-
言
微生物多糖是由微生物在生长代谢的过程中，在不同的外部条件下代谢产
生的
一种多糖物质。微生物多糖安全无毒，有独特的理化性质，生产周期短，受
地理环境、气
候、自然灾害等因素的影响较小，产量及质量都很稳定，可以在人
工控制条件下大量工业
化生产
。
它所产生的各种废渣、
废液可以进行控制，
减
< br>轻了环保压力，因此拥有比动植物多糖更为广阔市场前景
[1]
< br>。世界上微生物多糖
的年产量增长率均在
10%
以上，而黄原胶、结冷胶等一些新型微生物代谢多糖年
增长量更是高达<
/p>
30%
，全世界微生物多糖年工业产值可达
50
～
100
亿美元。
20
世纪
80
年代，继黄原胶之后，美国
Kelco
< br>公司陆续发现了一组新的
微生物多糖即结冷胶类多糖，其中包括结冷胶（
S-60
）、韦兰胶（
S-130
）和
S-88
，
它们是三
种结构类似的微生物多糖，
具有相同的四糖重复单元主链结构
[2]
。
在此对这三种极具发展前景的微生物多糖的性质、应用
及生产作简单的介绍。
1
结冷胶（
gellan
gum
）
1.1
结构与性质
结冷胶是由
β
-D-
葡萄糖
,
β
-D-
葡萄糖醛酸和
α
-L-
鼠李糖按摩尔比
2:1:1
组成，分子量可达
5x10
6
道尔顿
[3][4]
。天然结冷胶含有
46%
葡萄糖、
30
%
鼠李糖、
21%
葡萄糖醛酸、
3%
乙酸和甘油酯，乙酰基和甘油酰基通常连接在葡萄糖残基的
C
2
和
C
6
位上。将天然结冷胶在
pH10
的条件下加热处理，便可以除去分子上的乙
酰基和甘油基因而获得低酰基结冷胶
[5]
，工业上生产的一般是低酰基的结冷胶。
结冷胶作为近年来最有发展潜力的微生物多糖，具有如下特性：（
1
）是一
种典型的假塑性流体，
< br>其水溶液的粘度随剪切速率的增加而明显降低，
随剪切速
率的减弱而恢复。（
2
）低用量、高凝胶强度。当结冷胶使用量
>0.05%
，即可形
成澄清透明的凝
胶
，
0.25%
的使用量就可以达到琼
脂
1.5%
的使用量和卡拉胶
1%
的使用量所产生的凝胶强度
[7]
。
（
3
）
结冷胶所形成
的凝胶热稳定性高、
在
pH4.0
～<
/p>
8.0
之间几乎不受
pH
的影响，且对酶稳定，淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、蛋白
[6]
酶、
脂肪酶、
褐藻胶酶等均不会对结冷胶溶液的粘度和凝胶强度造成影响
[8]
。
（
4
）
具有优越的呈味性能和良好的配伍性。
1.2
结冷胶的市场与应用
结冷胶于
1978
年首次由美国科学家发现，
199
2
年得到美国
FDA
的许可应用
于食品、饮料
，是继黄原胶之后又一广泛应用
于食品工业的微生物代谢胶。目
前美国卖到日本的结冷胶每年约
2000
吨，
中国约有近百吨的进口，
价格高达
580
元
/
公斤
(
结冷胶生产成本仅比黄原胶
略高一些，
而销价却是黄原胶的二倍
[8]
)
。
预测中国近年需求量能达到
2000
吨以上。
结冷胶作为一种
新型的微生物胞外多糖，其用途非常广泛，在食品领域主要
用作增稠剂、
凝结剂、
悬浮剂和成膜剂等。
作为一种新型的食品添加
剂与其他同
类产品相比具有用量少、
性能更稳定、
凝结度高、
凝胶清亮和优越的呈味性能等
优点，广泛
应用于饮料、面包、乳制品、肉制品、面条、蛋糕、饼干、起酥油、
速溶咖啡、鱼制品、
雪糕、冰激凌、果冻、软糖等食品中
[9][10]
。
结冷胶除在食品上广泛应用外，还可应用于其他领域。如在医药上可用
作眼
药水，软、硬胶囊，包衣剂及新型制剂用药水；在化工上可用做涂膜，胶粘剂，
牙膏；农业上可用作叶肥、缓释肥料等
[11]
。
1.3
生产工艺
结冷胶的生产工艺流程图如下
[6][11]
：<
/p>
试管菌种→茄瓶菌种→
三角振荡
(28
℃
、
< br>18 h)
→
300L
种子罐<
/p>
(28
～
30
℃
、
18
～
20
h)
→
3000
L
发酵罐
(28
～
30
℃
、
72
h)
→
50t
发酵罐
(28
～
30
℃
、
72 h)
→脱已酰→过滤→混合→乙醇絮凝沉淀→分离洗涤稀乙醇→乙醇回收塔→
回收乙醇贮藏
半成品→真空干燥→粉碎→成品。
结冷胶的产生菌
-
伊乐假单胞菌
< br>(
Pseudomonas elodea
)
是一种好氧革兰
氏阴性杆菌，能在以葡萄糖、淀粉、蔗糖等作碳源，硝酸
铵、酵母膏、蛋白胨等
为氮源以及其他微量元素的培养基中生长并产胶。
国内外众多学者对结冷胶的生
产培养基、
发酵条件等做了大量的研究，
发现碳源、
氮源、
种龄、
接种量、
温度、
发酵培养基初始
pH
都对发酵
有较大的影响。
结冷胶是高黏性的微生物代谢产物，
发酵液中胞外多糖以黏性聚合物形式构
成网状结构，
微生物细胞被包裹其中，
这给后提取工艺中菌体、
色素及杂
质的去
除带来很大的难度。
传统的提取方法是将发酵液适当稀释
以降低其黏度，
通过离
心分离作用分离菌体和多糖，然后用异丙
醇和乙醇来沉淀多糖。
2
韦兰胶
(welan gum)
2.1
结构与性质
韦兰胶是产碱杆菌
Alcaligenes
< br>sp.
(ATCC31555)
的代谢多糖，
过去的编号为
S-130
。
韦兰胶的结构与结冷胶类似
(
图
1)
，但是在与葡萄糖醛酸及鼠李糖相
连的葡萄糖残基的
C
3
位上连接有
α
-L-
鼠李糖或
α
-L-
甘露糖支链，连接鼠李糖
的几
率占
2/3
；此外，约有半数的四糖片段上带有乙酰基及甘油基
团
[2]
。韦兰胶
中含有
2.8
～
7.5%
乙酰基，
11.6
～
14.9%
的葡萄糖醛酸。
韦兰胶的特性有：（
1
）能溶于冷水中，在水溶液中的呈现规则、稳定的结
构，形成高粘度溶液。（
2
）具有假塑性流体特性（剪切稀化作
用），静止状态
下有良好的悬浮能力。（
3
）在
pH2
～
12
范围内也比较稳定，并且有良好的耐盐
性能。
（
4
）韦兰胶在
1%
NaOH
存在并加热的条件下能形成凝胶，但其凝胶强度
很弱。
（
5
）对温度的稳定具有热可逆性，温度对韦兰胶的影响比较小
，
121
℃
下
灭菌
15
分钟其粘度不会下降。
0.4
%
的黄原胶溶液在
135
℃
时粘度已趋于零，但
同等条件下的韦兰胶溶液要到
163
℃
时粘度才接近于零。在正常条件下，温度升
高造成韦兰胶溶液的粘度下降，
在温度降低后可完全恢复。
(6)
与其他胶有很好
的兼容性。
2.2
韦兰胶的市场与应用
韦兰胶是美国
Kelco
公司
80
年代继黄原胶，结冷胶之后开发的最有市场前
景的
微生物多糖之一，
迄今为止美国的
Kelco
< br>公司是韦兰胶全球唯一的生产、
供
应商。
国内目前只有南京化工学院在
从事这方面的研究，
还未见韦兰胶生产的公
开报道。
由于韦兰胶的优良特性，
市场前景广阔，
其国际市
场价格高达
15
万
/t
，
但其生产成本却只需
4
万<
/p>
/t
[12]
。
由于韦兰胶的剪切稀化作用及其优良的流变性能，它主要作为增稠剂、悬浮
剂、乳化剂、稳定剂、润滑剂、成膜剂和粘合剂应用于工农业的各个方面。特别
是在食品、混凝土、石油、油墨等工业中有广泛的应用前景。
在食品工业方面，韦兰胶可应用于烘焙制品、乳制品、果汁、牛奶饮料、糖
衣、糖霜、
果酱、肉制品和各种甜点的加工中。
在石油工业中，
韦兰胶可用于调配钻井泥浆，
以保持水基钻井液的粘度
和控制其流变性能。
韦兰胶还是一种新
型的驱油剂，
用于油井的三次采油，
将韦
兰胶调配成适合浓度的水溶液注入井内，
压进油层驱油，
可大
大提高采油率。
此
外韦兰胶还可用于完井、修井、地层压裂和稠
油输送的流动改进剂等。
韦兰胶可广泛应用于水泥和混凝土中
，
它能够增强泥浆的保水性，
当它作为
保水剂时不需要像其它的添加剂那样使用分散剂。韦兰胶可以增加水泥的可塑
性，悬浮量
，空气含量，抗下陷能力以及流动特性和抗失水性。而这些改进的特
性在温度提高时仍能
保持不变。
与其它添加剂相比，
较低浓度的韦兰胶就可以取
得很好的效果。
2.3
生产工艺
韦兰胶的生产包括发酵和提取两部分。生产工艺流程
:
保藏菌种→斜面活化→摇瓶种子
(
或茄瓶培养
)
→一级种子扩大培养→二级
种子扩大
培养→发酵罐发酵→发酵液→提取→干燥→粉碎→包装→成品。
韦兰胶的发酵主要是以碳氢化合物为原料。碳氢化合物的主要来源有：葡萄
糖、
糖
（甘蔗、
甜菜、
谷
物）
、
糖蜜、
淀粉、
< br>谷类的面粉
（稻谷、
小麦、
燕麦
等）
、
豆（大豆和豌豆）和米糠等。通常谷物需经水解糖化才能
作为原料。并按一定比
例加入磷（
K
2
HPO
4
）、镁（
MgSO
4
）、氮（
NH
4
NO
3
）等。碳氢化
合物的用量一般是