黄原胶(Xanthan Gum)的特性、生产及应用
许多微生物都分泌胞外多糖，它们或附着在细胞表面，或以不定型粘质的形式存在于胞外介质中，这些胞外多糖对于生物体间信号传递、分子识别、保护己体免受攻击、构造舒适的体外环境等方面都发挥着重要的作用。这些分泌的多糖结构各异，其中一些有着优良的理化性质，已为人类广泛应用。对于仍不为人类所知的绝大多数多糖，人们试图通过相关的多糖结构问的相互比较，推断出构效关系，从而人为地主动修饰、构造多糖，以满足应用的需要。其中，黄原胶是人类研究最为透彻、商业化应用程度最高的一种。．
1 黄原胶的结构
黄原胶(xanthan gum)是20世纪50年代美国农业部的北方研究室(Northern Re．
gional Research Laboratories，NRRL)从野油菜黄单孢菌(Xanthomonas campestris)NRRLB一1459发现了分泌的中性水溶性多糖，又称为汉生胶。黄原胶由五糖单位重复构成，如图1，主链与纤维素相同，即由以13—1，4糖苷键相连的葡萄糖构成，三个相连的单糖组成其侧链：甘露糖一葡萄糖一甘露糖。与主链相连的甘露糖通常由乙酰基修饰，侧链末端的甘露糖与丙酮酸发生缩醛反应从而被修饰，而中间的葡萄糖则被氧化为葡萄糖醛酸，分子量一般在2×10。～2×10 D之间。黄原胶除拥有规则的一级结构外，还拥有二级结构，经x一射线衍射和电子显微镜测定，黄原胶分子问靠氢键作用而形成规则的螺旋结构。双螺旋结构之间依靠微弱的作用力而形成网状立体结构，这是黄原胶的三级结构，它在水溶液中以液晶形式存
在¨。
2 黄原胶的性质
黄原胶的外观为淡褐黄色粉末状固体，亲水性很强，没有任何的毒副作用，美国FDA于1969年批准可将其作为不限量的食品添加剂，1980年，欧洲经济共同体也批准将其作为食品乳化剂和稳定剂。由其二级结构决定，黄原胶具有很强的耐酸、碱、盐、热等特性。黄原胶最显著的特性是其控制液体流变性质的能力，它即便在低浓度时也可形成高粘度的、典型的非牛顿溶液，具有明显的假塑性(即随着剪切速率的增大，其表观粘度迅速降低)。溶液粘度的影响因素还包括溶质浓度、温度(既包括黄原胶的溶解温度，又包括测量
时的溶液温度)、盐浓度、pH值等，现分别简述之。
2．1 温度的影响黄原胶溶液的粘度既受测量时溶液温度的影响，也受溶解温度的影响。如下图2a所示，像大多数溶液一样，(在同平剪切力下测定)黄原胶溶液的粘度随溶液的温度(T )的升高而降低，且此变化过
程在10"C～80T：完全可逆。
由于黄原胶在其水溶液中存在两种构象：螺旋型和不定型。随溶解时的温度(To)升高从螺旋型向不定型转变，改变了其聚合物的胶连方式和程度，从而使溶液粘度发生改变。粘度随T 改变的曲线如图2-b所示。此变化曲线折为三段，低于40℃时随T。增加粘度减小，在40℃～60℃时，粘度随T。升高而增大，当T。大于60℃时，粘度随T 的变化趋势又变为随温度升高而减小。
2．2 盐浓度的影响盐浓度对黄原胶溶液的粘度有一定影响。在浓度较低时，少量盐的加入可使粘度略微下降，这主要是由分子间电荷力的降低造成的；在黄原胶浓度较高时，加入大量的盐可使溶液粘度增加，这可能是由于增加了分子问的胶连程度；而当盐浓度超过0．1％(W／V)时，盐浓度对溶液粘度没有影响。多价金属盐在不同pH值范围内可与黄原胶形成凝胶，如钙、镁盐形成凝胶的pH值为1 1～13，三价金属
盐在较低pH值时即可形成凝胶或沉淀。
2．3 pH值影响相比较而言，黄原胶溶液的粘度受pH值影响很小。pH>9时，侧链上的乙酰基脱掉，在pH<3时，丙酮酸和乙酰基开始脱掉。据研究者者指出，脱除丙酮酸和乙酰基后的黄原胶与野生型的黄原
胶对溶液的粘度影响几乎相同。
2．4 剪切力的影响黄原胶溶液有着突出的假塑性，溶液粘度随剪切力的改变而变化，且该变化在很大的程度上可逆。许多研究者都对黄原胶溶液的粘度随剪切力的变化模型提出了方程。用Ostwald de Wale方程解释模型，得到：=K7 。其中是表观粘度，是剪切率，K是恒定系数(即在剪切率为1S 时的粘度数值)，n是流体系数，对假塑性流体而言，n<1 。另外，还有人提出用Casson模型来描述这一特性：T =T。+K 。与前一个方程相比，这一方程考虑了最初的剪切力。，另外的一个参数K 是Casson常数，是剪切力，是表观粘度。在剪切速率在0．39～79．2 S 间时，这两个方程与实验数据都可很好的吻合，在超出此范围时则需查相关文献来重新确定方程。2．5 黄原胶浓度的影响随着黄原胶在溶液中浓度的增大，其分子间作用及胶联程度增加，从而使粘度增加，但不完全成比例J
(图3)。
2．6 同促作用黄原胶的另外一个显著的特征是其与半乳甘露聚糖的同促作用，如槐豆胶(Locust bean
gum)、瓜尔胶(Guar gum)等。即当黄原胶与半乳甘露聚糖混合时，其t昆合物粘度较之其中任何一种单独存在时，粘度都明显增加。。，如图4所示。混合溶液的粘度与这两种溶质的构象相关，前已述及，黄原胶在溶液中的构象依溶解温度而定。当黄原胶在较低温度(<40℃)溶解时，呈规则的螺旋构象，与不规则构象相比，与半乳甘露聚糖间的胶连作用更强。而半乳甘露聚糖溶液的性质同样也受溶解温度的影响，该聚糖主链由甘露糖连接而成，上面连有单糖分子的半乳糖构成侧链，侧链在主链上的分布并不均匀，没有侧链区域称为光滑区(smooth regions)，侧链分布均匀的区域称为毛发区(hairy regions)，毛发区与黄原胶的作用很小。但光滑区部分仅在80℃左右溶解¨，因此，欲得到较强同促作用的黄原胶与半乳糖苷聚糖的混合物，应使黄原胶在较低温度下(<40℃溶解，使半乳糖在较高温度下(80℃左右)溶解，然后将两者混和。
黄原胶与各种酸碱都有很好的相溶性，且o．1 1．0，．10
性质稳定，还可与甲醇、乙醇、异丙醇以及丙
酮互溶，但溶剂超过50％～60％时则可引发沉淀，黄原胶不溶于多数有机溶剂，但在25度可溶于甲醛，
在65℃下可溶于甘油和乙二醇。
近年来又相继报道了由野油菜黄单孢菌的突变菌株分泌由重复的四糖单位(侧链由二糖构成，图5a)和三糖单位(侧链为单糖，图5b)组成的黄原胶，见如5，与野生型黄原胶相比，由重复的四糖单位组成的聚糖(图5a)使溶液粘度增加的作用很弱，因而不宜用于增稠剂；而由重复的三糖单位(图5b)组成的聚糖在相同质量下使溶液粘度增大的能力要大于野生型黄原胶¨。
3 黄原胶的生产
黄原胶的生产工艺经过半个世纪的发展精琢，现已较为成熟。底物转化率达60％～70％，以至国外的一些杂志称其为“基准产品”，将其他发酵产品的产率与之对比定位。分泌黄原胶的菌株——野油菜黄单孢菌是甘蓝、紫花苜蓿等一大批植物的致病菌株，直杆状，宽0．4 m～0．7 tzm，有单个鞭毛，可移动，革兰氏阴性，好氧。图6是黄原胶生产工艺简图，黄原胶的生产受到培养基组成、培养有条件(温度，pH值，溶氧量等)、反应器类型、操作方式(连续式或间歇式)等多方面因素的影响。常用的培养基是YM培养基以及YM-T培养基，两种培养基得到的产量相似，但应用YM．T培养基的生长曲线有明显的二次生长现象。
菌株可在25％～30％下生长，最适的发酵温度为28~C，已有研究者提出具体的温度与生长速率关系的方程。由于分泌出的黄原胶包裹在细胞的周围，妨碍了营养物质的运输，影响了菌种的生长，因此，接种阶段时除应增加细胞的浓度外，还应尽量降低黄原胶的产量，这样就需多步接种(每步接种时间必须控制在7 h 以下，以免黄原胶生成)，接种体积一般为反应器中料液体积的5％～10％，接种的次数应随发酵液体积
增大而增多。
发酵液中的成分配比也是影响产量的重要因素。碳源(一般为葡萄糖或蔗糖)的最佳浓度为2％～4％，过大或过小都会降低黄原胶的产量；氮源的形式既可以是有机化合物，也可以为无机化合物。根据经验，较为理想的成分配比为：蔗糖(40 g／L)，柠檬酸(2．1 g／L)，NH4NO3(1．144 g／L)，KI-I2PO4(2．866 g／L)，MgC12(0．507 g／L)，Na SO4(89 mg／L)，H3BO3(6 mg／L)，ZnO (6 mg／L)，FeC13·6H2O (20 mg ／L)，CaCO (20 mg／L)，浓HC1(0．13 ml／L)，通过添加氢氧化钠而将pH值调为7．0。发酵温度不仅影响黄原胶的产率，还能改变产品的结构组成。研究指出，较高的温度可提高黄原胶的产量，但降低了产品中丙酮酸的含量，因此，如需提高黄原胶产量，应选择温度在31℃～33％，而要增加丙酮酸含量就应选择温度范围在27℃～31℃。pH范围在中性时最适于黄原胶的生产，随着产品的产出，酸性基团增多，pH值降至5左右。研究表明控制反应中的pH值对菌体生长有利，但对黄原胶的生产没有显
著影响¨。反应器的类型及通氧速率、搅拌速率等都有相应的经验数据，须根据具体条件而定。可参考如下数据：搅拌速率在200～300 r／min，空气流速为1 L／L·min。除上述传统发酵的生产方法外，还有研究者已发现了合成、装配黄原胶所需的数种酶，并克隆出相关基因，(12个基因的联合作用) ，选择出适当的载体，虽然目前此法的成本较高，但相信经过工艺的改进，可为进一步降低成本及控制产品的结构提供
可能。
4 黄原胶的提取
相比较而言，从发酵液中回收产品的成本较高。一般的，最终发酵液中的组分为：黄原胶：10～30 L，细胞：1～10 g／L，残余营养物质3～10 L，以及其他代谢物。由于高浓度的黄原胶的存在，溶液浓度很大，从而增加了提取操作的困难，因此，宜先做稀释处理。提取的主要步骤：细胞的沉淀，黄原胶的沉淀、脱
水、干燥、研磨。
目前有多种方法可灭活发酵液中的菌体。酶法成本较高；化学试剂容易改变pH值，而降低产品中的丙酮酸含量；因此一般采取巴氏灭菌法，此法由于温度较高还可提高黄原胶的溶解度，并在一定程度上降低了溶液的粘度，利于随后的离心或过滤。但要注意温度不能过高，使其发生降解，一般维持在80℃～130~C，加热10～20 rain，pH值控制在6．3～6．9。过滤前需要稀释，稀释剂一般为水、酒精或含低浓度盐的酒精，下面将可以看到由酒精作为稀释剂会对后面的工艺有所帮助。沉淀黄原胶的方法有加盐、加入可溶于水的有机溶剂(如乙醇、异丙基乙醇
加入有机溶剂不仅可降低溶液粘度和增加黄原胶的溶解度，还可洗脱杂质(如盐、细胞、有色组分等)，但单独加有机试剂所需量太大，成本过高。如要全部沉淀每体积发酵液中的黄原胶，需三倍体积的丙酮或IPG，六倍体积的乙醇。加入盐离子可降低黄原胶的极性从而降低其水溶性，且加入盐的离子强度越高效果越明显，如Ca ，A1“等，加入Na 则不会引起沉淀。因而，加入含低盐浓度的有机试剂是目前较为通用的方法¨，如加人1 g／L的NaC1可使乙醇的使用量减半；加入二价离子虽可使有机试剂的使用量更小，但使得产物——黄原胶盐——的溶解度降低，因此一般不采用。图7a及图7b分别为黄原胶溶液加入无盐的有机溶剂以及含不同量的NaC1的IPG的沉淀曲线。1997年曾有人报道用超滤法来提取黄原胶，但未
得到广泛应用¨。
5 黄原胶的降解
驱使人们研究黄原胶降解途径动力主要有3个：
(1)工业应用上的方便。黄原胶超乎寻常的稳定性本身也是一把双刃剑：一方面，它大大地增加了其应用普及度；另一方面，它也产生了一些问题。比如在采油业中，由于使用黄原胶而增加了溶液的粘度，从而大大增加了后续工艺如油料运输及产品纯化的成本。唯有可方便地将其降解才可使得对黄原胶的应用做到“进
可攻，退可守”。
(2)关于其构效关系的信息。将侧链上的单糖逐个剥离，研究其性质，并与野生型相比较，从而可得到关于
功能的关键组成位点的信息。
(3)可能拥有特殊生物活性的寡糖产品。由于寡糖在无毒害、抗病毒、抑菌、利于肠道双岐杆菌增殖、植物诱抗、提高免疫力¨一等方面有着神奇的功效，因而造就了目前寡糖工程在国际上竞相研究、炙手可热的局面。由植物致病菌分泌的黄原胶所降解的寡糖是否也拥有某种生物活性的疑问也激起了人们强烈的兴趣。尽管黄原胶的主链与纤维素相同，但由于规则的螺旋结构的保护，以及侧链所产
生的位阻，使得一般的蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶等都很难将其降解。多糖的降解，通常可用酸(如盐酸、次氯酸)或强氧化剂(如过硼酸钠、过硫酸铵)，尽管这在实验室效果不错，但在实际应用中，存在环境问题的同时，效果也不理想。1980年，M、Rinaudo等人第一次报道用一种纤维素酶对处于不规则构象的黄原胶主链进行随机降解，然而，对于一般规则的螺旋构象的黄原胶而言，该酶几乎没有降解作用。随后，1981年，Cripps等人的研究小组发现了一种能以黄原胶为唯一碳源生长的土壤棒状杆菌，命名为NCIB11535。用薄层层析分析其降解产品，降解产物有9种，而对于脱乙酰的黄原胶而言，降解产物只有四种，分别是甘露糖，甘露糖与丙酮酸的缩酮产物，以及两种寡糖产品(专利WO0030393)。
很多情况下，黄原胶降解酶工作的环境非常恶劣，如高温、高盐等，因此对酶的要求也相当苛刻。1982年，M．C．Cadmus发现了一种耐盐的黄原胶降解酶(专利US4410625)，此酶可在NaC1浓度在4～10％，48℃时仍保持一定的活性。此后陆续发现了数种降解酶，如专利：US4690891，US4996153，US61
10875，WO9839379等。
6 黄原胶的应用
黄原胶由于其独特的性质，因而在食品、石油、医药、日用化工等十几个领域有着极其广泛的应用，其商品化程度之高，应用范围之广，令其他任何一种微生物多糖都望尘莫及。
(1)食品方面：许多食品中都添加黄原胶作为稳定剂、乳化剂、悬浮剂、增稠剂和加工辅助剂。黄原胶可控制产品的流变性、结构、风味及外观形态，其假塑性又可保证良好的口感，因此被广泛应用于色拉调料、面包、奶制品、冷冻食品、饮料、调味品、酿造、糖果、糕点、汤料和罐头食品中。近年来，较发达国家的人们往往担心食品中的热值过高而使自己发胖，黄原胶由于其不可被人体直接降解而打消了人们的这一
顾虑。此外，据1985年日本的报道，对十一种食品添加剂进行对比测试，黄原胶是其中最为有效的抗癌
剂。
(2)Et用化工方面：黄原胶分子中含有大量的亲水基团，是一种良好的表面活性物质，并具有抗氧化、防止皮肤衰老等功效，因此，几乎绝大多数高档化妆品中都将黄原胶作为其主要功能成分。此外，黄原胶还可作为牙膏的成分实质增稠定型，降低牙齿表面磨损。
(3)医学方面：黄原胶是目前国际上炙手可热的微胶囊药物囊材中的功能组分，在控制药物缓释方面发挥重要作用；由于其自身的强亲水性和保水性，还有许多具体医疗操作方面的应用，如可形成致密水膜，从而避免皮肤感染；减轻病人放射治疗后的口渴等。此外，李信、许雷曾撰文指出，黄原胶本身对小鼠的体液
免疫功能具有明显的增强作用¨。
(4)工农业方面的应用：在石油工业中，由于其强假塑性，低浓度的黄原胶(0．5％)水溶液就可保持钻井液的粘度并控制其流变性能，因而在高速转动的钻头部位粘度极小，节省了动力；而在相对静止的钻孔部位却保持高粘度，从而防止井壁坍塌。并且由于其优良的抗盐性和耐热性，因而广泛应用于海洋、高盐层区等特殊环境下的钻井，并可用作采油驱油剂，减少死油区，提高采油率。
人们对黄原胶的发现以及随后对其结构功能进行的大量研究，触发了人类对微生物多糖优良的性质的强烈好奇，引发了发酵史上不小的轰动。迄今半个世纪已过，人们依然没有降低对黄原胶的研究热情(据估计，全世界对黄原胶的需求量每年以7％～8％的速度增长，仅从世界石油组织分析结果显示，近期世界石油行业钻井和3次采油方面需要黄原胶将达90万吨／年～100万吨／年)，相信随着研究的进一步深入以及
生产工艺的进一步改进，黄原胶应用潜力仍然很大。
黄原胶(Xanthan Gum)的特性、生产及应用 许多微生物都分泌胞外多糖，它们或附着在细胞表面，或以不定型粘质的形式存在于胞外介质中，这些胞外多糖对于生物体间信号传递、分子识别、保护己体免受攻击、构造舒适的体外环境等方面都发挥着重要的作用。这些分泌的多糖结构各异，其中一些有着优良的理化性质，已为人类广泛应用。对于仍不为人类所知的绝大多数多糖，人们试图通过相关的多糖结构问的相互比较，推断出构效关系，从而人为地主动修饰、构造多糖，以满足应用的需要。其中，黄原胶是人类研究最为透彻、商业化应用程度最高的一种。． 1 黄原胶的结构 黄原胶(xanthan gum)是20世纪50年代美国农业部的北方研究室(Northern Re． gional Research Laboratories，NRRL)从野油菜黄单孢菌(Xanthomonas campestris)NRRLB一1459发现了分泌的中性水溶性多糖，又称为汉生胶。黄原胶由五糖单位重复构成，如图1，主链与纤维素相同，即由以13—1，4糖苷键相连的葡萄糖构成，三个相连的单糖组成其侧链：甘露糖一葡萄糖一甘露糖。与主链相连的甘露糖通常由乙酰基修饰，侧链末端的甘露糖与丙酮酸发生缩醛反应从而被修饰，而中间的葡萄糖则被氧化为葡萄糖醛酸，分子量一般在2×10。～2×10 D之间。黄原胶除拥有规则的一级结构外，还拥有二级结构，经x一射线衍射和电子显微镜测定，黄原胶分子问靠氢键作用而形成规则的螺旋结构。双螺旋结构之间依靠微弱的作用力而形成网状立体结构，这是黄原胶的三级结构，它在水溶液中以液晶形式存 在¨。 2 黄原胶的性质 黄原胶的外观为淡褐黄色粉末状固体，亲水性很强，没有任何的毒副作用，美国FDA于1969年批准可将其作为不限量的食品添加剂，1980年，欧洲经济共同体也批准将其作为食品乳化剂和稳定剂。由其二级结构决定，黄原胶具有很强的耐酸、碱、盐、热等特性。黄原胶最显著的特性是其控制液体流变性质的能力，它即便在低浓度时也可形成高粘度的、典型的非牛顿溶液，具有明显的假塑性(即随着剪切速率的增大，其表观粘度迅速降低)。溶液粘度的影响因素还包括溶质浓度、温度(既包括黄原胶的溶解温度，又包括测量 时的溶液温度)、盐浓度、pH值等，现分别简述之。 2．1 温度的影响黄原胶溶液的粘度既受测量时溶液温度的影响，也受溶解温度的影响。如下图2a所示，像大多数溶液一样，(在同平剪切力下测定)黄原胶溶液的粘度随溶液的温度(T )的升高而降低，且此变化过 程在10"C～80T：完全可逆。
黄原胶性能及使用说明 梅花生物科技集团股份有限公司 黄原胶卓越的稳定性 屈变值 黄原胶对于多相体系的卓越稳定性是其最为有用的性能之一。无论是固体（悬浮），液体（乳化），气体（泡沫稳定），或者是以上三种情况的结合黄原胶都能发挥十分有效的稳定作用。 溶液的屈变值是这种稳定作用的重要特征，所谓屈变值就是在溶液不发生流动的情况下，所能接受的最大剪切力。由于低浓度的的黄原胶溶液就具有一定的屈变值，所以在静态或者较低的剪切力作用下，分散体系（悬浮液，乳化液或泡沫液）都保持良好的稳定性。 剪切作用/假塑作用 在牛顿溶液中，剪切力是与剪切速度成正比的，高速剪切下溶液的流动性并不改善。 与之相反黄原胶溶液具有很强的抵抗作用，但是随着剪切作用的增加粘度会迅速下降。 溶液的假塑性程度是随着浓度的增加而增加的。但是黄原胶即使在很低的浓度下也会表现出假塑性。一旦剪切力作用解除，溶液的粘度会立即恢复。 高剪切作用下，比如泵送时，黄原胶使溶液的外表粘度很小。此外，黄原胶对于长时间的剪切作用具有异常的抵抗作用。这样使料液在均质和高速混合后粘度很少损失。 黄原胶的热稳定性 和别的增稠剂相比较，黄原胶对于温度变化时表现出的稳定性十分卓越，黄原胶溶液在加热时表现出极好的稳定性。即使在盐或者酸存在下也是如此。对异常温度所显示的稳定性是黄原胶典型的，也是独一无二的性能，在多次高温处理时，如巴氏杀菌，或者彻底灭菌（甚至130℃时经历几分钟）当体系冷却下来，实际上粘度并不发生变化。
很多其它常用的增稠剂，在温度升高时，粘度会下降，而且在巴氏杀菌或彻底杀菌以后，粘度会受到很大影响，这一点，当有酸存在时，特别明显。 使用黄原胶作为稳定剂可以确保产品粘度恒久如一，而且在各种储存条件下，都能延长产品的货架寿命。 图1 黄原胶溶液在热处理条件下具有良好的稳定性 黄原胶的酸碱稳定性 溶液的酸碱度变化对于黄原胶的粘度是完全没有影响的。只是PH11以上或PH2以下的强酸、强碱情况下黄原胶的粘度有轻微的影响。这种特点传统的增稠剂或稳定剂是不具备的。 图2 黄原胶溶液的酸碱稳定性 黄原胶的微波稳定性 用黄原胶作为稳定剂而形成的体系，即使在微波中间冻结—解冻都对其性能不会产生影响。 图3 黄原胶在1%NaCl中的微波冻结—解冻稳定性 黄原胶具有极好的相溶性 对于绝大部分食品和药物来说，往往是一种多相混合物，包括水、油、脂肪、蛋白质、碳水化合物和其它组份。考虑到复杂的加工工艺，如混合、泵送、加热、冻结、搅拌等等，都会加大该体系的复杂性，而确保稳定剂和这种复杂体系的相容十分不易。 黄原胶作为一种阴离子聚合物，能同阴离子或中性离子的组份很好地相容。但对于阳离子体系来说不一定相容。在实际使用中，我们应考虑以下几种因素。 ——黄原胶原则上能同绝大部分食品和药物成分相容。在盐和酸的情况下，黄原胶显示极好的稳定性。 ——黄原胶同别的增稠剂相容，它尤其能同甘露聚糖起很好的协同作用。 ——黄原胶在有机溶液中是不能溶解的，但在特定条件下，也可以用作稳定剂。 盐 黄原胶同各种单价盐都能完全相容，当盐的浓度接近1%时，黄原胶溶液的粘度会略上升，但当浓度达到1%时，粘度就达到了峰值，随后当盐的浓度进一步上升时，溶液的粘度已没有明显变化。
黄原胶生产工艺 黄原胶是由D 一葡萄糖、D 一甘露糖、D 一葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成“五糖重复单元”, 结构聚合体, 分子摩尔比为28 : 3 : 2 : 17: 0 .5 1 一0. 63 。黄原胶分子一级结构由p 一1, 4 键连接的D 一葡萄糖基主链与三糖单位侧链组成, 其侧链由D 一甘露糖和D 一葡萄糖醛酸交替连接而成。黄原胶分子侧末端含有丙酮酸, 其含量对黄原胶性能有很大影响, 在不同溶氧条件下发酵所得黄原胶, 其丙酮酸含量有明显差异。一般,溶氧速率小, 其丙酮酸含量低 生产工艺 工艺流程为: 菌种摇瓶扩大培养发酵罐发酵提取干燥粉碎成品包装 1. 1 生产菌株 黄原胶生产菌株为黄单抱菌属几个种, 目前工业化生产用菌株主要是甘蓝黑腐病黄单孢杆菌(亦名野油菜黄单胞菌) , 直杆状,宽0. 4 林n l ~ 0. 7 林m ,有单个鞭毛, 可移动,革兰氏阴性, 好氧。19 61 年Je an e S 等首先从甘蓝黑腐病斑中分离出甘蓝黑腐病黄单抱杆菌, 赵大建等在19 8 6 年也得到编号为N . K 一01 甘蓝黑腐病黄单抱杆菌。此外, 菜豆黄单胞菌、锦葵黄单胞菌和胡萝卜黄单胞菌亦可作为发酵菌种。 1. 2 培养基组成及优化 1.2.1 培养基 固体培养基：蔗糖2g，蛋白胨0.5g，酵母粉0.2g，琼脂2g，水100mL。 种子培养基：蔗糖2g，蛋白胨0.5g，酵母粉0.2g，水100mL。 发酵培养液：蔗糖5g，蛋白胨0.5g，0.3g，碳酸钙0.3g，磷酸二氢钾0.5g，硫酸镁0.25g，硫酸亚铁0.025g，柠檬酸0.025g，水100mL。 1.3 试验方法 1.3.1 平皿培养 取Φ9cm的培养皿，倒入25mL固体培养基，30℃培养4d~8d。 1.3.2 啤酒糟处理 啤酒糟（取自江苏食品职业技术学院啤酒实训中心）用自来水洗涤2次，烘干
水溶性优良增稠剂-黄原胶 黄原胶是一种微生物多糖，亦称黄单胞多糖，也称汉生胶。黄原胶是国际上新近发展起来的一种新型发酵产品。英文名称为Xanthan Gum商品名有Kelzan（工业级，美国）、Keltrol （食品级，美国）、Xc-Polymer（石油用）等。黄原胶是以淀粉为主要原料，经微生物发酵及一系列生化过程，最终得到的一种生物高聚物。其主要成分为葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸等。分子量达数百万。它具有突出的高粘性和水溶性，独特的流变学特性，优良的温度稳定性和PH稳定性，令人满意的兼容性。 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、乙酸和丙酮酸构成的“五糖重复单元”结构聚合体，分子量在2×106～20×106之间[2]，所含乙酸和丙酮酸的比例取决于菌株和后发酵条件。黄原胶聚合物骨架结构类似于纤维素，但是黄原胶的独特性质在于每隔一个单元上存在的由甘露糖醋酸盐、终端甘露糖单元以及两者之间的一个葡萄糖醛酸盐组成的三糖侧链。侧链上的葡萄糖醛酸和丙酮酸群赋予了黄原胶负电荷。带负电荷的侧链之间以及侧链与聚合物骨架之间的相互作用决定了黄原胶溶液的优良性质。黄原胶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极性共价键结合形成的螺旋复合体。 在低离子强度或高温溶液中，由于带负电荷侧链间的彼此相互排斥作用，黄原胶链形成一种盘旋结构。然而即使电解质浓度的少量增加也会减少侧链间的静电排斥，使得侧链和氢键盘绕在聚合物骨架上，聚合物链伸展成为相对僵硬的螺旋状杆。随着电解质浓度的增加，这种杆状结构在高温和高浓度的状态下也能稳定存在。在离子强度高于0.15mol/L 时，此结构可维持至100℃而不受影响。 一般水溶性聚合物骨架被化学药品或酶攻击、切断后，会丧失其增稠能力。而在黄原胶溶液中，聚合物骨架周围缠绕的侧链使它免于被攻击，所以黄原胶对化学药品和酶攻击的降解具有良好的抵抗性。 2.黄原胶的性能 黄原胶是一种类白色或浅黄色的粉末,是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体,性能较为优越的生物胶[3]。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[4]。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更多的官能团，在特定条件下会显示独特性能。它在水溶液中呈多聚阴离子且构象是多样的，不同条件下表现出不同的特性,具有独特的理化性质。具体表现为： 2.1 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。但麻建国[5]等的研究发现，只有黄原胶的添加量达到一定量后，才能得到预定的稳定作用。在黄原胶质量分数小于0.001％时，试验体系的稳定性变化不大；质量分数在0.01～0.02％时样品底部富水层出现，但体系无明显分层；质量分数大于0.02％时，乳状液很快分层。只有当质量分数超过0.25％时，黄原胶才能起到提高体系稳定性的作用。 2.2 水溶性 黄原胶在水中能快速溶解，有很好的水溶性。特别是在冷水中也能溶解，可省去繁杂的加热过程，使用方便。 2.3 流变性
黄原胶的性能与应用领域 5.1 黄原胶的性能 黄原胶是一种类白色或浅黄色的粉末，是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体，性能较为优越的生物胶。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更多的官能团，在特定条件下会显示独特性能。它在水溶液中呈多聚阴离子且构象是多样的，不同条件下表现出不同的特性，具有独特的理化性质。 5.1.1 悬浮性和乳化性 黄原胶因为具有显著的增加体系黏度和形成弱凝胶结构的特点而经常被用于食品或其它产品，以提高O/W乳状液的稳定性。但麻建国的研究发现，只有黄原胶的添加量达到一定量后，才能得到预定的稳定作用。在黄原胶质量分数小于0.001%时，试验体系的稳定性变化不大；质量分数在0.01%--0.02%时样品底部富水层出现，但体系无明显分层；质量分数大于0.02%时，乳状液很快分层。只有当质量分数超过0.25%时，黄原胶才能起到提高体系稳定性的作用。 5.1.2 水溶性和增稠性 黄原胶在水中能快速溶解，水溶性很好，在冷水中也能溶解，可省去繁杂的加热过程，使用方便。 吉武科等在25℃下，用NDJ-1型旋转黏度计6r/min时测得质量分数0.1%、012%、0.3%、0.7%、0.9%的黄原胶黏度分别为100mPa·s、480mPa·s、1300mPa·s、5400mPa·s 和8600mPa·s。从测试结果看出，黏度随浓度的递减而不成比例地降低，且质量分
数0.3%是高低黏度的分界点。 多其他胶类在质量分数为0.1%时，黏度几乎为零。由此可见，黄原胶具有低浓度高黏度的特性。 5.1.3 流变性 即触变性或假塑性，黄原胶的水溶液，在受到剪切作用时，黏度急剧下降，且剪切速度越高，黏度下降越快，如6r/min时质量分数0.3%的黄原胶黏度为1300mPa·s，而60r/min时黏度仅为400mPa·s，还不到原来的1/3，当剪切力消除时，则立即恢复原有的黏度。剪切力和黏度的关系是完全可塑的。当黄原胶与纳米微晶纤维素复配时，能在水中形成高强度的全天然生物胶，其触变性变得更强。 5.1.4 热稳定性和酶稳定性 一般的多糖因加热会发生黏度变化，但黄原胶水溶液的黏度在10℃--80℃几乎没有变化，即使低浓度的水溶液在很广的温度范围内仍然显示出稳定的高黏度。黄原胶溶液在一定的温度范围内(-4℃--93℃)反复加热冷冻，其黏度几乎不受影响。 通常的微生物酶类或工业酶类，如蛋白酶、纤维素酶、果胶酶或淀粉酶对黄原胶没有作用。 5.1.5 酸、碱、盐稳定性 黄原胶溶液对酸、碱十分稳定，在酸性和碱性条件下都可使用。在pH2--12黏度几乎保持不变。 虽然当pH值等于或大于9时，黄原胶会逐渐脱去乙酰基，在pH小于3时丙酮酸基也会失去。但无论是去乙酰基或是丙酮酸基对黄原胶溶液的黏度影响都很小。即黄原胶溶液在pH2--12黏度较稳定，所以对于含高浓度酸或碱的混合物，黄原胶是一个很好的选择。 在多种盐存在时，黄原胶具有良好的相容性和稳定性。它可在质量分数为
黄原胶的生产及应用探讨 综述了以玉米淀粉为原料黄原胶的生产过程，黄原胶的主要性能及其在食品、化工等行业中的应用，不断提高其经济价值。 關键词：淀粉黄原胶生产应用 黄原胶，又称黄胶、汉生胶、黄单细胞多糖，是人类研究最深、商业化应用程度最高、以碳水化合物为主要原料，用野油菜黄单胞杆菌，经微生物有氧发酵制取的胞外多糖。由于其独特的剪切稀释性质，良好的增稠性，理想的乳化稳定性，对酸、碱、热、反复冻融的高度稳定性以及对人体的完全无毒害等许多优越的特性，而在食品、石油、医药、日用化工等十几个领域有着极其广泛的应用。 一、黄原胶的生产 1.培养基 黄单孢杆菌产生黄原胶常用的培养基是：以葡萄糖、蔗糖或玉米淀粉等为碳源，以蛋白质、鱼粉、豆粉或硝酸盐为氮源，加KH2PO4、MgSO4、CaCO3等无机盐和Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素，以及生成促进剂谷氨酸、柠檬酸等合成。 2.生产工艺 ①发酵液处理：通过使用离心、过滤、酶处理、次氯酸盐氧化、过滤及超滤浓缩等方法进行处理，除去黄原胶中的杂质与活性菌体。②沉淀反应：用钙盐、铝盐、季铵盐或酸沉淀法制取。③过滤沉淀物并进行洗涤。④干燥、粉碎、筛分、成品包装。 2.1工业级黄原胶的生产 提取工业级黄原胶，首先要经过灭菌处理，对活菌细胞灭杀，然后直接干燥，主要采用喷雾或滚筒干燥的方法，但是，这些方法会由于发酵液中水分含量高而加大能量的消耗，且降低成品的颜色与纯度，还增加成本；此外，还可以使用沉淀法，用钙盐、铵盐等使黄原胶发酵慢慢沉淀，见图1。 10%NaOH水溶液2%GaCI2水溶液↓ ↓ 发酵液→调PH值→盐析→过滤→干燥→粉碎→包装→成品 图1钙盐沉淀法生产流程因其产品附加值低，市场用受到限制，因此国内一般发展食品级黄原胶。 2.2食品级黄原胶的生产
黄原胶说明 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
黄原胶性能及使用说明 梅花生物科技集团股份有限公司 黄原胶卓越的稳定性 屈变值 黄原胶对于多相体系的卓越稳定性是其最为有用的性能之一。无论是固体（悬浮），液体（乳化），气体（泡沫稳定），或者是以上三种情况的结合黄原胶都能发挥十分有效的稳定作用。 溶液的屈变值是这种稳定作用的重要特征，所谓屈变值就是在溶液不发生流动的情况下，所能接受的最大剪切力。由于低浓度的的黄原胶溶液就具有一定的屈变值，所以在静态或者较低的剪切力作用下，分散体系（悬浮液，乳化液或泡沫液）都保持良好的稳定性。 剪切作用/假塑作用 在牛顿溶液中，剪切力是与剪切速度成正比的，高速剪切下溶液的流动性并不改善。 与之相反黄原胶溶液具有很强的抵抗作用，但是随着剪切作用的增加粘度会迅速下降。 溶液的假塑性程度是随着浓度的增加而增加的。但是黄原胶即使在很低的浓度下也会表现出假塑性。一旦剪切力作用解除，溶液的粘度会立即恢复。 高剪切作用下，比如泵送时，黄原胶使溶液的外表粘度很小。此外，黄原胶对于长时间的剪切作用具有异常的抵抗作用。这样使料液在均质和高速混合后粘度很少损失。 黄原胶的热稳定性
和别的增稠剂相比较，黄原胶对于温度变化时表现出的稳定性十分卓越，黄原胶溶液在加热时表现出极好的稳定性。即使在盐或者酸存在下也是如此。对异常温度所显示的稳定性是黄原胶典型的，也是独一无二的性能，在多次高温处理时，如巴氏杀菌，或者彻底灭菌（甚至130℃时经历几分钟）当体系冷却下来，实际上粘度并不发生变化。 很多其它常用的增稠剂，在温度升高时，粘度会下降，而且在巴氏杀菌或彻底杀菌以后，粘度会受到很大影响，这一点，当有酸存在时，特别明显。 使用黄原胶作为稳定剂可以确保产品粘度恒久如一，而且在各种储存条件下，都能延长产品的货架寿命。 图1 黄原胶溶液在热处理条件下具有良好的稳定性黄原胶的酸碱稳定性 溶液的酸碱度变化对于黄原胶的粘度是完全没有影响的。只是PH11以上或PH2以下的强酸、强碱情况下黄原胶的粘度有轻微的影响。这种特点传统的增稠剂或稳定剂是不具备的。 图2 黄原胶溶液的酸碱稳定性 黄原胶的微波稳定性 用黄原胶作为稳定剂而形成的体系，即使在微波中间冻结—解冻都对其性能不会产生影响。 图3 黄原胶在1%NaCl中的微波冻结—解冻稳定性黄原胶具有极好的相溶性 对于绝大部分食品和药物来说，往往是一种多相混合物，包括水、油、脂肪、蛋白质、碳水化合物和其它组份。考虑到复杂的加工工艺，如混合、泵送、加热、
黄原胶应用说明 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
黄原胶在食品工业中的应用 黄原胶作为食品添 加剂，已被许多国家接受。这种多糖通过控制产品的流变学行为而显着改善食品的质地、口感、外观品质，提高其商业价值，已在饮料、糕点、果冻、罐头食品、海产品、肉制品加工等领域中成为重要的稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增稠剂、粘合剂及具高附加值、高质量的加工原料。具体可概括为以下几个方面。1 耐酸、耐盐的增稠稳定剂应用于各种果汁饮料、浓缩果汁、调味料(如酱油、蚝油、沙拉调味汁)的食品中。黄原胶的稳定效果明显优于其它胶，具有较强的热稳定性，一般的高温杀菌对其不会有影响，可用于各种果汁饮料、果肉饮料、植物蛋白饮料等，用量0．08％ ～0．3％。黄原胶优良的耐盐、耐酸碱性可以完全取代酱油中的传统增稠剂淀粉等，可以克服淀粉沉淀的缺点，且能使酱油细腻均一，提高挂壁性和着色性，延长货架期，果酱、豆酱等风味调制酱，用黄原胶作增稠稳定剂，使酱体统一，涂拌性好，不结块，易于灌装，且提高口感。2 乳化剂作为乳化剂用于各种蛋白质饮料、乳饮料等中，防止油水分层和提高蛋白质的稳定性，防止蛋白质沉淀，也可利用其乳化能力作为起泡剂和泡沫稳定剂，如用于啤酒制造等。在以豆类蛋白为主的乳化体系中加入0．02 ％的黄原胶后，乳化性明显提高，并使混合体系具有高的剪切率和热诱导的高0,00 0,01 0,10 1,00 10,00 0,01 0,1 1 10 100 Frequency (rad s -1 )
粘特性。3 填充剂作为稳定的高粘度填充剂，可广泛应用于各类点心、面包、饼干、糖果等食品的加工，在不改变食品的传统风味的前提下，使食品具有更优越的保形性，更长的保质期，更良好的口感，有利于这些食品多样化和工业化规模生产。在各种冷冻食品生产中，黄原胶具有防止其失水，延缓老化，延长保质期的作用。4 乳化稳定剂作为乳化稳定剂应用于冷冻食品，在冰淇淋、雪糕中黄原胶能调整混合物粘度，是使其具有均匀稳定的组成，组织滑软，由于黄原胶的粘度和温度的关系有可塑性和剪切性能，故在加工操作时粘度下降，阻力减小，有利于工艺进行，而在冷却老化阶段，粘度恢复，有利于提高膨胀率，防止冰淇淋组织中大冰晶的形成，使冰淇淋口感润滑细腻。同时提高了产品的冻融稳定性，而且在融化时奶油和水混合均匀，不会产生浆液分离现象。一般老化时间2～3h。用量0．2％～0．4％。5 应用于面制品黄原胶在面食制品中。是值得推广的添加剂。在挂面、拉面、方便面生产中，加入黄原胶，增强了面团的筋力，压出的面片有韧性，烘干时降低断条率，同时改善产品I：3感，吃I：3有筋，清新爽滑，对油炸方面还可节省用油，降低成本。在速冻饺子馄饨皮中加入黄原胶，能提高产品的口感，减少烂皮和混汤度；在馅类产品中加入总量的0．05％～0．1％的黄原胶，可以有利于汤汁的保水，保证产品在开水中煮透，汤汁香味浓郁，并可提高和改善口感，黄原胶用面包、蛋糕等的添加剂成分，可增加松软度和延长产品的货架期。6 其它应用除以上用途外，黄原胶在肉制品、果蔬保鲜罐头等食品的加工中亦有广泛应用。
黄原胶在食品工业中的应用 黄原胶作为食品添加剂，已被许多国家接受。这种多糖通过控制产品的流变学行为而显著改善食品的质地、口感、外观品质，提高其商业价值，已在饮料、糕点、果冻、罐头食品、海产品、肉制品加工等领域中成为重要的稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增稠剂、粘合剂及具高附加值、高质量的加工原料。具体可概括为以下几个方面。 1 耐酸、耐盐的增稠稳定剂 应用于各种果汁饮料、浓缩果汁、调味料(如酱油、蚝油、沙拉调味汁)的食品中。黄原胶的稳定效果明显优于其它胶，具有较强的热稳定性，一般的高温杀菌对其不会有影响，可用于各种果汁饮料、果肉饮料、植物蛋白饮料等，用量0．08％ ～0．3％。黄原胶优良的耐盐、耐酸碱性可以完全取代酱油中的传统增稠剂淀粉等，可以克服淀粉沉淀的缺点，且能使酱油细腻均一，提高挂壁性和着色性，延长货架期，果酱、豆酱等风味调制酱，用黄原胶作增稠稳定剂，使酱体统一，涂拌性好，不结块，易于灌装，且提高口感。 2 乳化剂 作为乳化剂用于各种蛋白质饮料、乳饮料等中，防止油水分层和提高蛋白质的稳定性，防止蛋白质沉淀，也可利用其乳化能力作为起泡剂和泡沫稳定剂，如用于啤酒制造等。在以豆类蛋白为主的乳化体系中加入0．02 ％的黄原胶后，乳化性明显提高，并使混合体系具有高的剪切率和热诱导的高粘特性。 3 填充剂 作为稳定的高粘度填充剂，可广泛应用于各类点心、面包、饼干、糖果等食品的加工，在不改变食品的传统风味的前提下，使食品具有更优越的保形性，更长的保质期，更良好的口感，有利于这些食品多样化和工业化规模生产。在各种冷冻食品生产中，黄原胶具有防止其失水，延缓老化，延长保质期的作用。 4 乳化稳定剂 作为乳化稳定剂应用于冷冻食品，在冰淇淋、雪糕中黄原胶能调整混合物粘度，是使其具有均匀稳定的组成，组织滑软，由于黄原胶的粘度和温度的关系有可塑性和剪切性能，故在加工操作时粘度下降，阻力减小，有利于工艺进行，而在冷却老化阶段，粘度恢复，有利于提高膨胀率，防止冰淇淋组织中大冰晶的形成，使冰淇淋口感润滑细腻。同时提高了产品的冻融稳定性，而且在融化时奶油和水混合均匀，不会产生浆液分离现象。一般老化时间2～3h 。用量 0．2％ ～0．4％ 。 5 应用于面制品 黄原胶在面食制品中。是值得推广的添加剂。在挂面、拉面、方便面生产中，加入黄原胶，0,00 0,01 0,10 1,00 10,00 0,01 0,1 1 10 100 Frequency (rad s -1 )
黄原胶应用说明The final revision was on November 23, 2020
黄原胶在食品工业中的应用 黄原胶作为食品添加 剂，已被许多国家接受。这种多糖通过控制产品的流变学行为而显著改善食品的质地、口感、外观品质，提高其商业价值，已在饮料、糕点、果冻、罐头食品、海产品、肉制品加工等领域中成为重要的稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增稠剂、粘合剂及具高附加值、高质量的加工原料。具体可概括为以下几个方面。1 耐酸、耐盐的增稠稳定剂应用于各种果汁饮料、浓缩果汁、调味料(如酱油、蚝油、沙拉调味汁)的食品中。黄原胶的稳定效果明显优于其它胶，具有较强的热稳定性，一般的高温杀菌对其不会有影响，可用于各种果汁饮料、果肉饮料、植物蛋白饮料等，用量0．08％ ～0．3％。黄原胶优良的耐盐、耐酸碱性可以完全取代酱油中的传统增稠剂淀粉等，可以克服淀粉沉淀的缺点，且能使酱油细腻均一，提高挂壁性和着色性，延长货架期，果酱、豆酱等风味调制酱，用黄原胶作增稠稳定剂，使酱体统一，涂拌性好，不结块，易于灌装，且提高口感。2 乳化剂作为乳化剂用于各种蛋白质饮料、乳饮料等中，防止油水分层和提高蛋白质的稳定性，防止蛋白质沉淀，也可利用其乳化能力作为起泡剂和泡沫稳定剂，如用于啤酒制造等。在以豆类蛋白为主的乳化体系中加入0．02 ％的黄原胶后，乳化性明显提高，并使混合体系具有高的剪切率和热诱导的高粘特性。3 填充剂作为稳定的高粘度填充剂，可 广泛应用于各类点心、面包、饼干、糖果等食品的加工，在不改变食品的传统风味的前0,00 0,01 0,10 1,00 10,00 0,01 0,1 1 10 100 Frequency (rad s -1 )
黄原胶生产菌种与工艺技术 黄原胶又名黄单胞菌多糖、汉生胶、苫顿胶等，是由黄单胞菌以淀粉或蔗糖为主要原料，经现代生物发酵技术生产的一种细菌胞外多糖。该产品属于水溶性胶，是目前国内外正在开发的几种微生物多糖中最有特色的一种，也是目前世界上生产规模最大，用途最广的微生物多糖。美国曾对9种微生物多糖进行评价，黄原胶以其功能全面、用途广泛而居首位。 黄原胶的应用覆盖面多达20多个行业，例如，用于食品工业，可使饮料不分层、啤酒发泡足而持久、冰淇淋更松软可口、面包和蛋糕延长松软时间、肉制品的风味和口感得到改善并提高出品率。用于石油工业：是最佳的泥浆处理剂，被誉为70年代泥浆技术的最新成就之一，还可用于完井、修井、调剖、堵井和地层压裂，最大应用潜力是三次采油，提高采收率。用于陶瓷、搪玻璃、热敏表层硅质涂料。耐火涂料可悬浮重颗粒、提供假塑流和层服值；黄原胶遇到极性物质会形成一层致密的凝胶膜，可用于生产既能灭油又能灭极性溶剂火的凝胶型抗溶泡沫灭火剂；在纺织行业中，黄原胶可用子间隔印花和染色作流动改性剂和染料悬浮刘；在油漆行业，黄原胶除为触变性油漆提供了良好的触变性和必需的抗酸性外，还为水基油漆提供增粘性和分散性。 美国食品和药物管理局曾批准黄原胶作为食品添加剂，世界卫生组织、粮农组织也曾将其批准在世界范围使用。国际上，美、荚、法、意大利国是主要黄原胶生产国。年总产量达三万余吨。每年以 7％速度增长。国内年消耗一千余吨。 黄原胶技术指标： 发酵单位：35-40g/L 发酵时间：66-70h 发酵体积：5-120吨 黄原胶生产成本： 按每吨黄原胶产品（10％含水量计），消耗的成本： 1、淀粉：1.4吨 2、辅料（碱、无机盐等）：120kg 3、电（仅指发酵过程）：3500kw 4、水：30吨 5、蒸汽：灭菌和回收溶媒用
黄原胶应用说明文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
黄原胶在食品工业中的应用 黄原胶作为食品添加 剂，已被许多国家接受。这种多糖通过控制产品的流变学行为而显著改善食品的质地、口感、外观品质，提高其商业价值，已在饮料、糕点、果冻、罐头食品、海产品、肉制品加工等领域中成为重要的稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增稠剂、粘合剂及具高附加值、高质量的加工原料。具体可概括为以下几个方面。1 耐酸、耐盐的增稠稳定剂应用于各种果汁饮料、浓缩果汁、调味料(如酱油、蚝油、沙拉调味汁)的食品中。黄原胶的稳定效果明显优于其它胶，具有较强的热稳定性，一般的高温杀菌对其不会有影响，可用于各种果汁饮料、果肉饮料、植物蛋白饮料等，用量0．08％ ～0．3％。黄原胶优良的耐盐、耐酸碱性可以完全取代酱油中的传统增稠剂淀粉等，可以克服淀粉沉淀的缺点，且能使酱油细腻均一，提高挂壁性和着色性，延长货架期，果酱、豆酱等风味调制酱，用黄原胶作增稠稳定剂，使酱体统一，涂拌性好，不结块，易于灌装，且提高口感。2 乳化剂作为乳化剂用于各种蛋白质饮料、乳饮料等中，防止油水分层和提高蛋白质的稳定性，防止蛋白质沉淀，也可利用其乳化能力作为起泡剂和泡沫稳定剂，如用于啤酒制造等。在以豆类蛋白为主的乳化体系中加入0．02 ％的黄原胶后，乳化性明显提高，并使混合体系具有高的剪切率和热诱导的高粘特性。3 填充剂作为稳定的高粘度填充剂，可 广泛应用于各类点心、面包、饼干、糖果等食品的加工，在不改变食品的传统风味的前0,00 0,01 0,10 1,00 10,00 0,01 0,1 1 10 100 Frequency (rad s -1 )
黄原胶在食品加工中的应用 黄原胶的理化性能 黄原胶无味，无臭，无毒，食用安全，易溶于水。在水溶液中呈多聚阴离子，具有独特的理化性质。 具体表现为： （1）在极宽的剪切率和浓度范围内保持极高的假塑性； （2）在热水和冷水中有良好的溶解性，黄原胶在很低的浓度下仍具有较高的粘度，如1%浓度的粘度相当于明胶的100倍左右，增稠效果显著； （3）有良好的增粘性和悬浮能力，在低浓度下具有较高的粘度； （4）有很高的稳定性，耐酸碱、高盐环境，抗高温、低温冷冻，抗生物酶解，抗污染能力强； （5）可同多种物质（酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等）互配，具有满意的兼容性； （6）有良好的分散作用、乳化稳定作用。 黄原胶在食品加工中的应用 黄原胶在食品工业中主要作为增稠剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂，在某些苛刻条件下（如pH值为3～9，温度80～130℃），它的性能基本稳定，比明胶、海藻胶、果胶等优越。一般而言，食品中黄原胶的添加量为0.01%～0.8%。下面简述黄原胶在各类食品中的应用。 （1）在可浇注的色拉调味品中的应用 黄原胶是重要的稳定剂，在比较典型乳化剂中使用黄原胶，由于它具有独特的PH稳定性，故能延长货架期，这一特性造成易泵动调节和灌注性能调节以及改善色拉的粘着性。在此类食品中黄原胶的一般用量在0.1%~0.5%。 （2）在饮料中的应用 在饮料中添加黄原胶，可有效地延长果肉饮料的悬浮时间，增加稳定性，同时提高水果和巧克力饮料的口味。 在颗粒型新鲜甜玉米饮料的加工过程中，采用1.0%的黄原胶和0.08%的魔芋胶与其他食品添加剂配伍，能起到稳定饮料和悬浮颗粒的作用。加工玉米饮料具有玉米的特殊香味，口感细腻，颗粒的悬浮性良好，流动性好，无糊口和其他不良的感觉。 在植物蛋白饮料的加工中，如花生植物蛋白饮料的加工，麻子蛋白饮料的加工，葵花饮料的加工等，选用适量的黄原胶与其他稳定增稠剂交互使用，能减少乳化剂的用量，并且使产品稳定性良好。 采用黄原胶为主体的复配胶所制的植物蛋白饮料在口感上有很大的优势。黄原胶与瓜尔豆胶复配时花生乳稳定性最好，黄原胶与瓜尔豆胶最佳复配比例为1∶2，最佳复配用量为 0.05%。 采用羧甲基纤维素钠（CMC）—黄原胶，当CMC浓度在0.1%，黄原胶浓度在0.4%时，用于带颗粒饮料的加工，就能在大于4小时的时间段中取得极佳的悬浮能力。当CMC浓度在0.2%，黄原胶浓度在0.5%时，就有了“永远”的悬浮能力。 （3）在面包工业中的应用
精心整理 黄原胶性能及使用说明 梅花生物科技集团股份有限公司 黄原胶卓越的稳定性 屈变值 所能 几分钟）当体系冷却下来，实际上粘度并不发生变化。 很多其它常用的增稠剂，在温度升高时，粘度会下降，而且在巴氏杀菌或彻底杀菌以后，粘度会受到很大影响，这一点，当有酸存在时，特别明显。 使用黄原胶作为稳定剂可以确保产品粘度恒久如一，而且在各种储存条件下，都能延长产品的货架寿命。 图1黄原胶溶液在热处理条件下具有良好的稳定性 黄原胶的酸碱稳定性
溶液的酸碱度变化对于黄原胶的粘度是完全没有影响的。只是PH11以上或PH2以下的强酸、强碱情况下黄原胶的粘度有轻微的影响。这种特点传统的增稠剂或稳定剂是不具备的。 图2黄原胶溶液的酸碱稳定性 黄原胶的微波稳定性 用黄原胶作为稳定剂而形成的体系，即使在微波中间冻结—解冻都对其性能不会产生影响。 图3黄原胶在1%NaCl中的微波冻结—解冻稳定性 黄原胶具有极好的相溶性 化。 PH 作为一个普遍的规则，为了获得理想和稳定的粘度，加入一定量的盐是有帮助的。
图果目的。 酶 黄原胶对于酶的降解具有很强的抵抗作用，无论是原料中固有的还是为了加工目的而加入的商品化酶制剂（如淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶）都不会对黄原胶产生分解作用。 防腐剂 虽然黄原胶与别的增稠剂相比，对微生物作用的抵抗更强，但是如果溶液要贮存24小时以上
时为了确保粘度的恒定，应加入适量的防腐剂。黄原胶同绝大部分的防腐剂相容，但和阳离子防腐剂不能相容。 黄原胶的应用 黄原胶在食品工业中的应用 黄原胶用于焙烤食品可提高焙烤食品在焙烤和储存期的持水性和口味的柔滑性；用于饮料可有效的延长果肉饮料的悬浮时间，提高水果和巧克力饮料的口味；用于冷冻食品可以通过结合自由水 黄原胶 均匀稳定的产品，并改良产品的延展成条性。?? 对护肤霜和乳液，黄原胶提供优良的稳定性。黄原胶静置时的高粘度有利于个人护理产品中均匀分散油相的稳定，擦用时的剪切变稀性质则提供了良好的润滑和爽肤作用。黄原胶还可以作为遮光剂用于防晒类护肤品中，使皮肤免受紫外线的伤害。另外黄原胶也可以作为增稠剂在低pH值和高电解质存在的条件下用于美白化妆品中。??
黄原胶在食品工业中的应用 黄原胶作为食品添加剂，已被许多国家接受。这种多糖通过控制产品的流变学行为而显著改善食品的质地、口感、外观品质，提高其商业价值，已在饮料、糕点、果冻、罐头食品、海产品、肉制品加工等领域中成为重要的稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增稠剂、粘合剂及具高附加值、高质量的加工原料。具体可概括为以下几个方面。 1 耐酸、耐盐的增稠稳定剂 应用于各种果汁饮料、浓缩果汁、调味料(如酱油、蚝油、沙拉调味汁)的食品中。黄原胶的稳定效果明显优于其它胶，具有较强的热稳定性，一般的高温杀菌对其不会有影响，可用于各种果汁饮料、果肉饮料、植物蛋白饮料等，用量0．08％ ～0．3％。黄原胶优良的耐盐、耐酸碱性可以完全取代酱油中的传统增稠剂淀粉等，可以克服淀粉沉淀的缺点，且能使酱油细腻均一，提高挂壁性和着色性，延长货架期，果酱、豆酱等风味调制酱，用黄原胶作增稠稳定剂，使酱体统一，涂拌性好，不结块，易于灌装，且提高口感。 2 乳化剂 作为乳化剂用于各种蛋白质饮料、乳饮料等中，防止油水分层和提高蛋白质的稳定性，防止蛋白质沉淀，也可利用其乳化能力作为起泡剂和泡沫稳定剂，如用于啤酒制造等。在以豆类蛋白为主的乳化体系中加入0．02 ％的黄原胶后，乳化性明显提高，并使混合体系具有高的剪切率和热诱导的高粘特性。 0,000,010,101,0010,000,01 0,1 1 10 100 Frequency (rad s -1 )
3 填充剂 作为稳定的高粘度填充剂，可广泛应用于各类点心、面包、饼干、糖果等食品的加工，在不改变食品的传统风味的前提下，使食品具有更优越的保形性，更长的保质期，更良好的口感，有利于这些食品多样化和工业化规模生产。在各种冷冻食品生产中，黄原胶具有防止其失水，延缓老化，延长保质期的作用。 4 乳化稳定剂 作为乳化稳定剂应用于冷冻食品，在冰淇淋、雪糕中黄原胶能调整混合物粘度，是使其具有均匀稳定的组成，组织滑软，由于黄原胶的粘度和温度的关系有可塑性和剪切性能，故在加工操作时粘度下降，阻力减小，有利于工艺进行，而在冷却老化阶段，粘度恢复，有利于提高膨胀率，防止冰淇淋组织中大冰晶的形成，使冰淇淋口感润滑细腻。同时提高了产品的冻融稳定性，而且在融化时奶油和水混合均匀，不会产生浆液分离现象。一般老化时间2～3h。用量 0．2％～0．4％。 5 应用于面制品 黄原胶在面食制品中。是值得推广的添加剂。在挂面、拉面、方便面生产中，加入黄原胶，增强了面团的筋力，压出的面片有韧性，烘干时降低断条率，同时改善产品I：3感，吃I：3有筋，清新爽滑，对油炸方面还可节省用油，降低成本。在速冻饺子馄饨皮中加入黄原胶，能提高产品的口感，减少烂皮和混汤度；在馅类产品中加入总量的0．05％～0．1％的黄原胶，可以有利于汤汁的保水，保证产品在开水中煮透，汤汁香味浓郁，并可提高和改善口感，黄原胶用面包、蛋糕等的添加剂成分，可增加松软度和延长产品的货架期。 6 其它应用
随着人们对活性多糖的研究的不断深入，许多具有高商业价值的多糖物质不断被研究和开发，如透明质酸、黄原胶。黄原胶因具有突出的高粘性和水溶性、独特的流变特性、优良的温度稳定性和pH 稳定性、极好的兼容性以及安全环保等特性已经成为研究和开发的热点，现已广泛应用于石油开采、食品工业、纺织和化妆品等诸多方面。1 黄原胶的分子结构和构象 黄原胶（Xanthan gum ）是由野油菜单胞菌（亦名甘蓝黑腐黄单胞菌）、菜豆黄单胞菌、锦葵黄单胞菌和胡萝卜黄单胞菌等分泌的一种大分子生物多糖。黄原胶是一种水溶性生物多糖，由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成的“五糖重复单元”的结构聚合体，具有类似纤维素的一级结构，包括由β-1，4键连接的D-葡萄糖基主链以及含三个糖单位的侧链，侧链由两个D-甘露糖和一个D-葡萄糖醛酸交替连接而成，如图1所示[1]，平均相对分子量在2×106~2×107Da 。黄原胶常以由侧链与主链之间通过氢键结合形成双螺旋结构，并以多重螺旋聚合体的二级结构状态存在，如图2所 示，正是由于这些多螺旋体形成的网络结构，使黄原胶具有良好的控制水的流动性质，因而具有很好的增稠性能[2]。螺旋以非共价键力如氢键、 静电作用力、空间位阻效应保持稳定，黄原胶在水溶液中具有3中构象：天然黄原胶可能具有一个相对较规则的双螺旋结构；经长时间的热处理，黄原胶螺旋链会伸展为无序的卷曲结构；冷却后，螺旋和卷曲链在体系中均有相当程度的存在[3]。 此外，Ca 2+、M g 2+、Ba 2+、K +、Na +等离子通过分子内和分子间的盐桥作用能联结分子链，促进黄原胶向双螺旋状态转变。正是黄原胶复杂的聚集态结构和分子间作用力决定了其溶液在低剪切力、低浓度下具有高粘度和假塑性行为，侧链缠结起来将主链保护起来，使黄原胶溶液具有良好的耐热、 耐酸和耐盐性能，并对酶解也具有良好的稳定性。黄原胶的特性、生产及应用进展 任宏洋1，王新惠2* （1.西南石油大学化学化工学院，四川成都610500；2.长江师范学院生命科学与技术学院，四川重庆 408100） 摘要:黄原胶是Xanthomnas.sp 分泌的胞外水溶性多糖，由于其有突出的高粘性和水溶性、独特的流变特性、优良的温度稳定性和pH 稳定性、极好的兼容性以及安全环保等特性，已被广泛于石油开采、食品工业、纺织和化妆品等诸多行业。主要综述了黄原胶的分子结构、分子特性、生产以及应用的研究进展。关键词：黄原胶；生物多糖；粘度中图分类号：TS2202.3;TQ920.6;TS201.2 文献标识码：B Study on Production,Properties and Development of Xanthan Gum REN Hong-yang 1,WANG Xin-hui 2* (1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,Sichuan ，China; 2.College of Life Science and Technology,Yangtze Normal University,Chongqing 408100,Sichuan ，China ）Abstract:Xanthan gum is a microbial polysaccharide and an important industrial biopolymer.Xanthan gum is highly slouble in both cold and hot water and xanthan solutions are highly viscous even at low polymer concentration.These properties are useful in many industrial applications,especially in food industry and in oil-extraction operation.This review focuses on various aspects of xanthan gum production,the chemical structure,and the solution properties of xanthan.Key words:Xanthan gum ；M icrobial polysaccharide;Viscosity 收稿日期:2009-11-30 作者简介：任宏洋(1980-),男，博士，主要从事油田废水处理的研究和教学工作。 *通讯作者，王新惠（1982-），女，博士生，主要从事应用微生物和发酵工程的研究和教学工作。 图1 黄原胶一级结构示意图 第37卷第2期2010年03月 酿酒LIQUOR MAKING Vol.37.№.2Mar.，2010 文章编号:1002-8110（2010）02-0017-03 17
黄原胶生产工艺精简概论 黄原胶无毒，无色无味，低浓度就有很好的粘性，而且在剪切力较大的情况下又可以降低他的粘性，是一种理想的生物胶，在制药工业中，可以用于填充剂，增稠剂，乳化剂、悬浮剂。黄原胶的应用广泛，不仅用于制药，黄原胶最早是用于石油开采，减少钻井泥浆的流动性。还用于食品、饮料、烟草、农药等，如肉罐头内加如黄原胶，可以是肉汤成冻，保持水量，啤酒加入黄原胶，产泡丰富；农药内加入黄原胶，使农药不分层，依附性加强，增强药物有效时间。 黄原胶是由野油菜黄单胞菌产出的一种胞外分泌物，属于多糖。黄原胶发酵培养基的碳源一般是蔗糖、葡萄糖等，黄单胞菌容易利用有机氮源，而不易利用无机氮源。有机氮源包括鱼粉蛋白胨、大豆蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、谷糠等，其中以鱼粉蛋白胨为最佳。另外，还添加一些微量无机盐．如Fe、Mn、Zn等盐类。特别是碳酸钙以及NaH2PO4和MgSO4，它们对黄原胶的合成有明显的促进作用。根据经验，较为理想的成分配比为：葡萄糖(40 g·L-1)、柠檬酸(2.0 g·L-1)、NH4NO3(1.0 g·L-1)、K2HPO4(2.0 g·L-1)、MgCl2(0.5g·L-1)、 Na2SO4(90mg·L-1)、H3BO4(6mg·L-1)、ZnO(6mg·L-1 )、FeCl3·6H2O(20mg·L-1)、 CaCO3(20mg·L-1)、浓HCl(0.12mL·L-1)，通过添加氢氧化钠而将pH值调为7.0。 接种量为5％一8％。由于培养基的高黏度，黄原胶生产是高需氧量发酵，需大通风量，一般为1—0.6m3/(m3·min)。发酵温度为25—28℃。碳源的起始浓度一般在2％一5％。 发酵温度不仅影响黄原胶的产率，还能改变产品的结构组成。研究指出，较高的温度可提高黄原胶的产量，但降低了产品中丙酮酸的含量，因此，如需提高黄原胶产量，应选择温度在31℃一33℃，而要增加丙酮酸含量就应选择温度在27一31℃。在黄原胶的发酵生产中，细胞生长的最适温度是在24—27℃之间，黄原胶产生的最适温度则在30一33℃黄原胶发酵培养是的起始pH值一般控制在6．5—7．0，这有利于初期的细胞生长和后期的黄原胶合成。随着产品的产出，酸性基团增多．pH降至5左右。 发酵液中除含黄原胶(3％左右)外，还有菌丝体、未消耗完的碳水化合物、无机盐及大量的液体。其中菌丝体等固形物占20％，水溶性无机盐占10％：如果有菌丝体等固形物混杂在黄原胶成品中，会造成产品的色泽差、味臭．从而限制了黄原胶的使用范围。因此，黄原胶的分离提取，其目的在于按产品质量规格的要求将发酵醪中的杂质不同程度地除去，通过纯化、分离、浓缩和干燥等手段获得成品。黄原胶成品分食品级、工业级和工业粗制品3种。1．溶剂沉淀法 此方法是在黄原胶溶液中加入醇类等溶剂，使黄原胶沉淀出来。