普鲁兰多糖的应用及研究生产现状

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日本在普鲁兰多糖的研究中做了大量工作, 目 前 年 产 量 已 达 万 t。 1976 年 日 本 Hayashihara (日本林原生化研究所)就开始进行普鲁兰多糖中 试水平规模的商业化生产,至今仍垄断国际市场。
国内从 1980 年开始研究, 已经 20 多年,是 “七五”“八五”攻关项目,在研究中筛选到了一些 多糖产量高、色素含量低的菌株,但国内生产技术 与先进国家相比还有差距,原料利用率还不高,后 提取成本较高,目前尚未见工业化生产报道。有报 道 称 普 鲁 兰 多 糖 产 量 已 经 达 到 了 30g / L~60g / L 左右, 然而却存在发酵时间长 (一般为 108g / L~ 144h,甚 至 达 到 156h),产 黑 色 素 多 ,纯 化 提 取 困 难等问题。 在普鲁兰多糖应用方面的研究国内则 进行的更少,已有的应用研究主要是作为食品(如 鸡蛋、海产品等)和水果(如苹果、梨等)的保鲜剂。
普鲁兰多糖具有极好的成膜性和成纤维性, 可以用于生产无植物纤维的纸张, 具有良好的吸 水性,便于书写和印刷,是良好的包装材料;加入 某些配料可生产出特殊用途的高级纸张, 以及包 装面膜等。
作为絮凝剂, 普鲁兰多糖特殊的吸附性及电 化学性使其在有助凝剂的作用下进行分子架桥、 吸附、絮凝与收缩沉淀。此特点使其可用作饮用水 及生活、工业污水的净化剂,去除水中的悬浮物、 BOD、COD 并脱色[3]。 华中科技大学将该产品应用 于高浓度水净化处理、 城市污水一级强化处理和 味精生产中废水的处理,形成了完整的工艺技术, 投料量为 2mg / L,取得较好效果。 2.4.2 用做粘合剂、凝固剂和保护膜。
添加少量普鲁兰多糖,对于改善物性、保持水 分等发挥效果。 可用于改良食感、改善质量、防止 老化以及提高成品率。 1.2.9 成型性、纺纱性
只需在普鲁兰多糖中添加一定量的水, 进行 加热加压成型和纺纱处理, 即可加工出具有可食 性和溶水性的成型物或纤维。
2 产品应用领域
普鲁兰多糖具有极好的成膜、成纤维、阻气、 粘接、易加工、无毒性等特性,已广泛地应用于食 品、医药、轻工、化工和石油等领域。其主要应用领 域如下: 2.1 普鲁兰多糖在食品行业的应用[1] 2.1.1 作为食品包装材料
山东省食品发酵工业研究设计院与中科院微 生物研究所开始研究普鲁兰多糖始 于 上 世 纪 80 年代,是国家轻工部科技攻关项目。 1990 年开发 出普鲁兰多糖产品,但由于当时的产品质量低劣, 且缺乏应用研究, 国内还未有专项推广应用的资 金,暂停了开发。 近些年来,随着普鲁兰多糖应用 市场的拓开, 普鲁兰多糖生产与应用进入到前所 未有的高峰, 日本林原生化加大了普鲁兰多糖生 产规模,仍远远满足不了市场需求。 在此基础上, 设计院从 2000 年开始,对过去有关普鲁兰多糖研 究开发方面的成果重新作了分析, 通过一系列科 研攻关, 多糖的产率达到 55g / L, 糖转化率可达
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1.2.4 润滑性 普鲁兰多糖是一种牛顿流体,尽管粘度低,但
是具有优良的润滑性。 用于食品时具有勾芡作用 (做汤做菜时加上芡粉使汁变稠), 最适合用于佐 料汁、调味剂等产品中。 1.2.5 粘合性、凝固性
普鲁兰多糖具有非常强的粘合力, 在喷涂后 风干,稳定粘合食品(特别是干燥食品)。 同时,也 具有较强的凝固力, 在制成药片或制成颗粒时最 适合作为粘合剂使用。 1.2.6 覆膜性
1.2 普鲁兰多糖的性质 普鲁兰多糖是无色、 无味、 无臭的高分子物
质,非晶体的白色粉末,是非离子性、非还原性多 糖,性质可以表现于以下几个方面。 1.2.1 无毒性,安全性
根据普鲁兰多糖的急性、 亚急性和慢性毒性 试验、变异源性试验结果,即使普鲁兰多糖的投用 量达到 LD50(半致死剂量)的界限量 15g / kg,普鲁 兰多糖都不会引起任何生物学毒性和异常状态的 产生,所以用于食品和医药工业十分安全。 1.2.2 溶解性
因该多糖有良好的水溶性、分散性、成膜性、 吸湿性和无毒害性, 可以作为化妆品中的粘性填 加物; 在价格方面远比用于化妆品的透明质酸要 低廉的多,但其效果却与透明质酸相差无几。 2.3 普鲁兰多糖在医药方面的应用
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在 制 药 工 业 中 用 20%的 普 鲁 兰 多 糖 代 替 动 物胶,可简化防氧化胶囊的生产;添加 5%~10%的 普鲁兰多糖,可适当提高软胶囊的柔性、弹性、粘 着性,使它能在胃肠预定区域溶解,释放内含物, 以提高药物的疗效。 作为抗氧化包装材料可使维 生素 C 和酶制剂等易氧化药品延长保存期。 此外 还可作为酶纯化的层析胶和酶固定化的支持物。 普鲁兰多糖作为一种良好的佐剂与抗原或病毒混 合后, 注入动物体内可促进动物免疫反应产生抗 体。 2.4 普鲁兰多糖在工业中的应用[2] 2.4.1 用于环保型包装材料和污水处理。
普鲁兰多糖是一种由出芽短梗霉发酵所产 生的类似葡聚糖、 黄原胶的胞外水溶性粘质多 糖 , 又 名 短 梗 霉 多 糖 、 茁 霉 多 糖 , 英 文 名 Pullulan,音译为普鲁兰。它是 1938 年由 R.Bauer 发现 的一种特殊的微生物多糖。 该多糖主要是由麦 芽三糖通过 α-1,6 糖苷键连接而成。 由于该多 糖独特的结构和性质,在医药、食品、石油、化工 等行业具有广泛的应用前景。 因其在自然界可 被微生物降解利用,不会引起环境污染,故被誉 为无公害塑料。 2006 年 5 月 19 日 ,国 家 卫 生 部 发布了第 8 号公告, 普鲁兰多糖为新增四种食 品添加剂产品之一,可在糖果、巧克力包衣、膜 片、 复合调味料和果蔬汁饮料中用作被膜剂和 增稠剂。
用做平板画的印刷图版保护膜, 不但使图版 具有抗氧化性, 还能增加非成像区域金属表面的 亲水性而使画面更清晰。
在农业的种子保护和烟草工业中, 也可以利 用它的粘着性和抗氧化性,尤其在烟草工业中,我 国普遍采用羧甲基纤维素 (CMC) 做烟末的粘合 剂,但 CMC 粘接成的烟丝有抗拉强度低、易潮解、 好发霉以及有异味等缺点, 从而降低了烟丝的质 量。 而用普鲁兰多糖代替 CMC,不仅克服以上缺
点,还能减少尼古丁的含量、增加烟丝的芳香,提 高了烟丝品级,是非常有前途的烟草粘合剂。
3 普鲁兰多糖的研究与生产现状
普鲁兰多糖的研究工作起始于西德, 英国人 在理论方面也作了不少工作, 日本进行了比较系 统尤其是生产工艺和产品应用的研究, 并取得了 大量专利。 1976—1980 年为第一个研究高峰,主 要是对其性质和发酵方法的研究;1984—1996 年 为第二个研究高峰, 主要集中在对其产生机理和 应用研究。目前已进入应用研究高峰,包括普鲁兰 多糖衍生物的结构鉴定、性质、应用的研究以及普 鲁兰多糖改善食品品质方面的研究。 从国外所发 表的文章来看,目前普鲁兰多糖的产率并不高,大 多在 20g / L~50g / L 之间, 并且其发酵时间较长, 一般需要 96h~144h。
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普鲁兰多糖的应用及研究生产现状
杨西江 1 徐田华 2 徐玲 3 张春宇 2* (1.临沂出入境检验检疫局 山东临沂 276000;2.山东阜丰发酵有限公司
3.宝鸡阜丰生物科技有限公司 陕西宝鸡 721013)
山东临沂
Байду номын сангаас
276600
摘 要:综述了普鲁兰多糖的结构与性质、应用领域,并阐述了普鲁兰多糖的研究生产现状。 关键词:普鲁兰多糖 应用 生产
普鲁兰多糖水溶液具有极好的成膜性, 膜具 有光泽和透明度, 韧性好, 对温度的变化极为稳
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定,且薄膜具有良好的热封性,成品不需添加可塑 剂、稳定剂,对食品、环境和人体都无毒无害,所以 是一种非常理想的水溶性食品包装材料。
普鲁兰多糖膜最特殊的性质是比其它高分子 膜的透气性能低,氧、氮、二氧化碳和香气等气体 几乎不能透过,并且具有抗油脂的特性,可以防止 扩散和因配料与添加剂所含油脂氧化引起的气味 与口味变质。用普鲁兰多糖水溶液制成食品薄膜, 可用于密封容易氧化变质的食品及风味强的粉末 食品如汤料、咖啡、酱、各种香辛料、冻结干燥食品 等, 有保护食品外观及香味的作用并能长期保持 稳定。
1 普鲁兰多糖的结构与性质
1.1 普鲁兰多糖的结构 普 鲁 兰 多 糖 是 葡 萄 糖 按 α-1,4- 糖 苷 键 结
合成麦芽三糖,两端再以 α-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。 α-1,4 键与 α-1,6 键比例为 2:1,聚合度大 约 为 100 ~5000 , 其 分 子 量 因 产 生 菌 种 和 发 酵 条 件 的 不 同 而 有 较 大 的 变 化 , 一 般 在 4.8× 104~2.2×106 的 范 围 内 ( 日 本 商 品 普 鲁 兰 糖 平 均 分 子 量 2×105,大 约 由 480 个 麦 芽 三 糖 组 成 ),一 般没有分枝结构,是直链多糖,其所有优良性 质都与这一特殊连接方式有关。
普鲁兰多糖在任何温度下都能完全溶解,不 会因干燥而产生结晶。作为再湿性粘合剂,可以不 用添加任何化学溶剂,就可以进行粘合和凝固,而 且,燃烧时不产生高温和有害气体。
沙模用它来粘接,浇铸时具有不产生气体、尘 埃、噪音和振动等特点。
用它粘合而成的肥料颗类具有缓慢释放肥力 的特点,从而可增加肥料的利用率。
用普鲁兰多糖作为食品包装材料, 还可使食 品表面光滑,有光泽,最大特点是普鲁兰多糖具有 可食性,食品不需开封,可连膜食用,十分方便。
在水果、鸡蛋保鲜方面,可以采用普鲁兰多糖 或其衍生物,加适量的化学保护成份,在其表面直 接喷撒干燥成膜,可有效阻抑水果鸡蛋中的水份、 氧气、二氧化碳等与外界的交换和反应,并抑制水 果与鸡蛋的呼吸强度,降低贮存过程的营养损失, 从而达到保鲜的目的。 2.1.2 用作低热量食品添加剂
普鲁兰多糖的分子呈线状结构, 因此与其他 多糖类相比,普鲁兰多糖水溶液粘性较低,不会形 成胶体,是粘附性强的中性溶液。 不易受 pH 值或 各种盐类影响,尤其对食盐维持稳定的粘度。混合 硼、钛等元素,粘度将会急剧增大。 此外,pH 值在 3 以下时若长时间加热,会与其他多糖一样,部分 分解,从而导致溶液粘度下降。
普鲁兰多糖是非消化吸收性碳水化合物,不 被肠吸收,可排出体外,不会导致高血压、心脏病、 肥胖症等,是一种健康的食品材料,可用作低热量 食品添加剂,制造低热量食品和饮料。 最近发现, 普鲁兰多糖还具有使双歧杆菌增殖和治疗便秘的 作用。 2.1.3 用作食品品质改良剂和增稠剂
普鲁兰多糖水溶液有滑润、清爽的感觉,具有 改善口感的作用, 因此可用作食品品质改良剂和 增稠剂。 在食品加工过程中添加少量普鲁兰多糖 可显著改善食品质量,如鱼糕能增味提质,制豆腐 时添加少量普鲁兰多糖能保持大豆的香味并简化 工艺;酱油、调味品、咸菜、糖煮鱼虾、美味食品等 少量添加普鲁兰多糖能稳定其黏性、 增加其粘稠 感并使其口感更顺滑。 2.2 普鲁兰多糖在化妆品方面的应用
普鲁兰多糖具有优良的覆膜性,容易在食品、 金属等表面涂层。同时,可由普鲁兰多糖水溶液形 成易溶水性、五色透明、强韧的薄膜。 它具有阻气 性、保持芳香性、耐油性、电绝缘性等特性,用于食 品可在食品表面增添光泽并保鲜。 1.2.7 分解性
据体内酶的消化试验或白鼠的成长试验结果 证实,普鲁兰多糖与纤维素、琼脂等相同,是一种 难消化的多糖类。 普鲁兰多糖在动物消化器宫内 的消化酶作用下,几小时之内接近不分解,利用普 鲁兰多糖的这种低消化性, 可制造低热量的特殊 食品和饮料。 另一方面,普鲁兰与淀粉相同,在达 到 250℃左右时开始分解,其后被碳化,燃烧时不 产生有毒气体和高热。 1.2.8 改善物性,保持水分
普鲁兰多糖能够迅速溶解于冷水或温水,溶 解速度比羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯醇、聚 乙烯醇等快二倍以上,溶液中性,不离子化、不凝 胶化、 不结晶。 可与水溶性高分子如羧甲基纤维 素、海藻酸钠和淀粉等互溶,不溶于乙醇、氯仿等 有机溶剂。但其酯化或醚化后,其理化性质将随之 改变。 根据置换度不同,可分别溶于水和丙酮、氯 仿、乙醇及乙酸乙酯等有机溶剂。 1.2.3 稳定性
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