中国新型食品胶开发应用现状及前景分析
http://www.cction.com 2008-08-05 16:23 中企顾问网
本文导读：中国新型食品胶开发应用现状及前景分析
普鲁兰糖，中文亦译为茁霉多糖、出芽短梗孢糖、普聚多糖。普鲁兰糖可由淀粉水解物、蔗糖或其他糖类直接发酵生产。它易溶于水，黏度较低，不凝胶化，不老化，可任意加工成型，是一种很有前途的食品工业用多糖。安全性生无论是急性、亚急性和慢性试验、变异源性试验都表明，普鲁兰糖不引起任何生物学毒性和异常状态，用于食品和医药工业安全可靠。
普鲁兰糖能直接制成薄膜，或在物体表面涂抹或喷雾涂层均可成为紧贴物体的薄膜，普鲁兰糖造膜性强，其水溶液在金属板上干燥后形成的薄膜，对氧、氮的阻气性强。形成水溶性的可食薄膜，与其他水溶性高分子物质的相溶性良好。普鲁兰糖薄膜的最特殊的性质是比其他高分子薄膜的透气性能低，氧、氮、二氧化碳等几乎完全不能通过。普鲁兰糖分子为线性结构，其水溶液的黏度远低于其他糖，例如1.5％的黄原胶和海藻酸钠的水溶液的黏度是普鲁兰多糖溶液的1000倍以上，相对分子质量为10万的普鲁兰10％水溶液的黏度大约为100mPa.s。它的溶液的粘度随平均相对分子质量和浓度的增加而增加，但比其他高分子物质黏度增加得少。并且它的黏度的热稳定性较好。普鲁兰糖的上述特点决定了它在食品、医药、化工、日化等工业领域的应用。作者就普鲁兰糖的成膜特性做过食品应用研究，发现利用它优异的成膜性可开发多种较有特色的休闲食品。
鸡蛋在冷藏条件不足时，多在蛋壳表面涂石蜡或液体石蜡保藏，但效果不理想。普鲁兰糖或其酯化物用于鸡蛋涂层材料，在室温下可延长保存期，增强蛋壳硬度，减少碰撞破损；苹果和柑橘类水果不耐存放，易腐烂，常用的冷藏方法效果并不理想，而普鲁兰多糖作为果实的保鲜剂是很理想的，它能克服过去用的涂层剂如丙烯醇、溶剂型蜡、天然蜡和聚乙烯包装的缺点；蔬菜和水果因含水量和含糖量高而难于保存和保鲜，但以普鲁兰糖作为涂层保鲜剂的主要成分可获得显著效果。
普鲁兰糖除了有上述保鲜作用外，普鲁兰糖对食品的加工保存，做低热量主食、点心或饮料原料以及在食品品质改良、食品成型方面均有显著效果。在制作软性咀嚼胶糖时要加入改进品质的胶体物质，其中普鲁兰糖(用量为1％—4％)比其他一些胶体的应用效果更好。添加普鲁兰糖能保持适度的延伸性，制作时不龟裂，有适当的硬度，耐咀嚼，香味保持时间长，耐储存，咀嚼时口感良好。若单独使用普鲁兰糖，不添加其他胶类物质也可制成富有咀嚼性的糖。普鲁兰糖具有良好的水溶性和较低的黏度，可以用作乳化分散剂，乳化稳定性高，并赋予食品适当的黏性。在冰淇淋、巧克力制品中加入普鲁兰糖可使表面光泽好、平滑，口感滑润，口味适当，风味优良。在果汁型饮料、碳酸型饮料中添加少量的普鲁兰糖，制品有适度的浓厚感，口感滑润、清爽，分散性能好且稳定。
普鲁兰糖与高级脂肪酸形成的酯具有比蔗糖脂肪酸酯和淀粉脂肪酸酯更好的乳化作用，它的乳化温度低，用量少，本身稳定不易水解，乳化物稳定性好，受温度变化影响小。还可用于乳化油、色拉等乳化物或乳化凝胶的制备。
由于普鲁兰糖具有很好的耐盐和耐酸性能，因此，用于高盐食品和调料品的增稠，如用于酱油、虾酱、臆菜，起增加黏性、增加光泽、防止离浆等作用。它的增黏性明显优于其他多糖，如罗望子胶、刺槐豆胶、卡拉胶。
普鲁兰糖的研究工作起始于德国，英国人在理论方面也做了不少工作。日本进行了比较系统的尤其是生产工艺和产品应用方面的研究，并取得了大量的专利。
普鲁兰糖是国际上新开发的新型多糖，市场需求良好，正逐步扩大生产。近年来，利用生物技术开发的新产品——微生物多糖，以其安全、无毒、理化性质独特等优良特性，越来越受到人们特别是食品专家们的关注，世界上微生物多糖的年产量增长量均在10％以上，包括普鲁兰糖在内的一些新型微生物多糖年增长量均在30％以上，它们已作为乳化剂、悬浮剂、增稠剂、稳定剂、胶凝剂、成膜剂和润滑剂等广泛应用于食品、制药、石油、化工等多个领域。国际上这种新型多糖大多由黄原胶生产企业开发生产，因为这类新型多糖的一个共同特点是，当分子量高达数百万时，成熟发酵产品的黏度即高达数万mPa.s。因此，尽管采用的菌种、生产工艺不同，但在实际生产时可以部分借用黄原胶的生产设备。同时，逐渐形成微生物多糖系列产品，既有利于市场需求，对企业的长远发展更为有利。这类具有不同性能、不同应用领域的新型微生物多糖包括普鲁兰糖在内将是今后新型发酵工程的一个重要发展方向，国内有关企业应该引起足够的关注。国内企业若能在原来的黄原胶发酵生产技术和设备基础上研制生产普鲁兰糖，从产品技术、成本和市场销售等方面都是十分有利的，也就是说，国内黄原胶生产厂商开发生产普鲁兰糖在国内、国外市场竞争中将更占优势。
结冷胶(Cellangum)
结冷胶是近年来最有发展前景的微生物多糖之一，是继黄原胶之后又一能广泛应用于食品工业的微生物代谢胶。结冷胶过去称多糖PS—60，于1978年首次发现，在1992年就迅速得到美国FDA的许可应用于食品饮料中，欧共体也于1994年将其正式列入食用安全代码(E—418)表中，我国在1996年批准其作为食品增稠剂、稳定剂使用(GB2760-96)，可在各类食品中按正常生产需要适量使用。
结冷胶能溶于冷水；但形成凝胶的条件是(1)需要先加热；(2)有一定量的盐离子存在。这样结冷胶溶液才会冷却后形成热可逆型凝胶，凝胶的强度、形成温度及融化温度都与盐离子浓度和种类密切相关。凝胶有良好的稳定性，耐酸，耐高温，热可逆，还具有抵抗微生物及酶的作用。在高压蒸煮和烘烤条件下都很稳定。在酸性产品中也很稳定，而以pH在4.0—7.5条件下性能最好。贮藏时其质构不受时间和温度的变化而变化。结冷胶使用方便，略加搅拌即分散于水中，加热即溶解成透明的溶液，冷却后，形成透明但坚实的凝胶。结冷胶是一种线，性聚合物，当有电解质存在时可形成凝胶。无论是单价阳离子，如钠和钾，还是二价阳离子，如镁和钙，都可用于与低酰基型结冷胶生成坚实、脆性凝胶。但是最大凝胶硬度和模数是在非常低的二价阳离子浓度日铲生的。大约0.5mm的钙和镁离子等于约150mm钾和钠离子在0.5％凝胶中所生成的最大凝胶模数和硬度。低酰基型结冷胶凝胶的模数和硬度随胶浓度的增加口而增加，而凝胶脆性和弹性保持相对不变。而纯化产品由于较高的多糖含量，在任何特定胶浓度时都有较高的硬度和模数。很明显，胶浓度、离子浓度是相互依存的两个参数，可用于调节产生最佳凝胶硬度和模数。
从微生物发酵寻找有潜力的微生物多糖有很长的历史。葡聚糖是第一种被报道的微生物多糖。自从1969年以来。持续的寻求新型的水溶性生多糖的开发研究热潮中，美国Kelco公司投入大量人力、物力去研制一种更为理想的食品胶。Kelco公司认为一种理想的食品胶应该具有容易使用、适宜的风味释放性、高热稳定性、在口中易融化、透明度高、凝胶的时间和温度可变动、不需或稍微加热即可成凝胶、凝胶不受pH值影响(pH值介于3.2—7.5之间)、产品稳定、具有多样的组织特性等特性。
正是按照这些标准，20世纪70年代末期发现了结冷胶。Kang等1982年首次报道了实验室规模通过假 单胞菌成功生产结冷胶。结冷胶及结冷胶类多糖的商业规模生产是Kelco公司成功筛选微生物的结果。1988年，日本成功地完成了结冷胶的毒理实验并准许结冷胶在食品中应用。1992年，美国食品与药物管理局(FDA)批准结冷胶作为稳定剂和粘结剂在食品中广泛使用，成为第三种在食品中使用的微生物胞外多糖。除美国外，还有十多个国家批准其用作食品添加剂。
由于Gellangum可以在极低的使用量下产生凝胶，0.25％的使用量就可以达到琼脂15％的使用量和卡拉胶1％的使用量的凝胶强度，现已逐步代替琼脂和卡拉胶在食品工业上的应用。Geltangmn生产成本仅比黄原胶略高一些，而当前其售价是黄原胶的数倍，高达40—50美元／kg，有极高商业利润和市场前景。
我国有关科研院所从1995年起开始研究结冷胶发酵和生产技术，1997年完成中试鉴定，但还未见产品上市。不过，巨大的潜在市场、丰厚的利润和良好的发展前景刺激了国内许多化工企业，他们纷纷将结冷胶列为“十五”及“十一五"规划中的发展项目。根据作者了解的情况来看，目前如浙江诸暨、山东淄博、江西吉安和上海等省市近十家企业准备投资建设结冷胶生产装置，规模多为数百吨级以上水平。但由于结冷胶是多糖胶质大家庭中的新成员，对结冷胶的各种性质及其缺点的认识还在不断深入。有限的知识也在一定程度上限制了结冷胶的广泛工业应用。另外一个局限性是结冷胶凝胶的高度脆性，亚洲人喜食弹性胶，对以结冷胶为胶凝剂制成的果冻不太欣赏，认为缺乏嚼劲。当然采用含有酰基的天然结冷胶可以制成弹性胶，但天然结冷胶是不透明的，由此带来的应用上的局限性。并且，现阶段结冷胶应用中一个最大时间题是其价格昂贵，令应用者望而生畏。这样由于对国内外市场和产业的技术水平不清楚，若国内企业盲目上马，无节制地扩大生产能力，导致整个产业利润滑坡，发展困难，会造成不必要的损失。并且，近来经过作者对上述地区有关企业提供的试销产品进行性能测试并同Kelco公司产品进行对比，结果显示产品质量指标与后者相比还有一定差距，所以还应该大力提高技术含量和产品质量。相信随着对结冷胶各种特性认识的深化和国内企业逐渐能自主生产结冷胶，随着生产厂商规模效益提高，价格下降，结冷胶会成为深受中国食品应用厂家和消费者喜欢的一个产品。微生物多糖结冷胶是我国新型生物技术产业中一种极有发展潜力的食品添加剂。
普鲁兰糖能直接制成薄膜，或在物体表面涂抹或喷雾涂层均可成为紧贴物体的薄膜，普鲁兰糖造膜性强，其水溶液在金属板上干燥后形成的薄膜，对氧、氮的阻气性强。形成水溶性的可食薄膜，与其他水溶性高分子物质的相溶性良好。普鲁兰糖薄膜的最特殊的性质是比其他高分子薄膜的透气性能低，氧、氮、二氧化碳等几乎完全不能通过。普鲁兰糖分子为线性结构，其水溶液的黏度远低于其他糖，例如1.5％的黄原胶和海藻酸钠的水溶液的黏度是普鲁兰多糖溶液的1000倍以上，相对分子质量为10万的普鲁兰10％水溶液的黏度大约为100mPa.s。它的溶液的粘度随平均相对分子质量和浓度的增加而增加，但比其他高分子物质黏度增加得少。并且它的黏度的热稳定性较好。普鲁兰糖的上述特点决定了它在食品、医药、化工、日化等工业领域的应用。作者就普鲁兰糖的成膜特性做过食品应用研究，发现利用它优异的成膜性可开发多种较有特色的休闲食品。
鸡蛋在冷藏条件不足时，多在蛋壳表面涂石蜡或液体石蜡保藏，但效果不理想。普鲁兰糖或其酯化物用于鸡蛋涂层材料，在室温下可延长保存期，增强蛋壳硬度，减少碰撞破损；苹果和柑橘类水果不耐存放，易腐烂，常用的冷藏方法效果并不理想，而普鲁兰多糖作为果实的保鲜剂是很理想的，它能克服过去用的涂层剂如丙烯醇、溶剂型蜡、天然蜡和聚乙烯包装的缺点；蔬菜和水果因含水量和含糖量高而难于保存和保鲜，但以普鲁兰糖作为涂层保鲜剂的主要成分可获得显著效果。
普鲁兰糖除了有上述保鲜作用外，普鲁兰糖对食品的加工保存，做低热量主食、点心或饮料原料以及在食品品质改良、食品成型方面均有显著效果。在制作软性咀嚼胶糖时要加入改进品质的胶体物质，其中普鲁兰糖(用量为1％—4％)比其他一些胶体的应用效果更好。添加普鲁兰糖能保持适度的延伸性，制作时不龟裂，有适当的硬度，耐咀嚼，香味保持时间长，耐储存，咀嚼时口感良好。若单独使用普鲁兰糖，不添加其他胶类物质也可制成富有咀嚼性的糖。普鲁兰糖具有良好的水溶性和较低的黏度，可以用作乳化分散剂，乳化稳定性高，并赋予食品适当的黏性。在冰淇淋、巧克力制品中加入普鲁兰糖可使表面光泽好、平滑，口感滑润，口味适当，风味优良。在果汁型饮料、碳酸型饮料中添加少量的普鲁兰糖，制品有适度的浓厚感，口感滑润、清爽，分散性能好且稳定。
普鲁兰糖与高级脂肪酸形成的酯具有比蔗糖脂肪酸酯和淀粉脂肪酸酯更好的乳化作用，它的乳化温度低，用量少，本身稳定不易水解，乳化物稳定性好，受温度变化影响小。还可用于乳化油、色拉等乳化物或乳化凝胶的制备。
由于普鲁兰糖具有很好的耐盐和耐酸性能，因此，用于高盐食品和调料品的增稠，如用于酱油、虾酱、臆菜，起增加黏性、增加光泽、防止离浆等作用。它的增黏性明显优于其他多糖，如罗望子胶、刺槐豆胶、卡拉胶。
普鲁兰糖的研究工作起始于德国，英国人在理论方面也做了不少工作。日本进行了比较系统的尤其是生产工艺和产品应用方面的研究，并取得了大量的专利。
普鲁兰糖是国际上新开发的新型多糖，市场需求良好，正逐步扩大生产。近年来，利用生物技术开发的新产品——微生物多糖，以其安全、无毒、理化性质独特等优良特性，越来越受到人们特别是食品专家们的关注，世界上微生物多糖的年产量增长量均在10％以上，包括普鲁兰糖在内的一些新型微生物多糖年增长量均在30％以上，它们已作为乳化剂、悬浮剂、增稠剂、稳定剂、胶凝剂、成膜剂和润滑剂等广泛应用于食品、制药、石油、化工等多个领域。国际上这种新型多糖大多由黄原胶生产企业开发生产，因为这类新型多糖的一个共同特点是，当分子量高达数百万时，成熟发酵产品的黏度即高达数万mPa.s。因此，尽管采用的菌种、生产工艺不同，但在实际生产时可以部分借用黄原胶的生产设备。同时，逐渐形成微生物多糖系列产品，既有利于市场需求，对企业的长远发展更为有利。这类具有不同性能、不同应用领域的新型微生物多糖包括普鲁兰糖在内将是今后新型发酵工程的一个重要发展方向，国内有关企业应该引起足够的关注。国内企业若能在原来的黄原胶发酵生产技术和设备基础上研制生产普鲁兰糖，从产品技术、成本和市场销售等方面都是十分有利的，也就是说，国内黄原胶生产厂商开发生产普鲁兰糖在国内、国外市场竞争中将更占优势。
结冷胶(Cellangum)
结冷胶是近年来最有发展前景的微生物多糖之一，是继黄原胶之后又一能广泛应用于食品工业的微生物代谢胶。结冷胶过去称多糖PS—60，于1978年首次发现，在1992年就迅速得到美国FDA的许可应用于食品饮料中，欧共体也于1994年将其正式列入食用安全代码(E—418)表中，我国在1996年批准其作为食品增稠剂、稳定剂使用(GB2760-96)，可在各类食品中按正常生产需要适量使用。
结冷胶能溶于冷水；但形成凝胶的条件是(1)需要先加热；(2)有一定量的盐离子存在。这样结冷胶溶液才会冷却后形成热可逆型凝胶，凝胶的强度、形成温度及融化温度都与盐离子浓度和种类密切相关。凝胶有良好的稳定性，耐酸，耐高温，热可逆，还具有抵抗微生物及酶的作用。在高压蒸煮和烘烤条件下都很稳定。在酸性产品中也很稳定，而以pH在4.0—7.5条件下性能最好。贮藏时其质构不受时间和温度的变化而变化。结冷胶使用方便，略加搅拌即分散于水中，加热即溶解成透明的溶液，冷却后，形成透明但坚实的凝胶。结冷胶是一种线，性聚合物，当有电解质存在时可形成凝胶。无论是单价阳离子，如钠和钾，还是二价阳离子，如镁和钙，都可用于与低酰基型结冷胶生成坚实、脆性凝胶。但是最大凝胶硬度和模数是在非常低的二价阳离子浓度日铲生的。大约0.5mm的钙和镁离子等于约150mm钾和钠离子在0.5％凝胶中所生成的最大凝胶模数和硬度。低酰基型结冷胶凝胶的模数和硬度随胶浓度的增加口而增加，而凝胶脆性和弹性保持相对不变。而纯化产品由于较高的多糖含量，在任何特定胶浓度时都有较高的硬度和模数。很明显，胶浓度、离子浓度是相互依存的两个参数，可用于调节产生最佳凝胶硬度和模数。
从微生物发酵寻找有潜力的微生物多糖有很长的历史。葡聚糖是第一种被报道的微生物多糖。自从1969年以来。持续的寻求新型的水溶性生多糖的开发研究热潮中，美国Kelco公司投入大量人力、物力去研制一种更为理想的食品胶。Kelco公司认为一种理想的食品胶应该具有容易使用、适宜的风味释放性、高热稳定性、在口中易融化、透明度高、凝胶的时间和温度可变动、不需或稍微加热即可成凝胶、凝胶不受pH值影响(pH值介于3.2—7.5之间)、产品稳定、具有多样的组织特性等特性。
正是按照这些标准，20世纪70年代末期发现了结冷胶。Kang等1982年首次报道了实验室规模通过假 单胞菌成功生产结冷胶。结冷胶及结冷胶类多糖的商业规模生产是Kelco公司成功筛选微生物的结果。1988年，日本成功地完成了结冷胶的毒理实验并准许结冷胶在食品中应用。1992年，美国食品与药物管理局(FDA)批准结冷胶作为稳定剂和粘结剂在食品中广泛使用，成为第三种在食品中使用的微生物胞外多糖。除美国外，还有十多个国家批准其用作食品添加剂。
由于Gellangum可以在极低的使用量下产生凝胶，0.25％的使用量就可以达到琼脂15％的使用量和卡拉胶1％的使用量的凝胶强度，现已逐步代替琼脂和卡拉胶在食品工业上的应用。Geltangmn生产成本仅比黄原胶略高一些，而当前其售价是黄原胶的数倍，高达40—50美元／kg，有极高商业利润和市场前景。
我国有关科研院所从1995年起开始研究结冷胶发酵和生产技术，1997年完成中试鉴定，但还未见产品上市。不过，巨大的潜在市场、丰厚的利润和良好的发展前景刺激了国内许多化工企业，他们纷纷将结冷胶列为“十五”及“十一五"规划中的发展项目。根据作者了解的情况来看，目前如浙江诸暨、山东淄博、江西吉安和上海等省市近十家企业准备投资建设结冷胶生产装置，规模多为数百吨级以上水平。但由于结冷胶是多糖胶质大家庭中的新成员，对结冷胶的各种性质及其缺点的认识还在不断深入。有限的知识也在一定程度上限制了结冷胶的广泛工业应用。另外一个局限性是结冷胶凝胶的高度脆性，亚洲人喜食弹性胶，对以结冷胶为胶凝剂制成的果冻不太欣赏，认为缺乏嚼劲。当然采用含有酰基的天然结冷胶可以制成弹性胶，但天然结冷胶是不透明的，由此带来的应用上的局限性。并且，现阶段结冷胶应用中一个最大时间题是其价格昂贵，令应用者望而生畏。这样由于对国内外市场和产业的技术水平不清楚，若国内企业盲目上马，无节制地扩大生产能力，导致整个产业利润滑坡，发展困难，会造成不必要的损失。并且，近来经过作者对上述地区有关企业提供的试销产品进行性能测试并同Kelco公司产品进行对比，结果显示产品质量指标与后者相比还有一定差距，所以还应该大力提高技术含量和产品质量。相信随着对结冷胶各种特性认识的深化和国内企业逐渐能自主生产结冷胶，随着生产厂商规模效益提高，价格下降，结冷胶会成为深受中国食品应用厂家和消费者喜欢的一个产品。微生物多糖结冷胶是我国新型生物技术产业中一种极有发展潜力的食品添加剂。
