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黄原胶的特性生产及应用进展

发布日期:2014-09-29 12:40:48
黄原胶的特性生产及应用进展先容
黄原胶的特性生产及应用进展:
黄原胶的特性生产及应用进展,黄原胶是Xantfaornna.平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、生产以及应用的研宄进展。
黄原胶的特性生产及应用进展,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'Mg^Ba'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。
Key words:Xanthan gum; Microbial polysaccharide; Viscosity 随着人们对活性多糖的研宄的不断深入,许多具有高商 业价值的多糖物质不断被研宄和开发,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 特性已经成为研宄和开发的热点,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P -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R平均相对分子量在2x 106?2x 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.
黄原胶是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定、安全环保 等优越性能于一体的一种无味、无臭的天然生物胶。黄原胶水 溶液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、极好的兼容性等独特的理化性质,见
表1。表1黄原胶主要理化性质
理化性质特性
水溶性极易溶于热水和冷水
增稠性0.9%黄原胶粘度为8600Pa.s[4]
流变性假塑性
热稳定性10°C~80°C粘度几乎不变
耐酸碱性pH1~13粘度几乎不变
酶解稳定性抗蛋白酶、果胶酶、淀粉酶、纤维素酶等酶类
兼容性能与酸、碱、盐、表面活性、生物胶等互配
3黄原胶的生产
黄原胶项目属于生物工程高技术产业,技术密集程度高, 工程化难度大,主要有美国、法国、澳大利、瑞士及中国等少数 国家生产。随着黄原胶生产工艺和工业生产技术的日趋成熟, 使黄原胶的发酵产率、糖化率得到大幅度的提高,一般底物转 化率60%?70%,发酵周期大大缩短,由72?96h缩短为 48?52h。黄原胶的生产工艺主要包括发酵工艺和提取纯化工 艺两部分,其产率受到菌种、培养基、发酵条件、反应器类型、 操作等方面因素的影响。黄原胶发酵菌种一般采用野油菜黄 单胞菌(A^nhomnas campestris)、菜豆黄单胞菌(Xanhomnas phaseoB、锦葵黄单胞菌(Xanhomnas maivacearum)和胡萝卜 黄单胞菌CanhomnasCaroae)等,工业上主要米用野油菜黄 单胞菌为发酵菌株。Xanhomnas.sp属于Pseudomonaceae属, 是甘蓝、紫花苜蓿、黄豆等植物的致病菌,为杆状,宽 0.4?0.7M m,长0.7?1都m,有单个鞭毛长约1.7?3M m,黄原胶的特性生产及应用进展,可以 游动,革兰氏阴性,好氧。Xnhomnas.sp可通过ED代谢途径、 三羧酸循环途径和乙醛酸代谢途径代谢葡萄糖,其中ED代 谢途径为主要代谢途径。Xanhomnassp生长培养基主要是 YM和YM-T培养基,且以此两种培养基为生长培养基,菌种 的生长曲线呈二次生长曲线型。Xanhomnassp的发酵法产黄 原胶的发酵培养基主要以物美价廉的淀粉为碳源,以鱼粉、豆 粉或硝酸盐为氮源,加KHP〇4、MgS〇4、CaC〇3等无机盐和 Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素,pH7.0。黄原胶是菌体细胞荚膜的 组成成分之一,它的生成与菌体的生长密切相关。增加菌种的 接种量可以增加菌体浓度,但却减少了黄原胶的分泌,因为细 胞周围的黄原胶阻碍了营养物质的转运,使菌体对数生长期 延迟。Pons等人[5]采用分级培养的方法,接种时间小于7h,避 免黄原胶的生产(如图3所示),既提高菌体生物量,又减除了 黄原胶对发酵的抑制作用,提高了黄原胶的生产量。黄原胶的 合成温度为25?34°C,一般控制在28°C或30°C,Xanhomnas. sp菌体的最佳生长温度与黄原胶最佳合成温度不一致,一般 菌体最佳生长温度为25°C,黄原胶最佳合成温度为30°C。黄 原胶发酵液的分离纯化比较困难,发酵完毕后,发酵液中一般 含有10?30g/L黄原胶10g/L菌体以及3?10g/L的其它代 谢产物。由于高浓度的黄原胶使得发酵液的粘度很大,很难处 理,一般分离纯化黄原胶主要包括菌体灭活、细胞去除、沉淀 黄原胶、洗涤、干燥等步骤。
YM固体5?7mL YM40?100mL的
发酵罐
培养基#液体培养#半合成培养基’
图3 Xanthomnas.sp分级培养示意图
4 黄原胶的应用
黄原胶的特性生产及应用进展,黄原胶以其优良的增稠、悬浮、乳化效果且安全环保已被 广泛应用于食品、石油、化工等多领域。国内约有45%的黄原 胶用作食品添加剂,40%用于石油驱油剂,15%用于化妆品、 纺织、陶瓷、环保等行业。
4.1 食品工业
1969年,美国食品和药物管理局(FDA)批准黄原胶作为 食品添加剂,并首先把黄原胶用于食品工业,随后迅速发展到 欧洲、日本和加拿大等国家。1988年,我国卫生部批准将黄原 胶列入食品添加剂行列,迅速被作为乳化剂、增稠剂、粘合剂、 增效保鲜剂、悬浮剂等广泛用于食品行业,大大改善了食品的 口味、延长了食品的保藏寿命等。
表2黄原胶食品添加剂主要应用
食品种类质量分数/%效果
奶制品0.5~0.2增加稳定性、易于香味释放、口感细腻清爽
果汁饮料0.05-0.2保持液体均匀不分层、易于释放风味
啤酒0.05-0.2促进啤酒产泡
烘焙食品0.1-0.4增加蜂窝气泡量、提高保水性能、保持松软润口
冷冻食品0.05-0.2减少冰冻晶,使食品口感滑爽
果蔬类0.03-0.4保鲜、延长保藏时间
4.2油井开采业
黄原胶的特性生产及应用进展,由于黄原胶的流变学特性、耐盐性能、增稠效果被广泛应 用于油田开发,用于油田钻井泥浆添加剂。黄原胶独有的在低 剪切情况下的高粘度,使低浓度的钻井液可以悬浮固体物质, 即使在高温、高浓度酸碱盐溶液中仍然保持其性能,这一点尤 其适合海洋钻井采油。黄原胶适合三次采油和提高采油率法.
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