结冷胶

言

微生物多糖是由微生物在生长代谢的过程中，在不同的外部条件下代谢产生的一种多糖物质。微生物多糖安全无毒，有独特的理化性质，生产周期短，受地理环境、气候、自然灾害等因素的影响较小，产量及质量都很稳定，可以在人工控制条件下大量工业化生产。它所产生的各种废渣、废液可以进行控制，减轻了环保压力，因此拥有比动植物多糖更为广阔市场前景[1]。世界上微生物多糖的年产量增长率均在10%以上，而黄原胶、结冷胶等一些新型微生物代谢多糖年增长量更是高达30%，全世界微生物多糖年工业产值可达50～100亿美元。

20世纪80年代，继黄原胶之后，美国Kelco公司陆续发现了一组新的微生物多糖即结冷胶类多糖，其中包括结冷胶（S-60 ）、韦兰胶（S-130）和

S-88，它们是三种结构类似的微生物多糖，具有相同的四糖重复单元主链结构 [2]。在此对这三种极具发展前景的微生物多糖的性质、应用及生产作简单的介绍。

1 结冷胶（gellan gum）

1.1 结构与性质

结冷胶是由β-D-葡萄糖, β-D-葡萄糖醛酸和α-L-鼠李糖按摩尔比2:1:1组成，分子量可达5x106道尔顿[3][4]。天然结冷胶含有46%葡萄糖、30%鼠李糖、21%葡萄糖醛酸、3%乙酸和甘油酯，乙酰基和甘油酰基通常连接在葡萄糖残基的

C 2和C

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位上。将天然结冷胶在pH10的条件下加热处理，便可以除去分子上的乙

酰基和甘油基因而获得低酰基结冷胶[5]，工业上生产的一般是低酰基的结冷胶。

结冷胶作为近年来最有发展潜力的微生物多糖，具有如下特性：（1）是一种典型的假塑性流体，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。（2）低用量、高凝胶强度。当结冷胶使用量>0.05%，即可形成澄清透明的凝胶[6]，0.25%的使用量就可以达到琼脂1.5%的使用量和卡拉胶1%的使用量所产生的凝胶强度[7]。（3）结冷胶所形成的凝胶热稳定性高、在pH4.0～8.0之间几乎不受pH的影响，且对酶稳定，淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、蛋白

酶、脂肪酶、褐藻胶酶等均不会对结冷胶溶液的粘度和凝胶强度造成影响[8]。（4）具有优越的呈味性能和良好的配伍性。

1.2 结冷胶的市场与应用

结冷胶于1978年首次由美国科学家发现，1992年得到美国FDA的许可应用于食品、饮料\，是继黄原胶之后又一广泛应用于食品工业的微生物代谢胶。目前美国卖到日本的结冷胶每年约2000吨，中国约有近百吨的进口，价格高达 580 元 /公斤 (结冷胶生产成本仅比黄原胶略高一些，而销价却是黄原胶的二倍[8])。预测中国近年需求量能达到 2000吨以上。

结冷胶作为一种新型的微生物胞外多糖，其用途非常广泛，在食品领域主要用作增稠剂、凝结剂、悬浮剂和成膜剂等。作为一种新型的食品添加剂与其他同类产品相比具有用量少、性能更稳定、凝结度高、凝胶清亮和优越的呈味性能等优点，广泛应用于饮料、面包、乳制品、肉制品、面条、蛋糕、饼干、起酥油、速溶咖啡、鱼制品、雪糕、冰激凌、果冻、软糖等食品中[9][10]。

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，软、硬胶囊，包衣剂及新型制剂用药水；在化工上可用做涂膜，胶粘剂，牙膏；农业上可用作叶肥、缓释肥料等[11]。

1.3 生产工艺

结冷胶的生产工艺流程图如下[6][11]：

试管菌种→茄瓶菌种→三角振荡(28℃、18 h)→300L种子罐(28～

30 ℃、18～20 h)→3000 L发酵罐(28～30 ℃、72 h)→50t发酵罐(28～30 ℃、72 h)→脱已酰→过滤→混合→乙醇絮凝沉淀→分离洗涤稀乙醇→乙醇回收塔→回收乙醇贮藏半成品→真空干燥→粉碎→成品。

结冷胶的产生菌-伊乐假单胞菌( Pseudomonas elodea)是一种好氧革兰氏阴性杆菌，能在以葡萄糖、淀粉、蔗糖等作碳源，硝酸铵、酵母膏、蛋白胨等为氮源以及其他微量元素的培养基中生长并产胶。国内外众多学者对结冷胶的生

产培养基、发酵条件等做了大量的研究，发现碳源、氮源、种龄、接种量、温度、发酵培养基初始pH都对发酵有较大的影响。

结冷胶是高黏性的微生物代谢产物，发酵液中胞外多糖以黏性聚合物形式构成网状结构，微生物细胞被包裹其中，这给后提取工艺中菌体、色素及杂质的去除带来很大的难度。传统的提取方法是将发酵液适当稀释以降低其黏度，通过离心分离作用分离菌体和多糖，然后用异丙醇和乙醇来沉淀多糖。

2 韦兰胶 (welan gum)

2.1结构与性质

韦兰胶是产碱杆菌Alcaligenes sp.(ATCC31555)的代谢多糖，过去的编号为S-130。韦兰胶的结构与结冷胶类似 (图1)，但是在与葡萄糖醛酸及鼠李糖相连的葡萄糖残基的C

位上连接有α-L-鼠李糖或α-L-甘露糖支链，连接鼠李糖

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的几率占2/3；此外，约有半数的四糖片段上带有乙酰基及甘油基团[2]。韦兰胶中含有2.8～7.5%乙酰基，11.6～14.9%的葡萄糖醛酸。

韦兰胶的特性有：（1）能溶于冷水中，在水溶液中的呈现规则、稳定的结构，形成高粘度溶液。（2）具有假塑性流体特性（剪切稀化作用），静止状态下有良好的悬浮能力。（3）在pH2～12范围内也比较稳定，并且有良好的耐盐性能。（4）韦兰胶在1%NaOH存在并加热的条件下能形成凝胶，但其凝胶强度很弱。（5）对温度的稳定具有热可逆性，温度对韦兰胶的影响比较小，121℃下灭菌15分钟其粘度不会下降。0.4%的黄原胶溶液在135 ℃时粘度已趋于零，但同等条件下的韦兰胶溶液要到163℃时粘度才接近于零。在正常条件下，温度升高造成韦兰胶溶液的粘度下降，在温度降低后可完全恢复。(6) 与其他胶有很好的兼容性。

2.2 韦兰胶的市场与应用

韦兰胶是美国Kelco公司80年代继黄原胶，结冷胶之后开发的最有市场前景的微生物多糖之一，迄今为止美国的Kelco公司是韦兰胶全球唯一的生产、供