结冷胶是经发酵、脱乙酰基、澄清、沉淀、压榨、干燥、粉碎等过程而制成的微生物胞外多糖。结冷胶呈米黄色,无特殊的滋味和气味。结冷胶有高酰基和低酰基之分,一般发酵方法得到的结冷胶是高酰基结冷胶,如将获得的产品用碱处理(pH=10条件下)并经加热处理,可除去分子上乙酰基和甘油基团,就可得到用途更广的脱乙酰基结冷胶(低酰基结冷胶)。
一般来说,天然型结冷胶主链上接有酰基,所形成凝胶柔软、富有弹性、且黏着力强,与黄原胶和刺槐豆胶性能相似;低酰基型凝胶具有强度大、易脆裂特性,与卡拉胶和琼脂特性相似,由于生产工艺和产量的限制工业上常用的是低酰基型结冷胶。以下是亲水胶体结冷胶的性质与应用。
亲水胶体结冷胶的性质
(1)安全无毒:结冷胶作为微生物发酵生产得到的微生物胞外多糖,得到很多国家批准使用,没有毒性,可安全使用;
(2)热稳定性好:在121℃下处理15min,经过六个周期,其凝胶强度仍可保留一半,而通过相同处理的琼脂凝胶强度却较少了84% ;
(3)耐酸碱:pH在4~1O之间都能表现出其性质,比同类食品添加剂稳定,适用于大部分食品;
(4)遇大部分酶不变性:将各种酶(果胶酶、淀粉酶、纤维素酶、木瓜蛋白酶等)添加到结冷胶溶液中,结冷胶溶液的粘度及凝胶强度无明显改变;
(5)高效性:仅需0.25% 的用量就能达到1.5%琼脂和1%卡拉胶所能达到的凝胶强度;
(6)复配性好:结冷胶与其他胶体一起应用于食品中,可赋予产品独特的口感和风味。
亲水胶体结冷胶的应用
食品方面:布丁,果冻,白糖,饮料,奶制品,果酱制品,面包填料,表面光滑剂,糖果,糖衣,调味料等。
医药方面:眼药水,软硬胶囊,包衣剂。
微生物方面:替代琼脂制作培养基。
化工方面:涂膜,胶黏剂,牙膏。
农业方面:叶肥,缓释肥料。
现代医学研究结果表明,高脂、高盐类食品是诱发肥胖症、心脑血管病等现代文明病的重要因子。肉制品是人类食物蛋白质的重要来源,开发低脂、低盐类肉制品是肉类工业发展的主要方向。结冷胶是一种由伊东藻假单孢杆菌产生的高分子胞外杂多糖。是由葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸重复聚合而成的阴离子线性多糖,在结冷胶的葡萄糖单元上包含影响结冷胶凝胶特性的脂酰基。
低脂酰基的结冷胶产生坚固的、无弹性、脆的凝胶,具有更大的商业价值。结冷胶干粉呈朱黄色,无特殊的滋味和气味,约150℃时不经熔化而分解。在0.01%-0.04%的范围内呈假塑性流体特性,当使用量>0.05%,即可形成澄清透明的凝胶,0.1%-0.25%的使用量就可以达到琼脂1.5%的使用量和卡拉胶1%的使用量所产生的凝胶强度。
作为一种新型的食品添加剂,结冷胶已经在糖果、乳制品、面制品和饮料工业中得到了广泛的应用。由于其优越的特性在肉制品中也得到了应用。
结冷胶添加量对牛肉糜与凝胶pH值的影响
添加结冷胶后,牛肉糜与牛肉凝胶pH值均极显著的增加(p<0.01)。当添加量≥0.6%,牛肉糜各添加组之间的pH值无显著差异(p>0.05),牛肉凝胶pH值变化与之相同。此外,在同水平的结冷胶添加量下,牛肉凝胶的pH值要高于肉糜pH值。这与加热中肌肉蛋白质酸性基团的减少有关。
结冷胶添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响
随着结冷胶添加量的增加,凝胶蒸煮损失是逐渐降低的。0.2%的结冷胶添加量就可以显著降低凝胶蒸煮损失(p<0.05),但0.4%与0.6%的添加水平之间无显著差异(p>0.05)。
Lawrie指出,提高pH值可以增加肌原纤维蛋白阴离子的总数,从而提高肉的持水性。蛋白质分子的静电荷对蛋白质的持水性有两方面的影响,一是静电荷使蛋白质吸收水的强力中心增多,持水性增强;二是静电荷使蛋白质分子间有静电排斥力,使结构疏松,形成更大的空间束缚水分,导致持水性的增加。由结冷胶对肉糜凝胶pH值的影响可知,添加结冷胶后,凝胶的pH值的上升,是导致添加组相对对照样凝胶蒸煮损失降低的主要原因。随着结冷胶的添加量的增加凝胶蒸煮损失是逐渐降低的,这可能是由于结冷胶充填于凝胶的三维空间的间隙中,导致了凝胶蒸煮损失的降低。
结冷胶添加量对牛肉凝胶保水性的影响
研究结果发现,与对照组相比,0.8%结冷胶的添加量对保水性无显著影响(p>0.05);其余添加水平极显著的降低了牛肉凝胶的保水性(p<0.01),但是各添加水平之间对牛肉凝胶的保水性无显著差异(p>0.05)。这样的结果还有待近一步的研究。
结冷胶添加量对牛肉凝胶色泽的影响
用三组不同量的结冷胶与对照组相比,均无显著差异(p>0.05)。这与Kuo-WeiLin研究的结冷胶与魔芋胶对法兰克福香肠色泽影响的结果是相似的。
结冷胶添加量对牛肉凝胶质构的影响
从牛肉凝胶硬度的影响可以看出,与对照组比较,添加了结冷胶以后,牛肉凝胶硬度极为显著地降低(p<0.01),且随着添加量的增加,硬度依次降低。结冷胶对凝胶凝聚性及弹性无显著影响(p>0.05),但有轻微的下降。添加结冷胶可以极显著降低牛肉凝胶的咀嚼性(p<0.01)。
可以。质构是反映凝胶性质的重要因素之一,通过全质构分析所得的数据,可以评价马铃薯淀粉-结冷胶复配体系形成的凝胶的性质。由于0.5%的马铃薯淀粉体系加入钙离子后不能形成凝胶,故末做其质构分析。
当马铃薯淀粉-结冷胶配比为4:1时,加入盐离子能够使体系形成稳定的凝胶。随者结冷胶含量增加,体系的凝胶硬度显著地增大(p<0.05),这与结冷胶在钙离子存在下能形成稳定的网格结构有关。在钙离子的存在下,可以屏蔽结冷胶分子间的排斥作用,当温度从热到冷的变化过程中会迅速形成凝胶,导致凝胶硬度增加。当马铃薯淀粉-结冷胶配比为0:5时,形成的凝胶硬度进一步增加。在4℃下储藏不同时间,这三者的凝胶硬度变化均不明显,这可能是由于在钙离子体系下,结冷胶分子间形成三维网络结构,阻碍淀粉颗粒重新排布与缔合,从而提高了凝胶的稳定性。同时,结冷胶也能提高凝胶弹性,并维持稳定。由于食品体系中含有钙离子,所以添加少量结冷胶可以改变淀粉基食品的质构特性。
1982年Kang等首次报道了利用一种好氧性革兰氏阴性菌伊乐假单胞菌(ATCC31461),最后命名为少动鞘脂假单胞菌(Sphingomonas paucimobilis),在实验室规模下成功生产结冷胶,称为多糖PS-60。1992年美国食品与药物管理局(FDA)批准结冷胶作为粘结剂和稳定剂在食品中广泛使用。2000年底以后,中国才有结冷胶的大规模工业化生产,但是目前发酵及提取的成本相对较高,有待进一步提高生产工艺。
结冷胶是继黄原胶之后当前国际上性能最为优越的生物胶之一,然而其优良性状的应用价值还未完全开发出来。随着分子生物技术的发展,采用基因工程的手段,定向构建结冷胶高产菌株将成为可能,从而提高结冷胶产量,减少生产成本。
其次,从原料角度上看,目前工业生产结冷胶发酵培养基中的碳源为蔗糖或葡萄糖,与普通淀粉、糖蜜相比,价格较高,增加了生产成本,导致最终售价较高,因此,以糖蜜、淀粉甚至纤维素为初级原料是发展趋势。
由于结冷胶安全无毒,且具有耐酸碱、热稳定性好等优势,因而在各行各业都有很大的应用前景。目前,结冷胶在我国售价较为昂贵,因而,提高结冷胶的生产产量、扩大生产规模、减少生产成本成首要任务,未来结冷胶价格有望降低。