黃原膠是由D一葡萄糖、D一甘露糖、D一葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸構(gòu)成的五糖重復(fù)單位。其中葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸摩爾比為2.8:3.0:2.0。
黃原膠是由含有糖類(如葡萄糖、蔗糖、淀粉、水解淀粉等)的發(fā)酵培養(yǎng)基,在適宜的氮源、磷酸氫二鉀和適量的微量元素存在下,由野油菜黃單胞菌菌株作用,進(jìn)行發(fā)酵,再經(jīng)后提取、干燥、粉碎等工序制得。
黃原膠無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒、食用安全,易溶于水。在水溶液中呈現(xiàn)多聚陰離子,具有獨(dú)特的理化性質(zhì)。在工業(yè)生產(chǎn)中主要作為增稠劑,也可以作為懸浮劑、乳化劑、穩(wěn)定劑。
到目前為止,黃原膠被認(rèn)為是國(guó)際上性能最優(yōu)越的生物膠,被大量應(yīng)用在食品、果汁、飲料、飼料、化妝、醫(yī)藥、陶瓷、消防、石油等行業(yè),其市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力超過(guò)所有的親水性膠。本文綜述了黃原膠的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和生產(chǎn),敘述了黃原膠在食品行業(yè)中的應(yīng)用。
一、結(jié)構(gòu)
黃原膠是淡白色或淺米黃色粉末,由五糖單位重復(fù)構(gòu)成,其主鏈與纖維素相同,即由以β-1,4糖苷鍵相連的葡萄糖構(gòu)成,三個(gè)相連的單糖組成其側(cè)鏈:甘露糖一葡萄糖一甘露糖。與主鏈相連的甘露糖通常由乙;揎,側(cè)鏈末端的甘露糖與丙酮酸發(fā)生縮醛反應(yīng)從而被修飾,而中間的葡萄糖則被氧化為葡萄糖醛酸。
黃原膠除擁有規(guī)則的一級(jí)結(jié)構(gòu)外,還擁有二級(jí)結(jié)構(gòu),經(jīng)X一射線衍射和電子顯微鏡測(cè)定,黃原膠分子間靠氫鍵作用而形成規(guī)則的螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)之間依靠微弱的作用力而形成網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu),這是黃原膠的三級(jí)結(jié)構(gòu),它在水溶液中以液晶形式存在。
二、性質(zhì)
黃原膠被譽(yù)為“工業(yè)味精”,是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大且用途最廣泛的微生物多糖。其主要有以下性質(zhì)。
(1)黃原膠無(wú)味、無(wú)臭、適用安全性強(qiáng),粘度高,1%水溶液粘度相當(dāng)于明膠的100倍,從而可作為良好的增稠和穩(wěn)定劑。
(2)獨(dú)特的流變性,在剪切作用下,溶液的粘度會(huì)迅速下降,一旦剪切作用解除,溶液的粘度會(huì)立即恢復(fù),這種特性賦予食品如冰淇淋、火腿腸、果汁和植物蛋白型飲料、焙烤食品以良好的口感。這種特性也使得黃原膠在石油鉆井和開(kāi)采中得到廣泛的應(yīng)用。
(2)良好的熱穩(wěn)定性,在較大的溫度范圍內(nèi)(一18—130℃)保持特有的功能,是生產(chǎn)冷凍食品和焙烤食品的良好輔料。
(4)酸堿穩(wěn)定性,其粘度基本上不受酸堿的影響,在PH值1~12范圍內(nèi)能保持原有特性,從而使其有廣泛的應(yīng)用范圍。
(5)具有極強(qiáng)的抗氧化和抗酶解作用,即使在次氯酸納、雙氧水、生物活性酶存在的條件下仍能發(fā)揮作用。
(6)具有廣泛的相溶性。與瓜爾豆膠、槐豆膠混合物可產(chǎn)生有益的協(xié)同作用。這種結(jié)構(gòu)膠在一定條件下可產(chǎn)生凝膠作用。
(7)與高濃度鹽類、糖類共存時(shí),仍保持穩(wěn)定的增稠體系。
(8)對(duì)不溶性固體顆粒和油滴具有良好的懸浮性。
(9)微波穩(wěn)定性。已經(jīng)形成的穩(wěn)定體系,即使在微波爐中凍結(jié)一解凍都對(duì)其性能不會(huì)產(chǎn)生影響。
(10)與鹽類、酸堿的配伍性好,與半乳一甘露聚糖的反應(yīng)性好。
三、生產(chǎn)
生產(chǎn)黃原膠的菌株:黃原膠生產(chǎn)菌株為黃單孢菌屬幾個(gè)種,目前工業(yè)化生產(chǎn)用菌株主要是甘藍(lán)黑腐病黃單孢桿菌,此外菜豆黃單胞菌、錦葵黃單胞菌和胡蘿卜黃單胞也可作為發(fā)酵菌種。
下圖是黃原膠生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)圖,黃原膠的生產(chǎn)受到培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)基條件(溫度、PH值,溶氧量等)、反應(yīng)器類型、操作方式(連續(xù)式或間歇式)等多方面因素的影響。菌株可在25℃~30℃下生長(zhǎng),最適的發(fā)酵溫度為28℃,已有研究者提出具體的溫度與生長(zhǎng)速率關(guān)系的方程。
黃原膠的提。合啾容^而言,從發(fā)酵液中回收產(chǎn)品的成本較高。一般的,最終發(fā)酵液中的組分為:黃原膠:10~30L,細(xì)胞:1~10g/L,殘余營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)3~10L,以及其他代謝物。由于高濃度的黃原膠的存在,溶液濃度很大,從而增加了提取操作的困難,因此,宜先做稀釋處理。提取的主要步驟包插細(xì)胞的沉淀,黃原膠的沉淀、脫水、干燥、研磨。
四、在食品中的應(yīng)用
黃原膠作為食品添加劑,已被許多國(guó)家接受。在飲料、糕點(diǎn)、果凍、罐頭食品、海產(chǎn)品、肉制品加工等領(lǐng)域中成為重要的穩(wěn)定劑、懸浮劑、乳化劑、增稠劑、黏合劑及具高附加值、高質(zhì)量的加工原料。具體可概括為以下幾個(gè)方面。
1)耐酸、耐鹽的食品增稠穩(wěn)定劑
應(yīng)用于各種果汁飲料、濃縮果汁、調(diào)味料(如醬油、蠔油、沙拉調(diào)味汁)的食品中。黃原膠的穩(wěn)定效果明顯優(yōu)于其它膠,具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性,一般的高溫殺菌對(duì)其不會(huì)有影響,可用于各種果汁飲料、果肉飲料、植物蛋白飲料等,用量0.08~0.3。
黃原膠優(yōu)良的耐鹽、耐酸堿性可以完全取代醬油中的傳統(tǒng)增稠劑淀粉等,可以克服淀粉沉淀的缺點(diǎn),且能使醬油細(xì)膩均一,提高掛壁性和著色性,延長(zhǎng)貨架期。果醬、豆醬等風(fēng)味調(diào)制醬,用黃原膠作增稠穩(wěn)定劑,使醬體統(tǒng)一,涂拌性好,不結(jié)塊,易于灌裝,且提高口感。
2)食品乳化劑
作為乳化劑用于各種蛋白質(zhì)飲料、乳飲料中,防止油水分層和提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,防止蛋白質(zhì)沉淀,也可利用其乳化能力作為起泡劑和泡沫穩(wěn)定劑,如用于啤酒制造等。在以豆類蛋白為主的乳化體系中加入0.02%的黃原膠后,乳化性明顯提高,并使混合體系具有高的剪切率和熱誘導(dǎo)的高粘特性。
3)食品填充劑
作為穩(wěn)定的高粘度填充劑,可廣泛應(yīng)用于各類點(diǎn)心、面包、餅干、糖果等食品的加工,在不改變食品的傳統(tǒng)風(fēng)味的前提下,使食品具有更優(yōu)越的保形性,更長(zhǎng)的保質(zhì)期,更良好的口感,有利于這些食品多樣化和工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。在各種冷凍食品生產(chǎn)中,黃原膠具有防止其失水,延緩老化,延長(zhǎng)保質(zhì)期的作用。
4)食品乳化穩(wěn)定劑
作為乳化穩(wěn)定劑應(yīng)用于冷凍食品,在冰淇淋、雪糕中黃原膠能調(diào)整混合物粘度,是使其具有均勻穩(wěn)定的組成,組織滑軟,由于黃原膠的粘度和溫度的關(guān)系有可塑性和剪切性能,故在加工操作時(shí)粘度下降,阻力減小,有利于工藝進(jìn)行,而在冷卻老化階段,粘度恢復(fù),有利于提高膨脹率,防止冰淇淋組織中大冰晶的形成,使冰淇淋口感潤(rùn)滑細(xì)膩。
同時(shí)提高了產(chǎn)品的凍融穩(wěn)定性,而且在融化時(shí)奶油和水混合均勻,不會(huì)產(chǎn)生漿液分離現(xiàn)象。一般老化時(shí)間2~3h。用量0.2%~0.4%。
5)食品黏合劑
黃原膠可將一些水溶性粉末物質(zhì),如褐藻酸鈉、酪蛋白、甲基纖維素和聚乙二醇纖維素鈉鹽等交聯(lián)起來(lái)從而制成一種黏合劑。此黏合劑用于食品加工,可起到改善質(zhì)地增加成膜性的作用。利用黃原膠的這一性能可以制造粒狀糊料。與傳統(tǒng)糊料相比,用黃原膠制作的糊料飛散性小,均一性和可溶解度高,流動(dòng)性及填充性能好,因不具凝聚性固保存性優(yōu)良。
6)黃原膠在特定食品加工中的應(yīng)用
、冱S原膠對(duì)面條品質(zhì)的影響
(1)黃原膠對(duì)面筋的形成成現(xiàn)出先強(qiáng)化后弱化的趨勢(shì),其中對(duì)持水率的影響會(huì)影響面筋其他指標(biāo)。
(2)黃原膠對(duì)粉質(zhì)特性呈現(xiàn)出較好的改良作用,而對(duì)拉伸特性有弱化影響。
(3)黃原膠對(duì)淀粉的膨脹勢(shì)影響不大,對(duì)面粉的起始糊化溫度有規(guī)律的降低,在膠體加入量為0.2時(shí)峰值黏度最大。
(4)黃原膠對(duì)蒸煮特性有很好的改善,隨著膠體比例的增大,蒸煮特性各項(xiàng)指標(biāo)降低。
(5)膠體的加入增大了面條質(zhì)構(gòu)的硬度、粘合性、咀嚼性,粘附性和彈性、粘結(jié)性、回復(fù)性較空白有所降低。
、趯(duì)牛肉品質(zhì)的改善
黃原膠改善牛肉的保水性主要基于兩個(gè)方面,一是黃原膠本身就是親水膠體,滲入牛肉組織可提高肌肉的持水能力;二是肉的保水性可通過(guò)蛋白質(zhì)的凝膠狀結(jié)構(gòu)和靜電作用表現(xiàn)出來(lái)的,其中肌肉結(jié)構(gòu)蛋白中的肌球蛋白對(duì)其保水性具有決定作用。
pH值是衡量牛肉品質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù),不僅影響牛肉的適口性、嫩度、烹煮損失和貨架時(shí)問(wèn),還與牛肉的系水力、肉色和風(fēng)味等顯著相關(guān)。肌肉pH值接近其蛋白質(zhì)等電點(diǎn)(5.0~5.5)時(shí),肉的機(jī)械強(qiáng)度最大,嫩度較差,系水力也較低。生產(chǎn)上通常要求肉品的pH值偏離其等電點(diǎn)。黃原膠溶液浸泡牛肉可提高其肌肉的PH值,因此,添加黃原膠將有利于改善牛肉的保水與質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。
牛肉最大剪切力的大小可以反映牛肉的嫩度,剪切力越小嫩度越好。因此,0.5%的黃原膠浸泡液可以改善牛肉的嫩度。其原因可能在于:黃原膠可以螯合Ca2+,可能促使肌細(xì)胞中的Ca2+轉(zhuǎn)入肌漿中,由此激活肌漿中的鈣激活酶,促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)的水解,致使肌纖維結(jié)構(gòu)中的z線崩解直至消失,以及使肌節(jié)斷裂、肌原纖維小片化,從而嫩化肌肉。
五、總結(jié)
黃原膠的水溶液具有獨(dú)特的流變特性——剪切稀化,隨著剪切速率增加,溶液的表觀粘度明顯下降;
具有增粘性,在較低濃度下即有較大粘度;
具有良好的水溶性、對(duì)熱及酸堿的穩(wěn)定性、與多種鹽類有很好的相容性。
這諸多特性使其通過(guò)控制產(chǎn)品的流變學(xué)行為而顯著改善食品的質(zhì)地、口感、外觀品質(zhì),提高其商業(yè)價(jià)值,因此在食品中的應(yīng)用前景非常的廣泛。