黃原膠(漢生膠)

黃原膠

漢生膠一般指本詞條

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( 如玉米澱粉) 經發酵工程生產的一種作用廣泛的微生物胞外多糖。它具有獨特的流變性,良好的水溶性、對熱及酸鹼的穩定性、與多種鹽類有很好的相容性,作為增稠劑、懸浮劑、乳化劑、穩定劑,可廣泛套用於食品、石油、醫藥等20多個行業,是目前世界上生產規模最大且用途極為廣泛的微生物多糖。

基本介紹

  • 中文名:黃原膠
  • 外文名:Xanthan gum
  • 別稱1:黃膠
  • 別稱2:漢生膠
  • 套用方向:增稠劑、懸浮劑等
  • 套用行業:食品、石油、醫藥等
結構,性狀,性能特點,主要用途,國內黃原膠生產開發的現狀,國內黃原膠生產中存在的問題,

結構

黃原膠又稱黃膠、漢生膠,是一種由黃單胞桿菌發酵產生的細胞外酸性雜多糖。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,相對分子質量在100萬以上。黃原膠的二級結構是側鏈繞主鏈骨架反向纏繞,通過氫鍵維繫形成棒狀雙螺旋結構。
黃原膠

性狀

黃原膠為淺黃色至白色可流動粉末,稍帶臭味。易溶於冷、熱水中,溶液中性,耐凍結和解凍,不溶於乙醇。遇水分散、乳化變成穩定的親水性粘稠膠體。

性能特點

黃原膠是目前國際上集增稠懸浮乳化穩定于于一體,性能最優越的生物膠。黃原膠的分子側鏈末端含有丙酮酸基團的多少,對其性能有很大影響。黃原膠具有長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,在特定條件下會顯示獨特性能。它在水溶液中的構象是多樣的,不同條件下表現不同的特性。
1、懸浮性和乳化性
黃原膠對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合帶狀的螺旋共聚體,構成脆弱的類似膠的網狀結構,所以能夠支持固體顆粒、液滴和氣泡的形態,顯示出很強的乳化穩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。但由於它有極強的親水性,如果直接加入水而攪拌不充分,外層吸水膨脹成膠團,會阻止水分進入裡層,從而影響作用的發揮,因此必須注意正確使用。黃原膠乾粉或與鹽、等乾粉輔料拌勻後緩促加入正在攪拌的水喂,製成溶液使用。
3、增稠性
黃原膠溶液具有低濃度高粘度的特性(1%水溶液的粘度相當於明膠的100倍),是一種高效的增稠劑
黃原膠水溶液在靜態或低的剪下作用下具有高粘度,在高剪下作用下表現為粘度急劇下降,但分子結構不變。而當剪下力消除時,則立即恢復原有的粘度。剪下力和粘度的關係是完全可塑的。黃原膠假塑性非常突出,這種假塑性對穩定懸浮液、乳濁液極為有效。
5、對熱的穩定性
黃原膠溶液的粘度不會隨溫度的變化而發生很大的變化,一般的多糖因加熱會發生粘度變化,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範圍內仍然顯示出穩定的高粘度。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、對酸鹼的穩定性
黃原膠溶液對酸鹼十分穩定,在PH為5-10之間叫其粘度不受影響,在PH小於4和大於11時粘度有輕微的變化。在PH3-11範圍內,粘度最大使和最小值相差不到10%。黃原膠能溶於多種酸溶液,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穩定,數月之久件質仍不會發生改變。黃原膠也能溶於氫氧化鈉溶液,並具有增稠特性.所形成的溶液在室溫下十分穩定。黃原膠可被強氧化劑,如過氯酸、過硫酸降解,隨溫度升高,降解加速。
7、對鹽的穩定性
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生沉澱和絮凝,其粘度幾乎不受影響。
8、對酶解反應的穩定性
黃原膠穩定的雙螺旋結構使其具有極強的抗氧化和抗酶解能力,許多的酶類如蛋白酶澱粉酶纖維素酶半纖維素酶等酶都不能使黃原膠降解。

主要用途

黃原膠由於其獨特的性質,因而在食品、石油、醫藥、日用化工等十幾個領域有著極其廣泛的套用,其商品化程度之高,套用範圍之廣,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定劑、乳化劑、懸浮劑、增稠劑和加工輔助劑。黃原膠可控制產品的流變性、結構、風味及外觀形態,其假塑性又可保證良好的口感,因此被廣泛套用於色拉調料、麵包、奶製品、冷凍食品、飲料、調味品、釀造、糖果、糕點、湯料和罐頭食品中。近年來,較已開發國家的人們往往擔心食品中的熱值過高而使自己發胖,黃原膠由於其不可被人體直接降解而打消了人們的這一顧慮。此外,據1985年日本的報導,對十一種食品添加劑進行對比測試,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,是一種良好的表面活性物質,並具有抗氧化、防止皮膚衰老等功效,因此,幾乎絕大多數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質增稠定型,降低牙齒表面磨損。
3、醫學方面:黃原膠是目前國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揮重要作用;由於其自身的強親水性和保水性,還有許多具體醫療操作方面的套用,如可形成緻密水膜,從而避免皮膚感染;減輕病人放射治療後的口渴等。此外,李信、許雷曾撰文指出,黃原膠本身對小鼠的體液免疫功能具有明顯的增強作用。
4、工農業方面的套用:在石油工業中,由於其強假塑性,低濃度的黃原膠(0.5%)水溶液就可保持鑽井液的粘度並控制其流變性能,因而在高速轉動的鑽頭部位粘度極小,節省了動力;而在相對靜止的鑽孔部位卻保持高粘度,從而防止井壁坍塌。並且由於其優良的抗鹽性和耐熱性,因而廣泛套用于海洋、高鹽層區等特殊環境下的鑽井,並可用作採油驅油劑,減少死油區,提高採油率。

國內黃原膠生產開發的現狀

黃原膠在國際上開發最早的是美國,法國、日本和英國緊隨其後。目前世界上食用級黃原膠約兩萬噸,工業用兩萬噸。自八十年代以來,黃原膠的需求量正以每年10%的速度遞增,其套用領域之廣、價格之昂貴是許多其它微生物多糖所無法比擬的。
我國對黃原膠的開發研究始於二十世紀六十年代,雖然起步較晚,但我國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菌株,並研製開發出高附加值的發酵產品-黃原膠;並於八十年代投入商業化生產。九十年代中期國內黃原膠生產廠家已星羅棋布,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。伴隨西部大開發和十五規劃目標,國內黃原膠生產廠家將增至數十家,黃原膠生產將成為我國發酵領域的又一新興產業。
由於我國在黃原膠領域起步較晚,尤其是黃原膠的套用領域開發研究較晚,致使國內生產廠家不能根據用戶需求生產不同規格的黃原膠。同時其套用領域也受到極大限制,致使國內黃原膠生產廠家普遍存在規模過小的特點。這種小規模的黃原膠生產,不能發揮其巨大的規模效益;只能加速黃原膠市場的無序競爭,不利於企業自身的資金積累和滾動發展,同時各生產廠家只顧眼前利益,而忽視了黃原膠生產的開發套用和技術創新,從而也使黃原膠的質量在近幾年幾近徘徊不前。目前國內黃原膠產量3000噸/年,有效需求 5000噸/年,為此國內每年需進口黃原膠達2000噸之多。儘管如此,黃原膠的發展前景仍十分誘人。

國內黃原膠生產中存在的問題

八十年代末期,溶氧和染菌是困擾我國黃原膠工業化生產的兩大難題。隨著 GSM發酵罐的發明和染菌問題的解決,黃原膠也就進入了產業化階段。但隨著生產規模的擴大和市場的拓展,黃原膠的質量問題就日益凸現出來。當然影響黃原膠成品質量問題是多方面的,諸如原料的選擇、原料的合理配比、菌種選育、發酵工藝、後處理工藝、生產設備等都會影響其質量。但目前影響國內黃原膠質量的因素是菌種問題、發酵工藝和後處理工藝三個方面。
通過對國內外產品的化驗分析和有關部門的查新證明,國產黃原膠與美國的KELCO公司和法國的Phone-Poulen公司產品有六大差別: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、酸鹼的穩定性較差;成品的灰分、含氮量略高;微生物指標偏高。
美國KELCO公司是是世界黃原膠生產者先驅,代表國際黃原膠發展方向,其黃原膠產品有以下幾個明顯優點:產品手感較粗,有沙粒狀,在水中極易分散,水溶性好,色澤較淺,粘度較高達2500cp,熱穩定性強。
國產黃原膠從色澤、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、江蘇金湖產品大同小異,河南天冠產品具有流動性的溶解性較好的特點。

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