几种微生物多糖的应用研究

几种微生物多糖的应用研究 - 0 - 目录 几种微生物多糖的应用研究 0 引言 - 2 - 0.1 微生物多糖的结构 - 2 - 0.2 微生物多糖的性质 - 2 - 0.3 应用前景 - 3 - 1 黄原胶 (Xanthan Gum) - 5 - 1.1 黄原胶概述 - 5 - 1.2 黄原胶的性能 - 5 - 1.3 黄原胶的应用 - 6 - 1.3.1 在食品工业中的应用 - 6 - 1.3.2 在化妆品和制药上的应用 - 7 - 1.3.3 在农业上的应用 - 7 - 1.3.4 在纺织印染工业上的应用 - 7 - 1.3.5 在石油工业上的应用 - 7 - 1.3.6 在造纸工业上的应用 - 7 - 1.3.7 在其他工业上的应用 - 8 - 2 结冷胶 (Gellan Gum)- 8 - 2. 1 结冷胶概述 - 8 - 2.2 结冷胶的性能 - 9 - 2.3 结冷胶的应用 - 9 - 2.3.1 用于中华面、荞麦面、切面 - 10 - 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 1 - 2.3.2 用于软性糕点生产 - 10 - 2.3.3 用于生产人造食品 - 10 - 2.3.4 用于生产饼馅和布丁 - 10 - 2.3.5 用于焙烤制品的涂层或浇料 - 10 - 2.3.6 用于乳制品 - 10 - 2.3.7 用于饼干生产 - 10 - 2.3.8 用于其他食品 - 11 - 2.4 国内外市场前景 - 11 - 3 短梗霉多糖 ( Pullulan)- 12 - 3.1 短梗霉多糖概述 - 12 - 3.2 短梗霉多糖的性质 - 12 - 3.3 短梗霉多糖的应用 - 13 - 3.3.1 在食品工业上的应用 - 13 - 3.3.2 在农业上的应用 - 14 - 3.3.3 在工业中的应用 - 14 - 3.3.4 在化妆品上的应用 - 15 - 3.3.5 在医药方面的应用 - 15 - 4 热凝胶 (Curdlan) - 15 - 4.1 热凝胶概述 - 15 - 4.2 热凝胶的性能 - 16 - 4.3 热凝胶的应用 - 16 - 4.3.1 在食品工业中的应用 - 16 - 4.3.2 在医药中的应用 - 17 - - 2 - 4.3.3 在其他工业中的应用 - 18 - 5 国内外研究动态 - 18 - 6 结语 - 20 - - 0 - 几种微生物多糖的应用研究 2008 级生物工程专业 孟蕾 文摘：多糖是许多工业生产中的关键成分，主要用作增稠剂、悬浮剂或胶凝剂。这些 多糖主要取自高等植物、海藻及大型真菌。近年来，由于微生物发酵多糖具有结构与功能 稳定、价格便宜和用量低等优点而日益受到人们的广泛关注。本文对几种微生物多糖：黄 原胶、结冷胶、短梗霉多糖、热凝胶的结构与功能及应用开发现状作了较为详实可靠的描 述，为微生物产业的研发及相关企业产品的更新换代提供了依据。 关键词：微生物多糖，性能，应用，黄原胶，冷结胶，短梗霉多糖，热凝胶，食品工 业，制药工业，食品添加剂。 Research on application of several microbe polysaccha-rides Biological Engineering MENG LEI Abstract：Polysaccharides are the essential component in many industry process, applied as thickener, suspending agent or gelatinizing agent.Those polysaccharides usually come from higher plants, algae or some kinds of mushrooms. Recently, great attentions are paid to microbe polysaccharides because of their stable structure and function, inexpensive price and low dosage in use. In this paper, several existing microbe polysaccha-rides,such as Xanthan Gum、Gellan Gum、Pullulan and Curdlan were introduced, including the structure and characteristic as well as their applications in different industry. Change for the renewal of the business enterprise product the on behalf provide the basis. Keywords: microbe polysaccha-rides, structure, application, Xanthan Gum, Gellan Gum, Pullulan,Curdlan,food industry,medicine,food additive. 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 1 - 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程专业 孟蕾 0 引言 多糖是一种天然的大分子化合物，来源于动物、植物及微生物，在海藻、真菌及高等 植物中尤为丰富。微生物来源的多糖是至今研究的比较详细的一类多糖，尤其是细菌来源 的多糖，其广泛的生物活性使得其已成为工业生产的一个重要组成部分，且越来越受到重 视。它是由醛糖和(或)酮糖通过糖苷键连接成的聚合物，作为有机体必不可少的成分，同 维持生命体机能密切相关。 人们对多糖的初始研究可追溯到 1936 年 Shear 对多糖抗肿瘤活性的发现，但微生物多 糖倍受关注是从 20 世纪 50 年代，Jeanes 等人筛选获得了黄原胶的产生菌。1964 年，原田 等人从土壤中分离到产凝结多糖(Curdlan，又称热凝多糖) 的细菌，后发现农杆菌也可以产 生该多糖。1978 年，美国人生产制造了产生于少动鞘脂类单胞菌的结冷胶。随后，小核菌 葡聚糖、短梗霉多糖、透明质酸、壳聚糖等微生物多糖又相继被人们发现。近年来又兴起 一些新型微生物多糖如海藻糖、透明质酸、壳聚糖等的研究。微生物多有广泛的应用价值， 已作为乳化剂、增稠剂、稳定剂、胶凝剂、悬浮剂、润滑剂、食品添药品等应用于石油、 化工、食品、医疗、制药保健等多个领域。为了不断开发微生物多糖的潜能，仍然需要筛 选分离新的多糖生产菌，了解多糖的生物合成，研究它们的结构、理化学特性，进一步拓 展它们的应用领域。 0.1 微生物多糖的结构 多糖是由醛糖或酮糖通过糖苷键相连接在一起的线性或分枝链状聚合物，是一类分子 机构复杂且庞大的糖类物质。多糖是生物高分子家族中的一个不可或缺的成员，它是由多 个单糖分子缩合去水而成的化合物。目前，天然多糖化合物约有 300 多种，广泛分布于动 物和植物界。一些不溶性的多糖构成植物和动物的骨架，如植物的纤维素和动物的甲壳素， 一般称为结构多糖。另一些在生物体内作为能量贮存，如淀粉和肝糖，在需要时可以通过 生物体内酶系统的作用分解，释放出单糖。还有许多多糖具有更复杂多样的生理功能，如 粘多糖、血型物质等，它们在生物体内起着重要的作用。 从形态学上讲，多糖可分为 3 类，即胞内多糖、胞壁多糖和胞外多糖。从化学组成看， 微生物多糖主要有两类，即同多糖和杂多糖。其中同质多糖是只由一种单糖缩合脱水形成 的多糖，按照糖单元的排列，同多糖又可分为直链和支链形式；杂多糖是含有两个或两个 以上(一般不超过三个或四个单糖单元)的不同单糖组成的多糖，杂多糖也可分为直链型和 支链型。 - 2 - 0.2 微生物多糖的性质 从单糖种类及聚合度方面来讲，微生物多糖种类繁多，同时还可对其进行多种修饰如 乙酰化、硫酸化、羧甲基化等，所以微生物多糖家族庞大。结构决定性质，因而微生物多 糖所呈现出的理化性质和生物活性也是多种多样的。 近年来陆续开发微生物多糖新产品，因其具有独特的理化性质，已通过不同方式应用 于石油、化工、食品和制药等多个领域。同时，某些微生物多糖具有的生物学活性如：抗 感染、抗肿瘤及抗辐射等，在临床免疫学等方面引起人们的关注。因此，对微生物多糖理 化性质，尤其是生物活性及其应用的研究不断受到人们的关注。 细菌胞外多糖除了其对细菌自身的生物学意义之外，更重要的是由于它具有安全无毒、 理化性质独特、用途广泛、易与菌体分离及可通过深层发酵实现工业化生产等优良性质而 倍受关注。 0.3 应用前景 随着科技的发展，越来越多的微生物多糖已实现工业生产，并应用到社会生活的各个 领域。由于微生物多糖具有粘着性、稳定性、凝胶性、乳化性等特点而广泛应用于食品工 业，大多数真菌多糖具有抗肿瘤、免疫调节、抗衰老、抗感染等生物学功能，可作为功能 性食品的活性成分，起保健作用。还有多种食用菌多糖具有清除自由基、提高抗氧化酶活 性和抑制脂质过氧化的活性，起到保护生物膜和延缓衰老的作用，因此在医药领域得到广 泛应用。随着经济的发展和生活节奏的加快，自然界出现了越来越多的生活废水和工业废 水，废水中常含有严重影响人类健康的可溶性重金属。由于微生物多糖含有大量的羟基和 羧基，二者能以氢键与高岭土等结合，经架桥作用絮凝使高岭土沉淀。因此在污水处理方 面应用微生物代谢产物处理废水是一个极具应用前景的处理方式。 另外，与植物多糖相比，微生物多糖生产周期短，不受季节、地域和病虫害条件的限 制，具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景。 目前，世界上微生物多糖产量在逐年增长，其中细菌胞外多糖占有很大的份额。已经 投产的细菌胞外多糖主要有：黄原胶(xanthan gum)、结冷胶 (gel lan gum)和热凝多糖( curdlan)等，这类多糖作为胶凝剂、增稠剂、润滑剂、絮凝剂、悬浮剂、成膜剂、保鲜剂 和乳化剂等广泛应用于食品、制药、石油和化工等多个领域，在经济建设与人民生活、社 会发展中发挥着重要作用。它们正在逐渐成为科学工作者研究的一个新热点，多种多样的 微生物多糖产品如图 0-1，在食品、医药及环保 10等领域发挥越来越重要的作用。 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 3 - 图 0-1 微生物多糖产品 - 4 - 1 黄原胶(Xanthan Gum) 1.1 黄原胶概述 黄原胶(Xanthan Gum)，又名黄单胞菌多糖、汉生胶、苫顿胶等，是野油菜黄单胞杆菌 (Xanthomonas Campestris)以碳水化合物为主要原料经发酵产生的一种中性胞外杂多糖，其 主链与纤维素相同，是由 -1,4 糖苷键连接的葡萄糖，每隔一个葡萄糖有一个侧链相连接， 侧链由甘露糖、葡萄糖醛酸和甘露糖组成，连接主链的甘露糖被乙酰化，在末端的甘露糖 的羟基与丙酮酸的羰基形成缩醛，如图 1-1。黄原胶是目前世界上生产规模最大、用途最 广的微生物多糖之一。 6 图 1-1 黄原胶的分子构造（M +为 Na+、K +或 Ca+） 6 早在 20 世纪 50 年代，Jeanes 等对黄原胶的产生菌进行了大量筛选，获得了许多黄原 胶产生菌，并进行了大量研究，1960 年 Kelco 公司开始进行工业性批量生产， 1961 年实现 了半商品化生产，1964 年实现了大规模商品化生产。之后，法国、英国、前苏联也相继生 产。我国于 1979 年南开大学赵大健等开始进行菌种筛选、产物鉴定和发酵条件研究，20 世纪 80 年代中开始进行小批量生产。随后，中国科学院微生物研究所、山东食品发酵研究 设计院等也开展了有关研究。目前我国有黄原胶年产量近 4000t，但仅能满足国内市场的三 分之一。 3 1.2 黄原胶的性能 黄原胶是一种类白色或浅米黄色粉末状多糖，是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳 定于一体的性能最优越的生物胶。它具有独特的性质，如在极宽的剪切率和浓度范围内保 持极高的假塑性；在热水和冷水中有良好溶解性；增粘性和悬浮力强，在低浓度下具有较 高粘度；有很高的稳定性；耐酸碱、高盐环境；抗高温、低温冷冻；抗生物酶解；抗污染 力强；可同多种物质(酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等) 互配，具满意的兼容性；有良 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 5 - 好的分散作用，乳化稳定作用。 3 在水溶液中的构象是多糖链呈双线型相互缠结，具优良的剪切稀化性能，而这种假塑 性可用于控制液体的流动。液体杀虫剂通常包括多种溶液，即形成多相系统，用黄原胶作 为悬浮剂可促进液体杀虫剂的均匀分散、悬滔稳定，而且易喷出，可改良杀虫剂附着性， 减少漂移，提高利用率。使用液体动物饲料可提高饲料利用率，具有发展前途，但液体饲 料的成份如微量元素、脂溶性维生素等易分散，加人少量黄原胶就可使液体由牛顿液体变 成假塑性流体，加上该多糖在低剪切力下呈现高粘度，可有效地悬浮饲料中不溶性成份如 氧化锌等，由此可防止在运输或长期贮存时饲料液分散。微生物多糖诸多特异性质如低浓 度下呈高粘度、假塑性、热稳定性，可与多种盐类配伍及形成有用的膜，在农业上有广泛 用途。 6 根据国家有关规定，食品级黄原胶的质量标准要求如表 1-113所示。 表 1-1 食品级黄原胶的质量标准 常规标准 微生物标准 指标名称 指标 指标名称 指标 物理状态 乳白色粉末 微生物菌数，个/g 10000 干燥失重，% 15（105，干燥 2.5h） 酵母菌，个/g 300 丙酮酸， % 1.5 霉菌，个/g 300 异丙醇，mg/kg 500 肠杆菌 重金属，mg/kg 5 沙门氏菌 溶解性 易溶于水 金黄色葡萄球菌 灰分（总量） ， % 16（105，干燥 4h） 绿脓杆菌 氮， % 1.5 野油芽黄单胞菌 砷，mg/kg 3 1.3 黄原胶的应用 1.3.1 在食品工业中的应用 黄原胶具有良好的增稠、悬浮、稳定乳化作用和冻融稳定功能，因此被广泛用于食品 工业。1969 年，美国食品和药品管理局( FDA)批准黄原胶作为食品添加剂；1983 年联合国 粮农组织和世界卫生组织(FAO/WTO)所属食品添加剂专家委员会正式批准其作为食品添加 剂，1988 年 9 月我国卫生部批准了食品级黄原胶的卫生标准，并将其列为食品添加剂。 黄原胶具较强的稳定性，一般高温杀菌对其不会有影响，而且耐盐耐酸碱，所以将其 用作各种果汁饮料、调味料的增稠稳定剂，它能使果酱、豆酱等酱体统一，涂拌性好，不 结块，易于灌装，且提高口感。 黄原胶作为乳化剂用于乳饮料中，可防止油水分层和提高蛋白质的稳定性，将其用于 各类点心、面包、饼干、糖果等食品的加工，可使食品具有更优越的保型性、更长的保质 - 6 - 期和更良好的口感。 黄原胶作为膨化剂可广泛应用于各种肉制品的加工，明显提高制品嫩度、色泽和风味， 提高肉制品的持水性，提高出品率。 作为保鲜剂处理新鲜果蔬，可防止果蔬失水、褐变。 若将黄原胶加入面制品中，能增强面团筋力，使压出的面片有韧性，降低断条率，改 善产品口感，延长产品货架期。 此外，黄原胶还被广泛用于罐头食品、冷冻食品 3中。 1.3.2 在化妆品和制药上的应用 黄原胶分子中含有大量的亲水基团，是一种表面活性物质，在化妆品上是作为赋形剂 和乳化剂使用的，它的加入可以使护肤霜和润肤霜具有良好的柔滑感觉，还可用来配制牙 膏、洗发香波、发型定型剂和染发剂等。 在制药工业上，黄原胶用于药物如抗生素的悬浮，以保证制剂的均一性 8；也可用于 含有药物的乳剂的稳定化。目前，针对黄原胶在胃肠药物的有控释放的应用进行了评价。 1.3.3 在农业上的应用 黄原胶可以使固体组分在水溶液中均匀悬浮，使乳液和多相液体系统稳定，改善杀真 菌剂、除莠剂和杀虫剂 8的流动性；其溶液独特的流变学性质也能够改进喷雾性能，减少 微细粉末的漂失，增加杀虫剂的黏附和渗入。 1.3.4 在纺织印染工业上的应用 黄原胶与印染浆中的染料有很好的相容性和悬浮稳定性，用于印染 13工业，它可以控 制染料染液的流变学性质，防止染料的迁移，使图案清晰，保持色泽鲜艳，还不会造成污 染。 1.3.5 在石油工业上的应用 在采油过程中，由于地层水的粘度比油低，易出现油带的死油区，而黄原胶是表面活 性物质，能洗涤并提取油带多孔岩石中原油。用黄原胶调制适当浓度的水溶液，使其流动 力低于地层油，将各种稠化水溶液，注入油层驱油，可以减少死油区，提高采油率，国外 早已大量采用。近年来，我国中原油田、渤海油田等也开始采用。 另外，黄原胶由于它的高粘度、保水抗盐、耐温、抗剪切性能均优于线型高分子聚合 物，比聚丙烯酸铵、变性淀粉和纤维素衍生物有较优良的特性。如优良的抗盐性 (Ca2+、 Mg2+等多价离子盐等) 和耐热性，以及用黄原胶调制的泥浆，在含 30%NaCl、90 的条件下能保证正常钻探作业，所以也适于在海上高含盐层的高石膏层钻井。黄原胶还可 以悬浮重晶石，配制加量泥浆用于压井防止井喷事故 13。 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 7 - 1.3.6 在造纸工业上的应用 抄纸时，添加于纸浆中，可降低纸浆絮凝现象，纸张成型均匀。在高浓度施胶压榨及 辊式涂布工艺中用作料液悬浮剂 13，气力涂布用作失水控制流变性的改良剂和涂布分散剂 等。 1.3.7 在其他工业上的应用 黄原胶的良好悬浮性能和独特的流变学性质，保证了陶瓷釉浆 8中的不溶成分均匀地 稳定悬浮，用于搪玻璃可减少烧成遍数，改善劳动环境；黄原胶在酸、碱性条件下仍保持 良好的黏稠稳定性，可用于配制酸性和碱性除垢剂；在消防中用作凝型抗溶泡沫灭火剂， 性能优良、适用，是消防事业上的重大突破，又可与其他阻燃物质制成阻燃剂；涂料中的 水溶性装饰、建筑耐火铸造耐火涂料的悬浮剂。 由于黄原胶具有良好的增稠性、假塑流变性、水溶性、悬浮性、乳化稳定性、耐酸耐 碱、抗盐、抗温、优良的兼容性等性能，故其应用覆盖面多达二十多个行业，用于三四十 种产品。 黄原胶的应用十分广泛，根据其产品及黄原胶的性能可总结如表 1-213所示。 表 1-2 黄原胶的用途及效果 产品 用量(%) 效用 石油业 0.20.4 流变性，是最优的钻井泥浆添加剂 方便面 0.20.3 增加韧性，改善咀嚼感，节省油耗 香肠 0.20.3 成型，改善灌肠 色拉调料 0.10.3 利于成型，防止泄水流汤 面包 0.10.2 松软，最适于含粗纤维的黑面包 冰淇林 0.10.3 质地细滑，多微孔，无冰棱 软饮料 0.010.3 悬浮剂，助泡剂，不分层，增稠度 乳化饮料 0.20.3 使杏仁、花生油与水乳化成饮料 复合肉制品 0.20.3 粘结剂，如萨拉米香肠等 糖果 0.050.3 推迟或阻止糖果中糖的结晶 农药 0.10.3 油性农药乳化剂、粘着剂 肥料 0.10.2 液体肥料的悬浮剂、粘着剂 铸铁 0.20.4 悬浮剂 重点选矿 0.21.0 增稠剂，悬浮剂 医药、化妆品 0.20.4 定型剂，悬浮剂，增稠，附着润滑 脱水食品 0.20.4 加快复原速度，保持色泽味道 烟丝 0.10.3 防止烟草碎断，烟草香料乳化 印染 0.51.5 载色剂，粘附剂，使颜料分散着色 陶瓷 0.31.0 增稠，上釉时的悬浮润滑增色 胶体炸药 0.52.0 奖状、胶体、防水炸药 水溶涂料 0.20.3 水溶性涂料，建筑耐火材料 - 8 - 种子包衣 0.20.3 成膜，包裹养分、农药、激素 2 结冷胶(Gellan Gum) 2. 1 结冷胶概述 结冷胶(Gellan Gum)是由假单胞菌依落藻属微生物( Pseudomonas elodea)(1987 年后归为 少动鞘脂单胞菌( Spningomonas csmpe stris)在中性条件下，在以葡萄糖为碳源、硝酸钠为 氮源及一些无机盐所组成的培养基中，进行有氧发酵而产生的细胞外多糖胶质。它是由四 个单糖分子通过糖苷键连接而成的重复糖单元构成的高分子糖类化合物，这四个单糖分子 依次为 D-葡萄糖、 D-葡萄糖醛酸、 D-葡萄糖及 L-鼠李糖，其中第一个葡萄糖分子是以 - 1，4 键连接，如图 2-1。 图 2-1 结冷胶的结构 结冷胶于 80 年代初由美国 Kelco 公司开发成功，80 年代中后期进行了大量的毒理学 试验研究。于 1992 年 11 月美国 FDA 批准结冷胶作为食品添加剂，随后日本、德国、澳大 利亚、韩国等十多个国家批准结冷胶用于食品 2。 结冷胶凝胶能力强、透明度高、稳定性强，是当代高利润、高效益、市场合作面宽、 最具有发展潜力的微生物多糖之一。 2.2 结冷胶的性能 结冷胶性能优良，作为继黄原胶之后第二代微生物多糖，具有如下特点：具良好的假 塑性和流变性，其水溶液的粘度随剪切速率的增加而明显降低，随剪切速率的减弱而恢复； 在极低浓度下，不需加热或稍加热即可形成凝胶，同时形成凝胶的温度和速度可根据需要 在一定范围内变动；与其它食品胶有较好的相容性，能与黄原胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素、 卡拉胶、琼胶等混合使用；具有极好的风味释放性，赋予食品优越的呈味性能；对热、 pH、多种酶具有极好的稳定性；可溶于冷水或稍微加热即可溶解形成均一透明的溶液；结 冷胶的形成温度、熔化温度及凝胶硬度和弹性、脆性均可通过加入适合的离子种类和离子 浓度来调节，可以制成热可逆性凝胶或热不可逆性凝胶。 2 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 9 - 2.3 结冷胶的应用 由于结冷胶优越的凝胶性能，目前已逐步取代琼脂、卡拉胶的使用广泛应用于食品 14 工业中。 在食品工业中结冷胶主要作为增稠剂、稳定剂、被膜剂、膨松剂用于面制品、乳制品、 糖果、饮料等食品的加工中。 2.3.1 用于中华面、荞麦面、切面 结冷胶应用于中华面、荠麦面、切面时，可以增强面制品面条的硬度、弹性、粘度等， 改善口感、抑制热水溶胀、减少断条，减轻汤汁混浊。 2.3.2 用于软性糕点生产 结冷胶在糕点如蛋糕、奶酪饼中添加，具有保湿、保鲜和保型效果。加工时外观不凹 陷，加工后保湿性良好，即使进行冷藏也不会产生老化发沙现象。 2.3.3 用于生产人造食品 使用结冷胶生产人造食品明显比使用其他食品胶的效果要好得多，特别是生产人造水 果块。结冷胶不仅用量小，加工性能好，而且可使人造果块在杀菌过程中不融化，始终保 持其特征外形。结冷胶可以用模具制造出形式多样、色彩丰富的动、植物形状，这是其他 胶凝剂无法比拟的。 2.3.4 用于生产饼馅和布丁 过去一般使用淀粉或淀粉与蛋白质、磷酸盐混合物以提供饼馅和布丁所需的特征质构， 但是产品形体不稳定，口感一般。若使用结冷胶代替部分变性淀粉，所得产品形体更加稳 定，口感得到很大的改善。 2.3.5 用于焙烤制品的涂层或浇料 焙烤制品的涂层或浇料的品种很多，以往常用琼脂、阿拉伯胶、刺槐豆胶、黄芪胶、 瓜尔豆胶、果胶、海藻胶和黄原胶等凝结和稳定。若用结冷胶同其他稳定剂复合替代，则 可以显著降低琼脂等的用量，且成型性、稳定性都优于其他胶。 2.3.6 用于乳制品 在酸性乳制品中结冷胶可以代替卡拉胶、明胶、海藻胶和果胶的使用，消除乳制品中 蛋白质絮凝及改善口感，并能提供更优质的凝胶和稠度。 2.3.7 用于饼干生产 - 10 - 油脂是饼干生产的主要原料，它可以使饼干具有良好的层次，调节产品风味，使产品 具有良好的疏松度。一般用于饼干生产的油脂多为饱和脂肪酸，这种饱和油脂摄入过多对 人体不利。可以用结冷胶来减少饱和脂肪酸的用量，同时可以起到改良饼干的层次，使饼 干具有良好的疏松度的作用。它作为一种多糖，还可用作需进一步加工 ( 例如油炸 ) 的 面包等面食的涂裹物，可以降低食品对油的吸附而生产出低热量的产品，包裹多糖的食品 的风味增强更能满足消费者的需要。 2.3.8 用于其他食品 结冷胶应用于糖果可给产品提供优越的结构和质地，并缩短淀粉软糖胶体形成的时间； 添加到冰淇淋中可提高其保型性。 3 结冷胶作为稳定剂应用于冰激淋可提高保型性；用于蛋糕、奶酪饼中，具有保湿、保 鲜和保形的效果；结冷胶用于悬浮饮料不仅悬浮效果好，而且耐酸性强，在饮料贮藏稳定 性好；也可用于替代果胶制备果酱和果冻，也能用于糕点和水果馅饼填料中。 结冷胶除在食品上广泛应用外，还可应用于其他领域。如在医药上可用作眼药水、胶 囊、包衣剂及新型制剂用药水等；在化工上可用做涂膜、胶粘剂、牙膏等；农业上可用作 叶肥、缓释肥料等；它还可以作为琼脂的替代品制备生物培养基，特别是可用于澄清度要 求高的培养基，如嗜温微生物的培养基，它还是植物组织培养的良好培养基。研究发现用 结冷胶取代植物组织培养基中的琼脂能取得更好的效果。 结冷胶的应用十分广泛，根据其产品及结冷胶的性能可总结如表 2-1 所示。 表 2-1 结冷胶在食品中的功能与用途 功能 用途 黏着性 糖霜，糖衣 涂膜性 蜜饯，糖果 乳化性 色拉调料 微胶囊 粉状调味料 成膜性 人造肠衣 澄清剂 酒类 泡沫稳定剂 啤酒 凝胶型 果冻，馅料，甜食，果酱等 抗结晶剂 冷冻食品，糖浆 稳定剂 冰淇林，色拉调料 增稠剂 果酱，肉肠，馅料等 2.4 国内外市场前景 国内有两三家单位对结冷胶进行了研究，并进行了中试，但目前尚无工业规模生产， 市场所用的产品全部进口。全球唯一的结冷胶生产商是美国斯比凯可公司。由于结冷胶可 以在极低的用量下产生凝胶，在 0. 25 %的使用量上就可以达到琼脂 1.5%的使用量和卡拉 胶 1%的使用量的凝胶强度，现已逐步代替琼脂和卡拉胶在工业上的应用。国外在试验室 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 11 - 及菌种培育中，结冷胶作为胶凝剂已被广泛采用。结冷胶的生产成本仅比黄原胶略高一些， 而销价是黄原胶的两倍以上，高达 34 美元/公斤 2，有极高的商业利润和市场前景。 琼脂和卡拉胶在食品工业中全世界用量约 50000 - 80000 吨，中国的用量约为 15000 - 25000 吨。如 20 %用结冷胶代替琼脂和卡拉胶，则全世界用量约为 10000 吨。目前美国卖 到日本的结冷胶每年约 2000 吨，中国目前有数百吨的进口，价格高达 500 元/公斤。除食 品工业的用途外，在化妆品等方面，结冷胶也有较大的市场份额。 2 3 短梗霉多糖( Pullulan) 3.1 短梗霉多糖概述 短梗霉多糖亦称普鲁兰多糖、茁霉多糖、出芽短梗孢糖，它是出芽孢梗霉 (Aureobasidium pullulans)产生的一种粘性同型胞外多糖， 70 年代中期日本就已开发出短梗 霉多糖产品，至今仍垄断着国际市场。我国于 80 年代初开始做相关研究，目前，我国对短 梗霉多糖的开发已取得了可喜的进展。 短梗霉多糖是一种由 - 葡萄糖苷键构成的多聚葡萄糖，即葡萄糖按 -1，4- 糖苷键结合 成麦芽三糖，两端再以 -1 ，6-糖苷键同另外的麦芽三糖结合，如此反复连接而成高分子 多糖。-1，4-糖苷键同 -1，6-糖苷键的比例为 2 ： 1，聚合度为 1005000。分子量 4. 81042. 2 106(商品短梗霉多糖平均分子量 2 105，大约由 480 个麦芽三糖组成)，如 图 3-1。 图 3-1 短梗霉多糖的结构 短梗霉多糖的研究工作起始于西德，英国人在理论方面也做了不少工作。日本进行了 比较系统尤其是生产工艺和产品应用的研究，并取得大量专利。短梗霉多糖由微生物发酵， 经提取纯化，干燥而得。它具有极好的成膜、粘结、阻气等独特的物化及生物化学性质， 产品可广泛应用于医药、食品、日用化工、建材、造纸印刷、电子等产业，是一种新型的 大分子材料。短梗霉多糖可由淀粉水解物，蔗糖或其他糖类直接发酵生产。易溶于水，水 溶液粘度较低，呈中型，不凝胶化，不离子化。可任意加工成型，无毒副 2作用，是一种 很有前途的工业用多糖。 - 12 - 3.2 短梗霉多糖的性质 短梗霉多糖是无色、无味、无臭的高分子物质，白色粉末状，是非离子性、非还原性 多糖，其性质主要表现在以下几个方面： 不引起任何生物学毒性和异常状态，用于食品和医药工业安全可靠；耐热性与淀粉相同， 炭化不产生有毒的气体；任何浓度的盐分含量均不影响短梗霉多糖溶液的粘度，用作食品 添加剂时不因食盐的存在而起变化；粘度远低于其它多糖，且其粘度的热稳定性较好，具 有很强的粘结能力，对木材、纸张、纤维、玻璃、金属等材料都有很强的粘结力；具有优 良的可塑性，可以用来制膜、纺丝、任意造型，且不需要添加增塑剂和稳定剂；在物体表 面涂抹或喷雾涂层均可成为紧贴物体的薄膜，薄膜无色透明、无臭、无毒，具有良好的韧 性、抗油性，透气性能低，具有较大的透湿性。(见表 3-2) 表 3-2 短梗霉多糖膜和其他种薄膜的 O2 透过率 6 试样 O2 透过率（25，1 个大气压， 24h，ml/m 2） 短梗霉多糖膜 0.5 聚乙烯醇膜 0.5 聚酯膜 52130 赛璐玢膜 4.5 氯乙烯膜 1001000 聚丙烯膜 20005000 注：膜厚 30m，相对湿度 60% 3.3 短梗霉多糖的应用 目前国内已有不同规格的短梗霉多糖产品在应用，但并没有大规模地投入生产。大部 分尚处于实验室或中试阶段。所需产品只能通过进口得到。因为短梗霉多糖具有以上性能， 它能够广泛用于食品工业、医药工业及一般工业中。 3.3.1 在食品工业上的应用 短梗霉多糖的突出特点是无毒无害以及良好的食用性，故在食品工业中可用做食品配 料与添加剂、粘着剂、抗氧化剂、包装材料和被膜剂等。 配料 12 由于短梗霉多糖是水溶性的，又不易被体内消化酶消化，是一种无害的低热 量的食品配料。用适当比例的面粉，直链淀粉和短梗霉多糖混合制成风味不同的人造米， 鸡蛋面，通心面或烘馅饼，热量比一般产品低一半。添加有短梗霉多糖的食品外观与一般 食 品 相 似，并能充分满足限制摄人热量的要求。 品质改良剂 2 值得注意的是，高分子量的短梗霉多糖似对食品中的高分子蛋 白质有 特殊的作用。在大豆加工中，添加少量短梗霉多糖能保持大豆的香味，可使豆腐的光泽、 弹性好且易于脱模。短梗霉多糖应用于糕点、面包及米面制品，可防止食品中的淀粉老化， 延长保鲜期。在面条制作时，添加少量短梗霉多糖可使面条韧性强，口感好，不互相粘连。 几种微生物多糖的应用研究 2008 级 生物工程 孟蕾 - 13 - 短梗霉多糖有很强的耐盐性，可作为许多高盐调味料如酱油、蚝油、调味汁的稳定剂。 保鲜剂 6 将短梗霉多糖制成被膜剂涂于鸡蛋、果蔬等表面，保鲜效果十分显著，并能 增加蛋壳强度，可防止蛋壳局部受压引起的破裂。短梗霉多糖膜也可延长柑桔的保存期， 保持水份而且有效地抑制柑桔上霉菌的生长，具较好的保鲜效果。 用短梗霉多糖膜保鲜鸡蛋保鲜结果表 3-1 表 3-1 短梗霉多糖膜保鲜鸡蛋保鲜效果 6 保存温度为 5 保存温度为 15 保存温度为 25鸡蛋性质 保存时间 （d） 无膜 有膜 无膜 有膜 无膜 有膜 1 7.31 6.49 5.62 2 5.19 6.90 5.28 6.71 3.25 3.93 3 5.16 6.55 4.83 5.52 3.32 3.91 4 4.61 6.41 2.46 4.30 1.87 3.61 5 4.31 5.55 1.69 4.10 0.85 3.51 6 3.26 4.81 1.42 3.08 0.42 2.74 蛋白厚度 7 1.70 4.70 1.41 2.78 0.23 3.05 1 18.5 18.5 18.5 2 16.5 18.0 18.4 18.7 15.4 18.2 3 18.2 18.3 16.1 18.7 13.2 16.9 4 17.3 18.8 14.1 16.5 8.2 17.2 5 18.0 18.4 10.3 14.8 1.9 13.4 6 17.1 18.2 0.8 13.3 0 13.2 蛋黄厚度 7 16.1 16.7 0 4.1 0 13.8 粘着剂 12 将牛肉，猪肉或禽肉碎块与短梗霉多糖混凝成立方体，棒状或片状，并干 燥，便可制成快餐用的松脆或半干肉制品。在加工中，短梗霉多糖显示出良好的凝固性， 粘着性和防氧化性，而不带人任何不应有的气味。 防氧化剂 12 近来，已注意到风味和口 味的改变可能与食品中油脂氧化酸败造成的毒 害有很大关系。由于氮气、氧气极难透过短梗霉多糖膜，故用它制成的薄膜和涂层是防止 高脂肪食品氧化酸败和酸价升高的一种极有效的隔膜。 3.3.2 在农业上的应用 用短梗霉多糖与杀虫剂混合处理水果，对果实货架期质量保持、减少水分损失、延长 货架期具有明显效果。原因是短梗霉多糖具有良好的成膜性 2，杀虫剂涂于果实表面，短 梗霉多糖起到隔绝氧气，延缓杀菌剂分解，延长药效作用。 短梗霉多糖水溶液具很强的胶粘性和涂层性，这种性质可用于种子涂层 6。作物种子 采取机械播种前，要用无机物涂层加大种子体积，以利于机械操作。用短梗霉多糖作涂层 剂涂层结实，表面硬度大，对种子的发芽率与和生理状态均无影响。 - 14 - 短梗霉多糖还具有较好的成型性 6，利用这一性质可制作颗粒肥料和农药成型，调节 肥料成份的溶出速度和颗粒强度，不易流失，并且可以防止喷雾时粒子飞散，使得药物有 效成份在植物表面附着性强。 3.3.3 在工业中的应用 包装材料的制造 11 短梗霉多糖的水溶液具良好的成纤维性，故可以用其生产出无植 物纤维的纸张，该纸有良好的吸水性，故便于书写或印刷，因此是良好的包装材料。 粘合剂、凝固剂 11 短梗霉多糖在任何温度下都能完全溶解，由于粘度低，作为粘合 剂、凝固剂便于涂装和 混合，不会因干燥而产生结晶. 作为再湿性粘合剂，可以不必使用 有机溶剂、添加物即能进行粘合和凝固，同时被凝固的物品在燃烧时不产生高温和有害气 体。用它粘结成的沙模在浇铸时不产生气体、尘埃、嗓音和振劫。 烟草工业 11 在卷烟生产过程中会产生一定量的烟末，烟末的综合再利用对卷烟厂具 有较大的经济利益。以短梗霉多糖粘合而成的烟丝，具有增加烟丝的芳香、减少尼古丁的 含量、控制烟丝的湿度从而使之不易干燥、抗霉菌生长以及因其抗氧性而保护烟丝中有效 成份不被氧化分解等特性，是有前途的烟草生物粘合剂。 作建筑材杆 7 短梗排多糖经酷化作用制成非水溶性薄膜，此膜可用于夹板生产或用作 板膜作建筑表层处理，或用于制作层压板。短梗排多糖醋化筱膜及层压板表面与三聚佩胺 松脂板相仿。 作为生物絮凝剂 7 由于短梗排多糖特殊的吸附性与电化学特性，其水溶液在有助凝剂 的作用下可进行分子间的架桥与絮凝，形成网状大分子而收缩下沉。在下沉过程中将水中 悬浮物吸附，带入沉降网中，达到去除悬浮物的作用 此作用可适用于工业生产的沉淀与 橙清，更可用于对各