黃原膠（Xanthan),又稱黃膠、漢生膠，1952年由美國農(nóng)業(yè)部伊利諾斯州皮^里 爾北部研究所分離得到甘藍黑腐病黃單胞菌，并使甘藍提取物轉(zhuǎn)化為水溶性的酸性胞 外雜多糖而得到。黃原膠自從被發(fā)現(xiàn)以來廣泛應(yīng)用于包括食品行業(yè)在內(nèi)的二十多個 行業(yè)，位居微生物發(fā)酵多糖商業(yè)利用的榜首(4-5]。目前，世界黃原膠年產(chǎn)量已達5-6萬 噸.并保持7%的年増長率，其中將近一半的份額用于食品領(lǐng)域P71。黃原膠作為食品 添加劑安全無毒[8i,主要被用于調(diào)味醬料、飲料、焙烤、乳制品等各個方面，以改善產(chǎn) 品的質(zhì)構(gòu)、口感和穩(wěn)定性，它是一種良好的食品增稠劑和穩(wěn)定劑。

近年來，隨著我國人民生活水平的不斷提高、健康意識的不斷加強，乳制品市場 日益壯大。酸奶以其獨特的營養(yǎng)和風(fēng)味風(fēng)靡全世界，在國外占據(jù)乳制品行業(yè)80%的市 場份額，但因其價格比較貴在我國的市場占有率不到20%。酸性乳飲料酸甜適中，爽 滑可口，不僅保留了酸奶的特殊風(fēng)味，還具備了酸奶的大部分營養(yǎng)和功能，且價格適 中，因而在我國深受廣大消費者的青睞，特別是少年兒童，在我國液態(tài)乳市場上迅速 占據(jù)了相當?shù)姆蓊~，并且每年保持20%左右的增長速率。酸性乳飲料是一種以鮮奶、 復(fù)原奶和豆奶為主要原料，添加其他甜味劑、穩(wěn)定劑、香精和色素等輔助原料，利用 活性菌進行乳酸發(fā)酵或直接添加果汁、食品酸等（乳酸、蘋果酸和檸檬酸等）輔助原 料調(diào)配獲得的pH介于3.8到4.2 (低于酪蛋白的等電點4.6) ^蛋白含量大于1%的含乳飲 料[91。為了滿足消費者對酸性乳飲料日益增長的需求，因此乳制品企業(yè)致力于生產(chǎn)和開 發(fā)形式多樣的酸性乳飲料產(chǎn)品，但脂肪上浮和蛋白質(zhì)沉淀卻一直制約著酸性乳飲料產(chǎn) 品的生產(chǎn)和開發(fā)，本文著重討論其蛋白沉淀的問題，它主要是因為蛋白酪在酸性乳飲 料生產(chǎn)過程中易變性引起的，而在產(chǎn)品中添加穩(wěn)定劑可以有效解決產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的穩(wěn) 定性問題。

在實際生產(chǎn)中，穩(wěn)定酸性乳飲料最常用的穩(wěn)定劑以CMC價格最為低廉，因而其在 我國酸性乳飲料工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然CMC單獨應(yīng)用可以達到穩(wěn)定產(chǎn)品的目 的，但是產(chǎn)品的口感和風(fēng)味釋放不好，所以，通常它和其它膠體復(fù)配使用*使產(chǎn)品具有 良好穩(wěn)定性的同時，也具有良好的口感。CMC和其他任何膠體復(fù)配都沒有協(xié)同增效作 用，但是可以和其它很多膠體在一個體系里相容[10-111。而黃原膠在酸性乳飲料中應(yīng)用 可以給產(chǎn)品帶來爽滑的口感，所以生產(chǎn)廠家通常將它和CMC復(fù)配用于酸性乳飲料產(chǎn) 品。通常，CMC添加量為0.4%~從6%,黃原膠的添加量為0,02°/卜0.10%[2~3]。但是，一 直困擾酸性乳飲料廠家的是采用該復(fù)配方法的產(chǎn)品穩(wěn)定性波動很大，具體表現(xiàn)為在相 同酸性乳飲料配方和工藝條件下，在CMC基礎(chǔ)上添加不同來源的黃原膠后，產(chǎn)品的穩(wěn) 定性比單獨添加CMC時變得更好或更差，也就是產(chǎn)品的蛋白質(zhì)沉淀量增多或減少。這 個問題給生產(chǎn)廠家選擇該復(fù)配配方帶來麻煩，限制了該復(fù)配配方在酸性乳飲料產(chǎn)品中 的應(yīng)用。目前還沒有文獻資料系統(tǒng)報道具有何種理化指標和功能特性的黃原膠和CMC 復(fù)配后穩(wěn)定酸性乳飲料產(chǎn)品最為合適，迄今的文獻資料也僅限于利用黃原膠和其它膠 體復(fù)配為穩(wěn)定酸性乳飲料對產(chǎn)品配方和工藝的探討。

1.1.1黃原膠的分子結(jié)構(gòu)和在溶液中的構(gòu)象

黃原膠的分子結(jié)構(gòu)如圖1-1所示[12],具有五糖重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，分子量為 2?5〇xlO_。主鏈呈纖維結(jié)構(gòu)，由2分子D-葡萄糖通過p (1—4)糖苷鍵連接而成，每 隔一個葡萄糖殘基，在其主鏈的C3位上連接有一個三糖側(cè)鏈，側(cè)鏈的首尾為甘露糖， 中間為葡萄糖醛酸，在靠近主鏈的甘露糖C6位上連接有乙酰基，在末端的甘露糖的C4 和(：6位與丙酮酸縮合（乙酰基和丙酮酸含量受發(fā)酵條件和生產(chǎn)工藝的影響）。側(cè)鏈上 的葡萄糖醛酸和丙酮酸賦予了黃原膠負電荷，帶負電荷的側(cè)鏈之間以及側(cè)鏈與聚合物骨 架之間的相互作用決定了黃原膠溶液的優(yōu)良性質(zhì)。

圖1-1黃原膠分子結(jié)構(gòu)示意圖

黃原膠的二級結(jié)構(gòu)是側(cè)鏈繞主鏈骨架反向纏繞，通過氫鍵維系形成棒狀螺旋結(jié) 構(gòu)，其三級結(jié)構(gòu)是棒狀螺旋結(jié)構(gòu)間靠微弱的非極性共價鍵結(jié)合形成螺旋復(fù)合體。

黃原膠在水溶液中呈多聚陰離子且構(gòu)象是多樣的，依賴于被表征的條件（溶液的 離子強度、pH和電解質(zhì)的性質(zhì)），該分子可以處于有序的螺旋結(jié)構(gòu)（helix)(此時側(cè) 鏈呈折疊狀態(tài)靠近主鏈）和無序的無規(guī)線團（random coil)(此時側(cè)鏈離開主鏈，主 鏈變得柔軟）[m71。其有序的構(gòu)象可以是天姥的（native),也可以是變性 (denature) 了的，在溶點溫度以下的分子處于天然的構(gòu)象，該溫度依賴于黃原膠溶解 介質(zhì)的離子強度。X-射線顯示[18]，天然有序的黃原膠構(gòu)象呈5倍對稱折疊的右手螺旋， 螺距為4.7nm,直徑為1.9nm。該螺旋結(jié)構(gòu)為單股、雙股或多股螺旋的說法都有，不過 目前更多人支持其為雙股螺旋[191。分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)己經(jīng)被很多實驗所證明，Capron 等人表明，當加熱溫度超過分子從有序到無序的轉(zhuǎn)變溫度時，天然有序的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)會 發(fā)生變性，同時分子量降低，而且分子量大約降低了一半，這證明了天然形式的雙螺 旋結(jié)構(gòu)。該螺旋通過非共價鍵（氫鍵、靜電和空間效應(yīng)）來穩(wěn)定，可以用棒狀來描述 它。在水溶液中，溫度或離子強度的變化可以使分子發(fā)生構(gòu)象的轉(zhuǎn)變，但這依賴于分 子中羥基和乙酰基被離子化的程度。一般由溫度導(dǎo)致的分子構(gòu)象從有序到無序的變化 主要是由于雙股螺旋部分或者全部被解幵。在適當?shù)臈l件下（溫度低于轉(zhuǎn)變溫度和高 離子強度），黃原膠分子會復(fù)性（renature)。從變性到復(fù)性的狀態(tài)是可逆的，而從天 然的狀態(tài)到變性的狀態(tài)不可逆。冷卻后復(fù)性時分子量不變，這表明復(fù)性是一個分子內(nèi) 過程，黃原膠有序形式的恢復(fù)發(fā)生于單分子里。很有可能的是黃原膠復(fù)性形式的構(gòu)象 是由一條鏈折疊成發(fā)卡環(huán)狀（hairpin loop)的反平行、雙股線結(jié)構(gòu)。復(fù)性后黃原膠溶 液的粘度比天然的高，支持了在復(fù)性過程中單股線締合成超分子結(jié)構(gòu)的理論。

在低離子強度或高溫溶液中，由于帶負電荷側(cè)鏈間的彼此相互棑斥作用，黃原膠 鏈形成一種盤旋結(jié)構(gòu)，然而即使電解質(zhì)濃度的少量增加也會減少側(cè)鏈間的靜電排斥， 使得側(cè)鏈盤繞在聚合物骨架上，聚合物鏈伸展成為相對僵硬的螺旋狀桿。隨著電解質(zhì) 濃度的増加，這種桿狀結(jié)構(gòu)在高溫和高濃度的狀態(tài)下也能穩(wěn)定存在^

U.2黃原膠溶液的功能特性及其在食品中的應(yīng)用價值

黃原膠特殊的分子結(jié)構(gòu)和構(gòu)象決定了它具有特殊的功能性質(zhì)，從而使黃原膠成為 應(yīng)用領(lǐng)域廣、發(fā)展速度快且極富發(fā)展?jié)摿Φ奈⑸锒嗵荹2<)_23]。

黃原膠分子量非常高，其螺旋結(jié)構(gòu)使黃原膠在低濃度、低剪切力時具有高粘度的 特點；同時該粘度為黃原膠溶液提供了一定的屈服值，即要使黃原膠溶液發(fā)生流動需 要一個最小的力，這個力的存在使得產(chǎn)品在低應(yīng)力的儲存和運輸過程中保持穩(wěn)定。

黃原膠溶液還具有十分良好的假塑性，該流變特性對食品的加工和食用有重要價 值。在食品加工中，作為添加劑易于泵送和灌注等工藝，便于高固形物食品的混合攪 拌，提高工作效率。添加黃原膠的食品在食用時，因咀嚼及舌頭轉(zhuǎn)動時所形成的剪切 率，使食物粘度下降不粘口，口感細膩，利于風(fēng)味釋放。

黃原膠特殊的結(jié)構(gòu)特征還使其對熱、酸、堿和酶都具有十分良好的耐受能力，這 些性質(zhì)都使得黃原膠成為十分良好的食品增稠劑和穩(wěn)定劑。