黄原胶的结构与复配性质研究

商飞飞，王 强，赵学平，吴莉宇，仇厚援，*

（1.海南大学食品学院，海南海口570100；2.浙江省农业科学院农产品质量标准研究所，浙江杭州310021）

黄原胶的结构与复配性质研究

商飞飞1，王 强2，赵学平2，吴莉宇2，仇厚援1，*

（1.海南大学食品学院，海南海口570100；2.浙江省农业科学院农产品质量标准研究所，浙江杭州310021）

黄原胶是一种用途非常广的食品增稠剂，并且与其他的食品添加剂有很好的复配效应，本文综述了黄原胶的结构与性质，黄原胶与魔芋胶、槐豆胶、瓜尔豆胶、结冷胶、琼脂单体的复配以及黄原胶与两种及两种以上食品增稠剂的复配应用研究。复配产生了良好的协同增效，协同凝胶效应，也使得食品稳定性大大提高，凝胶性由脆到富有弹性的任意转变。

黄原胶，增稠剂，稳定剂，复配，凝胶

图1 黄原胶的分子结构Fig.1 Molecular structure of Xanthan gum

黄原胶（Xanthan）又称汉生胶，是由野油菜黄单胞杆菌（Xanthomonas campestris）分泌的一种胞外酸性多糖。这种多糖是“五糖”的结构聚合体由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成（如图1所示）。黄原胶相对分子质量很高，一般大于106u。黄原胶分子的一级结构包括由β-1，4键连接的D-葡萄糖基主链及含三个糖单位的侧链，侧链则由两个D-甘露糖和一个D-葡萄糖醛酸的交替连接而成。黄原胶的二级结构，是由侧链绕主链骨架反向缠绕，通过氢键、静电力等作用所形成的五重折叠的棒状螺旋结构。

黄原胶分子结构中，部分侧链末端的甘露糖4，6位C上连接有一个丙酮酸基团，而部分连接主链的甘露糖在C-6被乙酰化。一般而言，黄原胶中丙酮酸取代基的含量在30%～40%之间，乙酰化的基团在60%～70%之间。两者在链上的分布并无规律，但是对于黄原胶的构象及物化性质却有着很大的影响。黄原胶脱去乙酰基和脱去丙酮酸基团都会使黄原胶的性质发生显著变化。黄原胶的品种以及生产发酵后处理过程决定了丙酮酸和乙酰基团的含量，发酵时溶氧条件的多少，对丙酮酸的含量有显著影响，通常黄原胶的溶氧速率小，其丙酮酸含量低。

流变学研究表明，脱去丙酮酸基团后的黄原胶分子间作用力明显减小，丙酮酸基团可能在黄原胶分子相互之间形成氢键，并与邻近侧链的乙酰基产生氢键，以此来稳定黄原胶的分子结构。而乙酰基团通常被认为是提供了分子内的相互作用力，因为脱去乙酰基后黄原胶分子变得更加柔顺[6-8]。

1.2 黄原胶的构象

研究表明，位于D-葡萄糖主链上C-3位置的支链是黄原胶构象的主要构成因素。它们可能发生折叠并依附在主链骨架上，从而稳定螺旋结构不受外界环境的影响[6，9]。大多认为，在低离子强度下，黄原胶在热处理过程中能够发生螺旋-卷曲链的转变，也称为有序-无序的转变。而分子模型研究显示在黄原胶分子构象中单螺旋和双螺旋在空间排布上都是可以存在的，螺旋以非共价键力如氢键、静电作用力、空间位阻效应保持稳定。总结目前单螺旋和双螺旋的各种理论，一般黄原胶在水溶液中具有3种构象：天然黄原胶可能具有一个相对较规整的双螺旋结构；而经过长时间的热处理，黄原胶螺旋链会伸展为无序的卷曲链结构，该段温度通常称为构象转变温度；冷却后，螺旋和卷曲链在体系中均有相当程度的存在[6，8]。

2 黄原胶的特性

黄原胶特殊的结构特点决定了它优良的物化性质，黄原胶无味、无毒、有抗氧化作用、安全性较高、易溶于水，在水溶液中呈多聚阴离子，有很好的稳定性、复配性、兼容性。

具体表现为：低浓度溶液具有高粘度的特性；流变性（假塑性），其溶液粘度随剪切速率的增加而明显降低，随剪切速率的减弱，其粘度又即刻恢复，使溶液粘度瞬间恢复到最大；稳定性（对温度、盐、酸、碱稳定，抗氧化，抗酶解）可在28～80℃，pH1～11范围内黏度基本不变[3]，高耐盐性可用于酱油等食品中；悬浮性，对不溶性固体和油滴具有良好的悬浮作用；复配性、兼容性和协效性，能够与绝大多数的食品胶，多种食品配料、食品添加剂复配使用产生协同增效作用，在同一溶液体系中能够很好的兼溶，与瓜尔豆胶、槐豆胶、海藻酸盐、CMC-Na的混合物可产生有益的协同效应，使粘度倍增，也可形成不同韧度的凝胶等。黄原胶多用于饮料工业，面制品改良，肉品工业等，黄原胶是食品工业使用最多、应用范围最广、贡献最大的食品添加剂之一。

3 黄原胶与其他胶的复配效应

3.1 黄原胶与魔芋胶的复配

魔芋胶一般呈白色，具有魔芋特有的气味，含少量的杂质，魔芋胶的主要成分为葡甘聚糖（Konjac Glucoman-nan简称为KGM）。葡甘聚糖是一种非离子型水溶性高分子多糖，它是由D-葡萄糖和D-甘露糖按1∶1.6的分子比例，以β-（1-4）和少量的β-（1-3）糖苷键聚合而成，大约每19个糖残基上有一个以酯键结合的乙酰基[10]。魔芋葡甘聚糖的相对分子质量为20～200万，粘度可达20000mPa·s以上，是目前所发现植物类水溶性食用胶中粘度最高的一种。魔芋胶有假塑性，为热不可逆凝胶，多应用于制造魔芋糕及仿生食品。

魔芋胶在碱性条件或用量大时才能形成凝胶，且凝胶组织松软，容易脱液，收缩[11]。黄原胶为非凝胶多糖，无论在什么浓度下都不能形成凝胶，当与魔芋胶复配，在复配共混胶浓度为1%时形成坚实的热可逆凝胶，这可能是因为黄原胶的双螺旋结构易和含β-（1-4）糖苷键的多糖发生嵌合作用所致。还有研究表明，当黄原胶与魔芋精粉的共混比例为70∶30，多糖总浓度为1%，可达到协同相互作用的最大值。凝胶强度随两者聚合物的浓度增加而增加，随盐浓度的增加而降低。

张科等以猪肉和鸭肉为原料加工西式灌肠通过加入黄原胶，魔芋胶，卡拉胶当总浓度为0.8%三者比例为3∶2∶3时灌肠质构特性最好[12]。卡拉胶透明度非常好，常用做制作果冻的首选胶，缪铭等用黄原胶，魔芋胶与卡拉胶13∶20∶1进行复配生产甜玉米果冻，当复配胶总浓度为1.1%时制作的果冻最好[13]。魔芋胶与黄原胶的复配，大大改善魔芋胶的应用性能，减少用量，可作为增稠剂和凝胶剂，广泛应用于食品和非食品工业[10，14]。

3.2 黄原胶与槐豆胶的复配

槐豆胶（Sophora bean gum）是从豆科多年生植物国槐（Sophora japonica L.）种子胚乳中提取出的一种多糖胶，主要成分是半乳甘露聚糖，半乳甘露聚糖是由β-D-（1-4）糖苷键连接的甘露糖为主链的骨架，在某些甘露糖基的1-6位上连接有α-D-吡喃半乳糖侧链，主链上不含侧链的区域称为光滑区并且较多，含有侧链的区域称为毛发区，较少。槐豆胶最大特点就是与其他增稠剂复配效果非常好。

槐豆胶与黄原胶复配溶液能够进行剧烈反应，在两组分的浓度很低的情况下有强烈的协效增稠性，可获得浓稠溶液或形成有弹性的凝胶。槐豆胶与黄原胶的复配效应可能是因为槐豆胶上不带侧链的片段可与常温下螺旋的结构亲水胶体形成稳定的结合。

研究表明槐豆胶与黄原胶重量比为2∶8，浓度达到0.5%～0.6%时即可形成凝胶[15]。两者复配胶的黏度随浓度的升高而升高；复配胶为“非牛顿流体”，溶液的黏度随剪切力的增加而降低。还有研究表明，加热时间、加热温度、pH、冻融变化都对两者复配胶的黏度有影响，其中复配胶的黏度在加热到60min时趋于最大值，而加热超过90min使其粘度有所降低；加热温度对复配胶的黏度影响也很大，随加热温度的升高，黏度有较高幅度的增加，最佳加热温度为60℃，加热超过60℃使复配胶的粘度有所降低；pH对复配胶的粘度有一定的影响，其中在碱性条件下黏度下降的幅度较大；冻融变化使槐豆胶和黄原胶复配胶的黏度有较大幅度的增加，其中冷冻使复配胶的黏度增加的幅度最大[16]。因此可应用于酸性冷饮，中性酸性乳饮料、植物蛋白饮料、冷冻速冻制品中等，另外在实践中可根据不同的需求灵活应用。

3.3 黄原胶与瓜尔豆胶的复配

瓜尔豆胶的性质：瓜尔豆胶是增稠剂中产销量大，价格便宜而又广泛应用的亲水胶体之一，来源于南亚干旱和半干旱地区广泛栽培的一年生草本抗旱农作物。瓜尔豆胶耐酸，耐碱，低浓度时粘度就很高，保水性好，但容易分解和沉淀，可作为增稠剂、乳化剂、成膜剂、成型剂、稳定剂，在面制品、冷饮食品中常首选使用。

瓜尔豆胶中有功能作用的多糖是瓜尔糖（Guaran），其主键为（1→4）-β-D-甘露糖单位，侧键则由单个的α-D-半乳糖以（1→6）键与主键相连接。在主键上平均每两个甘露糖单位中有一个半乳糖单位在C-6位与之相联，甘露糖与半乳糖之比为1.8∶1（约为2∶1）。其结构与槐豆胶相似，主要区别是半乳糖侧链比槐豆胶多。

两者复配：瓜尔豆胶分子中半乳糖的分布是随意无规则的，因为在其主键的有一些区域上没有半乳糖，而在另一些区段上则分部较多，尤其在离子强度很低的情况下，无分支的区段能与黄原胶形成聚合物，产生弱的黏度增效作用，两者复配不能形成凝胶，这可能是因为没分布半乳糖的主链区域较少，不能与黄原胶的双螺旋结构牢固嵌合。瓜尔豆胶及其衍生物与大多数相对分子质量较高的聚合物一样具有假塑性，但是它们的假塑度没有黄原胶那样大，而这两种聚合物结合起来，就会有助于乳制品之类产品的稳定[17]。另外，石启龙等在芹菜冬瓜汁复合饮料研制中，瓜尔豆胶和黄原胶各用0.15%稳定效果最佳[18]。在面制品方面，可增加面粉面筋的数量，提高面团可塑性，郑捷等研究了几种添加剂对蔬菜杂粮方便面品质的影响，结果表明瓜尔豆胶与黄原胶，CMC-Na复配可大大增加方便面的吸水率，减少方便面断条率[19]。

3.4 黄原胶与阿拉伯胶的复配

阿拉伯胶的性质：阿拉伯胶是从阿拉伯树的分泌物中分离出来的一种含有钙、镁、钾等多种阳离子的弱酸性、水溶性大分子多糖物质。商品阿拉伯胶相对分子质量为50～100万，阿拉伯胶大分子具有增稠和乳化双重作用[20]。阿拉伯胶水溶液粘度最低，在pH6~7时粘度达到最大值，常用作啤酒工业中最理想的泡沫稳定剂[3]。阿拉伯胶与高糖具有相容性，可防止蔗糖结晶表面产生“白霜”，广泛应用于软糖、糖果、果糕等含糖量高含水量低的食品中。

黄原胶与阿拉伯胶的复配在食品工业中不常用，两者复配常用作香料的乳化剂[21]，也可通过喷雾干燥得到固体香精，避免香精的挥发与氧化。两者也可与其他食品胶复配用于高蛋白乳饮料中，钟秀娟等在食品胶体对高蛋白调酸乳饮料稳定性的影响研究中表明：当CMC-Na用量为0.4%，黄原胶与魔芋胶3∶2且用量为0.03%，阿拉伯胶用量为0.02%时，可有效解决产品的乳脂析出及沉淀问题，稳定性效果最好[22]。

3.5 黄原胶与结冷胶的复配

结冷胶是微生物多糖，安全无毒，有独特的理化性质，是近年来最有发展前景的微生物多糖之一，结冷胶的单糖组成是葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸，其组成比例大约为2∶1∶1。

结冷胶的性质：结冷胶不易溶于冷水，当热的结冷胶水溶液冷却后，会形成热可逆凝胶。凝胶有良好的稳定性，耐高温，能抵抗微生物及酶的作用；耐酸性强，在pH4.0～7.5条件下性能最好。结冷胶在透明度和强度上都优于琼脂等胶体[23]。在电解质存在时，结冷胶也可形成凝胶，对于钙、镁离子特别敏感，用钙、镁离子作为离子源形成凝胶要比钠、钾等一价离子有效得多。结冷胶能够在极低的用量（质量分数0.05%）时，即可形成澄清透明的凝胶，其用量通常只为琼脂和卡拉胶用量的30%～50%，而且制成的凝胶富含汁水，风味释放性好，有入口即化的口感[3]。结冷胶与其他食品胶有较好的复配性，应用广泛。

黄原胶与结冷胶的复配可使组织结构从脆性胶体到有弹性的胶体任意转变[24]，结冷胶有很好的悬浮性，可与黄原胶复配用于悬浮饮料，流体食品中。也可用于面制品改良，有研究表明0.3%黄原胶与0.01%结冷胶复配，应用于面条加工中可生产出优质的面条[25]。

3.6 黄原胶与琼脂的复配

琼脂是由海藻中提取的多糖体，是目前世界上用途最广泛的海藻胶之一。琼脂用于食品中能明显改变食品的品质，提高食品的档次。其特点：具有凝固性，稳定性，能与一些物质形成络合物等物理化学性质，可用作增稠剂、凝固剂、悬浮剂、乳化剂、保鲜剂和稳定剂，广泛用于制造粒粒橙及各种饮料、果冻、冰淇淋、糕点、软糖、罐头、肉制品、八宝粥、银耳燕窝、羹类食品、凉拌食品等。同时，琼脂在化学工业、医学科研，可作培养基、药膏基及其他用途。琼脂是凝固型酸奶首选的凝固剂，价格比较贵。

黄原胶和琼脂有类似的双螺旋结构，少量的黄原胶分子可与琼脂分子共同形成三维网状结构，用量过大会阻止琼脂分子之间的交联，使得凝胶强度降低[21]。

3.7 黄原胶与多种食品胶的复配

黄原胶不仅与单一的增稠胶凝剂复配，还可与两种、两种以上种类的增稠胶凝剂以及其他类别的添加剂进行复配使用，按照不同的生产需求，选择不同的食品稳定增稠剂，不同的用量进行复配。有研究表明：黄原胶+瓜尔豆胶+槐豆胶复配能够在乳制品中有很好的效果，并且分别为0.2%、0.01%、0.9%时耐盐性最好，用量少，成本最低。肖玫等在绿茶、苹果、甘草复合保健饮料中用0.7%的CMC-Na，0.4%黄原胶，0.2%的k-卡拉胶复配，保健饮料的稳定性最好[26]。另一组研究表明，黄原胶+魔芋胶+瓜尔豆胶用量分别为0.3%、0.01%、0.8%产品耐盐性最好，用量少成本低[21]。研究表明，在面制品改良中，0.5%黄原胶、0.08% CMC、0.04%的卡拉胶复配[27]，0.06%黄原胶、0.45%卡拉胶、0.35%瓜尔豆胶[28]等对冷冻面团的综合品质有很大改善。任洪涛等用0.1%黄原胶、0.6%CMC-Na、0.3%单甘酯、0.3%复合磷酸盐进行复配处理冷冻汤圆，汤圆塌陷和龟裂得到很好改善[29]。也有研究表明，用0.08%黄原胶、0.1%海藻酸钠、0.09%壳聚糖制得的涂膜材料对鲜切莲藕保鲜贮藏有显著的效果。

4 展望

黄原胶有很好的复配性能，不仅能够和许多食品增稠胶凝剂复配使用，而且还能和其他不同类别的食品配料及添加剂复配，使得食品添加剂种类更细化，系列化。能够开发出更多种类的食品，满足人们日益增长的对食品感官，营养新要求。黄原胶作为一种安全、稳定、兼容性好的食品添加剂，前景会更好。食品添加剂内容“非常丰富”还需要我们更合理更科学的开发新的、安全的复合食品添加剂。

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Study on structure and complex effect of Xanthan gum

SHANG Fei-fei1，WANG Qiang2，ZHAO Xue-ping2，WU Li-yu2，QIU Hou-yuan1，*（1.College of Food Science of Technology，Hainan University，Haikou 570100，China；
2.Institute of Quality Standards for Agro-products，Zhejiang Academy of Agricultural Sciences，Hangzhou 310021，China）

Xanthan gum is a kind of widely used food thickeners which is compounded well with other food additives.Structure and properties of Xanthan gum and complex effect with konjac gum，locust bean gum，quar gum，gellan gum，agar etc were summarized.A good synergistic effect was produced by compounding，leading to the improvement of food stability.Besides，gelation’s change from brittle to flexible was achieved.

Xanthan gum；thickener；stabilizer；compound；gel

TS202.3

A

1002-0306（2012）07-0440-04

食品增稠剂又称食品胶、糊料，可以改善食品物理性质，增加流体食品的黏度、稠度，赋予食品以滑润适口的感觉，具有较强的持水性[1]。增稠剂多为天然高分子，迄今已有40余种，按来源多分为五大类：海藻胶：海藻酸钠、海藻酸钾、卡拉胶、琼脂、PGA等；植物类胶：槐豆胶、魔芋胶，瓜尔豆胶、阿拉伯胶、果胶、皂荚胶、猪屎豆胶、CMC-Na、糊精等；动物胶：明胶、酪蛋白酸钠、酪蛋白、甲壳素等；微生物胶：黄原胶、结冷胶、凝胶多糖、韦兰胶等；化学合成胶：聚丙烯酸钠等[2-5]。由于每种单一的食品胶都有自身的特点和功能，在食品工业中有不可替代的作用，但是每种单一的食品胶仍有很多局限性，通过不同食品胶的复配可以解决食品加工中出现的问题，改善食品品质，降低添加剂的用量，提高食品安全性。

1 黄原胶的结构特征

1.1 黄原胶的分子结构

2011－04－27 *通讯联系人

商飞飞（1986－），男，在读硕士，研究方向：农产品质量安全与添加剂。