上海师范大学功能与复合食品添加剂研究室 胡国华 吴彬
近20年来由于微生物多糖的天然性、性能的优越性、用途的广泛性以及资源的取之不竭，欧、美、日等都开展了从筛选菌种到生产应用的多门类、多学科研究。研究工作者们期望发现一些性能优异的新型微生物多糖以代替传统的植物胶和海藻胶。
微生物多糖食品胶是我国食品胶生产应用的重要方向。微生物代谢胶也称生物合成胶，许多微生物在生长代谢过程中，在不同的外部条件下都能产生一定量的各种多糖，微生物多糖是近年来利用生物技术开发的新型产品，它安全、无毒且具有独特的理化性质，在很多领域都有广泛的应用。与植物和动物多糖相比，微生物多糖的生产受到地理环境、气候、自然灾害等因素的影响较小，产量及质量都很稳定，而且性价比较高，因此引起了人们的广泛关注，并被加以研究和应用。而琼脂、卡拉胶、海藻酸钠等食品胶的产量和质量往往受气候条件的影响，使其供给和价格不稳定。近20年来由于微生物多糖的天然性、性能的优越性、用途的广泛性以及资源的取之不竭，欧、美、日等都开展了从筛选菌种到生产应用的多门类、多学科研究。研究工作者们期望发现一些性能优异的新型微生物多糖以代替传统的植物胶和海藻胶。对于新型的微生物多糖，也许它们的性质各异，但必须要求满足以下3个条件才是有价值的：第一，能分散或溶解于水中；第二，具有优于或等价于传统胶的稳定的功能特性；第三，具有特殊的流变特性。
20世纪80年代，继黄原胶之后，美国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 ）、温轮胶（S-130）和S-88，它们是3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。温轮胶（Welan Gum）是一种新型微生物多糖，其主要成分是从产碱菌属培养液提取的多聚糖，是一种利用生物工程技术制取的微生物多糖，它的基本性能是增稠、耐温,可作为增稠稳定剂，在国内已开始应用于石油、混凝土、日化等行业，在食品工业中也有较好的应用前景。
温轮胶的组成及结构
温轮胶是产碱杆菌NX-3(Alcaligenes sp.)分泌的可溶性胞外多糖,过去的编号为S-130。经TLC、GC 以及化学法、IR 和高碘酸氧化分析得温轮胶是由葡萄糖、甘露糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸组成的杂多糖;甘露糖:葡萄糖:鼠李糖为1∶1.35∶2.11;总糖含量87.3%,葡萄糖醛酸含量为12.44%;糖苷键类型主要为(1→3)和(1→4)。
温轮胶的结构与结冷胶类似，是结冷胶类多糖之一，但是在与葡萄糖醛酸及鼠李糖相连的葡萄糖残基的C3 位上连接有α-L-鼠李糖或α-L-甘露糖支链，连接鼠李糖的几率约占2／3；此外，约有半数的四糖片段上带有乙酰基及甘油基团。温轮胶中含有2.8％—7.5％乙酰基，11.6％—14.9％的葡萄糖醛酸。该多糖水溶液具有出色的流变学特性,可以很好的控制水相物质的流变性,使它有望作为增稠剂、悬浮剂、乳化剂应用于工农业生产的各个领域。
温轮胶的特性
温轮胶是由高分子量的多糖物质组成的，有较好的稳定性和增黏效果。温轮胶溶液的黏度随着胶浓度的增加而明显上升，在0.4％后更是呈线性增长势态。随着浓度的增加，分子间的纠缠和相互作用加剧，使有效大分子结构和分子量增加从而提高黏度。 温轮胶溶液含有高分子的胶体粒子，这些粒子多由巨大的链状分子构成。在静止或低流速时，它们互相勾挂缠结，黏度较大。但当流速增大时，由于流层之间的剪切应力作用，使比较散乱的链状粒子滚动旋转而收缩成团，减少了互相钩挂，这就出现了剪切稀化现象。即使是极低浓度的温轮胶溶液也具有很好的热稳定性。温轮胶随pH的变化较小，温轮胶溶液在中性范围内的表观黏度最大，偏酸偏碱的情况下黏度都会随之下降。
温轮胶特性可归纳如下：(1) 能溶于冷水中，在水溶液中呈现规则、稳定的结构，形成高黏度溶液；(2) 与其他胶有较好的兼容性；(3) 优良的持水性；(4) 低转速条件下有较高的黏度；(5) 低浓度条件下有较高的黏度。 (6) 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；(7) 在pH2—12范围内也比较稳定，并且有良好的耐盐性能，即高盐条件下有特殊的稳定性；(8) 温轮胶在1％NaOH存在并加热的条件下能形成凝胶，但其凝胶强度很弱；(9) 对温度的稳定具有热可逆性，温度对温轮胶的影响比较小，121℃下灭菌15min其黏度不会下降。0.4％的黄原胶溶液在135℃时黏度已趋于零，但同等条件下的温轮胶溶液要到163度时黏度才接近于零。在正常条件下，温度升高造成温轮胶溶液的黏度下降，在温度降低后可完全恢复，即有较高的耐温能力。
温轮胶的生产工艺
温轮胶是以玉米淀粉、大豆粉、酒精为主要原料，利用生物工程技术制取的微生物多糖，生产包括发酵和提取两部分。一般生产工艺流程为：保藏菌种→斜面活化→摇瓶种子→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。温轮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、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(K2HPO4)、镁(MgSO4)、氮(NH4NO3 )等。碳氢化合物的用量一般是2％—4％。而氮源用量一般是0.05%—0.4％。适合的氮源主要有酵母水解物、大豆粉、棉籽粉、干酪素、玉米浆。发酵温度可以是25—35℃，但最优的温度一般控制在28—32℃。发酵培养基的pH在6.5—7.5，发酵周期一般是2—4天。发酵液于75℃巴氏灭菌10—15分钟，用58%—60％的异丙醇沉淀提取，将所得产品于50—55℃烘箱中烘干，然后进行粉碎和包装。
另外，根据发明人河北某公司张禹、张国佩等申请并公开的发明专利介绍的一种温轮胶的制备方法，是将温轮胶的生产菌种接种于含有碳源、氮源、无机盐和水的无菌培养基中进行发酵，发酵过程是在温度为２５—３６℃、ｐＨ为６.２—６.７的条件下进行需氧发酵，生产菌种选用鞘氨醇单胞菌，对发酵终产物进行提取得到温轮胶。据介绍，该发明解决了现有技术存在的胶黏度很低（低于１００ｃｐ），且发酵过程中需要改变发酵条件（ｐＨ）、工艺步骤复杂，培养基成本高、不能耐受高浓度钙离子等问题，所制备的温轮胶具有良好耐温性能，同时具备较好的黏度和流变性，能耐受高浓度的钙离子，工艺方法易于实现，生产成本低。
温轮胶的应用及前景
由于温轮胶的优良特性，其市场前景广阔。由于温轮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、油墨等生产中有广泛的应用前景。
在食品工业方面，温轮胶可望应用于烘焙制品、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，温轮胶可用于调配钻井泥浆，以保持水基钻井液的黏度和控制其流变性能。温轮胶还是一种新型的驱油剂，可用于油井的三次采油，可大大提高采油率。温轮胶能够增强泥浆的保水性，可广泛应用于水泥和混凝土中。温轮胶还可用于消防助剂、轮胎密封胶、防冻液、油墨组合物等。
目前，温轮胶在我国已有一企业实现了工业化生产。2005年10月，该企业通过了温轮胶新产品的省级成果鉴定，至此该企业成为世界上第二家同时拥有黄原胶、结冷胶、温轮胶微生物胶产品的生产厂家。国内相关研究机构及企业应加强对它的生产和应用方面的研究开发，使其早日较成熟地应用于食品等工业中。
