黄原胶结构、性质和生产及黄原胶食品行业应用

黄原胶结构、性质和生产及黄原胶食品行业应用黄原胶是由D一葡萄糖、D一甘露糖、D一葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸构成的五糖重复单位。其中葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸摩尔比为2.8：3.0：2.0。黄原胶是由含有糖类(如葡萄糖、蔗糖、淀粉、水解淀粉等)的发酵培养基，在适宜的氮源、磷酸氢二钾和适量的微量元素存在下，由野油菜黄单胞菌菌株作用，进行发酵，再经后提取、干燥、粉碎等工序制得。

黄原胶无味、无臭、无毒、食用安全，易溶于水。在水溶液中呈现多聚阴离子，具有独特的理化性质。在工业生产中主要作为增稠剂，也可以作为悬浮剂、乳化剂、稳定剂。到目前为止，黄原胶被认为是国际上性能最优越的生物胶，被大量应用在食品、果汁、饮料、饲料、化妆、医药、陶瓷、消防、石油等行业，其市场增长潜力超过所有的亲水性胶。一、结构黄原胶是淡白色或浅米黄色粉末，由五糖单位重复构成，其主链与纤维素相同，即由以β-1，4糖苷键相连的葡萄糖构成，三个相连的单糖组成其侧链：甘露糖一葡萄糖一甘露糖。与主链相连的甘露糖通常由乙酰基修饰，侧链末端的甘露糖与丙酮酸发生缩醛反应从而被修饰，而中间的葡萄糖则被氧化为葡萄糖醛酸。黄原胶除拥有规则的一级结构外，还拥有二级结构，经X一射线衍射和电子显微镜测定，黄原胶分子间靠氢键作用而形成规则的螺旋结构。双螺旋结构之间依靠微弱的作用力而形成网状立体结构，这是黄原胶的三级结构，它在水溶液中以液晶形式存在。

二、性质黄原胶被誉为“工业味精”，是目前世界上生产规模最大且用途最广泛的微生物多糖。其主要有以下性质。(1)黄原胶无味、无臭、适用安全性强，粘度高，1％水溶液粘度相当于明胶的100倍，从而可作为良好的增稠和稳定剂。(2)独特的流变性，在剪切作用下，溶液的粘度会迅速下降，一旦剪切作用解除，溶液的粘度会立即恢复，这种特性赋予食品如冰淇淋、火腿肠、果汁和植物蛋白型饮料、焙烤食品以良好的口感。这种特性也使得黄原胶在石油钻井和开采中得到广泛的应用。(2)良好的热稳定性，在较大的温度范围内(一18—130℃)保持特有的功能，是生产冷冻食品和焙烤食品的良好辅料。(4)酸碱稳定性，其粘度基本上不受酸碱的影响，在PH值1～12范围内能保持原有特性，从而使其有广泛的应用范围。(5)具有极强的抗氧化和抗酶解作用，即使在次氯酸纳、双氧水、生物活性酶存在的条件下仍能发挥作用。(6)具有广泛的相溶性。与瓜尔豆胶、槐豆胶混合物可产生有益的协同作用。这种结构胶在一定条件下可产生凝胶作用。(7)与高浓度盐类、糖类共存时，仍保持稳定的增稠体系。(8)对不溶性固体颗粒和油滴具有良好的悬浮性。(9)微波稳定性。已经形成的稳定体系，即使在微波炉中冻结一解冻都对其性能不会产生影响。(10)与盐类、酸碱的配伍性好，与半乳一甘露聚糖的反应性好。

三、生产生产黄原胶的菌株：黄原胶生产菌株为黄单孢菌属几个种，目前工业化生产用菌株主要是甘蓝黑腐病黄单孢杆菌，此外菜豆黄单胞菌、锦葵黄单胞菌和胡萝卜黄单胞也可作为发酵菌种。下图是黄原胶生产工艺简图，黄原胶的生产受到培养基组成、培养基条件(温度、PH值，溶氧量等)、反应器类型、操作方式(连续式或间歇式)等多方面因素的影响。菌株可在25℃～30℃下生长，最适的发酵温度为28℃，已有研究者提出具体的温度与生长速率关系的方程。黄原胶的提取：相比较而言，从发酵液中回收产品的成本较高。一般的，最终发酵液中的组分为：黄原胶：10～30L，细胞：1～10g／L，残余营养物质3～10L，以及其他代谢物。由于高浓度的黄原胶的存在，溶液浓度很大，从而增加了提取操作的困难，因此，宜先做稀释处理。提取的主要步骤包插细胞的沉淀，黄原胶的沉淀、脱水、干燥、研磨。四、在食品中的应用黄原胶作为食品添加剂，已被许多国家接受。在饮料、糕点、果冻、罐头食品、海产品、肉制品加工等领域中成为重要的稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增稠剂、黏合剂及具高附加值、高质量的加工原料。具体可概括为以下几个方面。1）耐酸、耐盐的食品增稠稳定剂应用于各种果汁饮料、浓缩果汁、调味料(如酱油、蚝油、沙拉调味汁)的食品中。黄原胶的稳定效果明显优于其它胶，具有较强的热稳定性，一般的高温杀菌对其不会有影响，可用于各种果汁饮料、果肉饮料、植物蛋白饮料等，用量0.08～0.3。黄原胶优良的耐盐、耐酸碱性可以完全取代酱油中的传统增稠剂淀粉等，可以克服淀粉沉淀的缺点，且能使酱油细腻均一，提高挂壁性和着色性，延长货架期。果酱、豆酱等风味调制酱，用黄原胶作增稠稳定剂，使酱体统一，涂拌性好，不结块，易于灌装，且提高口感。2）食品乳化剂作为乳化剂用于各种蛋白质饮料、乳饮料中，防止油水分层和提高蛋白质的稳定性，防止蛋白质沉淀，也可利用其乳化能力作为起泡剂和泡沫稳定剂，如用于啤酒制造等。在以豆类蛋白为主的乳化体系中加入0.02％的黄原胶后，乳化性明显提高，并使混合体系具有高的剪切率和热诱导的高粘特性。3）食品填充剂作为稳定的高粘度填充剂，可广泛应用于各类点心、面包、饼干、糖果等食品的加工，在不改变食品的传统风味的前提下，使食品具有更优越的保形性，更长的保质期，更良好的口感，有利于这些食品多样化和工业化规模生产。在各种冷冻食品生产中，黄原胶具有防止其失水，延缓老化，延长保质期的作用。4）食品乳化稳定剂作为乳化稳定剂应用于冷冻食品，在冰淇淋、雪糕中黄原胶能调整混合物粘度，是使其具有均匀稳定的组成，组织滑软，由于黄原胶的粘度和温度的关系有可塑性和剪切性能，故在加工操作时粘度下降，阻力减小，有利于工艺进行，而在冷却老化阶段，粘度恢复，有利于提高膨胀率，防止冰淇淋组织中大冰晶的形成，使冰淇淋口感润滑细腻。同时提高了产品的冻融稳定性，而且在融化时奶油和水混合均匀，不会产生浆液分离现象。一般老化时间2～3h。用量0.2％～0.4％。5）食品黏合剂黄原胶可将一些水溶性粉末物质，如褐藻酸钠、酪蛋白、甲基纤维素和聚乙二醇纤维素钠盐等交联起来从而制成一种黏合剂。此黏合剂用于食品加工，可起到改善质地增加成膜性的作用。利用黄原胶的这一性能可以制造粒状糊料。与传统糊料相比，用黄原胶制作的糊料飞散性小，均一性和可溶解度高，流动性及填充性能好，因不具凝聚性固保存性优良。6）黄原胶在特定食品加工中的应用①黄原胶对面条品质的影响(1)黄原胶对面筋的形成成现出先强化后弱化的趋势，其中对持水率的影响会影响面筋其他指标。(2)黄原胶对粉质特性呈现出较好的改良作用，而对拉伸特性有弱化影响。(3)黄原胶对淀粉的膨胀势影响不大，对面粉的起始糊化温度有规律的降低，在胶体加入量为0.2时峰值黏度最大。(4)黄原胶对蒸煮特性有很好的改善，随着胶体比例的增大，蒸煮特性各项指标降低。(5)胶体的加入增大了面条质构的硬度、粘合性、咀嚼性，粘附性和弹性、粘结性、回复性较空白有所降低。②对牛肉品质的改善黄原胶改善牛肉的保水性主要基于两个方面，一是黄原胶本身就是亲水胶体，渗入牛肉组织可提高肌肉的持水能力；二是肉的保水性可通过蛋白质的凝胶状结构和静电作用表现出来的，其中肌肉结构蛋白中的肌球蛋白对其保水性具有决定作用。pH值是衡量牛肉品质的一个重要参数，不仅影响牛肉的适口性、嫩度、烹煮损失和货架时问，还与牛肉的系水力、肉色和风味等显著相关。肌肉pH值接近其蛋白质等电点(5.0～5.5)时，肉的机械强度最大，嫩度较差，系水力也较低。生产上通常要求肉品的pH值偏离其等电点。黄原胶溶液浸泡牛肉可提高其肌肉的PH值，因此，添加黄原胶将有利于改善牛肉的保水与质构品质。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％的黄原胶浸泡液可以改善牛肉的嫩度。其原因可能在于：黄原胶可以螯合Ca2+，可能促使肌细胞中的Ca2+转入肌浆中，由此激活肌浆中的钙激活酶，促进肌肉蛋白质的水解，致使肌纤维结构中的z线崩解直至消失，以及使肌节断裂、肌原纤维小片