网站主页 结冷胶 新闻专题 结冷胶的性质

结冷胶的性质

发布日期:2020/10/24 7:56:57

背景及概述[1][2]

微生物代谢胶,又称生物合成胶,它是由微生物在生长代谢过程中,在不同的外部条件下产生的一种多糖物质,由于微生物代谢胶不象植物胶那样受气候及收成的影响,因此,具有广泛的应用前景。而且国内外对其研究也十分热门,开发并投入规模生产的具有商品价值的也较多,如黄原胶、结冷胶、凝胶多糖、葡聚糖、普鲁兰等。

它们具有安全、优良的理化特性,被作为乳化剂、悬浮剂、胶凝剂、成膜剂、润滑剂等广泛应用于食品、石油、化工、制药中。结冷胶(Gellan Gum)就是其中一种,它于1978 年由美国Kelco 有限公司生产制造,在1992 年获得FDA 权威性认证,成为继黄原胶之后又一种在食品中应用的微生物胞外多糖。

虽然目前已开发的微生物多糖种类很多,但是目前食品立法机构允许广泛用做食品添加剂的微生物代谢胶迄今为止只有黄原胶和结冷胶。现除美国外,还有其他十几个国家批准其用作食品添加剂。我国于1996年批准其作为食品增稠剂、稳定剂使用(GB20 .000 ,INS418),可在各类食品中按正常生产需要量使用。

结构[1]

结冷胶是由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,这些单体形成线形四糖聚体单位,分子量为5x 105 道尔顿。天然结冷胶中有两种酰基,即乙酰基和甘油酰基,通常连接在葡萄糖残基的C2 和C6 位上。温度是影响结冷胶结构的重要因素。在低温下,聚合物以双螺旋结构存在,当温度升高时以单链形式存在;在水溶液中,结冷胶可形成分支或发生环化,形成多种分子量的聚合体。

当双链螺旋形成时,发生胶化,随后螺旋聚合体就会形成。每一条链通过内部次级键(如氢键)相连,形成两个结合区域。每一个结合区域的结合片段数量随温度而变化,当温度上升时,片段会分离,当温度降低时,片段又会结合。1993 年发现在结合区域的钾离子数日的增加可以增强结合区域对温度的忍耐性。

凝胶机理[2]

结冷胶溶于水后,分子之间会自动聚集形成双螺旋结构,稳定双螺旋结构的作用力主要是分子间氢键,双螺旋进一步聚集可形成三维网状结构,便于截留水分子而产生凝胶现象。结冷胶的凝胶机制被认为是阳离子引发的双螺旋间的聚合交联,阳离子可促进分子内的交联作用、稳定双螺旋结构和加速双螺旋形成三维网络状结构。结冷胶分子的羧基侧链由于静电相互作用而互相排斥,这阻碍了螺旋的紧密聚集,而阳离子的介入能屏蔽静电排斥作用。凝胶机制示意图见图。

性质[2]

1. 高度的分散性和透明性

结冷胶使用方便,在冷水或去离子水中搅拌即可分散均匀,加热至70-75℃(或加入少量柠檬酸钠、六偏磷酸钠之类的鳌合剂)时可水化、溶解成透明的溶液,冷却至40-45℃后形成透明坚实的凝胶。高分子辅料分散液的透明性是在工业生产中需要考虑的实际因素。在这一点上结冷胶比黄原胶和明胶的优势明显。即使在浓度高达15%时,结冷胶溶液仍能呈现高度透明性,如果体系中含有蔗糖,则更有助于进一步提高结冷胶溶液的透明度。

2. 卓越的凝胶性能

作为新一代胶凝剂,结冷胶特有的优点是用量少、成胶好。结冷胶在极低的用量时即可形成澄清透明的凝胶。若溶液中的金属阳离子达到一定量时,这个浓度会更低。即使所用水的天然硬度较高,也不必添加外源盐。和传统胶凝剂(如卡拉胶、琼脂等)相比,结冷胶仅需0.05%的用量,即可达到1.5%的琼脂和1%的卡拉胶所能达到的凝胶强度。结冷胶的通常用量为0.1-0.3%,仅为卡拉胶或琼脂用量的1/5-1/2。

目前,在工业上结冷胶已逐步代替了琼脂和卡拉胶。结冷胶形成凝胶需要有盐离子的参与,形成凝胶的强度与盐离子的种类和浓度密切相关。无论是一价阳离子还是二价阳离子,均可使结冷胶成胶,但二价阳离子要有效得多。在相同胶浓度下形成凝胶,一价阳离子所需的离子浓度比钙约高25倍。

3. 显著的温度滞后性和熔点可调性

结冷胶溶液的黏度随温度上升而迅速下降,冷却后黏度又能完全恢复,当温度降低到体系的凝胶形成温度后,即能迅速形成凝胶。凝胶再加热后会复熔的被称为热可逆凝胶,反之不会熔化的被称为热不可逆凝胶。结冷胶具有显著的温度滞后性,即凝胶形成温度远低于凝胶熔化温度。通常结冷胶的胶凝温度范围为20-50℃,而熔化温度范围则为60-120℃。

使用含0.03%钙离子的0.2%结冷胶溶液,凝胶的熔化温度就可高达120℃以上。凝胶形成温度和熔化温度的具体大小取决于凝胶的形成条件,如体系中阳离子的类型、浓度及结冷胶自身浓度等。二价或一价阳离子参与的结冷胶凝胶分别称为热不可逆或热可逆凝胶,且凝胶形成温度随着离子浓度的增加而上升。结冷胶的温度滞后性在工业生产中有重要的意义,如在食品加工时,有些制品要求在热处理过程中凝胶结构能保持相对稳定。

4. 灵活的组织相容性和复配性

结冷胶广泛适用于各种产品配方,具有良好的组织相容性,能与黄原胶、瓜儿豆胶、槐豆胶、明胶和海藻酸盐等其他亲水胶体进行良好的复配兼容,交联产生具有优良特性的增稠剂和稳定剂。所得的复配胶往往会产生各单体胶本身并不具有的新特性,能起到一种协同效应。通过改变复配材料的种类和用量,可以得到满足需要的各种复配产品,组织结构可从脆性到黏弹性方面任意调节。

这些特性在实际应用中有重大的意义。如传统胶凝剂明胶具有良好的感官特性但熔点低,形成的凝胶不稳定,给食品加工带来困难,而加入结冷胶参与复配后,混合胶的熔点得以提升,可在形成稳定凝胶的同时保留明胶良好的感官特性,这是单用明胶或结冷胶都无法实现的。目前,明胶-结冷胶复配的应用前景非常广阔。

5. 良好的稳定性

在工业生产中,常常需要对产品进行高温灭菌等一系列热处理。因此热不稳定性成为困扰许多传统胶凝剂的难题。相比之下,结冷胶在高温条件下仍然能保持良好的物理状态。有研究表明,在90℃高温时,结冷胶仍较稳定,而黄原胶已经失去74% 的原有黏度。结冷胶熔点高、耐高温的性质使其更适应现代工业发展的要求。

应用[3]

结冷胶的主要作用是作为凝胶剂、增稠剂、悬浮剂或在食品中形成薄膜。它可以与其它胶体联合使用,如黄原胶、明胶和槐豆胶,结冷胶可使食品稳定、增强食品结构和增加风味等。结冷胶与黄原胶的应用相似。但是,结冷胶的优点,是可以保证胶体非常澄清,因此在黄原胶不适合时便可以作为黄原胶的替代品。迄今为止,结冷胶已经应用于烘焙制品、乳制品、果汁、牛奶饮料、糖衣、糖霜、果酱、肉制品和各种甜点的加工中。

1. 奶制品:结冷胶可用于奶制品中,将结冷胶加热到75 ℃可直接水合于奶中,在酸性奶制品中(如酸奶、发酵酸性稀奶油或直接酸化的奶凝胶),加入此种水溶胶充当胶体保护剂,可以消除奶制品中的蛋白质絮凝及改进口感的作用。

2. 糖果:结冷胶应用于糖果,其主要作用是给产品提供优越的结构和质地,并缩短淀粉软糖胶体形成的时间。如在淀粉软糖中添加0 .075 %的结冷胶,可使

凝胶形成时间从24 —80h 缩短到12h 左右。

3. 饼干:油脂是饼干生产的主要原料,它可以使饼干具有良好的层次,调节产品风味,使产品具有良好的疏松度。一般用于饼干生产的油脂多为饱和脂肪酸,如:氢化猪油,人造奶油,氢化棉籽油等。这种不饱和油脂摄入过多,对人体不利。可以用结冷胶来减少饱和脂肪酸的用量。

用3 %的结冷胶加上0 .2 %柠檬酸钠盐溶解于去离子水中,加热混合液到90 ℃,然后将热的结冷胶溶液加入到制作饼干的面团中,也可以起到改良饼干的层次,使饼干具有良好的疏松度的作用。它作为一种多糖,还可用作需进一步加工(例如油炸)的面包等面食的涂裹物,可以降低食品对油的吸附而生产出低热量的产品。包裹多糖的食品的风味增强更能满足消费者的需要。还可以用作冰激凌上作为稳定增稠剂,而且它的用量非常低。

此外,还可用于医药、微生物、化工及农业领域。

制备[1]

结冷胶的生产菌-多沼假单胞菌(ATCC31461)(Pseudomonas elodea)是从植物体中分离出来的,在含有糖类、磷酸盐、有机和无机氮盐的微量元素的介质中seudomonas elodeajun 菌株发酵生产结冷胶。发酵在消毒条件下严格控制通气量、搅拌强度、温度和pH ,当积累了大量的代谢产物时巴氏灭菌杀死活的菌体。结冷胶的生产基本用黄原胶生产设备,特别是发酵设备基本可以采用。后提取设备也是略加改进就可以进行工业化生产。

在结冷胶的生长中,影响发酵的最重要的因素是发酵液的粘性,需要进行结冷胶方面的研究来克服高粘性而引起的物质传输方面的障碍。通过对生产结冷胶的菌种进行不同碳源的培养,发现发酵完成后不同的碳源的发酵液粘度不同。这是由于碳源的不同而引起生成的冷胶的酰基化程度不同。

生产结冷胶的Pseudomonaselodea 菌种不仅能够合成结冷胶,而且能生成结冷胶的裂解酶,将结冷胶的四糖片段结合位点裂解开,而酰基化程度高的结冷胶对裂解酶具有很强的抵抗力。所以我们可以利用这一点,用一种能生产酰化程度不高的结冷胶的碳源进行生产,以降低高粘性带来的发酵时的障碍。在发酵完成后,加入一定量的结冷胶聚合酶,然后进行提取和纯化。

而目前工业化生产结冷胶所遇到的问题有:产量低,用于通气搅拌的能源高,提纯用有机溶剂的耗量大。如果能从生物技术的角度,通过先进的物理、化学诱变、细胞融合、基因克隆、PCR 等技术、诱变得到高产菌株,将产菌基因转移到嫌气性微生物中正常表达,从而在无氧或微氧下生产结冷胶以降低成本。

提取纯化[3]

结冷胶发酵液粘度很高,胞外多糖围绕细胞形成网状结构,因此很难将多糖也菌体彻底分开。目前低酰基结冷胶的粗提取常用醇沉淀的方法。工艺过程如下: 将结冷胶发酵液于沸水浴中加热15min,冷却后调节pH 至10,然后80℃水浴保持10min,然后用HCL 调节至中性,4℃,8000r /min 离心30min 除去菌体,取上清液用2 倍体积乙醇沉淀,4℃ 过夜后再于4℃,8000r /min离心30min 得到沉淀,烘干后称重得到粗的结冷胶。

主要参考资料

[1] 文一, 赵国华. 一种新型微生物胞外多糖——结冷胶[J]. 中国食品添加剂, 2003 (3): 49-52. [2] 李璠, 朱家壁. 新型高分子材料结冷胶的性质和应用[J]. 中国药业, 2007, 16(9): 1-3.

[3] 李海军, 颜震, 朱希强, 等. 结冷胶的研究进展[J]. 食品与药品, 2005, 7(12A): 3-8.

分享 免责申明

结冷胶生产厂家及价格列表

结冷胶

¥180

河北创之源生物科技有限公司

2024/03/29

结冷胶

¥600

湖北威德利化学科技有限公司

2024/03/29

结冷胶

¥180

陕西晨明生物科技有限公司

2024/03/29