科学认识结冷胶

      结冷胶（GELLAN GUM)别名凯可胶、洁冷胶。主要成分是由葡萄糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖按2∶1∶1的比例，四种单糖为重复结构单元所组成的线形多聚糖。在天然的高乙酰结构中有乙酰基和甘油酸基存在，它们都位于同一个葡萄糖基上，而且平均每一个重复结构有一个甘油酸基，而每两个重复结构有一个乙酰基。经用氢氧化钾皂化后，即转变成低乙酰结冷胶。葡萄糖醛酸基上可被钾、钠、钙和镁盐中和。另含发酵生产时所产生的少量氮。

　　结冷胶的结构及性状

　　结冷胶又称凯可胶，是一种高分子线性多糖，由4个单糖分子组成的基本单元重复聚合而成。其基本单元是由1，3—和1，4—连接的2个葡萄糖残基，1，3—连接的1个葡萄糖醛酸残基和1，4—连接的1个鼠李糖残基组成。其中葡萄糖醛酸可被钾、钠、钙、镁中和成混合盐。天然结冷胶含有O—酰基（甘油酰基和乙酰基）。高酰基结冷胶可形成高弹性低硬度凝胶。乙酰化结冷胶通过碱处理除去O—酰基后生成低酰基结冷胶，再经过滤可得到纯化低酰基结冷胶，即商品结冷胶，其相对分子质量约为50万。

　　结冷胶干粉呈米黄色，无特殊的滋味和气味，约于150℃不经熔化而分解。耐热、耐酸性能良好，对酶的稳定性也高。不溶于非极性有机溶剂，也不溶于冷水，但略加搅拌即分散于水中，加热即溶解成透明的溶液，冷却后，形成透明且坚实的凝胶。溶于热的去离子水或整合剂存在的低离子强度溶液，水溶液呈中性。

　　结冷胶在阳离子存在时，在加热后冷却时生成坚硬脆性凝胶。其硬度与结冷胶浓度成正比，并且在较低的二价阳离子浓度时产生最大凝胶硬度。结冷胶一般用量0.05%即可形成凝胶(通常用量为0.1%—0.3%)。所形成的凝胶富含汁水，具有良好的风味释放性，有入口即化的口感。结冷胶凝胶的凝固温度在30—45℃范围内，而凝胶的熔化温度既可低于又可高于100℃，这取决于阳离子类型和浓度等条件。添加黄原胶和槐豆胶到结冷胶中，可使其凝胶硬度降低而弹性增强。

　　结冷胶的制法

　　结冷胶的制法是由假单胞杆菌在葡萄糖、玉米糖浆、磷酸盐、蛋白质、硝酸盐和微量元素组成的液体培养基中培养两天，得到一种天然的、高乙酰基结冷胶。这时得到的结冷胶在其葡萄糖基上结有半个乙酰基和半个甘油酸酯，由于乙酰基的存在会严重影响其凝胶特性，故需在所得的醪液中加入氢氧化钾使其呈碱性，以脱去乙酰基和甘油基，以取得低乙酰基结冷胶。然后加热、过滤，用异丙醇醇析而得脱乙酰基的澄清结冷胶。

　　结冷胶在含有碳源、有机和无机氮源、磷酸盐适量微量元素的介质中，通过通风发酵被生产。发酵在消毒的条件下严格控制通气量、搅拌、温度和pH值，发酵完成后，用物理、化学方法分离菌丝蛋白得到结冷胶产品。

　　结冷胶的特性

　　热稳定性

　　结冷胶具有良好的热稳定性，它能承受多个周期的热处理。

　　毒性

        LD50大鼠口服为5000毫克/千克体重。ADI无需规定。

        滞后性

        结冷胶具有显著的温度滞后性，即胶凝温度远低于凝胶的融化温度。通常，胶凝温度介于20—50℃，而融化温度则介于65—120℃。胶凝温度和融化温度的大小主要取决于凝胶的形成条件，如阳离子的类型和浓度等。结冷胶的温度滞后性对食品工业具有重要的实用意义。例如，有些制品要求在加上过程中凝胶后再融化；而其他制品要求在热处理过程中凝胶结构保持稳定。

　　结冷胶的成分解析

　　复合盐

　　纯的结冷胶是一种复合盐，不溶于冷水，但在搅拌下可直接分散于去离子水中，提高水中阳离子的浓度，如硬度中等的水(相当于含碳酸钙，180毫克/千克)，有助于其在水中的分散。但钙离子、镁离子、钠离子、钾离子等离子(如硬水)能阻止已分散的结冷胶加热水化，阳离子的浓度越高，则即使加热至沸也无法使之水化。

　　在已经分散的水中，加入少量整合剂(如柠檬酸钠、六偏磷酸钠)，可使分散的结冷胶即使在硬度很高的水中也能水化，只要所加螯合剂的量与钙离子等的含量适当，甚至可溶于冷水。热的均匀水化的胶溶液冷却后可直接成为凝胶，但需加入阳离子后方能凝结，并随着阳离子浓度的提高可使凝胶的硬度和模量提高到最大值，但浓度超过一定限度，又会使凝胶体的硬度和模量下降，而且一价阳离子与两价阳离子的最适浓度并不一样。

　　酸碱效果

　　绝大多数食品的pH值介于4.0—8.0，结冷胶凝胶在这个pH值范围内，其凝胶强度几乎不随pH值变化而变化，而结冷胶应用于食品中时，可以不考虑pH值的影响。美国一些专家研究指出：二价阳离子所形成的结冷胶凝胶。其强度在pH值小于3.5或大于8.5时，凝胶强度迅速下降；一价阳离子所形成的凝胶，其强度在pH值介于3.5—11.5之间有微小的波动。但是，在相同胶浓度的条件下所形成的凝胶，二价阳离子的凝胶强度比一价阳离子的凝胶强度要大得多。

　　酶的作用

　　美国一些科技人员曾将各种酶(包括果胶酶、α—淀粉酶、β—淀粉酶、纤维素酶、褐藻酸酶、木瓜蛋白酶、脂肪酶等)添加于结冷胶溶液中，结果发现，任何一种酶对结冷胶溶液的黏度以及凝胶的强度均没有影响，由于具备这种性质，结冷胶可以替代琼脂作为微生物培养基的胶凝剂。

　　其他胶类

　　在与其他胶类复配时，槐豆胶、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素、黄原胶等非凝胶性水溶胶对结冷胶凝胶体的组织特性无明显影响。但如加入明胶、黄原胶与槐豆胶的混合物，淀粉等凝胶性水溶胶时，可使组织结构发生明显变化。

　　结冷胶生产与研究发展方向

　　结冷胶作为微生物代谢胶，生产周期短，不受气候和地理环境条件的限制，可以在人工控制条件下利用各种废渣、废液进行生产，再加上其安全无毒、理化性质独特等优良特性，在食品工业中有着广泛的应用前景。

　　虽然结冷胶生产取得了许多成果，但还存在一些问题,如产量低、用于通气搅拌的能源高、提纯用的有机溶剂耗量大、有机溶剂的回收较困难等。因而如果能利用基因工程手段将产胶基因转移到嫌气性微生物中正常表达，从而在无氧或微氧条件下生产就可降低成本。总之，通过基因工程手段筛选优质多糖产生菌，并利用现代生物技术构建具有多种优异性能的基因工程菌与细胞工程菌来提高结冷胶产率与质量，将是未来结冷胶生产与研究的发展方向。