凝结多糖

凝结多糖是一种化学物质。凝结多糖(凝胶多糖,多糖满量程一140)，又称凝结胶、凝胶多糖、由微生物产生的热凝胶由β淀粉组成(1→3)由糖苷键组成的水不溶性葡聚糖是一种多糖，其悬浮液加热后可形成硬而有弹性的热不可逆凝胶和热可逆凝胶。

凝结多糖

大阪大学的原田教授于1964年从土壤中分离出这种细菌，并将其命名为Alcaligenesfacealis var．粘基因(10C3)的细菌产生的(结果发现，土壤杆菌―许多保存下来的rium菌株可以产生这种多糖)凝结多糖具有许多特殊的性质糖可以形成热不可逆的凝胶，其具有可食用的和各种工业用途。1989年，日本和韩国开始将其用作食品胶。FDA于1996年批准其作为食品稳定剂、增稠剂用于食品配料中。凝结的多糖因此成为第二种黄原胶、是继结冷胶之后，FDA发酵生产的第三种食品多糖，为凝结多糖的进一步推广应用提供了更广阔的空间。凝结多糖的应用和食品开发也达到了一个新的水平。日本、加拿大等国已有生产，日本和台湾省已开发应用于多种食品中。目前，江苏省食品发酵研究所微生物发酵生产凝固多糖的工艺已基本完成工业化试验，正在进行实际工业化生产的准备工作。

凝结多糖完全由d组成-葡萄糖残基通过β葡萄糖醛酸苷连接(C-1和C-3连接形成一个线性β-1→3)葡聚糖。分子式为(C6H10O5)n通常大于250，分子量约为44000 ~ 100000，无支链结构。它的一级结构(图1)是个长链。凝结多糖由于分子间的相互作用和分子间氢键的结合，可以形成更复杂的三级结构。x射线衍射分析表明，凝结多糖具有β三螺旋结构。凝结的多糖，加热成高强度胶，右手是6重3股螺旋体，能形成稳定的硬杆状结构。

凝结多糖不溶于水和许多有机溶剂，但溶于碱液、蚁酸、二甲基亚砜，通常溶于能打破氢键的物质的水溶液中。其红外吸收光谱在890cm波数处显示出β键的特征-1处有吸收峰。凝聚多糖易被刚果红和苯胺蓝染色，而不被甲苯胺蓝和亚甲基蓝染色，其染色性稳定，与凝聚多糖的浓度和聚合度成正比。凝结的多糖具有触变性当其水悬浮液缓慢加热时，其粘度在54℃左右急剧上升，在62℃左右达到一定水平，在78℃左右再次上升，粘度随温度升高而增加。凝结多糖是一种不能被人体消化的多糖、一种极其安全的多糖添加剂，不会产生热量，毒性试验是放入109口/kg的凝聚多糖未发现异常。

凝结多糖的悬浮液在加热时可以是无色的、无味道、无味凝胶不同于一般的胶凝剂，除了加热还需要其他条件才能形成凝胶(例如加热后冷却ca计的存在或特定的pH和蔗糖浓度)凝结多糖因其独特的凝胶特性而在食品工业中具有特殊的用途。

凝胶形成

凝结多糖根据加热温度的不同可以形成两种不同性质的凝胶。将其水分散液(2%以上)加热至54 ~ 80℃，再冷却至40℃，可形成热可逆的低强度凝胶再次加热到70℃时，凝胶会再次溶解，类似琼脂。如果凝结的多糖被加热到80℃以上(80～130℃)几分钟后会形成具有不可逆热量的高强度凝胶，冷却至室温再加热也不会溶解。形成的热不可逆凝胶在室温下质地脆硬，在加热蒸煮过程中硬度下降，弹性不下降，长时间蒸煮也不会溶解或腐烂。

影响凝胶强度的因素

a．浓度对凝聚多糖的凝胶强度有一定影响

随着凝结多糖浓度的增加，其强度增加，从约3%开始时凝胶强度急剧增加，高于同浓度琼脂的凝胶强度它的凝胶特性介于琼脂的脆性和明胶的延展性之间。

b．pH值对凝胶强度的影响

凝结多糖对pH值适应性强，在pH 2 ~ 10范围内具有良好的成胶性能。

c．无机盐对凝胶强度的影响各种无机盐对混凝多糖的凝胶强度影响不大，但Na2B407能显著增强凝胶强度。

凝胶性质

凝结多糖凝胶在冻融条件下能保持稳定，这使其在众多胶凝剂中脱颖而出。Yukihiro Nakao等人的研究表明，多糖凝胶在4℃保存20小时对凝胶强度没有影响，会使多糖凝固、琼脂、卡拉胶经冷冻(一40℃)解

冷冻处理后，凝结多糖的凝胶强度变化不大，而琼脂、卡拉胶的凝胶强度为1/10和1/5，而且凝胶块变成海绵状质地，解冻后失水。

凝聚多糖凝胶具有很强的含油性3%不同浓度的凝固多糖和玉米油的混合物均质化后，在95℃加热、加热10min时，凝胶强度和脱水率随含油量的增加而降低。当含油量达到24%凝胶形成期间和之后不会发生油分离。将含油凝胶挤在两块板之间只能除去部分水分，油仍残留在干物质中，含量为85%并且干燥的物质吸收水分以恢复凝胶状态。另外，β一蒎烯、凝固的多糖凝胶中可含有芳樟醇脂溶性维生素等樟脑类物质，可得到脱水后的干燥品，且这些疏水性物质不流失。

挤压凝结多糖的未加热凝胶以除去水，可以获得干薄片这种薄片易吸水膨胀形成再生凝胶，利用这一特性可制成各种可食用薄片和即食果冻。将含有15%凝聚多糖的NaOH水溶液可通过制膜设备挤入酸性溶剂中制成凝胶状薄膜，并可干燥制备。这种薄膜透明，易膨胀但不溶于热水，强度是纤维素薄膜的1/3～1/4。因此，它适合作为各种食品的薄膜。

1965年，日本的德原 s 0saka大学从土壤中分离出10C3，发现该菌株产生一种胞外葡聚糖琥珀酸酯该葡聚糖发酵液的粘度很高，当加热到100℃时，该多糖形成凝胶，并测定了其普遍适用的培养基成分。1966年，TokuyaHarada等人发现了10C3的自发突变体(10C3K)它在生产琥珀酸方面与亲本植物不同

葡聚糖产生一种不溶性的胞外多糖，通过β葡萄糖醛酸结合键，由C1和C3位的D葡萄糖残基完全连接，形成线性β1(1―3)葡聚糖，之后发现这种多糖可以被靛蓝特异染色。1983年，加拿大多伦多大学的Lawford和Phillips在ATCC21680的连续限氮培养中获得了高产自发突变菌株ATCC31749。

产生凝结多糖的菌株的典型谱系如图2所示

在国内，贺国庆等人从水稻土中分离筛选出几株产碱杆菌，用γ射线辐照和硝基胍诱变处理，获得一株多糖产量高的菌株、一株产聚糖性能优良的菌株C125。他们还用60上标Coγ射线照射GM24的细胞和原生质体，发现60C07射线对GM24原生质体的诱变效果明显好于其细胞。

凝结多糖发酵培养基

葡萄糖是制备凝固多糖的最佳碳源。蔗糖和玉米淀粉是工业化生产凝固型多糖的最佳原料。凝结多糖是一种次生代谢产物，在细菌生长的稳定期合成氮源的相对短缺有利于其大规模合成。在简单的特定培养基中，保持pH中性和高浓度的碳源可以转化为高产率(50%的凝结多糖；凝结的多糖也可以通过细胞悬浮在不含氮源的仅含D葡萄糖和碳酸钙的培养基中合成。产生的凝结多糖可以通过其水不溶性进行分离。根据经验，理想的组成比例如下：葡萄糖50.0g，酵母粉8.0g，K2HP04 0.1g，(NH4)2HPO4 0.8g，MgS04 0．3g柠檬酸钾0.3g，FeCl3O 0.25g，自然pH。

由胞外多糖(EPS)在细胞周围以粘性聚合物的形式形成网络结构。因此，在凝结多糖的生产过程中，即使大量稀释，也很难将胞外多糖从细胞中分离出来。

在食品行业应用

凝胶多糖具有良好的保水性等加工适应性、耐冷冻性、耐热性、粘附性和成膜性广泛应用于食品工业的各个领域。已经开发并应用了适合不同食物的各种特殊制剂。凝胶多糖既可作为食品添加剂，也可作为食品的主要成分。

1.1在肉制品中的应用

凝胶多糖在50 ~ 60℃时吸水率最高，适用于肉制品。在肉类加工中，凝胶多糖可以提高香肠和火腿的持水性添加0.2～1%明胶多糖，烹饪后形成软、多汁高产的汉堡包。此外，由于其成膜性，可用于汉堡包、炸鸡表面覆膜，减少了产品在烧烤过程中的失重，肉汁浓郁，口感滑嫩。覆膜方法是5%凝胶多糖、5%淀粉、94.5%将水混合分散均匀，将涂好的食品浸泡在其中515秒，取出，在125130℃的油浴中加热3040秒，脱脂冷却，然后速冻或冷藏，调理时再加热烘烤或油炸。

1.2在面制品中的应用

凝胶多糖在中式面条中的应用、荞麦面、切面条时，可以增强面条的硬度、弹性、粘度等，提高口感、抑制热水溶胀、减少煮烂、减轻汤汁混蚀。用量为小麦粉的05.3～1%，常用量0.4%制备时，先将凝胶多糖与小麦粉混合，再与其他原料混合制成面粉。豆腐是日本和中国的传统食品它有柔软的质地，它是4%将凝胶多糖与豆腐凝固剂混合用于豆浆中，通过挤压和加热可以制成豆腐面条，赋予其不同的质地，豆腐也可以高温灭菌或冷藏。

1.3在水产品中的应用

凝胶多糖用于水产品，如鱼糕、油炸鱼肉糕、鱼肉圆、冷冻鱼糜等，可以增强产品的弹性、有咬口，同时增加其硬度，方便成型操作。一般用量为0.7%使用时，先将凝胶多糖制成低强度凝胶，然后添加到鱼糜中。

1.4在烘焙产品中的应用

利用凝胶多糖的保湿和保形特性，凝胶多糖也可以添加到蛋糕中，如蛋糕、奶酪饼等中。加工时外观不凹陷，加工后保湿性好即使冷藏也不会造成老化和起砂，使用量一般为0.1～0.4%面包用凝胶多糖、饼馅的流动性由于凝胶化可以保持其应有的形状，便于操作。硬度和形状保持性可以通过改变其添加量来调节。如蜂蜜、奶油、酱香馅，用量一般为2 ~ 5%

1.5在冷冻产品中的应用

凝胶多糖作为稳定剂可以提高冰淇淋的保形性。凝胶多糖与其他稳定剂的组合效果最好。使用量一般为0.2～0.3%一个冰淇淋的配方和操作要点如下：全脂炼乳12、脱脂乳粉8.无盐奶油15.5、砂糖3.饴糖5.蛋黄1.乳化剂（OM）2、香料（香兰素）1、水55、凝胶多糖0.2。首先混合，然后热处理至85℃，均质（100MPa）

1.6在其他产品中的应用

用于草莓酱的凝胶多糖、蜂蜜和蛋黄酱很粘，很难处理，可以用来做草莓片、蜂蜜片和蛋黄酱片等，这些切片可以作为小风味的食品直接食用，也可以用来做三明治、夹馅、卷寿司芯等。蔬菜、水果、肉制品可以用凝胶多糖做成薄片。这些食物可以冷冻保存，加热也不会溶解。凝胶多糖作为生产素食香肠的关键成分，使这种香肠具有全脂香肠的质地和口感。还可以替代奶酪制品中的脂肪，防止酸奶和低脂酸性奶油脱水收缩。大多数牛奶加工的巴氏杀菌温度适用于凝胶多糖的凝胶。凝胶多糖也可用于制作绿茶风味的果冻，食用前可冷冻保存和微波加热。凝胶多糖含有膳食纤维98.6%，可用作低热、减肥、预防便秘的功能性食品成分等，生产保健食品。

在化工工业应用

化工用凝胶柱的填充材料一般是葡聚糖。科学家研究了用凝结多糖代替葡聚糖作为色谱柱的填料，取得了良好的分离效果。目前国外已经开始为此生产凝固多糖。混凝多糖和活性炭制备的混合物能有效去除中草药中的重金属元素，特别有利于中药的发展；但在化妆品工业中用作增稠剂、悬浮剂、稳定剂、保湿剂和流变改进剂也很有效，因此它们可以用于各种类型的化妆品中。

凝胶多糖是一种新型微生物多糖，具有许多独特的功能。自1997年美国卫生组织批准凝胶多糖作为食品添加剂以来，凝胶多糖的功能特性在食品工业中得到了淋漓尽致的体现，应用范围不断扩大。除了用于食品工业外，最近有科学家研究了凝胶多糖代替葡聚糖作为填料在化学工业中的应用，并取得了良好的分离效果。

目前，国外已经开始为此生产凝胶多糖。凝胶多糖在化妆品工业中用作增稠剂、悬浮剂、稳定剂、保湿剂和流变改进剂也很有效，因此它们可以用于各种类型的化妆品中。据专家分析，凝胶多糖的需求量将为30%增长的速度，世界形势处于供不应求的状态。但国内对凝胶多糖的研究还处于认识阶段，离工业化生产还有很大距离因此，加快凝胶多糖的发展对调整我国农村产业结构具有重要意义、提高农产品的附加值、增加农民和农民收入起着重要的作用。