中國新型食品膠開發應用現狀及前景分析
http://www.xibaipo.cc 2008-08-05 16:23 中企顧問網
本文導讀：中國新型食品膠開發應用現狀及前景分析
普魯蘭糖，中文亦譯為茁霉多糖、出芽短梗孢糖、普聚多糖。普魯蘭糖可由淀粉水解物、蔗糖或其他糖類直接發酵生產。它易溶于水，黏度較低，不凝膠化，不老化，可任意加工成型，是一種很有前途的食品工業用多糖。安全性生無論是急性、亞急性和慢性試驗、變異源性試驗都表明，普魯蘭糖不引起任何生物學毒性和異常狀態，用于食品和醫藥工業安全可靠。
普魯蘭糖能直接制成薄膜，或在物體表面涂抹或噴霧涂層均可成為緊貼物體的薄膜，普魯蘭糖造膜性強，其水溶液在金屬板上干燥后形成的薄膜，對氧、氮的阻氣性強。形成水溶性的可食薄膜，與其他水溶性高分子物質的相溶性良好。普魯蘭糖薄膜的最特殊的性質是比其他高分子薄膜的透氣性能低，氧、氮、二氧化碳等幾乎完全不能通過。普魯蘭糖分子為線性結構，其水溶液的黏度遠低于其他糖，例如1.5％的黃原膠和海藻酸鈉的水溶液的黏度是普魯蘭多糖溶液的1000倍以上，相對分子質量為10萬的普魯蘭10％水溶液的黏度大約為100mPa.s。它的溶液的粘度隨平均相對分子質量和濃度的增加而增加，但比其他高分子物質黏度增加得少。并且它的黏度的熱穩定性較好。普魯蘭糖的上述特點決定了它在食品、醫藥、化工、日化等工業領域的應用。作者就普魯蘭糖的成膜特性做過食品應用研究，發現利用它優異的成膜性可開發多種較有特色的休閑食品。
雞蛋在冷藏條件不足時，多在蛋殼表面涂石蠟或液體石蠟保藏，但效果不理想。普魯蘭糖或其酯化物用于雞蛋涂層材料，在室溫下可延長保存期，增強蛋殼硬度，減少碰撞破損；蘋果和柑橘類水果不耐存放，易腐爛，常用的冷藏方法效果并不理想，而普魯蘭多糖作為果實的保鮮劑是很理想的，它能克服過去用的涂層劑如丙烯醇、溶劑型蠟、天然蠟和聚乙烯包裝的缺點；蔬菜和水果因含水量和含糖量高而難于保存和保鮮，但以普魯蘭糖作為涂層保鮮劑的主要成分可獲得顯著效果。
普魯蘭糖除了有上述保鮮作用外，普魯蘭糖對食品的加工保存，做低熱量主食、點心或飲料原料以及在食品品質改良、食品成型方面均有顯著效果。在制作軟性咀嚼膠糖時要加入改進品質的膠體物質，其中普魯蘭糖(用量為1％—4％)比其他一些膠體的應用效果更好。添加普魯蘭糖能保持適度的延伸性，制作時不龜裂，有適當的硬度，耐咀嚼，香味保持時間長，耐儲存，咀嚼時口感良好。若單獨使用普魯蘭糖，不添加其他膠類物質也可制成富有咀嚼性的糖。普魯蘭糖具有良好的水溶性和較低的黏度，可以用作乳化分散劑，乳化穩定性高，并賦予食品適當的黏性。在冰淇淋、巧克力制品中加入普魯蘭糖可使表面光澤好、平滑，口感滑潤，口味適當，風味優良。在果汁型飲料、碳酸型飲料中添加少量的普魯蘭糖，制品有適度的濃厚感，口感滑潤、清爽，分散性能好且穩定。
普魯蘭糖與高級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，它的乳化溫度低，用量少，本身穩定不易水解，乳化物穩定性好，受溫度變化影響小。還可用于乳化油、色拉等乳化物或乳化凝膠的制備。
由于普魯蘭糖具有很好的耐鹽和耐酸性能，因此，用于高鹽食品和調料品的增稠，如用于醬油、蝦醬、臆菜，起增加黏性、增加光澤、防止離漿等作用。它的增黏性明顯優于其他多糖，如羅望子膠、刺槐豆膠、卡拉膠。
普魯蘭糖的研究工作起始于德國，英國人在理論方面也做了不少工作。日本進行了比較系統的尤其是生產工藝和產品應用方面的研究，并取得了大量的專利。
普魯蘭糖是國際上新開發的新型多糖，市場需求良好，正逐步擴大生產。近年來，利用生物技術開發的新產品——微生物多糖，以其安全、無毒、理化性質獨特等優良特性，越來越受到人們特別是食品專家們的關注，世界上微生物多糖的年產量增長量均在10％以上，包括普魯蘭糖在內的一些新型微生物多糖年增長量均在30％以上，它們已作為乳化劑、懸浮劑、增稠劑、穩定劑、膠凝劑、成膜劑和潤滑劑等廣泛應用于食品、制藥、石油、化工等多個領域。國際上這種新型多糖大多由黃原膠生產企業開發生產，因為這類新型多糖的一個共同特點是，當分子量高達數百萬時，成熟發酵產品的黏度即高達數萬mPa.s。因此，盡管采用的菌種、生產工藝不同，但在實際生產時可以部分借用黃原膠的生產設備。同時，逐漸形成微生物多糖系列產品，既有利于市場需求，對企業的長遠發展更為有利。這類具有不同性能、不同應用領域的新型微生物多糖包括普魯蘭糖在內將是今后新型發酵工程的一個重要發展方向，國內有關企業應該引起足夠的關注。國內企業若能在原來的黃原膠發酵生產技術和設備基礎上研制生產普魯蘭糖，從產品技術、成本和市場銷售等方面都是十分有利的，也就是說，國內黃原膠生產廠商開發生產普魯蘭糖在國內、國外市場競爭中將更占優勢。
結冷膠(Cellangum)
結冷膠是近年來最有發展前景的微生物多糖之一，是繼黃原膠之后又一能廣泛應用于食品工業的微生物代謝膠。結冷膠過去稱多糖PS—60，于1978年首次發現，在1992年就迅速得到美國FDA的許可應用于食品飲料中，歐共體也于1994年將其正式列入食用安全代碼(E—418)表中，我國在1996年批準其作為食品增稠劑、穩定劑使用(GB2760-96)，可在各類食品中按正常生產需要適量使用。
結冷膠能溶于冷水；但形成凝膠的條件是(1)需要先加熱；(2)有一定量的鹽離子存在。這樣結冷膠溶液才會冷卻后形成熱可逆型凝膠，凝膠的強度、形成溫度及融化溫度都與鹽離子濃度和種類密切相關。凝膠有良好的穩定性，耐酸，耐高溫，熱可逆，還具有抵抗微生物及酶的作用。在高壓蒸煮和烘烤條件下都很穩定。在酸性產品中也很穩定，而以pH在4.0—7.5條件下性能最好。貯藏時其質構不受時間和溫度的變化而變化。結冷膠使用方便，略加攪拌即分散于水中，加熱即溶解成透明的溶液，冷卻后，形成透明但堅實的凝膠。結冷膠是一種線，性聚合物，當有電解質存在時可形成凝膠。無論是單價陽離子，如鈉和鉀，還是二價陽離子，如鎂和鈣，都可用于與低酰基型結冷膠生成堅實、脆性凝膠。但是最大凝膠硬度和模數是在非常低的二價陽離子濃度日鏟生的。大約0.5mm的鈣和鎂離子等于約150mm鉀和鈉離子在0.5％凝膠中所生成的最大凝膠模數和硬度。低酰基型結冷膠凝膠的模數和硬度隨膠濃度的增加口而增加，而凝膠脆性和彈性保持相對不變。而純化產品由于較高的多糖含量，在任何特定膠濃度時都有較高的硬度和模數。很明顯，膠濃度、離子濃度是相互依存的兩個參數，可用于調節產生最佳凝膠硬度和模數。
從微生物發酵尋找有潛力的微生物多糖有很長的歷史。葡聚糖是第一種被報道的微生物多糖。自從1969年以來。持續的尋求新型的水溶性生多糖的開發研究熱潮中，美國Kelco公司投入大量人力、物力去研制一種更為理想的食品膠。Kelco公司認為一種理想的食品膠應該具有容易使用、適宜的風味釋放性、高熱穩定性、在口中易融化、透明度高、凝膠的時間和溫度可變動、不需或稍微加熱即可成凝膠、凝膠不受pH值影響(pH值介于3.2—7.5之間)、產品穩定、具有多樣的組織特性等特性。
正是按照這些標準，20世紀70年代末期發現了結冷膠。Kang等1982年首次報道了實驗室規模通過假 單胞菌成功生產結冷膠。結冷膠及結冷膠類多糖的商業規模生產是Kelco公司成功篩選微生物的結果。1988年，日本成功地完成了結冷膠的毒理實驗并準許結冷膠在食品中應用。1992年，美國食品與藥物管理局(FDA)批準結冷膠作為穩定劑和粘結劑在食品中廣泛使用，成為第三種在食品中使用的微生物胞外多糖。除美國外，還有十多個國家批準其用作食品添加劑。
由于Gellangum可以在極低的使用量下產生凝膠，0.25％的使用量就可以達到瓊脂15％的使用量和卡拉膠1％的使用量的凝膠強度，現已逐步代替瓊脂和卡拉膠在食品工業上的應用。Geltangmn生產成本僅比黃原膠略高一些，而當前其售價是黃原膠的數倍，高達40—50美元／kg，有極高商業利潤和市場前景。
我國有關科研院所從1995年起開始研究結冷膠發酵和生產技術，1997年完成中試鑒定，但還未見產品上市。不過，巨大的潛在市場、豐厚的利潤和良好的發展前景刺激了國內許多化工企業，他們紛紛將結冷膠列為“十五”及“十一五"規劃中的發展項目。根據作者了解的情況來看，目前如浙江諸暨、山東淄博、江西吉安和上海等省市近十家企業準備投資建設結冷膠生產裝置，規模多為數百噸級以上水平。但由于結冷膠是多糖膠質大家庭中的新成員，對結冷膠的各種性質及其缺點的認識還在不斷深入。有限的知識也在一定程度上限制了結冷膠的廣泛工業應用。另外一個局限性是結冷膠凝膠的高度脆性，亞洲人喜食彈性膠，對以結冷膠為膠凝劑制成的果凍不太欣賞，認為缺乏嚼勁。當然采用含有酰基的天然結冷膠可以制成彈性膠，但天然結冷膠是不透明的，由此帶來的應用上的局限性。并且，現階段結冷膠應用中一個最大時間題是其價格昂貴，令應用者望而生畏。這樣由于對國內外市場和產業的技術水平不清楚，若國內企業盲目上馬，無節制地擴大生產能力，導致整個產業利潤滑坡，發展困難，會造成不必要的損失。并且，近來經過作者對上述地區有關企業提供的試銷產品進行性能測試并同Kelco公司產品進行對比，結果顯示產品質量指標與后者相比還有一定差距，所以還應該大力提高技術含量和產品質量。相信隨著對結冷膠各種特性認識的深化和國內企業逐漸能自主生產結冷膠，隨著生產廠商規模效益提高，價格下降，結冷膠會成為深受中國食品應用廠家和消費者喜歡的一個產品。微生物多糖結冷膠是我國新型生物技術產業中一種極有發展潛力的食品添加劑。
普魯蘭糖能直接制成薄膜，或在物體表面涂抹或噴霧涂層均可成為緊貼物體的薄膜，普魯蘭糖造膜性強，其水溶液在金屬板上干燥后形成的薄膜，對氧、氮的阻氣性強。形成水溶性的可食薄膜，與其他水溶性高分子物質的相溶性良好。普魯蘭糖薄膜的最特殊的性質是比其他高分子薄膜的透氣性能低，氧、氮、二氧化碳等幾乎完全不能通過。普魯蘭糖分子為線性結構，其水溶液的黏度遠低于其他糖，例如1.5％的黃原膠和海藻酸鈉的水溶液的黏度是普魯蘭多糖溶液的1000倍以上，相對分子質量為10萬的普魯蘭10％水溶液的黏度大約為100mPa.s。它的溶液的粘度隨平均相對分子質量和濃度的增加而增加，但比其他高分子物質黏度增加得少。并且它的黏度的熱穩定性較好。普魯蘭糖的上述特點決定了它在食品、醫藥、化工、日化等工業領域的應用。作者就普魯蘭糖的成膜特性做過食品應用研究，發現利用它優異的成膜性可開發多種較有特色的休閑食品。
雞蛋在冷藏條件不足時，多在蛋殼表面涂石蠟或液體石蠟保藏，但效果不理想。普魯蘭糖或其酯化物用于雞蛋涂層材料，在室溫下可延長保存期，增強蛋殼硬度，減少碰撞破損；蘋果和柑橘類水果不耐存放，易腐爛，常用的冷藏方法效果并不理想，而普魯蘭多糖作為果實的保鮮劑是很理想的，它能克服過去用的涂層劑如丙烯醇、溶劑型蠟、天然蠟和聚乙烯包裝的缺點；蔬菜和水果因含水量和含糖量高而難于保存和保鮮，但以普魯蘭糖作為涂層保鮮劑的主要成分可獲得顯著效果。
普魯蘭糖除了有上述保鮮作用外，普魯蘭糖對食品的加工保存，做低熱量主食、點心或飲料原料以及在食品品質改良、食品成型方面均有顯著效果。在制作軟性咀嚼膠糖時要加入改進品質的膠體物質，其中普魯蘭糖(用量為1％—4％)比其他一些膠體的應用效果更好。添加普魯蘭糖能保持適度的延伸性，制作時不龜裂，有適當的硬度，耐咀嚼，香味保持時間長，耐儲存，咀嚼時口感良好。若單獨使用普魯蘭糖，不添加其他膠類物質也可制成富有咀嚼性的糖。普魯蘭糖具有良好的水溶性和較低的黏度，可以用作乳化分散劑，乳化穩定性高，并賦予食品適當的黏性。在冰淇淋、巧克力制品中加入普魯蘭糖可使表面光澤好、平滑，口感滑潤，口味適當，風味優良。在果汁型飲料、碳酸型飲料中添加少量的普魯蘭糖，制品有適度的濃厚感，口感滑潤、清爽，分散性能好且穩定。
普魯蘭糖與高級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，它的乳化溫度低，用量少，本身穩定不易水解，乳化物穩定性好，受溫度變化影響小。還可用于乳化油、色拉等乳化物或乳化凝膠的制備。
由于普魯蘭糖具有很好的耐鹽和耐酸性能，因此，用于高鹽食品和調料品的增稠，如用于醬油、蝦醬、臆菜，起增加黏性、增加光澤、防止離漿等作用。它的增黏性明顯優于其他多糖，如羅望子膠、刺槐豆膠、卡拉膠。
普魯蘭糖的研究工作起始于德國，英國人在理論方面也做了不少工作。日本進行了比較系統的尤其是生產工藝和產品應用方面的研究，并取得了大量的專利。
普魯蘭糖是國際上新開發的新型多糖，市場需求良好，正逐步擴大生產。近年來，利用生物技術開發的新產品——微生物多糖，以其安全、無毒、理化性質獨特等優良特性，越來越受到人們特別是食品專家們的關注，世界上微生物多糖的年產量增長量均在10％以上，包括普魯蘭糖在內的一些新型微生物多糖年增長量均在30％以上，它們已作為乳化劑、懸浮劑、增稠劑、穩定劑、膠凝劑、成膜劑和潤滑劑等廣泛應用于食品、制藥、石油、化工等多個領域。國際上這種新型多糖大多由黃原膠生產企業開發生產，因為這類新型多糖的一個共同特點是，當分子量高達數百萬時，成熟發酵產品的黏度即高達數萬mPa.s。因此，盡管采用的菌種、生產工藝不同，但在實際生產時可以部分借用黃原膠的生產設備。同時，逐漸形成微生物多糖系列產品，既有利于市場需求，對企業的長遠發展更為有利。這類具有不同性能、不同應用領域的新型微生物多糖包括普魯蘭糖在內將是今后新型發酵工程的一個重要發展方向，國內有關企業應該引起足夠的關注。國內企業若能在原來的黃原膠發酵生產技術和設備基礎上研制生產普魯蘭糖，從產品技術、成本和市場銷售等方面都是十分有利的，也就是說，國內黃原膠生產廠商開發生產普魯蘭糖在國內、國外市場競爭中將更占優勢。
結冷膠(Cellangum)
結冷膠是近年來最有發展前景的微生物多糖之一，是繼黃原膠之后又一能廣泛應用于食品工業的微生物代謝膠。結冷膠過去稱多糖PS—60，于1978年首次發現，在1992年就迅速得到美國FDA的許可應用于食品飲料中，歐共體也于1994年將其正式列入食用安全代碼(E—418)表中，我國在1996年批準其作為食品增稠劑、穩定劑使用(GB2760-96)，可在各類食品中按正常生產需要適量使用。
結冷膠能溶于冷水；但形成凝膠的條件是(1)需要先加熱；(2)有一定量的鹽離子存在。這樣結冷膠溶液才會冷卻后形成熱可逆型凝膠，凝膠的強度、形成溫度及融化溫度都與鹽離子濃度和種類密切相關。凝膠有良好的穩定性，耐酸，耐高溫，熱可逆，還具有抵抗微生物及酶的作用。在高壓蒸煮和烘烤條件下都很穩定。在酸性產品中也很穩定，而以pH在4.0—7.5條件下性能最好。貯藏時其質構不受時間和溫度的變化而變化。結冷膠使用方便，略加攪拌即分散于水中，加熱即溶解成透明的溶液，冷卻后，形成透明但堅實的凝膠。結冷膠是一種線，性聚合物，當有電解質存在時可形成凝膠。無論是單價陽離子，如鈉和鉀，還是二價陽離子，如鎂和鈣，都可用于與低酰基型結冷膠生成堅實、脆性凝膠。但是最大凝膠硬度和模數是在非常低的二價陽離子濃度日鏟生的。大約0.5mm的鈣和鎂離子等于約150mm鉀和鈉離子在0.5％凝膠中所生成的最大凝膠模數和硬度。低酰基型結冷膠凝膠的模數和硬度隨膠濃度的增加口而增加，而凝膠脆性和彈性保持相對不變。而純化產品由于較高的多糖含量，在任何特定膠濃度時都有較高的硬度和模數。很明顯，膠濃度、離子濃度是相互依存的兩個參數，可用于調節產生最佳凝膠硬度和模數。
從微生物發酵尋找有潛力的微生物多糖有很長的歷史。葡聚糖是第一種被報道的微生物多糖。自從1969年以來。持續的尋求新型的水溶性生多糖的開發研究熱潮中，美國Kelco公司投入大量人力、物力去研制一種更為理想的食品膠。Kelco公司認為一種理想的食品膠應該具有容易使用、適宜的風味釋放性、高熱穩定性、在口中易融化、透明度高、凝膠的時間和溫度可變動、不需或稍微加熱即可成凝膠、凝膠不受pH值影響(pH值介于3.2—7.5之間)、產品穩定、具有多樣的組織特性等特性。
正是按照這些標準，20世紀70年代末期發現了結冷膠。Kang等1982年首次報道了實驗室規模通過假 單胞菌成功生產結冷膠。結冷膠及結冷膠類多糖的商業規模生產是Kelco公司成功篩選微生物的結果。1988年，日本成功地完成了結冷膠的毒理實驗并準許結冷膠在食品中應用。1992年，美國食品與藥物管理局(FDA)批準結冷膠作為穩定劑和粘結劑在食品中廣泛使用，成為第三種在食品中使用的微生物胞外多糖。除美國外，還有十多個國家批準其用作食品添加劑。
由于Gellangum可以在極低的使用量下產生凝膠，0.25％的使用量就可以達到瓊脂15％的使用量和卡拉膠1％的使用量的凝膠強度，現已逐步代替瓊脂和卡拉膠在食品工業上的應用。Geltangmn生產成本僅比黃原膠略高一些，而當前其售價是黃原膠的數倍，高達40—50美元／kg，有極高商業利潤和市場前景。
我國有關科研院所從1995年起開始研究結冷膠發酵和生產技術，1997年完成中試鑒定，但還未見產品上市。不過，巨大的潛在市場、豐厚的利潤和良好的發展前景刺激了國內許多化工企業，他們紛紛將結冷膠列為“十五”及“十一五"規劃中的發展項目。根據作者了解的情況來看，目前如浙江諸暨、山東淄博、江西吉安和上海等省市近十家企業準備投資建設結冷膠生產裝置，規模多為數百噸級以上水平。但由于結冷膠是多糖膠質大家庭中的新成員，對結冷膠的各種性質及其缺點的認識還在不斷深入。有限的知識也在一定程度上限制了結冷膠的廣泛工業應用。另外一個局限性是結冷膠凝膠的高度脆性，亞洲人喜食彈性膠，對以結冷膠為膠凝劑制成的果凍不太欣賞，認為缺乏嚼勁。當然采用含有酰基的天然結冷膠可以制成彈性膠，但天然結冷膠是不透明的，由此帶來的應用上的局限性。并且，現階段結冷膠應用中一個最大時間題是其價格昂貴，令應用者望而生畏。這樣由于對國內外市場和產業的技術水平不清楚，若國內企業盲目上馬，無節制地擴大生產能力，導致整個產業利潤滑坡，發展困難，會造成不必要的損失。并且，近來經過作者對上述地區有關企業提供的試銷產品進行性能測試并同Kelco公司產品進行對比，結果顯示產品質量指標與后者相比還有一定差距，所以還應該大力提高技術含量和產品質量。相信隨著對結冷膠各種特性認識的深化和國內企業逐漸能自主生產結冷膠，隨著生產廠商規模效益提高，價格下降，結冷膠會成為深受中國食品應用廠家和消費者喜歡的一個產品。微生物多糖結冷膠是我國新型生物技術產業中一種極有發展潛力的食品添加劑。
