细菌多糖及其在食品工业中的应用

or gelatinizing agent. Those polysaccharides usually come from higher plants, algae or some kinds of mushrooms. Recently, great
attentions are paid to bacterial polysaccharides because of their stable structure and function, inexpensive price and low dosage
维素(Bacterical cellulose)等。 1.1 结冷胶
虽然目前已开发的微生物多糖种类很多，但迄今为 止允许广泛用做食品添加剂的微生物多糖只有黄原胶和 结冷胶[5]，除美国外，还有其他十几个国家批准其用作 食品添加剂。我国于 1996 年批准其在各类食品中[6]作为 食品增稠剂和稳定剂使用(GB20.000, INS418)。
宏观现象
凝结多糖 悬浮液
(55～60℃) 至 40℃以下
低凝固点的热 可逆性凝胶
80℃
不可逆高凝 固点凝胶
＞ 100℃
凝胶强 ＞ 140℃ 度增大
强度更大 的新凝胶
100～200A 宽 的长纤维
宽的微纤维和 一些长的微丝
分子疏水键 相互作用
网状结构, 微丝交 错成复杂微纤维
更强的 疏水作用
更宽的 粗纤维
细菌纤维素是当今国内外生物材料研究的热点之 一。一般认为合成纤维素是植物特有的功能，但少数微 生物也能合成纤维素。如醋酸杆菌属(Acetobacter)、土 壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属(Achromacter)、 产碱杆菌属、气杆菌属( A e r o b a c t e r ) 、固氮菌属 (Azotobacter)、根瘤菌属、八叠球菌属(Sarcina)和动胶 菌属(Zoogloea)等属中的某些种，它们合成的纤维素统 称为细菌纤维素，但其大分子结构随产生菌的不同而异 (表 1)[18,19]。细菌纤维素是由纯的 D —葡萄糖聚合而成， 不掺杂其它多糖。
收稿日期：2005-08-30
*通讯作者
基金项目：中国博士后基金(2003033496)；贵州大学基金课题(校科合博基字[2001 年]001 号)
作者简介：李静( 1 9 8 1 - ) ，女，硕士研究生，研究方向为应用微生物。
256 2006, Vol. 27, No. 04
食品科学
※专题论述
半乳葡聚糖具有很多独特的性能，如耐酸碱、耐 高盐，低浓度具有高粘度，并在较高的温度范围内稳定 等，可以作为增稠剂、凝胶剂、成膜剂、抗结晶剂、 保水剂等而广泛应用于石油、轻化工和食品等领域。
半乳葡聚糖是一类由葡萄糖、半乳糖组成的杂多 糖，通常含有丙酮酸、乙酸及丁二酸取代基，丁二酸 型多糖或琥珀聚糖是指含有丁二酸取代基的半乳葡聚
in use. In this paper, existing exploitations and application foreground in food industry by using several bacterial polysaccha-
rides were introduced, including the structure, characteristic and synthesis pathway of bacterial polysaccharides as well as their
中图分类号：Q936
文献标识码：A
文章编号：1002-6630(2006)04-0255-05
微生物多糖是细菌、真菌和蓝藻等微生物在次生代 谢过程中产生的对微生物有保护作用的生物高聚物[ 1 ] 。 近年来，越来越多的细菌多糖在生产和生活中发挥着广 泛的作用，这些细菌多糖可以在人工控制条件下利用各 种废渣、废液进行生产，减轻了环保压力，应用前景 比动植物多糖更为广阔。美国生物技术副产品协会( t h e biotechnology byproducts consortium，简称 BBC，主 要致力于增加农产品的附加值及防治农业活动中所产生 的污染物)近七年来的研究调查显示细菌多糖的应用已成 为当前生物产品在农业领域中应用的五大主题之一[ 2 ] 。 例如由土壤杆菌属( A g r o b a c t e r i u m ) 、根瘤菌属 (Rhizobium)等产生的半乳葡聚糖(Galactoglucans)可作为 增稠剂、凝胶剂、乳化剂、成膜剂等，并在轻化工、
H 2C
C=O
O
＜1/2
CH2 O
O
O
CБайду номын сангаас O-M + O
OH
C H 2O H O
O OH
CH3
O
O
OH O H
OH
C C C H 2O H
OH
OH OH
OH
＞1/2
图 1 结冷胶的结构 Fig.1 The structure of gellan gum
1.2 凝结多糖 凝结多糖是继黄原胶、结冷胶之后又一种新的微生
天然结冷胶为阴离子型线性多糖，具有平行的双螺 旋结构。每一基本单元是由β- 1 ，3 - D - 葡萄糖，β- 1 ， 4-D-葡萄糖酸和α-1，4-L-鼠李糖按摩尔比2:1:1组成(图 1 ) 。这些单体形成线形四糖聚体单位，并含有甘油酰基 和乙酰基，相对分子质量为 5 × 10 5Da [7,8]。
空间构 型变化
新的凝胶
微观解释
图 3 凝结多糖的凝胶特性 Fig.3 Gel-forming characteristic of curdlan
※专题论述
食品科学
2006, Vol. 27, No. 04 257
糖。Robison 等[2]报道的放射形土壤杆菌(A.radiobacter) SE-04 所产多糖 PS-SE-04 是一个含有 17 个糖残基的重复单 元，这是目前发现重复单元最长的半乳葡聚糖，葡萄糖 与半乳糖的比例为 15:2，丙酮基和丁二酸基占 2%～4%。
1 几种主要细菌多糖概述
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，而一些新型微生物多 糖年增长量在 30% 以上[1]，到目前为止，已生产或应用 于工业中的细菌多糖主要有：结冷胶(Gellan gum)、凝 结多糖(Curdlan)、半乳葡聚糖(Galactoglucans)和细菌纤
许多不同属的细菌都可以产生此类多糖，主要有土 壤杆菌属、根瘤菌属和产碱杆菌属等。此外还发现假 单胞菌属(Pseudomonas)等也能分泌半乳葡聚糖[15]。土 壤杆菌属所见报道较多，华南理工大学生物科学与工程 研究中心从土壤中筛选到一株能加热成凝胶的放射形土 壤杆菌胞外多糖— Curvielan[16]。Harada 等人[17]比较了土 壤杆菌属、产碱杆菌属和根瘤菌属所产多糖的结构发 现，三者多糖的主链都是相同的，只是酰化方式不同。
Guiyang 550003, China；2.Key Laboratory of Microbial Engineering, College of Life Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)
Abstract：Polysaccharides are the essential component in many kinds of artificial foods, applied as thickener, suspending agent
applications in food industry. Finally, developing trends of bacteria polysaccharides were prospected.
Key words: bacteria；polysaccharide；food；application
食品等相关领域进行利用[3]。日本专利[4]中也有报道用由 土壤杆菌属和根瘤菌属分泌的环槐聚糖(Cyclosophoran) 包裹食品成分( 维生素) 和药物。本文综述了几种细菌多 糖的开发现状及其在食品工业中的应用前景，系统介绍 了其结构、功能及生物合成途径，列举了几种细菌多 糖在食品行业中的应用，并展望了其发展前景。
半乳葡聚糖具有优越的理化性质和一些独特的性 能，如低浓度和低剪切速率时呈现高粘度，剪切稀化， 对 p H 变化的稳定性，对高浓度盐溶液特别是阳离子染 料的可配伍性等[3]。如 Curvielan 浓度在 0.1% 时粘度即 可达到 5 0 m P a ·s ，在 p H 3 ～1 0 内表现优良的耐酸碱性 能，粘度几乎不受 p H 的影响[16]。 1.4 细菌纤维素
Bacterial Polysaccharides and Their Applications in Food Industry
LI Jing1，LIAN Bin1,2,*，HU Peng-gang1 (1.Provincial Key Laboratory of Fermentation Engineering and Bio-Pharmaceutical, Guizhou University,
※专题论述
食品科学
2006, Vol. 27, No. 04 255
细菌多糖及其在食品工业中的应用
李 静 1，连 宾 * 1,2, ，胡鹏刚 1 (1.贵州大学 发酵工程与生物制药省重点实验室，贵州 贵阳 2.南京师范大学生命科学学院微生物工程重点实验室，江苏 南京
550003； 210097)
摘 要：多糖是许多加工食品中的关键成分，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，由于细菌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。本文综述了几种细菌多糖的开发现状及其在食品工业中的应用前景，系统介绍了其结构、功能及生物 合成途径，着重列举了这几种细菌多糖在食品行业中的应用，并对细菌多糖的发展趋势进行了展望。 关键词：细菌；多糖；食品；应用
C H 2O H O
OH OH
OH
C H 2O H O
O
OH OH
C H 2O H O
O
OH
n
OH
图 2 凝结多糖的结构 Fig.2 The structure of curdlan
1966 年日本的 Harada 和 Coworkers 从土壤中分离出 一株粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis var. mgxogenes)10C3 菌株以及后来又发现的土壤杆菌属的许多菌株[8]均可产生 凝结多糖。凝结多糖具有很好的热稳定性。将凝结多 糖粉末分散于水溶液中，加热悬浮液至不同的温度其凝胶 特性及在电镜下观察到的微观结构如图 3 所示[9][13,14]，作者 认为其热稳定性与其微观结构有一定的关系。凝结多糖 的另一特性是在冷冻和解冻下均能保持稳定，凝胶在 pH3～9.5 范围内稳定[9]。 1.3 半乳葡聚糖
物发酵生产的多糖，已被 F D A 推荐应用于食品中。这 种食品添加剂由美国 Takeda 股份有限公司生产，1989 年 起在日本、韩国、台湾广泛使用[ 9 ] 。
凝结多糖又叫热凝胶，热凝多糖，不溶于水，完 全由 D- 葡萄糖残基经β - 葡萄糖苷键在 C1 和 C3 联接形成
的β-1，3- 葡聚糖，相对分子质量为 44000～80000Da(图 2)，聚合度为 400～500[10,11]。此后又发现凝结多糖的(1 → 3)- β-D- 葡聚糖能专一地被靛蓝染色[9][12]。由于其水 悬液加热便可以形成凝胶特性，故在食品生产领域被广 泛应用。
未知
由于细菌纤维素具有很强的亲水性、持水性、凝 胶特性、稳定性及完全不被人体消化等特点，使之成 为一种很具有吸引力的食品基料，可作为增稠剂应用于 食品工业中，亦可作为固体食品的成型剂、分散剂和 结合剂等[20]。
表 1 细菌纤维素产生菌 Table 1 Bacterial cellulose and its producing strains
属名 醋酸杆菌属 无色杆菌属
气杆菌属 土壤杆菌属 产碱杆菌属 假单胞杆菌属
根瘤菌属 八叠球菌属
动胶菌属
纤维素结构 由带状物构成的胞外薄膜
细纤维 细纤维 短的小纤维 细纤维 无明显的小纤维 短的小纤维 无定形纤维素