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发表于 2006-03-11 22:47 |只看楼主
黄 原 胶 及 其 增 效 作 用

                    罗 志 刚  杨 连 生

  摘 要 ： 黄 原 胶 是 非 凝 胶 多 糖 。 它 具 有 优 良 的 理 化 特 性 和 免 疫 学 特 性 ， 同 时 还 有增 效 作 用 。

  关 键 词 ： 黄 原 胶 ； 增 效 作 用

  Abstractanthan gum is not a gelation polysaccharide.It has good physics chemical and immune characteristics.At the same time, Xanthan gum has the strength application.The paper summarized the characteristics and application.0.

  Key wordsanthan gum, strength application

0   前 言

　 黄 原 胶 (Xanthan gum)是 由 甘 蓝 黑 腐 病 野 油 菜 黄 单 胞 菌 Xantho moans campestris以 碳水 化 合 物 为 主 要 原 料 ， 经 好 氧 发 酵 生 物 工 程 技 术 产 生 的 一 种 高 粘 度 水 溶 性 微 生 物 胞 外 多 糖 。 1969年 美 国 FDA批 准 黄 原 胶 可 用 做 食 品 添 加 剂 ， 1983年 世 界 卫 生 组 织 和 国 际 粮 农 组 织 批 准 黄 原胶 可 作 为 食 品 工 业 中 的 稳 定 剂 、 乳 化 剂 、 增 稠 剂 。 黄 原 胶 不 仅 具 有 良 好 的 理 化 特 性 ， 而 且 还有 一 定 的 免 疫 学 特 性 。 此 外 ， 黄 原 胶 可 作 为 其 它 食 品 胶 的 增 效 剂 。 本 文 对 以 上 作 了 综 述 ， 以期 更 好 地 开 发 黄 原 胶 。

1  黄 原 胶 的 结 构

　 黄 原 胶 分 子 由 D－ 葡 萄 糖 、 D－ 甘 露 糖 、 D－ 葡 萄 糖 醛 酸 、 乙 酰 基 和 丙 酮 酸 构 成 ， 分 子 量 在 2x106～ 50x106之 间 ， 它 的 一 级 结 构 是 由 β － (1→ 4)键 连 接 的 葡 糖 基 主 链 与 三 糖 单 位 的 侧 链 组成 ； 其 侧 链 由 D－ 甘 露 糖 和 D－ 葡 萄 糖 醛 酸 交 替 连 接 而 成 ， 分 子 比 例 为 2∶ 1； 三 糖 侧 链 由 在 C－ 6位 置 带 有 乙 酰 基 的 D－ 甘 露 糖 以 α － (1→ 3)链 与 主 链 连 接 ， 在 侧 链 末 端 的 D－ 甘 露 糖 残 基 上 以缩 醛 的 形 式 带 有 丙 酮 酸 ， 其 高 级 结 构 是 侧 链 和 主 链 间 通 过 氢 键 维 系 形 成 螺 旋 和 多 重 螺 旋 。 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 。

2  黄 原 胶 的 性 能

　 结 构 决 定 性 能 。 黄 原胶 的 分 子 侧 链 末 端 含 有 丙 酮 酸 基 团 的 多 少 ， 对 其 性 能 有 很 大 影 响 。 黄 原 胶 具 有 长 链 高 分 子 的一 般 性 能 ， 但 它 比 一 般 高 分 子 含 有 较 多 的 官 能 团 ， 在 特 定 条 件 下 会 显 示 独 特 性 能 。 它 在 水 溶液 中 的 构 象 是 多 样 的 ， 不 同 条 件 下 而 表 现 不 同 的 特 性 。

2.1 理 化 性 能

2.1.1 悬 浮 性 和 乳 化 性 黄 原 胶 因 为 具 有 显 著 的 增 加 体 系 粘 度 和 形 成 弱 凝 胶 (weak gel)结构 的 特 点 而 经 常 被 使 用 于 食 品 或 其 它 产 品 以 提 高 O/W乳 状 液 的 稳 定 性 。 但 是 近 年 来 发 现 只 有 当黄 原 胶 的 添 加 量 到 一 定 量 后 才 能 得 到 所 预 定 的 稳 定 作 用 。 麻 建 国 等 [2]通 过 黄 原 胶 对 O/W乳 状液 稳 定 性 的 研 究 发 现 ， 在 非 常 低 (<0.001wt％ )的 黄 原 胶 浓 度 下 ， 实 验 体 系 的 稳 定 性 变 化 不大 。 0.01wt％ ～ 0.02wt％ 的 黄 原 胶 可 引 起 样 品 底 部 富 水 层 出 现 ， 但 体 系 无 明 显 分 层 。 当 黄 原胶 浓 度 加 到 0.02wt％ 以 上 ， 乳 状 液 很 快 分 层 ， 且 分 层 的 状 态 取 决 于 黄 原 胶 添 加 量 。 只 有 当 添加 量 超 过 0.25wt％ ， 黄 原 胶 才 能 起 到 提 高 体 系 稳 定 性 的 作 用 。

2.1.2 良 好 的 水 溶 性 黄 原 胶 在 水 中 能 快 速 溶 解 ， 有 很 好 的 水 溶 性 。 特 别 在 冷 水 中 也 能 溶解 ， 可 省 去 繁 杂 的 加 热 过 程 ， 使 用 方 便 。

       表 1 黄 原 胶 粘 度 (Mpa· s)与 浓 度 、 转 速 的 关系

2.1.3 增 稠 性 吉 武 科 等 在 25℃ 条 件 下 ， 用 NDJ－ 1型 3号 转 子 对 中 轩 公 司 的 黄 原 胶 粘 度 测定 的 结 果 如 表 1所 示 。 从 表 中 看 到 随 着 浓 度 的 递 减 ， 粘 度 不 成 比 例 的 降 低 ， 0.3％ 是 高 低 粘 度的 分 界 点 ； 0.1％ 的 粘 度 仅 有 100Mpa· s左 右 ， 而 许 多 其 它 胶 类 在 浓 度 为 0.1％ 时 ， 粘 度 几 乎 为零 。 由 此 可 见 ， 黄 原 胶 具 有 低 浓 度 高 粘 度 的 特 性 。

2.1.4 假 塑 流 变 性 黄 原 胶 的 水 溶 液 ， 在 受 到 剪 切 力 或 剪 切 速 度 作 用 时 ， 粘 度 急 剧 下 降 ，而 当 剪 切 力 消 除 时 ， 则 立 即 恢 复 原 有 的 粘 度 。 剪 切 力 和 粘 度 的 关 系 是 完 全 可 塑 的 。

2.1.5 对 热 的 稳 定 性 一 般 的 多 糖 因 加 热 会 发 生 粘 度 变 化 ， 但 黄 原 胶 的 水 溶 液 在 10～ 80℃ 之 间 粘 度 几 乎 没 有 变 化 ， 即 使 低 浓 度 的 水 溶 液 在 广 阔 的 温 度 范 围 内 仍 然 显 示 出 稳 定 的 高粘 度 。 1％ 黄 原 胶 溶 液 (含 1％ KC1)由 25℃ 加 热 到 120℃ ， 其 粘 度 仅 降 低 3％ 。

2.1.6 对 酸 碱 的 稳 定 性 黄 原 胶 溶 液 对 酸 碱 十 分 稳 定 ， 在 pH5～ 10之 间 其 粘 度 不 受 影 响 ，在 pH小 于 4和 大 于 11时 粘 度 有 轻 微 的 变 化 。

2.1.7 对 盐 的 稳 定 性  黄 原 胶 溶 液 能 和 许 多 盐 溶 液 混 溶 ， 粘 度 不 受 影 响 。 它 可 在 10％ KCl、 10％ CaCl2、 5％ Na2CO3溶 液 中 长 期 存 放 (25℃ 、 90d)， 粘 度 几 乎 保 持 不 变 。

2.1.8 对 酶 解 反 应 的 稳 定 性 许 多 的 酶 类 如 蛋 白 酶 、 淀 粉 酶 、 纤 维 素 酶 和 半 纤 维 素 酶 等 酶都 不 能 使 黄 原 胶 降 解 。

2.2 黄 原 胶 的 免 疫 学 性 能

　 黄 原 胶 作 为 一 种 胞 外多 糖 ， 其 优 良 的 理 化 性 能 ， 无 毒 副 作 用 ， 已 作 为 食 品 添 加 剂 在 一 些 发 达 国 家 广 泛 应 用 。 1985年 ， 小 田 宗 宏 研 究 证 明 ， 黄 原 胶 具 有 抑 制 肿 瘤 的 活 性 。 Ishizaks等 (1983)采 用 体 外 试 验 ， 研 究 了 黄 原 胶 对 淋 巴 细 胞 增 殖 和 诱 导 多 克 隆 抗 体 产 生 的 影 响 。 Shimada等 [7](1992)和 李 信 等 (1997)也 研 究 证 明 了 黄 原 胶 具 有 一 定 的 抗 氧 化 作 用 。 李 信 、 许雷 对 黄 原 胶 免 疫 活 性 作 了 探 索 ， 给 试 验 小 白 鼠 每 天 分 别 按 0.2， 0.4和 10.0ug/g灌 胃 黄 原 胶 溶液 ， 连 续 14d， 观 察 黄 原 胶 对 小 白 鼠 脾 、 胸 腺 、 IgM－ PFC及 对 小 白 鼠 DTH的 影 响 。 试 验 结 果 表明 ， 黄 原 胶 能 显 著 地 提 高 小 白 鼠 的 体 液 免 疫 功 能 ， 但 对 小 白 鼠 的 脾 和 胸 腺 重 量 及 DTH含 量 未 见明 显 影 响 ， 黄 原 胶 诱 导 小 白 鼠 产 生 IgM－ PFC的 作 用 ， 详 见 表 2。

         表 2  黄 原 胶 对 小 白 鼠 IgM－ PFC/脾 的 影 响

剂量（ug/g）

小鼠数量

IgM－PFC/脾

0

8

25703

217

04

8

96883

185（1）

2

8

87599

138（1）

10

8

74773

164（1）

注 ： （ 1） 与 对 照 组 比 P<0 01。

3 黄 原 胶 的 增 效 作 用

　　凝 胶 化 性 质 是 多 糖 大分 子 生 物 功 能 的 重 要 方 面 ， 许 多 生 命 过 程 就 是 在 凝 胶 态 中 完 成 的 。 黄 原 胶 与 其 它 食 品 胶 在 一定 条 件 下 共 混 可 以 得 到 令 人 满 意 的 凝 胶 和 1＋ 1>2的 增 效 作 用 。 利 用 这种 作 用 可 以 拓 宽 多 糖 产 品 的 应 用 范 围 ， 也 有 利 于 认 识 许 多 生 命 现 象 ； 同 时 达 到 减 少 用 量 ， 降低 成 本 ， 为 食 品 工 业 更 好 地 开 发 利 用 食 品 胶 ， 尤 其 是 为 高 盐 食 品 优 选 食 品 胶 提 供 理 论 和 方 法的 指 导 。

3.1 黄 原 胶 与 其 它 食 品 胶 的 协 同 增 效 作 用

　 黄 原 胶 与 多 糖 协 同 相互 作 用 可 以 赋 予 多 糖 共 混 体 系 新 的 功 能 ， 然 而 对 多 糖 的 作 用 机 理 却 存 在 着 诸 多 争 议 。 目 前 黄原 胶 主 要 与 半 乳 甘 露 聚 糖 、 葡 萄 甘 露 聚 糖 协 同 作 用 ， 对 这 类 凝 胶 模 型 普 遍 认 为 是 由 于 处 于 线团 结 构 的 黄 原 胶 分 子 与 半 乳 甘 露 聚 糖 或 葡 萄 甘 露 聚 糖 主 链 之 间 的 结 合 所 致 。

3.1.1 黄 原 胶 与 魔 芋 精 粉 的 协 同 增 效 作 用 魔 芋 葡 甘 聚 糖 是 一 种 复 合 多 糖 类 ， 它 是 由 D－葡 萄 糖 和 D－ 甘 露 糖 按 2∶ 3或 1∶ 1.6的 摩 尔 比 由 β － 1， 4键 多 个 结 合 起 来 。 而 黄 原 胶 是 由 黄 杆菌 产 生 的 一 种 阴 离 子 多 糖 ， 分 子 主 链 由 D－ 吡 喃 型 葡 萄 糖 经 β － 1， 4键 连 接 而 成 ， 具 有 类 似 纤维 的 骨 架 结 构 ， 每 两 个 葡 萄 糖 中 的 一 个 C3上 连 接 有 一 个 三 糖 侧 链 ， 侧 链 为 两 个 甘 露 糖 和 一 个葡 萄 糖 醛 酸 组 成 。 何 东 保 、 詹 东 风 等 [11]研 究 表 明 ， 当 黄 原 胶 与 魔 芋 精 粉 的 共 混 比 例 为 70∶ 30、 多 糖 总 浓 度 为 1％ ， 可 达 到 协 同 相 互 作 用 的 最 大 值 。

3.1.2 黄 原 胶 与 槐 豆 胶 的 协 同 增 效 作 用 槐 豆 胶 是 一 种 半 乳 甘 露 聚 糖 ， 它 是 以 甘 露 糖 为 主链 ， 部 分 甘 露 糖 的 C－ 6位 被 半 乳 糖 取 代 ， 分 子 中 甘 露 糖 (M)与 半 乳 糖 (G)之 比 (M/G)因 其 来 源 和提 取 方 法 不 同 而 异 。 研 究 结 果 表 明 黄 原 胶 与 槐 豆 胶 (LBG)在 总 浓 度 为 1％ ， 共 混 比 例 为 60∶ 40时 ， 它 们 之 间 可 以 达 到 协 同 相 互 作 用 的 最 大 值 [12]。

3.1.3 黄 原 胶 与 瓜 尔 豆 胶 的 协 同 增 效 作 用 瓜 尔 豆 胶 是 由 配 糖 键 结 合 的 半 乳 甘 露 聚 糖 (由半 乳 糖 和 甘 露 糖 按 1∶ 2)组 成 的 高 分 子 水 解 胶 体 多 糖 。 黄 原 胶 与 瓜 尔 豆 胶 也 有 良 好 的 协 同 效 果， 复 配 不 能 形 成 凝 胶 ， 但 可 以 显 著 增 加 粘 度 和 耐 盐 稳 定 性 ， 而 且 彼 此 之 间 存 在 合 适 的 配 比 。赵 谋 明 等 [13]研 究 了 它 们 的 复 配 效 果 ， 黄 原 胶 与 瓜 尔 豆 胶 最 合 适 的 配 比 为 30∶ 70。

3.1.4 黄 原 胶 与 两 种 食 品 胶 的 增 效 作 用 [13] 在 槐 豆 胶 和 瓜 尔 豆 胶 溶 液 以 及 魔 芋 精 粉 和瓜 尔 豆 胶 溶 液 中 加 入 黄 原 胶 后 发 现 ， 黄 原 胶 、 槐 豆 胶 、 瓜 尔 豆 胶 的 含 量 分 别 为 0.2％ 、 0.01％、 0.9％ 时 耐 盐 性 最 好 ， 用 量 最 少 ， 成 本 最 低 。 而 黄 原 胶 、 魔 芋 精 粉 、 瓜 尔 豆 胶 的 含 量 分 别 为 0.3％ 、 0.01％ 、 0.8％ 时 耐 盐 性 最 好 ， 用 量 最 少 ， 成 本 最 低 。

3.2 影 响 黄 原 胶 与 其 它 食 品 胶 共 混 凝 胶 强 度 的 因 素

　 共 混 比 例 影 响 共 混 凝胶 强 度 ， 共 混 时 要 有 一 个 合 适 的 比 例 ， 才 能 达 到 不 同 分 子 间 相 互 作 用 力 最 大 ， 凝 胶 强 度 最 大。 如 黄 原 胶 与 魔 芋 精 粉 的 共 混 比 例 为 70∶ 30。

　 共 混 凝 胶 强 度 还 受 制备 温 度 (Tp)的 影 响 。 在 最 佳 制 备 温 度 时 凝 胶 强 度 最 大 。 黄 原 胶 从 有 序 态 (螺 旋 结 构 )变 到 无 序 态 (无 规 线 团 )的 温 度 为 转 变 温 度 (Tm)。 只 有 当 Tp>Tm时 ， 黄 原 胶 中 的无 序 分 子 即 活 化 分 子 才 逐 渐 增 多 ， 这 种 无 序 分 子 就 可 与 其 它 多 糖 活 化 分 子 充 分 绞 合 在 一 起 。若 温 度 继 续 升 高 这 种 无 序 分 子 就 不 断 增 多 ， 这 两 种 多 糖 分 子 间 相 互 作 用 凝 胶 强 度 明 显 增 大 ，在 一 定 的 温 度 下 达 到 协 同 相 互 作 用 的 最 大 值 。 若 继 续 升 温 ， 多 糖 发 生 部 分 降 解 ， 凝 胶 强 度 发生 下 降 。 可 见 黄 原 胶 分 子 构 象 对 共 混 凝 胶 化 有 着 极 为 重 要 的 作 用 。

　 此 外 ， 盐 离 子 浓 度 对凝 胶 强 度 也 有 影 响 。 随 着 盐 离 子 浓 度 增 大 ， 多 糖 之 间 凝 胶 化 能 力 不 断 提 高 ， 其 凝 胶 强 度 明 显增 大 ， 分 子 间 相 互 作 用 进 一 步 增 强 ， 达 到 一 定 的 浓 度 时 ， 其 凝 胶 强 度 最 大 ， 分 子 间 相 互 作 用达 到 最 大 值 。 若 盐 离 子 浓 度 再 继 续 增 大 ， 凝 胶 强 度 反 而 有 所 降 低 。

4  黄 原 胶 的 开 发 前 景

　 黄 原 胶 自 50年 代 由 美 国 农 业 部 发 现 后 ， 发 展 非 常 迅 速 。 已 广 泛 用 于 食 品 、 石 油 、 化 妆 品、 纺 织 印 染 、 涂 料 、 造 纸 、 农 药 、 医 药 等 十 几 个 行 业 。 我 国 虽 起 步 较 晚 ， 但 发 展 很 快 。 今 后， 我 国 应 加 强 黄 原 胶 在 医 药 学 方 面 的 研 究 ， 深 入 探 讨 黄 原 胶 的 药 理 作 用 ， 把 黄 原 胶 应 用 于 各食 品 中 ， 增 加 食 品 的 附 加 值 ； 同 时 ， 随 着 高 分 子 技 术 的 发 展 ， 更 广 泛 地 研 究 黄 原 胶 与 其 它 食品 胶 的 增 效 作 用 ， 了 解 其 作 用 机 理 ， 找 出 性 质 更 优 良 、 应 用 更 广 泛 的 复 合 胶 。

[此贴子已经被作者于2006-3-11 22:48:26编辑过]

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