黄原胶简介

黄原胶（xanthan gum）是二十世纪五十年代美国农业部北方研究室（Northern Regional Research Laboratories，NRRL），从野油菜黄单孢菌（Xanthomonas campestris）NRRL B-1459 中发现的分泌的中性水溶性多糖，又称为汉生胶。

黄原胶是一种由重复单位组成的高分子多糖。黄原胶中存在的糖为 D-葡萄糖、D-甘露糖和 D-葡萄糖醛酸。葡萄糖以 β-1，4-键连接，形成葡聚糖纤维素骨架。间隔的葡萄糖基有一短的支链，这条支链是由 1 个葡萄糖醛酸插到 2 个甘露糖单位中所组成，所以侧链组成为 β-D-甘露糖-（1，4）-β-D-葡萄糖醛酸-（1，2）- α -D-甘露糖。末端甘露糖部分可以在 4 位和 6 位连接丙酮酰残基。内部的甘露糖单位 C6 位乙酰化。侧链上连接的乙酰基和丙酮酰残基的量的变化取决于黄原胶是由哪一类野油菜黄单胞菌中分离得到的，丙酮酸的含量的变化同样与发酵条件有关。平均约半数的末端甘露糖携带有丙酮酰基，丙酮酰基和乙酰基的数量和位置使原本非常有规律的结构呈现出不规律性。

黄原胶的二级结构取决于黄原胶分子所处的环境。经 X-射线衍射和电子显微镜测定，有序构象的天然黄原胶以对称的五折右手螺旋形式存在，螺距为 4.7mm，直径为 1.9mm。研究者提出了两种模型：单链螺旋和双链螺旋，不过大多数的学者目前都支持双螺旋的设想。这些双螺旋由非共价键如氢键、静电作用和空间位阻作用所稳定，其结构可用刚性柱状模型来表示。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。

1 黄原胶的性状

黄原胶为乳白、淡黄至浅褐色颗粒或粉末状体，微臭。易溶于水，水溶液呈中性，为半透明体。低浓度水溶液的黏度也很高，如 0.5%溶液的黏度为0.4Pa.s。在水溶液中，黄原胶分子的侧链紧紧缠绕着纤维素主链，所以黄原胶溶液有很强的耐酸、耐碱、抗生物酶降解和耐热的性能，因此其黏度不受pH 值和温度变化的影响。其黏度也不受蛋白酶、纤维素酶、果胶酶等影响。

在水溶液中，黄原胶分子的侧链带有负电荷，具有很强的结合阳离子的能力，使得阳离子不能作用于主链，因此，黄原胶溶液的黏度不受盐的影响。温度不变时，受机械力的作用，可发生溶胶与凝胶的可逆变化。搅拌可使溶液的黏度下降。静置则又升高（牛顿塑性）。黄原胶能溶于多种酸溶液，如 5%的硫酸、10%的盐酸和 25%的磷酸，且这些黄原胶酸溶液在常温下相当稳定，数月之久仍不变。黄原胶也能溶于氢氧化钠溶液，并具有增稠特性，所形成的粘溶液在室温下十分稳定。

2 黄原胶的性能

黄原胶水溶液的黏度几乎不受温度、酸碱度和盐类的影响，因此它是食品的良好增稠剂。黄原胶溶胶分子能形成超结合带状的螺旋共聚体，构成脆弱的类似胶的网状结构，所以能够支持固体颗粒、液滴和气泡的形态，显示出很强的乳化稳定作用和高悬浮能力。

黄原胶与海藻酸钠、淀粉等增稠剂能很好地互溶，故可复配使用。与卡拉胶、槐豆胶、瓜胶有协同效应，与卡拉胶复配使用可提高弹性，与槐豆胶或瓜胶复配使用可提高黏性。

3 黄原胶的应用

黄原胶由于其独特的剪切稀释性质，良好的增稠性，理想的乳化稳定性，对酸、碱、热、反复冻融的高度稳定性，以及对人体的完全无毒害等许多优良的特性，因而在食品、石油、医药、日用化工等十几个领域有着极其广泛的应用，其商品化程度之高，应用范围之广，令其他任何一种微生物多糖都望尘莫及。现略举一二。
1）食品方面

许多食品中都添加黄原胶作为稳定剂、乳化剂、悬浮剂、增稠剂和加工辅助剂。黄原胶可控制产品的流变性、结构、风味及外观形态，其假塑性又可保证良好的口感，因此被广泛应用于色拉调料、面包、奶制品、冷冻食品、饮料、调味品、酿造、糖果、糕点、汤料和罐头食品中。近年来，较发达国家的人们往往担心食品中的热值过高而使自己发胖，黄原胶由于其不可被人体直接降解而打消了人们的这一顾虑。此外，据 1985 年日本的报道，对十一种食品添加剂进行对比测试，黄原胶是其中最为有效的抗癌试剂。
2）日用化工方面

黄原胶分子中含有大量的亲水基团，是一种良好的表面活性物质，并具有抗氧化、防止皮肤衰老等功效，因此，几乎绝大多数高档化妆品中都将黄原胶作为其主要功能成分。此外，黄原胶还可作为牙膏的成分实质增稠定型，降低牙齿表面磨损。
3）医学方面

黄原胶可以作为控释剂用于制药行业。凝胶化黄原胶微球将活性成分包裹在内，这种微球在干燥状态下被吞咽，在胃中膨胀，进而逐渐释放出活性成分活性分子同样可以与多糖共价结合，然后在体内水解酶的作用下逐渐释放；由于其自身的强亲水性和保水性，还有许多具体医疗操作方面的应用，如可形成致密水膜，从而避免皮肤感染；减轻病人放射治疗后的口渴等。此外，李信、许雷曾撰文指出，黄原胶本身对小鼠的体液免疫功能具有明显的增强作用。
4）工农业方面的应用

黄原胶最重要的工业应用在于石油钻探。在这个应用中，由于黄原胶的假塑性行为、温度稳定性以及耐盐性，使得其非常有用。黄原胶在石油生产中的应用已由 Pettit 和 Kan 进行了综述。在石油钻探中，钻头上要求有低黏度，而在环形套筒上则要求有高黏度，因此含有黄原胶的钻探液体允许钻头快速穿透，而在环形套筒则为钻粉悬浮液。

在织物印染上，通过阻止染料的迁移，黄原胶赋予了织物印花特殊的流变学性质，而这种流变学性质对制备图案明晰而规则的产品是必需的。黄原胶能与大多数印染材料相容，并且很容易经过洗涤去除。黄原胶还可用于陶瓷釉料，其能阻止不同组分的凝聚作用。

人们对黄原胶的发现以及随后对其结构功能进行的大量研究，触发了人类对微生物多糖优良的性质的强烈好奇，引发了发酵史上不小的轰动。迄今半个世纪已过，人们依然没有降低对黄原胶的研究热情（据估计，全世界对黄原胶的需求量每年以 7%~8%的速度增长，仅从世界石油组织分析结果显示，近期世界石油行业钻井和三次采油方面需要黄原胶将达 90 万吨/年~100万吨/年），随着研究的进一步深入以及生产工艺的进一步改进，黄原胶应用潜力仍然很大。

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