微生物胞外多糖研究进展

微生物胞外多糖研究进展

崔艳红1　黄现青2

(1河南科技学院动物科学系,新乡　453003;2南京农业大学食品科技学院,南京　210095)

摘　要:　微生物胞外多糖主要是指微生物产生的一些水溶性胶,近几年来由于糖化学的迅速发展,微生物胞外多糖理论和应用的研究逐渐受到了人们的关注。对黄原胶、结冷胶多糖的结构与性能、研究现状和应用状况进行了综述。

关键词:　胞外多糖　黄原胶　结冷胶　应用

The Advance in Investigation of Microbial Extracelluer Polysacchardes

Cui Yanho ng 1　Huang Xianqing 2

(1College of A ni mal Science and V eterinary Medicine ,Henan I nstit ute of S cience and Technolog y ,X i nx iang 453003;

2

College of Food S cience and Technolog y ,N anj ing A gricult ural Universit y ,N anj ing 210095)

Abstract :　The microbial extracelluer polysaccharde in is mainly referred to as water 2soluble gums produced by microorganisms.In recent years ,with the quick development of sugar chemistry the theory and application of micro 2bial extracelluer polysaccharide were concerned .In the paper ,the structure and performance ,present state and prospect of the application of xanthan gum and gellan gum were reviemed.

K ey words :　Microbial extra polysaccharides Xanthan gum G ellan gum Application

微生物多糖主要指大部分细菌、少量的真菌和藻类产生的多糖。微生物多糖由于具有安全性高、

副作用小、理化特性独特等优点而使其在食品和非食品工业备受关注,尤其在医药领域具有巨大的应用潜力。

微生物多糖在细胞内主要有三种存在形式:①黏附在细胞表面上,即胞壁多糖;②分泌到培养基中,即胞外多糖;③构成微生物细胞的成分,即胞内多糖。而其中的胞外多糖具有产生量大、易于与菌体分离、可通过深层发酵实现工业化生产。一般微生物多糖的生产主要是利用淀粉为碳源,经过微生物的发酵进行生产,也有通过利用微生物产生的酶作用制成的。能够产生微生物胞外多糖的微生物种类较多,但是真正有应用价值并已进行或接近工业化生产的仅十几种。近几年,随着对微生物多糖研究的深入,世界上微生物多糖的产量和年增长量均

在10%以上,而一些新兴多糖年增长量在30%以上。到目前为止,已大量投产的微生物胞外多糖有黄原胶(Xant han gum )、结冷胶(Gellan gum )、小核菌葡聚糖(Scleeroglucan )、短梗霉多糖(Pullulan )、热凝多糖(Curdlan )等。

微生物多糖和植物多糖相比较具有以下优势:①生产周期短,不受季节、地域、病虫害等条件的限制;②具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景;③应用广泛,例如已作为胶凝剂、成膜剂、保鲜剂、乳化剂等广泛应用于食品、制药、石油、化工等多个领域。据估计,目前全世界微生物多糖年加工业产值可达80亿左右。1　黄原胶

黄原胶又名黄单胞菌多糖,是野油菜黄单胞杆菌以碳水化合物为主要原料,经发酵工程生产的一种用途广泛的微生物胞外多糖。黄原胶是目前国内

收稿日期:2005212213

作者简介:崔艳红(19752),女,讲师,硕士,主要从事生物技术在饲料中的应用研究

　生物技术通报

・综述与专论・ B IOTEC HNOLOGY BULL ETI N

2006年第2期

外正在开发的几种微生物多糖中最具特色的一种,也是世界上生产规模最大、用途最广的微生物多糖。1952年由美国农业部依利诺斯州皮奥里尔北部研究所分离到甘蓝黑腐病黄单胞菌,并使甘蓝提取物转化为水溶性的酸性胞外杂多糖而得到。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、耐酸碱、抗盐和优良的复合性等特性,其应用覆盖面多达20多个行业,广泛应用于食品、医药、采油、纺织、陶瓷、印染、香料、化妆品及消防等领域。

1.1　黄原胶的结构与性能

1.1.1　黄原胶的结构　黄原胶是由D2葡萄糖、D2甘露糖、D2葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成的“五糖重复单元”结构聚合体,它的相对分子质量在2×106250×106u(道尔顿)左右。黄原胶分子的一级结构是由β21,4键连接的D2葡萄糖基主链与三糖单位的侧链组成,其侧链由D2甘露糖和D2葡萄糖醛酸交替连接而成。黄原胶的分子侧链末端含有丙酮酸,其含量对性能有很大影响。在不同溶氧条件下发酵所得黄原胶,其丙酮酸含量有明显差异。一般溶氧速率小,其丙酮酸含量低。黄原胶的二级结构是侧链绕主链骨架反向缠绕,通过氢键维系形成棒状双螺旋结构。黄原胶的三级结构是棒状双螺旋结构间靠微弱的非共价键结合形成的螺旋复合体。

1.1.2　黄原胶的性能

1.1.

2.1　亲水性黄原胶能够在各种极性介质(冷水、热水、多种酸性溶液、碱性溶液和盐溶液)中都能快速溶解,不需要用力搅拌或施加其他机械力搅拌,并且该溶液都具有良好的亲水性。

1.1.

2.2　假塑流变性　黄原胶溶液是一种典型的假塑性流体,其溶液黏度随剪切速率的增加而明显降低。在高剪切速率下,聚合体结构解聚为无规则线团结构,使黏度迅速降低;当剪切速率解除时,分子结构又恢复到双螺旋网状聚合体状态,使溶液黏度瞬间恢复到最大。

1.1.

2.3　增粘性　黄原胶具有良好的增粘性能,特别是在低质量浓度下具有很高的黏度,可作为食品加工中的增稠稳定剂。在相同的浓度,相同的温度条件下,黄原胶水溶液的粘度是瓜尔豆胶的1.7倍,海藻酸钠溶胶浓度的3～5倍。黄原胶溶液的黏度是同质量浓度下明胶的100倍。

1.1.

2.4　稳定性　黄原胶溶液在一定的温度范围内(24℃～93℃)反复加热冷冻,其黏度几乎不受影响,10g/L黄原胶溶液由25℃加热到120℃,其黏度仅降低3%。黄原胶溶液对酸碱十分稳定,在p H5～10其黏度不受影响。能和许多盐溶液混溶,黏度不受影响。它可以分别在100g/L KCl,100g/L NaCl,100g/L CaCl2和50g/L Na2CO3溶液中长期存放90d(25℃),黏度几乎保持不变。许多酶如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和半纤维素酶等都不能使黄原胶降解。

1.1.

2.5　悬浮性和乳化性　由于黄原胶理化性质稳定,因而具有良好的悬浮性和乳化性。10g/L的黄原胶溶液具有约5×1024N/cm2的承托力。黄原胶借助于水相的稠化作用,可降低油相和水相的不相溶性,能使油脂乳化在水中,因而它可在许多食品饮料中用作乳化剂和稳定剂。

1.1.

2.6　与增稠剂的协效性　黄原胶可与大多数合成的或天然的增稠剂配伍,如与槐豆胶、瓜尔胶、卡拉胶及魔芋胶等都能互溶,混溶后使混合胶黏度显著提高。

1.2　黄原胶的应用

1.2.1　黄原胶在食品工业中的应用　黄原胶在食品工业中是理想的增稠剂、乳化剂和成型剂等,用途极为广泛。黄原胶作为蛋糕的品质改良剂,可以增大蛋糕的体积,改善蛋糕的结构,使蛋糕的孔隙大小均匀,富有弹性,并延迟老化,延长蛋糕的货架寿命。奶油制品、乳制品中添加少量黄原胶,可使产品结构坚实、易切片,更易于香味释放,口感细腻清爽。用于饮料,可使饮料具有优良的口感,赋予饮料爽口的特性,使果汁型饮料中的不溶性成分形成良好的悬浮液,保持液体均匀不分层。加入啤酒中可使其产泡效果极佳。加入20g/L黄原胶于焙烤食品中,可保持食品的湿度,抑制其脱水收缩,延长贮存期。用于果冻,黄原胶赋予其软胶状态,加工填充物时,可使果冻的黏度降低从而节省动力并易于加工。在加工淀粉软糖和蜜饯果脯等配方中加入0.5g/L的黄原胶和槐豆胶,能够改进加工性能,大大缩短加工时间。含有0.5～75g/L黄原胶的巧克力液体糖果,贮藏稳定性大为提高。方便面中加入黄原胶,可提

62 生物技术通报Biotechnology　B ulleti n 2006年第2期