[科普中國(guó)]-黃原膠

黃原膠( Xanthan gum) ，又名漢生膠，是由野油菜黃單胞桿菌( Xanthomnas campestris) 以碳水化合物為主要原料( 如玉米淀粉) 經(jīng)發(fā)酵工程生產(chǎn)的一種作用廣泛的微生物胞外多糖。它具有獨(dú)特的流變性，良好的水溶性、對(duì)熱及酸堿的穩(wěn)定性、與多種鹽類有很好的相容性，作為增稠劑、懸浮劑、乳化劑、穩(wěn)定劑，可廣泛應(yīng)用于食品、石油、醫(yī)藥等20多個(gè)行業(yè)，是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大且用途極為廣泛的微生物多糖。1

結(jié)構(gòu)黃原膠又稱黃膠、漢生膠，是一種由黃單胞桿菌發(fā)酵產(chǎn)生的細(xì)胞外酸性雜多糖。是由D-葡萄糖、D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸按2:2:1組成的多糖類高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量在100萬以上。黃原膠的二級(jí)結(jié)構(gòu)是側(cè)鏈繞主鏈骨架反向纏繞，通過氫鍵維系形成棒狀雙螺旋結(jié)構(gòu)。1

性狀黃原膠為淺黃色至白色可流動(dòng)粉末，稍帶臭味。易溶于冷、熱水中，溶液中性，耐凍結(jié)和解凍，不溶于乙醇。遇水分散、乳化變成穩(wěn)定的親水性粘稠膠體。2

性能特點(diǎn)黃原膠是目前國(guó)際上集增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定于于一體，性能最優(yōu)越的生物膠。黃原膠的分子側(cè)鏈末端含有丙酮酸基團(tuán)的多少，對(duì)其性能有很大影響。黃原膠具有長(zhǎng)鏈高分子的一般性能，但它比一般高分子含有較多的官能團(tuán)，在特定條件下會(huì)顯示獨(dú)特性能。它在水溶液中的構(gòu)象是多樣的，不向條件下表現(xiàn)不同的特性。

1、懸浮性和乳化性

黃原膠對(duì)不溶性固體和油滴具有良好的懸浮作用。黃原膠溶膠分子能形成超結(jié)合帶狀的螺旋共聚體，構(gòu)成脆弱的類似膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以能夠支持固體顆粒、液滴和氣泡的形態(tài)，顯示出很強(qiáng)的乳化穩(wěn)定作用和高懸浮能力。

2、良好的水溶性

黃原膠在水中能快速溶解，有很好的水溶性。特別在冷水中也能溶解，可省去繁雜的加工過程，使用方便。但由于它有極強(qiáng)的親水性，如果直接加入水而攪拌不充分，外層吸水膨脹成膠團(tuán)，會(huì)阻止水分進(jìn)入里層，從而影響作用的發(fā)揮，因此必須注意正確使用。黃原膠干粉或與鹽、糖等干粉輔料拌勻后緩促加入正在攪拌的水喂，制成溶液使用。

3、增稠性

黃原膠溶液具有低濃度高粘度的特性(1%水溶液的粘度相當(dāng)于明膠的100倍)，是一種高效的增稠劑。

4、假塑性

黃原膠水溶液在靜態(tài)或低的剪切作用下具有高粘度，在高剪切作用下表現(xiàn)為粘度急劇下降，但分子結(jié)構(gòu)不變。而當(dāng)剪切力消除時(shí)，則立即恢復(fù)原有的粘度。剪切力和粘度的關(guān)系是完全可塑的。黃原膠假塑性非常突出，這種假塑性對(duì)穩(wěn)定懸浮液、乳濁液極為有效。

5、對(duì)熱的穩(wěn)定性

黃原膠溶液的粘度不會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生很大的變化，一般的多糖因加熱會(huì)發(fā)生粘度變化，但黃原膠的水溶液在10-80℃之間粘度幾乎沒有變化，即使低濃度的水溶液在廣闊的溫度范圍內(nèi)仍然顯示出穩(wěn)定的高粘度。1%黃原膠溶液(含1%氯化鉀)從25℃加熱到120℃．其粘度僅降低3%。

6、對(duì)酸堿的穩(wěn)定性

黃原膠溶液對(duì)酸堿十分穩(wěn)定，在PH為5-10之間叫其粘度不受影響，在PH小于4和大于11時(shí)粘度有輕微的變化。在PH3-11范圍內(nèi)，粘度最大使和最小值相差不到10%。黃原膠能溶于多種酸溶液，如5%的硫酸、5%的硝酸、5%的乙酸、10%的鹽酸和25%的磷酸，且這些黃原膠酸溶液在常溫下相當(dāng)穩(wěn)定，數(shù)月之久件質(zhì)仍不會(huì)發(fā)生改變。黃原膠也能溶于氫氧化鈉溶液，并具有增稠特性．所形成的溶液在室溫下十分穩(wěn)定。黃原膠可被強(qiáng)氧化劑，如過氯酸、過硫酸降解，隨溫度升高，降解加速。

7、對(duì)鹽的穩(wěn)定性

黃原膠溶液能和許多鹽溶液(鉀鹽、鈉鹽、鈣鹽、鎂鹽等)混溶，粘度不受影響。在較高鹽濃度條件下，甚至在飽和鹽溶液中仍保持其溶解性而不發(fā)生沉淀和絮凝，其粘度幾乎不受影響。

8、對(duì)酶解反應(yīng)的穩(wěn)定性

黃原膠穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)使其具有極強(qiáng)的抗氧化和抗酶解能力，許多的酶類如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶和半纖維素酶等酶都不能使黃原膠降解。3

主要用途黃原膠由于其獨(dú)特的性質(zhì)，因而在食品、石油、醫(yī)藥、日用化工等十幾個(gè)領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用，其商品化程度之高，應(yīng)用范圍之廣，令其他任何一種微生物多糖都望塵莫及。

1、食品方面：許多食品中都添加黃原膠作為穩(wěn)定劑、乳化劑、懸浮劑、增稠劑和加工輔助劑。黃原膠可控制產(chǎn)品的流變性、結(jié)構(gòu)、風(fēng)味及外觀形態(tài)，其假塑性又可保證良好的口感，因此被廣泛應(yīng)用于色拉調(diào)料、面包、奶制品、冷凍食品、飲料、調(diào)味品、釀造、糖果、糕點(diǎn)、湯料和罐頭食品中。近年來，較發(fā)達(dá)國(guó)家的人們往往擔(dān)心食品中的熱值過高而使自己發(fā)胖，黃原膠由于其不可被人體直接降解而打消了人們的這一顧慮。此外，據(jù)1985年日本的報(bào)道，對(duì)十一種食品添加劑進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，黃原膠是其中最為有效的抗癌劑。

2、日用化工方面：黃原膠分子中含有大量的親水基團(tuán)，是一種良好的表面活性物質(zhì)，并具有抗氧化、防止皮膚衰老等功效，因此，幾乎絕大多數(shù)高檔化妝品中都將黃原膠作為其主要功能成分。此外，黃原膠還可作為牙膏的成分實(shí)質(zhì)增稠定型，降低牙齒表面磨損。

3、醫(yī)學(xué)方面：黃原膠是目前國(guó)際上炙手可熱的微膠囊藥物囊材中的功能組分，在控制藥物緩釋方面發(fā)揮重要作用；由于其自身的強(qiáng)親水性和保水性，還有許多具體醫(yī)療操作方面的應(yīng)用，如可形成致密水膜，從而避免皮膚感染；減輕病人放射治療后的口渴等。此外，李信、許雷曾撰文指出，黃原膠本身對(duì)小鼠的體液免疫功能具有明顯的增強(qiáng)作用。

4、工農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用：在石油工業(yè)中，由于其強(qiáng)假塑性，低濃度的黃原膠(0.5%)水溶液就可保持鉆井液的粘度并控制其流變性能，因而在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆頭部位粘度極小，節(jié)省了動(dòng)力；而在相對(duì)靜止的鉆孔部位卻保持高粘度，從而防止井壁坍塌。并且由于其優(yōu)良的抗鹽性和耐熱性，因而廣泛應(yīng)用于海洋、高鹽層區(qū)等特殊環(huán)境下的鉆井，并可用作采油驅(qū)油劑，減少死油區(qū)，提高采油率。

國(guó)內(nèi)黃原膠生產(chǎn)開發(fā)的現(xiàn)狀黃原膠在國(guó)際上開發(fā)最早的是美國(guó)，法國(guó)、日本和英國(guó)緊隨其后。目前世界上食用級(jí)黃原膠約兩萬噸，工業(yè)用兩萬噸。自八十年代以來，黃原膠的需求量正以每年10%的速度遞增，其應(yīng)用領(lǐng)域之廣、價(jià)格之昂貴是許多其它微生物多糖所無法比擬的。

我國(guó)對(duì)黃原膠的開發(fā)研究始于二十世紀(jì)六十年代，雖然起步較晚，但我國(guó)科技工作者依靠自己的智慧和力量，在無任何資料可供鑒的情況下，毅然從自然界中篩選出黃原膠生產(chǎn)菌株，并研制開發(fā)出高附加值的發(fā)酵產(chǎn)品-黃原膠；并于八十年代投入商業(yè)化生產(chǎn)。九十年代中期國(guó)內(nèi)黃原膠生產(chǎn)廠家已星羅棋布，諸如山東的中軒、江蘇的金湖、河北新合、甘肅順興、河南天冠都相繼建成投產(chǎn)。伴隨西部大開發(fā)和十五規(guī)劃目標(biāo)，國(guó)內(nèi)黃原膠生產(chǎn)廠家將增至數(shù)十家，黃原膠生產(chǎn)將成為我國(guó)發(fā)酵領(lǐng)域的又一新興產(chǎn)業(yè)。

由于我國(guó)在黃原膠領(lǐng)域起步較晚，尤其是黃原膠的應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)研究較晚，致使國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家不能根據(jù)用戶需求生產(chǎn)不同規(guī)格的黃原膠。同時(shí)其應(yīng)用領(lǐng)域也受到極大限制，致使國(guó)內(nèi)黃原膠生產(chǎn)廠家普遍存在規(guī)模過小的特點(diǎn)。這種小規(guī)模的黃原膠生產(chǎn)，不能發(fā)揮其巨大的規(guī)模效益；只能加速黃原膠市場(chǎng)的無序競(jìng)爭(zhēng)，不利于企業(yè)自身的資金積累和滾動(dòng)發(fā)展，同時(shí)各生產(chǎn)廠家只顧眼前利益，而忽視了黃原膠生產(chǎn)的開發(fā)應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，從而也使黃原膠的質(zhì)量在近幾年幾近徘徊不前。目前國(guó)內(nèi)黃原膠產(chǎn)量3000噸/年，有效需求 5000噸/年，為此國(guó)內(nèi)每年需進(jìn)口黃原膠達(dá)2000噸之多。盡管如此，黃原膠的發(fā)展前景仍十分誘人。

國(guó)內(nèi)黃原膠生產(chǎn)中存在的問題八十年代末期，溶氧和染菌是困擾我國(guó)黃原膠工業(yè)化生產(chǎn)的兩大難題。隨著 GSM發(fā)酵罐的發(fā)明和染菌問題的解決，黃原膠也就進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和市場(chǎng)的拓展，黃原膠的質(zhì)量問題就日益凸現(xiàn)出來。當(dāng)然影響黃原膠成品質(zhì)量問題是多方面的，諸如原料的選擇、原料的合理配比、菌種選育、發(fā)酵工藝、后處理工藝、生產(chǎn)設(shè)備等都會(huì)影響其質(zhì)量。但目前影響國(guó)內(nèi)黃原膠質(zhì)量的因素是菌種問題、發(fā)酵工藝和后處理工藝三個(gè)方面。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的化驗(yàn)分析和有關(guān)部門的查新證明，國(guó)產(chǎn)黃原膠與美國(guó)的KELCO公司和法國(guó)的Phone-Poulen公司產(chǎn)品有六大差別：黃原膠色澤較深；成品顆粒不夠均勻；不同批次間比重不一；溶解性較差；成品粘度較低且耐熱、酸堿的穩(wěn)定性較差；成品的灰分、含氮量略高；微生物指標(biāo)偏高。

美國(guó)KELCO公司是是世界黃原膠生產(chǎn)者先驅(qū)，代表國(guó)際黃原膠發(fā)展方向，其黃原膠產(chǎn)品有以下幾個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品手感較粗，有沙粒狀，在水中極易分散，水溶性好，色澤較淺，粘度較高達(dá)2500cp，熱穩(wěn)定性強(qiáng)。

國(guó)產(chǎn)黃原膠從色澤、膠感、溶解性、分散性及粘度等方面都各有千秋，山東中軒、甘肅順興、河北新合、江蘇金湖產(chǎn)品大同小異，河南天冠產(chǎn)品具有流動(dòng)性的溶解性較好的特點(diǎn)。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

成玉林 - 副教授 - 重慶大學(xué)