概述
黃原膠(Xamthan Gum)別名漢生膠，又稱(chēng)黃單胞多糖，是國(guó)際上70年代發(fā)展起來(lái)的新型發(fā)酵產(chǎn)品。它是由甘蘭黑腐病黃單胞細(xì)菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物為主要原料，經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。
其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來(lái)越廣泛。組成：D-葡萄糖，D-甘露糖，D-葡萄醛酸。性質(zhì)：能溶于冷水和熱水，低濃度時(shí)具有高的黏度，黃原膠溶液在28℃-80℃以及廣泛PH 1-11范圍內(nèi)黏度基本不變，與高鹽具有相溶性。
在酸性食品中保持溶解與穩(wěn)定，具有良好的冷凍與解凍穩(wěn)定性。黃原膠與瓜兒豆膠具有協(xié)同作用。與刺槐豆膠（LBG）相互作用形成熱可逆凝膠。
國(guó)際上，黃原膠開(kāi)發(fā)及應(yīng)用最早的是美國(guó)。美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方地區(qū)Peoria實(shí)驗(yàn)室于60年代初首先用微生物發(fā)酵法獲得黃原膠。1964年，美國(guó)Merck公司Keco分部在世界上首先實(shí)現(xiàn)了黃原膠的工業(yè)化生產(chǎn)。1979年世界黃原膠總產(chǎn)量為2000t，1990年達(dá)4000t以上。在美國(guó)，黃原膠年產(chǎn)值約為5億美元，僅次于抗生素和溶劑的年產(chǎn)值，在發(fā)酵產(chǎn)品中居第3位。
我國(guó)對(duì)黃原膠的研究起步較晚，進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究的單位，如南開(kāi)大學(xué)、中科院微生物研究所、山東食品發(fā)酵研究所等，均已通過(guò)中試鑒定。
目前全國(guó)有煙臺(tái)、金湖、五連等數(shù)家黃原膠生產(chǎn)廠，年產(chǎn)在200t左右，主要用作食品添加劑。我國(guó)生產(chǎn)黃原膠的淀粉用量一般在5%左右，發(fā)酵周期為72~96h，產(chǎn)膠能力30~40g/L，與國(guó)外比較，生產(chǎn)水平較低。隨著黃原膠生產(chǎn)和應(yīng)用范圍的進(jìn)一步發(fā)展，目前北京、四川、鄭州、蘇州、山東等地都有黃原膠生產(chǎn)新廠建成，預(yù)示著我國(guó)的黃原膠生產(chǎn)將呈現(xiàn)一個(gè)新的局面。
黃原膠
黃原膠的分子結(jié)構(gòu)及其特性
黃原膠是以5分子糖為一單元，由與此相同的單元聚合而成的高分子多糖物質(zhì)。每一單元由2分子葡萄糖，2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸組成。主鏈由β-葡萄糖通過(guò)1，4-糖苷鍵相連而成的2分子葡萄糖為單元，其結(jié)構(gòu)與纖維素結(jié)構(gòu)相同，相間在葡萄糖的C3上連有2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸構(gòu)成側(cè)鏈。
側(cè)鏈上有丙酮酸及羧酸側(cè)基。因其側(cè)鏈含酸性基團(tuán)，在水溶液中呈多聚陰離子，構(gòu)成黃原膠的三級(jí)立體結(jié)構(gòu)：帶陰離子的側(cè)鏈纏繞主鏈形成螺旋結(jié)構(gòu)，分子間靠氫鍵形成雙股螺旋，而雙股螺旋結(jié)構(gòu)間又是靠微弱的非共價(jià)鍵維系，形成規(guī)則的”超級(jí)接合帶狀的螺旋聚合體”。
黃原膠的性質(zhì)
1.典型的流變特性
隨著剪切速率增加，因膠狀網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，導(dǎo)致粘度降低，膠液變稀，但一旦剪切力消失，粘度又可恢復(fù)，因而使黃原膠具有良好的泵送和加工性能。
利用這種特性在需要添加增稠劑的液體中加入黃原膠，不僅液體在輸送過(guò)程中容易流動(dòng)，而且靜止后又能恢復(fù)到所需要的粘度，因此被廣泛應(yīng)用于飲料行業(yè)。
2.低濃度時(shí)的高粘性
含2%~3%黃原膠的液體，其粘度高達(dá)3~7Pa.s。
黃原膠的高粘性使其具有廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)又給生產(chǎn)上的后處理帶來(lái)麻煩。
3.耐熱性
黃原膠在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)(-98~90℃)粘度幾乎無(wú)變化。黃原膠即使在130℃的高溫下保持36min后冷卻，溶液的粘度也無(wú)明顯變化。在經(jīng)多次冷凍-融化循環(huán)后，膠液的粘度并不發(fā)生改變。在高溫條件下若添加少量電解質(zhì)如0.5%NaCl，可穩(wěn)定膠液的粘度。
4.耐酸、堿性
黃原膠水溶液的粘度幾乎與pH值無(wú)關(guān)。這一獨(dú)特性質(zhì)是其他增稠劑如羧甲基纖維素(CMC)等所不具備的。
5.相容性及溶解性
黃原膠可與絕大部分的常用食品增稠劑溶液溶混，特別是與藻酸鹽類(lèi)、淀粉、卡拉膠、瓜膠溶混后，溶液的粘度以疊加的形式增加。
黃原膠易溶于水，不溶于醇、酮等極性溶劑。在非常廣的溫度、pH和鹽濃度范圍內(nèi)，黃原膠很容易溶解于水中，其水溶液可在室溫下配制，攪動(dòng)時(shí)應(yīng)盡可能減少空氣混人。
如果將黃原膠預(yù)先與一些干物質(zhì)如鹽、糖、味精等混勻，然后用少量水濕潤(rùn)，最后加水?dāng)嚢?，這樣配制出的膠液其性能更好。
6.分散性及保水性
黃原膠是食品添加劑中優(yōu)良的懸浮劑和乳化穩(wěn)定劑。黃原膠對(duì)食品具有良好的保水、保鮮作用。
黃原膠的應(yīng)用
黃原膠在日化學(xué)工中的應(yīng)用
1.在化妝品行業(yè)中的應(yīng)用
黃原膠在化妝品行業(yè)中的最重要用途是用于牙膏。其優(yōu)良的剪切稀化流動(dòng)行為使牙膏易于從管中擠出和泵送分裝。
黃原膠是所有類(lèi)型牙膏的優(yōu)良結(jié)合劑，其易于水化、優(yōu)秀的酶穩(wěn)定性可生產(chǎn)出均勻穩(wěn)定的產(chǎn)品，并改良產(chǎn)品的延展成條性。對(duì)護(hù)膚霜和乳液，黃原膠提供優(yōu)良的穩(wěn)定性。
黃原膠靜置時(shí)的高黏度有利于個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中均勻分散油相的穩(wěn)定，擦用時(shí)的剪切變稀性質(zhì)則提供了良好的潤(rùn)滑和爽膚作用。
抗氧化劑抗壞血酸，因?yàn)槟艽龠M(jìn)膠原蛋白合成，預(yù)防老化，減少細(xì)紋、淡化黑色素常用于護(hù)膚類(lèi)化妝品中，但是為了把有效成分運(yùn)送到特定位置必須選用合適的運(yùn)送體系，這時(shí)在O/W的微乳化體系中加入少量黃原膠作為增稠劑可以起到很好的效果。
黃原膠還可以作為遮光劑用于防曬類(lèi)護(hù)膚品中，使皮膚免受紫外線的傷害。另外黃原膠也可以作為增稠劑在低pH值和高電解質(zhì)存在的條件下用于美白化妝品中。
黃原膠用于眼影中可以使眼影具有流體結(jié)構(gòu)，良好的穩(wěn)定性，更重要的是可以讓眼影在45 ℃的條件下保存兩個(gè)月。
香波由于易于使用和在頭發(fā)上易于擴(kuò)散而被人們廣泛接受。但是，當(dāng)洗發(fā)香波里含有小尺寸顆?；钚猿煞謺r(shí)，這些顆粒的懸浮和沉積就會(huì)帶來(lái)各種問(wèn)題。這時(shí)如果加入少許黃原膠就可以改良香波的流動(dòng)性質(zhì)，懸浮不溶性色素和藥用成分，產(chǎn)生穩(wěn)定、豐富、細(xì)膩的奶油狀泡沫，而且在廣范圍pH值內(nèi)與表面活性劑及其他添加劑有協(xié)同作用。
有專(zhuān)利報(bào)道了用黃原膠改善去屑香波里硫化硒的沉積性，穩(wěn)定香波里分散、不溶、非揮發(fā)的硅樹(shù)脂相。經(jīng)過(guò)熱處理后的黃原膠作為固定劑用于頭發(fā)化妝品中比其他固定劑具有更多的優(yōu)點(diǎn)，包括流變改進(jìn),突出的硬度、光澤等。
2.在其他日化工業(yè)中的應(yīng)用
表面活性劑和高聚物的混合體系在很多方面都有潛在的應(yīng)用價(jià)值，無(wú)論是陰離子、陽(yáng)離子和非離子表面活性劑在溶液中都可以和水溶性高聚物交聯(lián)，而且交聯(lián)作用很大程度上取決于表面活性劑和高聚物自身的性質(zhì)。
兩性離子表面活性劑兼具陰離子和陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)，黃原膠是具有優(yōu)良理化性質(zhì)的水溶性高聚物，所以很多學(xué)者都把兩性離子表面活性劑和黃原膠作為研究體系，如徐桂英等，研究了兩性離子表面活性劑甜菜堿和黃原膠的相互作用發(fā)現(xiàn)，黃原膠的存在減少了甜菜堿微團(tuán)中膠束的聚集數(shù)，原因可能是黃原膠的存在增加了陰離子膠束中表面活性劑的離子化程度。這樣的混合體系，不僅兼具陰離子和陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)，而且毒性低，對(duì)皮膚、眼睛比較溫和，水溶性好，對(duì)硬水的抵抗性好，易生物降解，所以常用于液體洗滌劑、洗發(fā)香波、浴液、餐具洗滌劑、蔬菜水果洗滌劑及抗靜電劑等產(chǎn)品。
利用黃原膠對(duì)強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的穩(wěn)定性及增黏性，還可以制造工業(yè)用的酸性和堿性清洗液。例如，歐洲專(zhuān)利介紹的清潔浴缸和其他剛性表面用的酸性微乳液復(fù)配物除含陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑和其他添加劑外，也含有黃原膠。黃原膠和刺槐豆膠的混合物還可以作為除臭劑使用。
3.黃原膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用
由于黃原膠有優(yōu)良的乳化穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、與食品中其他組分的相容性以及流變性，所以被廣泛應(yīng)用于各種食品中。
黃原膠用于焙烤食品可提高焙烤食品在焙烤和儲(chǔ)存期的持水性和口味的柔滑性；用于飲料可有效地延長(zhǎng)果肉飲料的懸浮時(shí)間，提高水果和巧克力飲料的口味；用于冷凍食品可通過(guò)結(jié)合自由水使其穩(wěn)定，并可控制冰晶的生長(zhǎng)速度提供理想的質(zhì)構(gòu)。
在罐頭食品中加入黃原膠可使物料便于泵送與灌裝，且易于保持產(chǎn)品的外觀。黃原膠用于乳品生產(chǎn)中能提高牛奶、冰淇淋、飲料的穩(wěn)定、提高奶油保形力。
用于調(diào)味料和調(diào)味汁，因其對(duì)酸、堿的穩(wěn)定性好，用于水包油乳濁液中可延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。另外黃原膠還可用于低脂肪食品、保健食品和肉制品。它和槐豆膠的混合物還可用于糖果、果醬和果凍的制作。
4.黃原膠在石油工業(yè)和紡織工業(yè)中的應(yīng)用
我國(guó)油田用化學(xué)品主要是聚丙烯酰胺、CMC、變性淀粉等，造成打井成本高、出油率低。黃原膠在增黏、增稠、抗鹽、抗污染能力等方面遠(yuǎn)比其他聚合物強(qiáng)，尤其在海洋、海灘、高鹵層和永凍土層鉆井中用于泥漿處理、完井液和三次采油等方面效果顯著，對(duì)加快鉆井速度、防止油井坍塌、保護(hù)油氣田、防止井噴和大幅度提高采油率等方面都有明顯的作用，當(dāng)黃原膠與磷酸酯化度在0.03～0.5的刺槐豆膠混合使用時(shí)可以取得更好的效果。
我國(guó)油田用化學(xué)品主要是聚丙烯酰胺、CMC、變性淀粉等，造成打井成本高、出油率低。黃原膠在增黏、增稠、抗鹽、抗污染能力等方面遠(yuǎn)比其他聚合物強(qiáng)，尤其在海洋、海灘、高鹵層和永凍土層鉆井中用于泥漿處理、完井液和三次采油等方面效果顯著，對(duì)加快鉆井速度、防止油井坍塌、保護(hù)油氣田、防止井噴和大幅度提高采油率等方面都有明顯的作用，當(dāng)黃原膠與磷酸酯化度在0.03～0.5的刺槐豆膠混合使用時(shí)可以取得更好的效果。
黃原膠應(yīng)用于印染工業(yè)，可作為染料和顏料的懸浮劑，印染控制劑，控制印染泥漿的流變性質(zhì)，防止染料的遷移，使圖紋清晰，與漿中的多數(shù)成分可以互溶，其自身的洗出特性也卓有成效。因此，黃原膠廣泛地應(yīng)用于地毯及絲綢等印染行業(yè)中。
5.黃原膠在陶瓷和搪瓷工業(yè)中的應(yīng)用
黃原膠在低濃度時(shí)的流變性能能使瓷釉中的不可溶成分較長(zhǎng)期地懸浮，與瓷釉成分互溶，可防止粉碎性瓷釉成分的成團(tuán)，并縮短研磨時(shí)間。同時(shí)也可控制干燥時(shí)間，降低爐溫，并相應(yīng)減少斑點(diǎn)等缺陷，大大改進(jìn)陶瓷加工工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
6.黃原膠在其他方面的應(yīng)用
黃原膠在醫(yī)藥工業(yè)可作為藥物生產(chǎn)中乳液和懸浮液的乳化穩(wěn)定劑，使藥劑均勻一致。
在農(nóng)業(yè)上黃原膠用作農(nóng)藥乳濁液的穩(wěn)定劑和懸浮劑，噴霧時(shí)能控制微液滴的大小和防止漂移，使藥物很好地粘附于植物葉面，延長(zhǎng)了藥物成分與莊稼的接觸時(shí)間，并耐雨水沖刷。
用于漿狀炸藥可提高其稠度，與瓜兒膠一起使用可改善其熱穩(wěn)定性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年生產(chǎn)的黃原膠30 %用于食品工業(yè)，70 %用于其他工業(yè)。
黃原膠的發(fā)展
目前，世界黃原膠產(chǎn)量約12萬(wàn)t/ a，且每年的產(chǎn)量還以8 %的速度遞增。由于黃原膠具有多種功能，在同一種產(chǎn)品中使用可同時(shí)產(chǎn)生兩種或兩種以上的功用，所以是一個(gè)市場(chǎng)潛力大、生產(chǎn)開(kāi)發(fā)前景好的微生物多糖。
從國(guó)內(nèi)產(chǎn)銷(xiāo)情況來(lái)看，每年生產(chǎn)的幾千噸黃原膠，大多數(shù)用于食品工業(yè)，其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用僅限于石油等少數(shù)幾個(gè)行業(yè)，占總市場(chǎng)份額也很小。而在國(guó)際市場(chǎng)上，黃原膠不僅在食品工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，在石油鉆探、三次采油、紡織、印染、陶瓷加工、涂料、炸藥、濕法冶金、醫(yī)藥、農(nóng)藥和化妝品等行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用。與國(guó)外相比，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)黃原膠的性質(zhì)以及在各個(gè)行業(yè)中應(yīng)用的研究。
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