植物多糖膠的概念
多糖膠是由甘露糖、半乳糖、木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、果糖、岩藻糖、鼠李糖等單糖和部分相應的糖醛酸按一定比例組成的多糖,屬於天然高分子複雜化合物,其具有較好的粘性,能與水結合形成膠體溶液,相對分子質量介於5萬一50萬之間。功能性多糖膠因具有增稠性、膠凝性、乳化穩定性、成膜性、懸浮分散性、保水持水性和控制結晶性等而被廣泛用作增稠劑、穩定劑、粘合劑、膠凝劑、浮選劑、絮凝劑、分散劑等套用於石油鑽采、食品醫藥、紡織印染、採礦選礦、兵工炸藥、日化陶瓷、建築塗料、木材加工、造紙、農藥等諸多行業(Garti等,1994;Huang等,2001;Cheng等,2002;Brummer等,2003)。隨著人們生活質量提高和對環境問題日益重視,天然功能性多糖膠的套用領域越來越廣,多糖膠的市場需求量也呈爆發性增長趨勢。預測未來5年內,我國對植物多糖膠的需求量年遞增10%以上。
植物多糖膠的共同特性是在低濃度條件下(<1%)形成高粘度的水溶液,溶液呈現非牛頓流體的特性。膠液加熱時可逆地稀化且當升高的溫度被保持時,又隨時間不可逆地降解,溶液的表觀粘度將隨剪下速率的增加而急劇下降,然後趨於穩定並逐漸接近最低極限值。此外,植物多糖膠還具有降血糖、降血脂、抗輻射、潤腸減肥、與微生物多糖形成凝膠等特性。多種功能集於一體的天然多糖膠具有不可替代的地位。1.2植物多糖膠的結構和來源1.2.1植物植物多糖膠的結構
半乳甘露聚糖是一種中性水溶性多糖,具有相同的分子基本結構,以1-4連線的β-D-甘露糖為主鏈,α-D-半乳糖殘基通過((1,6)連線附著在甘露糖的O-6單元上。半乳甘露聚糖膠的來源不同,其半乳糖取代度和分子量分布不同。
植物多糖膠的來源
植物多糖膠主要是從木本或草本植物種子的胚乳中分離得到的,國際上以瓜爾膠和刺槐豆膠為主,半乳甘露聚糖種子膠的單糖組成為半乳糖和甘露糖,它是一種高分子碳水化合物,可以製備得到多種功能的高附加值功能產品。半乳甘露聚糖是植物膠膠體的重要組成,它的一個主要來源是豆科植物的種子,半乳甘露聚糖存在於種子胚乳的細胞壁中。
我國植物膠資源品種多、分布廣,產量較大的有田蓄、胡蘆巴、皂莢、野皂莢、塔拉、槐豆、決明、望江南等。田著豆科田著屬(SesbaniacannabinaPers),是著名的一年生綠肥植物,能耐鹽鹼、耐澇、耐脊薄土壤。田薔作為改良土壤的綠肥資源,在八十年代曾得到迅猛發展,田蓄膠也在一定時期替代進口瓜爾膠套用於相關的工業生產中。胡蘆巴豆科(TrigonellafoenumgraecumL.)蝶型花亞科胡蘆巴屬,主要出產於我國的江蘇、安徽、河南、陝西、甘肅和寧夏、內蒙古等地。早在西漢時期我國就開始種植胡蘆巴,至今己有二千多年的歷史。胡蘆巴種子是傳統的中藥材,胡蘆巴膠具有水不溶物含量低、凍膠性能優越等特性,近年來得到了一定的發展,在我國安徽、江蘇、寧夏、內蒙古等地都有胡蘆巴種植基地。塔拉(CaesalpiniaspinosaKuntze)又名刺雲實,豆科蘇木屬。塔拉是我國作為單寧植物資源從南美洲引種栽培的經濟植物,“九五”期間我國西南部己引種栽培50,000畝塔拉資源,塔拉種子是理想的植物膠資源之一。槐樹豆科苦參屬,落葉喬木。槐樹是集藥用、材用、食用、觀賞於一身的多用途樹種,分布於全國各地,是我國歷史悠久的庭園樹種。目前,我國北方一些大城市也把槐樹作為城市園林綠化的優良樹種。皂英(GleditisiasinensisLam.)豆科皂莢屬,落葉喬木或小喬木。皂莢樹根系發達,耐旱節水,生長快速,結實好,具有固氮性能,是營造農田防護林、水土保持林和城鄉景觀林的理想生態樹種。野皂莢CGleditisiamicroophyllaBunge)豆科皂莢屬,灌木或小喬木。野皂莢具有抗乾旱、耐痔薄、適應性強等特點,是太行山石質山地陽坡的當家樹種,在太行山石質山地分布廣泛,資源豐富,該地區每年約有50,000噸野皂莢種子可供開發利用。國內外己有關於皂莢屬植物多糖膠的研究報導,但未見有皂莢和野皂莢多糖的研究。由此可見,我國植物膠資源分布廣、蘊藏量大、品質好,但我國長期以來卻需要進口大量以瓜爾膠為主的植物膠,究其原因,是由於缺乏對我國植物膠資源種子組成、多糖膠結構和性質以及多糖膠提取等高效利用技術的系統研究。
植物多糖膠的分離純化
當分散在水溶液中半乳甘露聚糖呈摺疊或無規則纏繞構象,由於半乳糖側鏈空間位阻影響,導致半乳甘露聚糖鏈之間的氫鍵顯著減少。加入脫水劑(如乙醇和異丙醇)可以通過與水的競爭,促進水溶性聚合物的分子內關聯。介電常數是一個衡量溶劑增強溶質分子間引力的重要指標,其最終導致了沉澱的析出。乙醇和異丙醇具有比水更低的介電常數。加入醇溶劑,降低了多糖水溶液的介電常數,並引發多糖構象的改變,從而使聚合物分子聚集並沉澱。
皂莢糖膠概述
皂莢糖膠(gleditsiasinensislamgum)是由皂莢(GleditsiasinensisLam.)種子經水浸泡、粉碎、乾燥等步驟加工製得的食品添加劑。皂莢糖膠為白色或乳白色粉末,是多糖類聚合體,主要由β-(1,4)-糖苷鍵連線而成的D-吡喃甘露糖主鏈和α-(1,6)-糖苷鍵連線而成的D-吡喃半乳糖支鏈構成,其中半乳糖與甘露糖比為1:3~1:4。
皂莢糖膠作為增稠劑,可用於雪糕類、冰淇淋、專用小麥粉、調味品、飲料類(飲用水除外),最大使用量為4g/kg。