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域P71。黃原膠作為食品 添加劑安全無毒[8i,主要被用于調味醬料、飲料、焙烤、乳制品等各個方面，以改善產(chǎn) 品的質構、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)和風味風靡全世界，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)中得到了廣泛的應用。雖然CMC單獨應用可以達到穩(wěn)定產(chǎn)品的目 的，但是產(chǎn)品的口感和風味釋放不好，所以，通常它和其它膠體復配使用*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)品的蛋白質沉淀量增多或減少。這 個問題給生產(chǎn)廠家選擇該復配配方帶來麻煩，限制了該復配配方在酸性乳飲料產(chǎn)品中 的應用。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黃原膠的分子結構和在溶液中的構象

黃原膠的分子結構如圖1-1所示[12],具有五糖重復結構單元，分子量為 2?5〇xlO_。主鏈呈纖維結構，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鏈，側鏈的首尾為甘露糖， 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，帶負電荷的側鏈之間以及側鏈與聚合物骨 架之間的相互作用決定了黃原膠溶液的優(yōu)良性質。

圖1-1黃原膠分子結構示意圖

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

黃原膠在水溶液中呈多聚陰離子且構象是多樣的，依賴于被表征的條件（溶液的 離子強度、pH和電解質的性質），該分子可以處于有序的螺旋結構（helix)(此時側 鏈呈折疊狀態(tài)靠近主鏈）和無序的無規(guī)線團（random coil)(此時側鏈離開主鏈，主 鏈變得柔軟）[m71。其有序的構象可以是天姥的（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象，該溫度依賴于黃原膠溶解 介質的離子強度。X-射線顯示[18]，天然有序的黃原膠構象呈5倍對稱折疊的右手螺旋， 螺距為4.7nm,直徑為1.9nm。該螺旋結構為單股、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。分子的雙螺旋結構己經(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變溫度時，天然有序的結構結構會 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 旋結構。該螺旋通過非共價鍵（氫鍵、靜電和空間效應）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)生構象的轉變，但這依賴于分 子中羥基和乙?；浑x子化的程度。一般由溫度導致的分子構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（溫度低于轉變溫度和高 離子強度），黃原膠分子會復性（renature)。從變性到復性的狀態(tài)是可逆的，而從天 然的狀態(tài)到變性的狀態(tài)不可逆。冷卻后復性時分子量不變，這表明復性是一個分子內(nèi) 過程，黃原膠有序形式的恢復發(fā)生于單分子里。很有可能的是黃原膠復性形式的構象 是由一條鏈折疊成發(fā)卡環(huán)狀（hairpin loop)的反平行、雙股線結構。復性后黃原膠溶 液的粘度比天然的高，支持了在復性過程中單股線締合成超分子結構的理論。

在低離子強度或高溫溶液中，由于帶負電荷側鏈間的彼此相互棑斥作用，黃原膠 鏈形成一種盤旋結構，然而即使電解質濃度的少量增加也會減少側鏈間的靜電排斥， 使得側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 濃度的増加，這種桿狀結構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用價值

黃原膠特殊的分子結構和構象決定了它具有特殊的功能性質，從而使黃原膠成為 應用領域廣、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，其螺旋結構使黃原膠在低濃度、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，利于風味釋放。

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