黃原膠結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和生產(chǎn)及黃原膠食品行業(yè)應(yīng)用

黃原膠結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和生產(chǎn)及黃原膠食品行業(yè)應(yīng)用黃原膠是由D一葡萄糖、D一甘露糖、D一葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸構(gòu)成的五糖重復(fù)單位。其中葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸摩爾比為2.8：3.0：2.0。黃原膠是由含有糖類(如葡萄糖、蔗糖、淀粉、水解淀粉等)的發(fā)酵培養(yǎng)基，在適宜的氮源、磷酸氫二鉀和適量的微量元素存在下，由野油菜黃單胞菌菌株作用，進(jìn)行發(fā)酵，再經(jīng)后提取、干燥、粉碎等工序制得。

黃原膠無味、無臭、無毒、食用安全，易溶于水。在水溶液中呈現(xiàn)多聚陰離子，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)。在工業(yè)生產(chǎn)中主要作為增稠劑，也可以作為懸浮劑、乳化劑、穩(wěn)定劑。到目前為止，黃原膠被認(rèn)為是國際上性能最優(yōu)越的生物膠，被大量應(yīng)用在食品、果汁、飲料、飼料、化妝、醫(yī)藥、陶瓷、消防、石油等行業(yè)，其市場增長潛力超過所有的親水性膠。一、結(jié)構(gòu)黃原膠是淡白色或淺米黃色粉末，由五糖單位重復(fù)構(gòu)成，其主鏈與纖維素相同，即由以β-1，4糖苷鍵相連的葡萄糖構(gòu)成，三個(gè)相連的單糖組成其側(cè)鏈：甘露糖一葡萄糖一甘露糖。與主鏈相連的甘露糖通常由乙?；揎棧瑐?cè)鏈末端的甘露糖與丙酮酸發(fā)生縮醛反應(yīng)從而被修飾，而中間的葡萄糖則被氧化為葡萄糖醛酸。黃原膠除擁有規(guī)則的一級結(jié)構(gòu)外，還擁有二級結(jié)構(gòu)，經(jīng)X一射線衍射和電子顯微鏡測定，黃原膠分子間靠氫鍵作用而形成規(guī)則的螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)之間依靠微弱的作用力而形成網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，這是黃原膠的三級結(jié)構(gòu)，它在水溶液中以液晶形式存在。

二、性質(zhì)黃原膠被譽(yù)為“工業(yè)味精”，是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大且用途最廣泛的微生物多糖。其主要有以下性質(zhì)。(1)黃原膠無味、無臭、適用安全性強(qiáng)，粘度高，1％水溶液粘度相當(dāng)于明膠的100倍，從而可作為良好的增稠和穩(wěn)定劑。(2)獨(dú)特的流變性，在剪切作用下，溶液的粘度會迅速下降，一旦剪切作用解除，溶液的粘度會立即恢復(fù)，這種特性賦予食品如冰淇淋、火腿腸、果汁和植物蛋白型飲料、焙烤食品以良好的口感。這種特性也使得黃原膠在石油鉆井和開采中得到廣泛的應(yīng)用。(2)良好的熱穩(wěn)定性，在較大的溫度范圍內(nèi)(一18—130℃)保持特有的功能，是生產(chǎn)冷凍食品和焙烤食品的良好輔料。(4)酸堿穩(wěn)定性，其粘度基本上不受酸堿的影響，在PH值1～12范圍內(nèi)能保持原有特性，從而使其有廣泛的應(yīng)用范圍。(5)具有極強(qiáng)的抗氧化和抗酶解作用，即使在次氯酸納、雙氧水、生物活性酶存在的條件下仍能發(fā)揮作用。(6)具有廣泛的相溶性。與瓜爾豆膠、槐豆膠混合物可產(chǎn)生有益的協(xié)同作用。這種結(jié)構(gòu)膠在一定條件下可產(chǎn)生凝膠作用。(7)與高濃度鹽類、糖類共存時(shí)，仍保持穩(wěn)定的增稠體系。(8)對不溶性固體顆粒和油滴具有良好的懸浮性。(9)微波穩(wěn)定性。已經(jīng)形成的穩(wěn)定體系，即使在微波爐中凍結(jié)一解凍都對其性能不會產(chǎn)生影響。(10)與鹽類、酸堿的配伍性好，與半乳一甘露聚糖的反應(yīng)性好。

三、生產(chǎn)生產(chǎn)黃原膠的菌株：黃原膠生產(chǎn)菌株為黃單孢菌屬幾個(gè)種，目前工業(yè)化生產(chǎn)用菌株主要是甘藍(lán)黑腐病黃單孢桿菌，此外菜豆黃單胞菌、錦葵黃單胞菌和胡蘿卜黃單胞也可作為發(fā)酵菌種。下圖是黃原膠生產(chǎn)工藝簡圖，黃原膠的生產(chǎn)受到培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)基條件(溫度、PH值，溶氧量等)、反應(yīng)器類型、操作方式(連續(xù)式或間歇式)等多方面因素的影響。菌株可在25℃～30℃下生長，最適的發(fā)酵溫度為28℃，已有研究者提出具體的溫度與生長速率關(guān)系的方程。黃原膠的提?。合啾容^而言，從發(fā)酵液中回收產(chǎn)品的成本較高。一般的，最終發(fā)酵液中的組分為：黃原膠：10～30L，細(xì)胞：1～10g／L，殘余營養(yǎng)物質(zhì)3～10L，以及其他代謝物。由于高濃度的黃原膠的存在，溶液濃度很大，從而增加了提取操作的困難，因此，宜先做稀釋處理。提取的主要步驟包插細(xì)胞的沉淀，黃原膠的沉淀、脫水、干燥、研磨。四、在食品中的應(yīng)用黃原膠作為食品添加劑，已被許多國家接受。在飲料、糕點(diǎn)、果凍、罐頭食品、海產(chǎn)品、肉制品加工等領(lǐng)域中成為重要的穩(wěn)定劑、懸浮劑、乳化劑、增稠劑、黏合劑及具高附加值、高質(zhì)量的加工原料。具體可概括為以下幾個(gè)方面。1）耐酸、耐鹽的食品增稠穩(wěn)定劑應(yīng)用于各種果汁飲料、濃縮果汁、調(diào)味料(如醬油、蠔油、沙拉調(diào)味汁)的食品中。黃原膠的穩(wěn)定效果明顯優(yōu)于其它膠，具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，一般的高溫殺菌對其不會有影響，可用于各種果汁飲料、果肉飲料、植物蛋白飲料等，用量0.08～0.3。黃原膠優(yōu)良的耐鹽、耐酸堿性可以完全取代醬油中的傳統(tǒng)增稠劑淀粉等，可以克服淀粉沉淀的缺點(diǎn)，且能使醬油細(xì)膩均一，提高掛壁性和著色性，延長貨架期。果醬、豆醬等風(fēng)味調(diào)制醬，用黃原膠作增稠穩(wěn)定劑，使醬體統(tǒng)一，涂拌性好，不結(jié)塊，易于灌裝，且提高口感。2）食品乳化劑作為乳化劑用于各種蛋白質(zhì)飲料、乳飲料中，防止油水分層和提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，防止蛋白質(zhì)沉淀，也可利用其乳化能力作為起泡劑和泡沫穩(wěn)定劑，如用于啤酒制造等。在以豆類蛋白為主的乳化體系中加入0.02％的黃原膠后，乳化性明顯提高，并使混合體系具有高的剪切率和熱誘導(dǎo)的高粘特性。3）食品填充劑作為穩(wěn)定的高粘度填充劑，可廣泛應(yīng)用于各類點(diǎn)心、面包、餅干、糖果等食品的加工，在不改變食品的傳統(tǒng)風(fēng)味的前提下，使食品具有更優(yōu)越的保形性，更長的保質(zhì)期，更良好的口感，有利于這些食品多樣化和工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。在各種冷凍食品生產(chǎn)中，黃原膠具有防止其失水，延緩老化，延長保質(zhì)期的作用。4）食品乳化穩(wěn)定劑作為乳化穩(wěn)定劑應(yīng)用于冷凍食品，在冰淇淋、雪糕中黃原膠能調(diào)整混合物粘度，是使其具有均勻穩(wěn)定的組成，組織滑軟，由于黃原膠的粘度和溫度的關(guān)系有可塑性和剪切性能，故在加工操作時(shí)粘度下降，阻力減小，有利于工藝進(jìn)行，而在冷卻老化階段，粘度恢復(fù)，有利于提高膨脹率，防止冰淇淋組織中大冰晶的形成，使冰淇淋口感潤滑細(xì)膩。同時(shí)提高了產(chǎn)品的凍融穩(wěn)定性，而且在融化時(shí)奶油和水混合均勻，不會產(chǎn)生漿液分離現(xiàn)象。一般老化時(shí)間2～3h。用量0.2％～0.4％。5）食品黏合劑黃原膠可將一些水溶性粉末物質(zhì)，如褐藻酸鈉、酪蛋白、甲基纖維素和聚乙二醇纖維素鈉鹽等交聯(lián)起來從而制成一種黏合劑。此黏合劑用于食品加工，可起到改善質(zhì)地增加成膜性的作用。利用黃原膠的這一性能可以制造粒狀糊料。與傳統(tǒng)糊料相比，用黃原膠制作的糊料飛散性小，均一性和可溶解度高，流動(dòng)性及填充性能好，因不具凝聚性固保存性優(yōu)良。6）黃原膠在特定食品加工中的應(yīng)用①黃原膠對面條品質(zhì)的影響(1)黃原膠對面筋的形成成現(xiàn)出先強(qiáng)化后弱化的趨勢，其中對持水率的影響會影響面筋其他指標(biāo)。(2)黃原膠對粉質(zhì)特性呈現(xiàn)出較好的改良作用，而對拉伸特性有弱化影響。(3)黃原膠對淀粉的膨脹勢影響不大，對面粉的起始糊化溫度有規(guī)律的降低，在膠體加入量為0.2時(shí)峰值黏度最大。(4)黃原膠對蒸煮特性有很好的改善，隨著膠體比例的增大，蒸煮特性各項(xiàng)指標(biāo)降低。(5)膠體的加入增大了面條質(zhì)構(gòu)的硬度、粘合性、咀嚼性，粘附性和彈性、粘結(jié)性、回復(fù)性較空白有所降低。②對牛肉品質(zhì)的改善黃原膠改善牛肉的保水性主要基于兩個(gè)方面，一是黃原膠本身就是親水膠體，滲入牛肉組織可提高肌肉的持水能力；二是肉的保水性可通過蛋白質(zhì)的凝膠狀結(jié)構(gòu)和靜電作用表現(xiàn)出來的，其中肌肉結(jié)構(gòu)蛋白中的肌球蛋白對其保水性具有決定作用。pH值是衡量牛肉品質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，不僅影響牛肉的適口性、嫩度、烹煮損失和貨架時(shí)問，還與牛肉的系水力、肉色和風(fēng)味等顯著相關(guān)。肌肉pH值接近其蛋白質(zhì)等電點(diǎn)(5.0～5.5)時(shí)，肉的機(jī)械強(qiáng)度最大，嫩度較差，系水力也較低。生產(chǎn)上通常要求肉品的pH值偏離其等電點(diǎn)。黃原膠溶液浸泡牛肉可提高其肌肉的PH值，因此，添加黃原膠將有利于改善牛肉的保水與質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。牛肉最大剪切力的大小可以反映牛肉的嫩度，剪切力越小嫩度越好。因此，0.5％的黃原膠浸泡液可以改善牛肉的嫩度。其原因可能在于：黃原膠可以螯合Ca2+，可能促使肌細(xì)胞中的Ca2+轉(zhuǎn)入肌漿中，由此激活肌漿中的鈣激活酶，促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)的水解，致使肌纖維結(jié)構(gòu)中的z線崩解直至消失，以及使肌節(jié)斷裂、肌原纖維小片