凝結(jié)多糖是一種化學(xué)物質(zhì)。凝結(jié)多糖(凝膠多糖,多糖滿量程一140)，又稱凝結(jié)膠、凝膠多糖、由微生物產(chǎn)生的熱凝膠由β淀粉組成(1→3)由糖苷鍵組成的水不溶性葡聚糖是一種多糖，其懸浮液加熱后可形成硬而有彈性的熱不可逆凝膠和熱可逆凝膠。

凝結(jié)多糖

大阪大學(xué)的原田教授于1964年從土壤中分離出這種細(xì)菌，并將其命名為Alcaligenesfacealis var．粘基因(10C3)的細(xì)菌產(chǎn)生的(結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤桿菌―許多保存下來的rium菌株可以產(chǎn)生這種多糖)凝結(jié)多糖具有許多特殊的性質(zhì)糖可以形成熱不可逆的凝膠，其具有可食用的和各種工業(yè)用途。1989年，日本和韓國開始將其用作食品膠。FDA于1996年批準(zhǔn)其作為食品穩(wěn)定劑、增稠劑用于食品配料中。凝結(jié)的多糖因此成為第二種黃原膠、是繼結(jié)冷膠之后，F(xiàn)DA發(fā)酵生產(chǎn)的第三種食品多糖，為凝結(jié)多糖的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了更廣闊的空間。凝結(jié)多糖的應(yīng)用和食品開發(fā)也達(dá)到了一個(gè)新的水平。日本、加拿大等國已有生產(chǎn)，日本和臺(tái)灣省已開發(fā)應(yīng)用于多種食品中。目前，江蘇省食品發(fā)酵研究所微生物發(fā)酵生產(chǎn)凝固多糖的工藝已基本完成工業(yè)化試驗(yàn)，正在進(jìn)行實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)的準(zhǔn)備工作。

凝結(jié)多糖完全由d組成-葡萄糖殘基通過β葡萄糖醛酸苷連接(C-1和C-3連接形成一個(gè)線性β-1→3)葡聚糖。分子式為(C6H10O5)n通常大于250，分子量約為44000 ~ 100000，無支鏈結(jié)構(gòu)。它的一級(jí)結(jié)構(gòu)(圖1)是個(gè)長鏈。凝結(jié)多糖由于分子間的相互作用和分子間氫鍵的結(jié)合，可以形成更復(fù)雜的三級(jí)結(jié)構(gòu)。x射線衍射分析表明，凝結(jié)多糖具有β三螺旋結(jié)構(gòu)。凝結(jié)的多糖，加熱成高強(qiáng)度膠，右手是6重3股螺旋體，能形成穩(wěn)定的硬桿狀結(jié)構(gòu)。

凝結(jié)多糖不溶于水和許多有機(jī)溶劑，但溶于堿液、蟻酸、二甲基亞砜，通常溶于能打破氫鍵的物質(zhì)的水溶液中。其紅外吸收光譜在890cm波數(shù)處顯示出β鍵的特征-1處有吸收峰。凝聚多糖易被剛果紅和苯胺藍(lán)染色，而不被甲苯胺藍(lán)和亞甲基藍(lán)染色，其染色性穩(wěn)定，與凝聚多糖的濃度和聚合度成正比。凝結(jié)的多糖具有觸變性當(dāng)其水懸浮液緩慢加熱時(shí)，其粘度在54℃左右急劇上升，在62℃左右達(dá)到一定水平，在78℃左右再次上升，粘度隨溫度升高而增加。凝結(jié)多糖是一種不能被人體消化的多糖、一種極其安全的多糖添加劑，不會(huì)產(chǎn)生熱量，毒性試驗(yàn)是放入109口/kg的凝聚多糖未發(fā)現(xiàn)異常。

凝結(jié)多糖的懸浮液在加熱時(shí)可以是無色的、無味道、無味凝膠不同于一般的膠凝劑，除了加熱還需要其他條件才能形成凝膠(例如加熱后冷卻ca計(jì)的存在或特定的pH和蔗糖濃度)凝結(jié)多糖因其獨(dú)特的凝膠特性而在食品工業(yè)中具有特殊的用途。

凝膠形成

凝結(jié)多糖根據(jù)加熱溫度的不同可以形成兩種不同性質(zhì)的凝膠。將其水分散液(2%以上)加熱至54 ~ 80℃，再冷卻至40℃，可形成熱可逆的低強(qiáng)度凝膠再次加熱到70℃時(shí)，凝膠會(huì)再次溶解，類似瓊脂。如果凝結(jié)的多糖被加熱到80℃以上(80～130℃)幾分鐘后會(huì)形成具有不可逆熱量的高強(qiáng)度凝膠，冷卻至室溫再加熱也不會(huì)溶解。形成的熱不可逆凝膠在室溫下質(zhì)地脆硬，在加熱蒸煮過程中硬度下降，彈性不下降，長時(shí)間蒸煮也不會(huì)溶解或腐爛。

影響凝膠強(qiáng)度的因素

a．濃度對(duì)凝聚多糖的凝膠強(qiáng)度有一定影響

隨著凝結(jié)多糖濃度的增加，其強(qiáng)度增加，從約3%開始時(shí)凝膠強(qiáng)度急劇增加，高于同濃度瓊脂的凝膠強(qiáng)度它的凝膠特性介于瓊脂的脆性和明膠的延展性之間。

b．pH值對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響

凝結(jié)多糖對(duì)pH值適應(yīng)性強(qiáng)，在pH 2 ~ 10范圍內(nèi)具有良好的成膠性能。

c．無機(jī)鹽對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響各種無機(jī)鹽對(duì)混凝多糖的凝膠強(qiáng)度影響不大，但Na2B407能顯著增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度。

凝膠性質(zhì)

凝結(jié)多糖凝膠在凍融條件下能保持穩(wěn)定，這使其在眾多膠凝劑中脫穎而出。Yukihiro Nakao等人的研究表明，多糖凝膠在4℃保存20小時(shí)對(duì)凝膠強(qiáng)度沒有影響，會(huì)使多糖凝固、瓊脂、卡拉膠經(jīng)冷凍(一40℃)解

冷凍處理后，凝結(jié)多糖的凝膠強(qiáng)度變化不大，而瓊脂、卡拉膠的凝膠強(qiáng)度為1/10和1/5，而且凝膠塊變成海綿狀質(zhì)地，解凍后失水。

凝聚多糖凝膠具有很強(qiáng)的含油性3%不同濃度的凝固多糖和玉米油的混合物均質(zhì)化后，在95℃加熱、加熱10min時(shí)，凝膠強(qiáng)度和脫水率隨含油量的增加而降低。當(dāng)含油量達(dá)到24%凝膠形成期間和之后不會(huì)發(fā)生油分離。將含油凝膠擠在兩塊板之間只能除去部分水分，油仍殘留在干物質(zhì)中，含量為85%并且干燥的物質(zhì)吸收水分以恢復(fù)凝膠狀態(tài)。另外，β一蒎烯、凝固的多糖凝膠中可含有芳樟醇脂溶性維生素等樟腦類物質(zhì)，可得到脫水后的干燥品，且這些疏水性物質(zhì)不流失。

擠壓凝結(jié)多糖的未加熱凝膠以除去水，可以獲得干薄片這種薄片易吸水膨脹形成再生凝膠，利用這一特性可制成各種可食用薄片和即食果凍。將含有15%凝聚多糖的NaOH水溶液可通過制膜設(shè)備擠入酸性溶劑中制成凝膠狀薄膜，并可干燥制備。這種薄膜透明，易膨脹但不溶于熱水，強(qiáng)度是纖維素薄膜的1/3～1/4。因此，它適合作為各種食品的薄膜。

1965年，日本的德原 s 0saka大學(xué)從土壤中分離出10C3，發(fā)現(xiàn)該菌株產(chǎn)生一種胞外葡聚糖琥珀酸酯該葡聚糖發(fā)酵液的粘度很高，當(dāng)加熱到100℃時(shí)，該多糖形成凝膠，并測(cè)定了其普遍適用的培養(yǎng)基成分。1966年，TokuyaHarada等人發(fā)現(xiàn)了10C3的自發(fā)突變體(10C3K)它在生產(chǎn)琥珀酸方面與親本植物不同

葡聚糖產(chǎn)生一種不溶性的胞外多糖，通過β葡萄糖醛酸結(jié)合鍵，由C1和C3位的D葡萄糖殘基完全連接，形成線性β1(1―3)葡聚糖，之后發(fā)現(xiàn)這種多糖可以被靛藍(lán)特異染色。1983年，加拿大多倫多大學(xué)的Lawford和Phillips在ATCC21680的連續(xù)限氮培養(yǎng)中獲得了高產(chǎn)自發(fā)突變菌株ATCC31749。

產(chǎn)生凝結(jié)多糖的菌株的典型譜系如圖2所示

在國內(nèi)，賀國慶等人從水稻土中分離篩選出幾株產(chǎn)堿桿菌，用γ射線輻照和硝基胍誘變處理，獲得一株多糖產(chǎn)量高的菌株、一株產(chǎn)聚糖性能優(yōu)良的菌株C125。他們還用60上標(biāo)Coγ射線照射GM24的細(xì)胞和原生質(zhì)體，發(fā)現(xiàn)60C07射線對(duì)GM24原生質(zhì)體的誘變效果明顯好于其細(xì)胞。

凝結(jié)多糖發(fā)酵培養(yǎng)基

葡萄糖是制備凝固多糖的最佳碳源。蔗糖和玉米淀粉是工業(yè)化生產(chǎn)凝固型多糖的最佳原料。凝結(jié)多糖是一種次生代謝產(chǎn)物，在細(xì)菌生長的穩(wěn)定期合成氮源的相對(duì)短缺有利于其大規(guī)模合成。在簡單的特定培養(yǎng)基中，保持pH中性和高濃度的碳源可以轉(zhuǎn)化為高產(chǎn)率(50%的凝結(jié)多糖；凝結(jié)的多糖也可以通過細(xì)胞懸浮在不含氮源的僅含D葡萄糖和碳酸鈣的培養(yǎng)基中合成。產(chǎn)生的凝結(jié)多糖可以通過其水不溶性進(jìn)行分離。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，理想的組成比例如下：葡萄糖50.0g，酵母粉8.0g，K2HP04 0.1g，(NH4)2HPO4 0.8g，MgS04 0．3g檸檬酸鉀0.3g，F(xiàn)eCl3O 0.25g，自然pH。

由胞外多糖(EPS)在細(xì)胞周圍以粘性聚合物的形式形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，在凝結(jié)多糖的生產(chǎn)過程中，即使大量稀釋，也很難將胞外多糖從細(xì)胞中分離出來。

在食品行業(yè)應(yīng)用

凝膠多糖具有良好的保水性等加工適應(yīng)性、耐冷凍性、耐熱性、粘附性和成膜性廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用了適合不同食物的各種特殊制劑。凝膠多糖既可作為食品添加劑，也可作為食品的主要成分。

1.1在肉制品中的應(yīng)用

凝膠多糖在50 ~ 60℃時(shí)吸水率最高，適用于肉制品。在肉類加工中，凝膠多糖可以提高香腸和火腿的持水性添加0.2～1%明膠多糖，烹飪后形成軟、多汁高產(chǎn)的漢堡包。此外，由于其成膜性，可用于漢堡包、炸雞表面覆膜，減少了產(chǎn)品在燒烤過程中的失重，肉汁濃郁，口感滑嫩。覆膜方法是5%凝膠多糖、5%淀粉、94.5%將水混合分散均勻，將涂好的食品浸泡在其中515秒，取出，在125130℃的油浴中加熱3040秒，脫脂冷卻，然后速凍或冷藏，調(diào)理時(shí)再加熱烘烤或油炸。

1.2在面制品中的應(yīng)用

凝膠多糖在中式面條中的應(yīng)用、蕎麥面、切面條時(shí)，可以增強(qiáng)面條的硬度、彈性、粘度等，提高口感、抑制熱水溶脹、減少煮爛、減輕湯汁混蝕。用量為小麥粉的05.3～1%，常用量0.4%制備時(shí)，先將凝膠多糖與小麥粉混合，再與其他原料混合制成面粉。豆腐是日本和中國的傳統(tǒng)食品它有柔軟的質(zhì)地，它是4%將凝膠多糖與豆腐凝固劑混合用于豆?jié){中，通過擠壓和加熱可以制成豆腐面條，賦予其不同的質(zhì)地，豆腐也可以高溫滅菌或冷藏。

1.3在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

凝膠多糖用于水產(chǎn)品，如魚糕、油炸魚肉糕、魚肉圓、冷凍魚糜等，可以增強(qiáng)產(chǎn)品的彈性、有咬口，同時(shí)增加其硬度，方便成型操作。一般用量為0.7%使用時(shí)，先將凝膠多糖制成低強(qiáng)度凝膠，然后添加到魚糜中。

1.4在烘焙產(chǎn)品中的應(yīng)用

利用凝膠多糖的保濕和保形特性，凝膠多糖也可以添加到蛋糕中，如蛋糕、奶酪餅等中。加工時(shí)外觀不凹陷，加工后保濕性好即使冷藏也不會(huì)造成老化和起砂，使用量一般為0.1～0.4%面包用凝膠多糖、餅餡的流動(dòng)性由于凝膠化可以保持其應(yīng)有的形狀，便于操作。硬度和形狀保持性可以通過改變其添加量來調(diào)節(jié)。如蜂蜜、奶油、醬香餡，用量一般為2 ~ 5%

1.5在冷凍產(chǎn)品中的應(yīng)用

凝膠多糖作為穩(wěn)定劑可以提高冰淇淋的保形性。凝膠多糖與其他穩(wěn)定劑的組合效果最好。使用量一般為0.2～0.3%一個(gè)冰淇淋的配方和操作要點(diǎn)如下：全脂煉乳12、脫脂乳粉8.無鹽奶油15.5、砂糖3.飴糖5.蛋黃1.乳化劑（OM）2、香料（香蘭素）1、水55、凝膠多糖0.2。首先混合，然后熱處理至85℃，均質(zhì)（100MPa）

1.6在其他產(chǎn)品中的應(yīng)用

用于草莓醬的凝膠多糖、蜂蜜和蛋黃醬很粘，很難處理，可以用來做草莓片、蜂蜜片和蛋黃醬片等，這些切片可以作為小風(fēng)味的食品直接食用，也可以用來做三明治、夾餡、卷壽司芯等。蔬菜、水果、肉制品可以用凝膠多糖做成薄片。這些食物可以冷凍保存，加熱也不會(huì)溶解。凝膠多糖作為生產(chǎn)素食香腸的關(guān)鍵成分，使這種香腸具有全脂香腸的質(zhì)地和口感。還可以替代奶酪制品中的脂肪，防止酸奶和低脂酸性奶油脫水收縮。大多數(shù)牛奶加工的巴氏殺菌溫度適用于凝膠多糖的凝膠。凝膠多糖也可用于制作綠茶風(fēng)味的果凍，食用前可冷凍保存和微波加熱。凝膠多糖含有膳食纖維98.6%，可用作低熱、減肥、預(yù)防便秘的功能性食品成分等，生產(chǎn)保健食品。

在化工工業(yè)應(yīng)用

化工用凝膠柱的填充材料一般是葡聚糖?？茖W(xué)家研究了用凝結(jié)多糖代替葡聚糖作為色譜柱的填料，取得了良好的分離效果。目前國外已經(jīng)開始為此生產(chǎn)凝固多糖?；炷嗵呛突钚蕴恐苽涞幕旌衔锬苡行コ胁菟幹械闹亟饘僭兀貏e有利于中藥的發(fā)展；但在化妝品工業(yè)中用作增稠劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑、保濕劑和流變改進(jìn)劑也很有效，因此它們可以用于各種類型的化妝品中。

凝膠多糖是一種新型微生物多糖，具有許多獨(dú)特的功能。自1997年美國衛(wèi)生組織批準(zhǔn)凝膠多糖作為食品添加劑以來，凝膠多糖的功能特性在食品工業(yè)中得到了淋漓盡致的體現(xiàn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。除了用于食品工業(yè)外，最近有科學(xué)家研究了凝膠多糖代替葡聚糖作為填料在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，并取得了良好的分離效果。

目前，國外已經(jīng)開始為此生產(chǎn)凝膠多糖。凝膠多糖在化妝品工業(yè)中用作增稠劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑、保濕劑和流變改進(jìn)劑也很有效，因此它們可以用于各種類型的化妝品中。據(jù)專家分析，凝膠多糖的需求量將為30%增長的速度，世界形勢(shì)處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。但國內(nèi)對(duì)凝膠多糖的研究還處于認(rèn)識(shí)階段，離工業(yè)化生產(chǎn)還有很大距離因此，加快凝膠多糖的發(fā)展對(duì)調(diào)整我國農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有重要意義、提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值、增加農(nóng)民和農(nóng)民收入起著重要的作用。