結冷膠

分子結構

結冷膠又稱凱可膠，是一種高分子線性多糖，由4個單糖分子組成的基本單元重復聚合而成．其基本單元是由1，3—和1，4—連接的2個葡萄糖殘基，1，3—連接的1個葡萄糖醛酸殘基，和1，4—連接的1個鼠李糖殘基組成。其 中葡萄 糖醛酸可被鉀、鈉、鈣、鎂中和成混合鹽。并且天然結冷膠含有O—酰基（甘油酰基和乙酰基）。天然或稱高酰基結冷膠可形成高彈性低硬度凝膠。乙酰化結冷膠通過堿處理除去O—酰基后生成低酰基結冷膠，再經過濾可得到純化低酰基結冷膠，即商品結冷膠，其相對分子質量約為50萬。

性狀

結冷膠干粉呈米黃色，無特殊的滋味和氣味，約于150℃不經熔化而分解。耐熱、耐酸性能良好，對酶的穩定性亦高。不溶于非極性有機溶劑，也不溶于冷水，但略加攪拌即分散于水中，加熱即溶解成透明的溶液，冷卻后，形成透明且堅實的凝膠。溶于熱的去離子水或整合劑存在的低離子強度溶液，水溶液呈中性。

結冷膠在陽離子存在時，在加熱后冷卻時生成堅硬脆性凝膠。其硬度與結冷膠濃度成正比，并且在較低的二價陽離子濃度時產生最大凝膠硬度。結冷膠一般用量0.05%即可形成凝膠(通常用量為0.1%—0.3%)。所形成的凝膠富含汁水，具有良好的風味釋放性，有入口即化的口感。結冷膠凝膠的凝固溫度在30-45℃范圍內，而凝膠的熔化溫度既可低于又可高于100℃，這取決于陽離子類型和濃度等條件。添加黃原膠—槐豆膠到結冷膠中，可使其凝膠硬度降低而彈性增強。

結冷膠的制法是由假單胞桿菌在葡萄糖、玉米糖漿、磷酸鹽、蛋白質、硝酸鹽和微量元素組成的液體培養基中培養兩天，得到一種天然的、高乙酰基結冷膠。這時得到的結冷膠在其葡萄糖基上結有半個乙酰基和半個甘油酸酯，由于乙酰基的存在會嚴重影響其凝膠特性，故需在所得的醪液中加入氫氧化鉀使呈堿性，以脫去乙酰基和甘油基，已取得低乙酰基結冷膠。然后加熱、過濾，用異丙醇醇析而得脫乙酰基的澄清結冷膠  。

結冷膠可作為增稠劑、穩定劑。使用注意事項：本品使用方便，它雖不溶于冷水，但略加攪拌即分散于水中。加熱即溶解成透明的溶液，冷卻后，形成透明且堅實的凝膠。用量小，通常只為瓊脂和卡拉膠用量的1/3~1/2，一般用量0.05%即可形成凝膠(通常用量為0.1%~0.3%)。

制成的凝膠富含汁水，具有良好的風味釋放性，有入口即化的口感。

有良好的穩定性，耐酸解、耐酶解，制成的凝膠即使在高壓蒸煮和烘烤條件下都很穩定，在酸性產品中亦很穩定，而以pH值在4.0~7.5條件下性能最好。貯藏時其質構不受時間與溫度的變化  。

由于結冷膠優越的凝膠性能，目前已逐步取代瓊脂、卡拉膠的使用。
結冷膠廣泛的應用在食品中，如布丁，果凍，白糖，飲料，奶制品，果醬制品，面包填料，表面光滑劑，糖果，糖衣，調味料等。也用在非食品產業中，如微生物培養基，藥物的緩慢釋放，牙膏等。

結冷膠可以增強面制品面條的硬度、彈性、粘度，也有改善口感、抑制熱水溶脹，減少斷面和減輕湯汁渾濁等作用，加入到制作餅干的面團中，也可以起到改良餅干的層次，使餅干具有良好的疏松度的作用；結冷膠作為穩定劑應用于冰淇淋可提高保型性；用于蛋糕、奶酪餅中，具有保濕、保鮮和保形的效果；結冷膠應用于糖果，可以給產品提供優越的結構和質地，并縮短淀粉軟糖膠體形成的時間；也可用于替代果膠制備果醬和果凍，也能用于糕點和水果餡餅填料中；在肉制品和蔬菜類制品的加工過程中，添加結冷膠會使其具有清爽的品味，起到彌補產品口味不足的良好作用。結冷膠可與其他水溶膠一起使用，用于凝膠寵物食品；可與蔗糖、檸檬酸鈉、緩慢溶解性酸（脂肪酸、己二酸）等混合成干料，加入沸水中，制成具有極高透明度的熱水甜點凝膠，具有人口后快速破碎，風味釋放松好的特點；可替代果膠制作果醬．也可與淀粉結合或部分取代淀粉，用糕點和水果餡餅填料。

根據《食品添加劑使用衛生標準》（GB2760-2011）規定本品可在各類食品中按正常生產需要適量使用。

低酰基結冷膠

嘗試通過發酵的途徑來生產有實用價值的微生物多糖已有很長的歷史，這當中被廣泛研究的多糖包括：用Leuconostoc mesenteroides生產的葡聚糖，用Pseudomonas sp.生產的細菌海藻酸鹽, 用Xanthamonas compestris生產的黃原膠 , 用Streptococcus faecalis生產的熱凝膠，用Aureobasidium pullulans生產的普魯蘭糖，以及用Strptococcus equii 生產的透明質酸和Rhizobium生產的琥珀聚糖等。 盡管能獲得商業化生產的多糖只占在所研究過的多糖中極少部份，但這一少部份多糖因其極好的性能而能在工業上被廣泛使用。也正由于黃原膠等多糖的開發取得了巨大的成功，鼓舞人們期望找到更多的有商業前景的微生物多糖。
1) 結冷膠生產菌種
為了尋找理想的食品膠，Kelco公司在世界各地采集土壤或植物樣本對30，000多株菌種進行了篩選，結冷膠的產生菌正是在這種不懈努力下獲得的，原來稱為Pseudomonas elodea，后來基于r-RNA特征及含有鞘氨醇糖脂被進一步確認為Sphingomonas paucimobilis，這是種帶有黃色色素、Gˉ的好氧桿狀菌。從生物技術的角度來看，Sphingomonas這一屬中的菌株的共同特征是能分泌出如結冷膠、沃侖膠、鼠李膠這樣的一類多糖。 
這些菌株能從多種環境中分離得到，不過Sphingomonas paucimobilis中的多數菌株是從臨床樣本或醫院周邊環境中分離到的。工業上最早采用的結冷膠生產菌株為Pseudomonas elodea，它是從一種水百合上分離而得。 
2) 結冷膠的生物合成途徑
微生物胞外多糖的生物合成可以分為同型多糖的合成與異型多糖的合成，結冷膠的合成屬于后者。異型多糖的合成體系包含5個因子,即糖基核苷酸、酰基供體、脂中間體、酶系統及糖基受體。Ligio等提出了Pseudomonas eLAdea合成結冷膠重復四糖單元的可能途徑。作為活性前體提供的糖基核苷酸被認為是UDP－葡萄糖、TDP－鼠李糖和UDP－葡萄糖醛酸,它們共同成為合成重復單位的單體供體。涉及前體合成的酶有磷酸葡萄糖異構酶(PG1)、磷酸葡萄糖變位酶(PGM)、UDP－葡萄糖焦磷酸化酶(UGP)、TDP－葡萄糖焦磷酸化酶(TGP)、UDP－葡萄糖脫氫酶(UGD)和TDP－鼠李糖合成酶(TRS)。Pseudomonas elodea對葡萄糖的代謝主要經由糖酵解途徑和磷酸戊糖途徑。
3) 結冷膠的生產技術
它是在含有碳源、有機和無機氮源、磷酸鹽適量微量元素的介質中，通過通風發酵進行生產。發酵在消毒的條件下嚴格控制通氣量、攪拌、溫度和pH，發酵完成后，用物理、化學方法分離菌絲蛋白得到結冷膠產品。

結冷膠具有良好的熱穩定性，它能承受多個周期的熱處理。

LD50大鼠口服為5000mg/kg體重。ADI無需規定。

結冷膠具有顯著的溫度滯后性，即膠凝溫度遠低于凝膠的融化溫度。通常，膠凝溫度于20一50℃之間，而融化溫度則介于65—120℃。膠凝溫度和融化溫度的大小主要取決于

純的結冷膠是一種復合鹽，不溶于冷水，但在攪拌下可直接分散于去離子水中，提高水中陽離子的濃度，如硬度中等的水(相當于含CaCO3，180mg/kg)，有助于其在水中的分散。但Ca2+、Mg2+、Na+、K+等離子(如硬水)能阻止已分散的結冷膠加熱水化，陽離子的濃度越高，則即使加熱至沸也無法使之水化。

在已經分散的水中，加入少量整合劑(如檸檬酸鈉、六偏磷酸鈉)，可使分散的結冷膠即使在硬度很高的水中也能水化，只要所加熬合劑的量與Ca2+等的含量適當，甚至可溶于冷水。熱的均勻水化的膠溶液冷卻后可直接成為凝膠，但需加入陽離子后方能凝結，并隨著陽離子濃度的提高可使凝膠的硬度和模量提高到最大值，但濃度超過一定限度，又會使凝膠體的硬度和模量下降，而且一價陽離子與兩價陽離子的最適濃度并不一樣。

絕大多數食品的pH介于4.0一8.0之間，結冷膠凝膠在這個PH范圍內，其凝膠強度幾乎不隨pH變化而變化，而結冷膠應用于食品中時，可以不考慮pH的影響。美國一些專家研究指出：二價陽離子所形成的結冷膠凝膠。其強度在pH小于3.5或大于8.5時，凝膠強度迅速下降；一價陽離子所形成的凝膠，其強度在pH介于3.5—1L.5之間有微小的波動。但是，在相同膠濃度的條件下所形成的凝膠，二價陽離子的凝膠強度比一價陽離子的凝膠強度要大得多。

美國一些科技人員曾將各種酶(包括果膠酶、α—淀粉酶、β—淀粉酶、纖維素酶、褐藻酸酶、木瓜蛋白酶、脂肪酶等)添加于結冷膠溶液中，結果發現，任何一種酶對結冷膠溶液的粘度以及凝膠的強度均沒有影響，由于具備這種性質，結冷膠可以替代瓊脂作為微生物培養基的膠凝劑。

在復配時，槐豆膠、瓜爾豆膠、CMC、黃原膠等非凝膠性水溶膠，對結冷膠凝膠體的組織特性無明顯影響。但如加入明膠、黃原膠與槐豆膠的混合物、淀粉等凝膠性水溶膠時，可使組織結構發生明顯變化。

結冷膠作為微生物代謝膠，生產周期短，不受氣候和地理環境條件的限制，可以在人工控制條件下利用各種廢渣、廢液進行生產，再加上其安全無毒，理化性質獨特等優良特性，在食品工業中有著廣泛的應用前景。