生物医学领域应用的问题，研究人员通过木瓜蛋白酶(papain)催化低温酰胺化反应，成功制备丙氨酸改性果胶(Ala-Pe)，嫁接率达13.51%。该改性显著提升了果胶在酸性(pH 3)和高钙离子浓度下的粘弹性与凝胶性能，为开发高性能果胶衍生物提供了环保低能耗新策略。

　　

果胶作为一种天然酸性多糖，在食品和医药领域应用广泛，但其固有缺陷——低粘度和苛刻的凝胶条件（需高糖、高酸或高钙离子浓度）严重制约了其应用潜力。尤其在追求低糖健康的现代食品工业中，传统高酯(HM)和低酯(LM)果胶难以满足需求。相比之下，魔芋葡甘露聚糖、琼脂等胶体具有显著更高的粘度，迫使果胶需要通过高添加量实现同等效果，这既不经济也不高效。如何通过分子改性突破果胶的性能瓶颈，成为研究者亟待解决的课题。

厦门市智能渔业重点实验室等机构的研究人员独辟蹊径，选择中性氨基酸丙氨酸(Ala)对果胶进行酰胺化改性，通过木瓜蛋白酶催化低温反应，成功制备出丙氨酸-果胶复合物(Ala-Pe)，系统揭示了其结构-性能关系。该研究发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为开发高性能果胶衍生物提供了新思路。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)和X射线光电子能谱(XPS)进行结构验证，通过流变学测试分析粘弹性和凝胶行为，结合分子构象模拟探讨改性机制。实验选用D-半乳糖醛酸含量>74%、平均分子量109,625的果胶为原料，在优化反应条件下实现13.51%的嫁接率。

FTIR、NMR和XPS分析
FTIR谱图中新出现的1540 cm^-1
（酰胺II带）和1645 cm^-1
（酰胺I带）特征峰证实了酰胺键形成。¹
H NMR显示5.2 ppm处新峰对应丙氨酸α-氢，XPS的N 1s谱中399.8 eV峰进一步确认了-CONH-结构。这些结果确证了丙氨酸通过酰胺键成功嫁接至果胶骨架。

流变学性能
改性后果胶储能模量(G')和损耗模量(G")显著提升，在pH 3和50 mM Ca²⁺
条件下，Ala-Pe的G'达到未改性果胶的3.2倍。疏水相互作用和分子链柔性增强是性能改善的关键：丙氨酸的非极性侧链促进了分子间疏水缔合，而酰胺键取代部分羧基后降低了静电排斥，使分子链更易形成三维网络。

分子构象变化
原子力显微镜(AFM)显示改性后果胶分子从刚性线状转变为柔性分支结构，分子高度从0.8 nm增至1.5 nm。这种构象变化增大了流体力学体积，是粘度提升的结构基础。

结论与意义
该研究首次阐明中性氨基酸酰胺化对果胶性能的调控机制：①丙氨酸的疏水侧链增强分子间作用力；②酰胺键引入优化分子柔性；③在酸性/高钙环境中形成更稳定的凝胶网络。相比传统化学改性，低温酶催化工艺更环保节能。所得Ala-Pe兼具高粘度和宽pH适应性，可应用于低糖果酱、药物缓释载体等领域。这项工作为基于氨基酸特性的果胶分子设计提供了理论框架，推动了功能性多糖材料的创新发展。