黃原膠是一種具有廣泛用途的微生物多糖，具有優(yōu)良的懸浮性、乳化性、流變性、熱穩(wěn)定性，酸、堿穩(wěn)定性，常被用作懸浮劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、增稠劑。它的應(yīng)用涵蓋了從食品工業(yè)到化學(xué)工業(yè)的眾多領(lǐng)域。作者簡(jiǎn)要介紹了黃原膠的結(jié)構(gòu)、性能，綜述了它在食品工業(yè)及化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，重點(diǎn)論述了它在日用化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，文章最后指出了我國(guó)在黃原膠應(yīng)用方面的不足及以后的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：黃原膠;結(jié)構(gòu);性能;應(yīng)用 前言 黃原膠,又稱(chēng)黃膠、漢生膠，是一種自然多糖和重要的生物高聚物，由甘藍(lán)黑腐病野油菜黃單胞菌以碳水化合物為主要原料，經(jīng)好氧發(fā)酵生物工程技術(shù)產(chǎn)生的。1952年由美國(guó)農(nóng)業(yè)部伊利諾斯州皮奧里爾北部研究所分離得到的甘藍(lán)黑腐病黃單胞菌，并使甘藍(lán)提取物轉(zhuǎn)化為水溶性的酸性胞外雜多糖而得到[1]。黃原膠可以溶于冷水和熱水中，具有高粘度，高耐酸、堿、鹽特性、高耐熱穩(wěn)定性、懸浮性、觸變性等，常被用作增稠劑、乳化劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑，具有廣闊的市場(chǎng)前景，廣泛應(yīng)用于日用化工、食品、醫(yī)藥、采油、紡織、陶瓷、印染等領(lǐng)域。 1. 黃原膠的結(jié)構(gòu) 黃原膠分子由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸構(gòu)成的“五糖重復(fù)單元”結(jié)構(gòu)聚合體，分子量在2×106～20×106之間[2]，所含乙酸和丙酮酸的比例取決于菌株和后發(fā)酵條件。黃原膠聚合物骨架結(jié)構(gòu)類(lèi)似于纖維素，但是黃原膠的獨(dú)特性質(zhì)在于每隔一個(gè)單元上存在的由甘露糖醋酸鹽、終端甘露糖單元以及兩者之間的一個(gè)葡萄糖醛酸鹽組成的三糖側(cè)鏈。側(cè)鏈上的葡萄糖醛酸和丙酮酸群賦予了黃原膠負(fù)電荷。帶負(fù)電荷的側(cè)鏈之間以及側(cè)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(zhì)。黃原膠高級(jí)結(jié)構(gòu)是側(cè)鏈和主鏈間通過(guò)氫鍵維系形成螺旋和多重螺旋。黃原膠的二級(jí)結(jié)構(gòu)是側(cè)鏈繞主鏈骨架反向纏繞，通過(guò)氫鍵維系形成棒狀雙螺旋結(jié)構(gòu)。黃原膠的三級(jí)結(jié)構(gòu)是棒狀雙螺旋結(jié)構(gòu)間靠微弱的非極性共價(jià)鍵結(jié)合形成的螺旋復(fù)合體。 在低離子強(qiáng)度或高溫溶液中，由于帶負(fù)電荷側(cè)鏈間的彼此相互排斥作用，黃原膠鏈形成一種盤(pán)旋結(jié)構(gòu)。然而即使電解質(zhì)濃度的少量增加也會(huì)減少側(cè)鏈間的靜電排斥，使得側(cè)鏈和氫鍵盤(pán)繞在聚合物骨架上，聚合物鏈伸展成為相對(duì)僵硬的螺旋狀桿。隨著電解質(zhì)濃度的增加，這種桿狀結(jié)構(gòu)在高溫和高濃度的狀態(tài)下也能穩(wěn)定存在。在離子強(qiáng)度高于0.15mol/L 時(shí)，此結(jié)構(gòu)可維持至100℃而不受影響。 一般水溶性聚合物骨架被化學(xué)藥品或酶攻擊、切斷后，會(huì)喪失其增稠能力。而在黃原膠溶液中，聚合物骨架周?chē)p繞的側(cè)鏈?zhǔn)顾庥诒还?，所以黃原膠對(duì)化學(xué)藥品和酶攻擊的降解具有良好的抵抗性。 2.黃原膠的性能 黃原膠是一種類(lèi)白色或淺黃色的粉末,是目前國(guó)際上集增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定于一體,性能較為優(yōu)越的生物膠[3]。分子側(cè)鏈末端含有丙酮酸基團(tuán)的多少，對(duì)其性能有很大影響[4]。黃原膠具有長(zhǎng)鏈高分子的一般性能，但它比一般高分子含有更多的官能團(tuán)，在特定條件下會(huì)顯示獨(dú)特性能。它在水溶液中呈多聚陰離子且構(gòu)象是多樣的，不同條件下表現(xiàn)出不同的特性,具有獨(dú)特的理化性質(zhì)。具體表現(xiàn)為： 2.1 懸浮性和乳化性 黃原膠因?yàn)榫哂酗@著的增加體系粘度和形成弱凝膠結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)而經(jīng)常被使用于食品或其它產(chǎn)品，以提高O/W乳狀液的穩(wěn)定性。但麻建國(guó)[5]等的研究發(fā)現(xiàn)，只有黃原膠的添加量達(dá)到一定量后，才能得到預(yù)定的穩(wěn)定作用。在黃原膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001％時(shí)，試驗(yàn)體系的穩(wěn)定性變化不大；質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.01～0.02％時(shí)樣品底部富水層出現(xiàn)，但體系無(wú)明顯分層；質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.02％時(shí)，乳狀液很快分層。只有當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.25％時(shí)，黃原膠才能起到提高體系穩(wěn)定性的作用。 2.2 水溶性 黃原膠在水中能快速溶解，有很好的水溶性。特別是在冷水中也能溶解，可省去繁雜的加熱過(guò)程，使用方便。 2.3 增稠性 吉武科[6]等在25℃條件下，用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)6r/min時(shí)測(cè)得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％、0.2％、0.3％、0.7％、0.9％的黃原膠粘度分別為100 mPa.s、480 mPa.s、1300 mPa.s、5400 mPa.s和8600 mPa.s。從測(cè)試結(jié)果可以看出隨著濃度的遞減，粘度不成比例的降低，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3％是高低粘度的分界點(diǎn)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的黃原膠粘度為100mPa.s左右，而許多其它膠類(lèi)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％時(shí)，粘度幾乎為零。由此可見(jiàn)，黃原膠具有低濃度高粘度的特性。 2.4 流變性 即觸變或假塑性，黃原膠的水溶液，在受到剪切作用時(shí)，粘度急劇下降，且剪切速度越高，粘度下降越快，如6r/min時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％的黃原膠粘度為1300 mPa.s,而60r/min時(shí)它的粘度僅為400 mPa.s,還不到原來(lái)的三分之一，當(dāng)剪切力消除時(shí)，則立即恢復(fù)原有的粘度。剪切力和粘度的關(guān)系是完全可塑的[7]。當(dāng)黃原膠與納米微晶纖維素復(fù)配時(shí)，能在水中形成高強(qiáng)度的全天然生物膠，其觸變性變得更強(qiáng)[8]。 2.5 熱穩(wěn)定性 一般的多糖因加熱會(huì)發(fā)生粘度變化，但黃原膠的水溶液在10～80℃之間粘度幾乎沒(méi)有變化，即使低濃度的水溶液在很廣的溫度范圍內(nèi)仍然顯示出穩(wěn)定的高粘度。黃原膠溶液在一定的溫度范圍內(nèi)（－4～93℃）反復(fù)加熱冷凍，其粘度幾乎不受影響[4]。 2.6 酸堿穩(wěn)定性 黃原膠溶液對(duì)酸堿十分穩(wěn)定，在酸性和堿性條件下都可以使用。黃原膠溶液在pH 2～12 之間粘度幾乎保持不變。雖然當(dāng)pH值等于或大于9時(shí)，黃原膠會(huì)逐漸脫去乙?；?，而在pH小于3時(shí)丙酮酸基也會(huì)失去。但無(wú)論是去乙?；蚴潜峄鶎?duì)黃原膠溶液的粘度影響都很小[2]。即黃原膠溶液在pH2～12范圍內(nèi)粘度比較穩(wěn)定，所以對(duì)于含高濃度酸和堿的混合物，黃原膠是一個(gè)很好的選擇。 2.7 鹽穩(wěn)定性 在多種鹽存在時(shí)，黃原膠具有良好的相容性和穩(wěn)定性。它可在10％KCL、10％CaCl2、5％Na2CO3溶液中長(zhǎng)期存放（25℃、90天），粘度幾乎保持不變[4]。 2.8 酶穩(wěn)定性 通常的微生物酶類(lèi)或工業(yè)酶類(lèi)，如蛋白酶、纖維。 3. 黃原膠的應(yīng)用 3.1 黃原膠在日用化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用 3.1.1 在化妝品行業(yè)中的應(yīng)用 黃原膠在化妝品行業(yè)中的最重要用途是用于牙膏。其優(yōu)良的剪切稀化流動(dòng)行為使牙膏易于從管中擠出和泵送分裝。黃原膠是所有類(lèi)型牙膏的優(yōu)良結(jié)合劑，其易于水化、優(yōu)秀的酶穩(wěn)定性可生產(chǎn)出均勻穩(wěn)定的產(chǎn)品，并改良產(chǎn)品的延展成條性[10]。 對(duì)護(hù)膚霜和乳液，黃原膠提供優(yōu)良的穩(wěn)定性。黃原膠靜置時(shí)的高粘度有利于個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中均勻分散油相的穩(wěn)定，擦用時(shí)的剪切變稀性質(zhì)則提供了良好的潤(rùn)滑和爽膚作用[10]?？寡趸瘎┛箟难幔?yàn)槟艽龠M(jìn)膠原蛋白合成， 預(yù)防老化，減少細(xì)紋、淡化黑色素常用于護(hù)膚類(lèi)化妝品中，但是為了把有效成分運(yùn)送到特定位置必須選用合適的運(yùn)送體系，這時(shí)在o/w的微乳化體系中加入少量黃原膠作為增稠劑可以起到很好的效果[11]。黃原膠還可以作為遮光劑用于防曬類(lèi)護(hù)膚品中，使皮膚免受紫外線(xiàn)的傷害[12]。另外黃原膠也可以作為增稠劑在低pH值和高電解質(zhì)存在的條件下用于美白化妝品中[13]。 黃原膠用于眼影中可以使眼影具有流體結(jié)構(gòu)，良好的穩(wěn)定性，更重要的是可以讓眼影在45℃的條件下保存兩個(gè)月[14]。 洗滌香波由于易于使用，和在頭發(fā)上易于擴(kuò)散而被人們廣泛接受。但是，當(dāng)洗發(fā)香波里含有小尺寸顆?；钚猿煞謺r(shí)，這些顆粒的懸浮和沉積就會(huì)帶來(lái)各種問(wèn)題。這時(shí)如果加入少許黃原膠就可以改良香波的流動(dòng)性質(zhì)，懸浮不溶性色素和藥用成分，產(chǎn)生穩(wěn)定、豐富、細(xì)膩的奶油狀泡沫，而且在廣范圍pH值內(nèi)與表面活性劑及其他添加劑有協(xié)同相互作用[15]。就有專(zhuān)利報(bào)道了用黃原膠改善去屑香波里硫化硒的沉積性[16],穩(wěn)定香波里分散、不溶、非揮發(fā)的硅樹(shù)脂相[17]。 經(jīng)過(guò)熱處理后的黃原膠作為固定劑用于頭發(fā)化妝品中比其他固定劑具有更多的優(yōu)點(diǎn)，包括流變改進(jìn)、突出的硬度，光澤等[18]。 3.1.2 在其他日化工業(yè)中的應(yīng)用 表面活性劑和高聚物的混合體系在很多方面都有潛在的應(yīng)用價(jià)值，無(wú)論是陰離子、陽(yáng)離子和非離子表面活性劑在溶液中都可以和水溶性高聚物交聯(lián)，而且交聯(lián)作用很大程度上取決于表面活性劑和高聚物自身的性質(zhì)。兩性離子表面活性劑兼具陰離子和陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)，黃原膠是具有優(yōu)良理化性質(zhì)的水溶性高聚物，所以很多學(xué)者都把兩性離子表面活性劑和黃原膠作為研究體系，如徐桂英[19]等研究了兩性離子表面活性劑甜菜堿和黃原膠的相互作用發(fā)現(xiàn)，黃原膠的存在減少了甜菜堿微團(tuán)中膠束的聚集數(shù)，原因可能是因?yàn)辄S原膠的存在增加了陰離子膠束中表面活性劑的離子化程度。這樣的混合體系，不僅兼具陰離子和陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)，而且毒性低，對(duì)皮膚、眼睛比較溫和，水溶性好，對(duì)硬水的抵抗性好，易于生物降解，所以常用于液體洗滌劑、洗發(fā)香波、浴液、餐具洗滌劑、蔬菜水果洗滌劑、抗靜電劑等產(chǎn)品。 利用黃原膠對(duì)強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的穩(wěn)定性及增粘性，還可以制造工業(yè)用的酸性和堿性清洗液。例如，歐洲專(zhuān)利介紹的清潔浴缸和其他剛性表面用的酸性微乳液復(fù)配物除含陰離子表面活性劑，非離子表面活性劑和其他添加劑外，也含有黃原膠[20~22]。黃原膠和刺槐豆膠的混合物還可以作為除臭劑使用[23]。 3.2黃原膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用 由于黃原膠有許多優(yōu)良的乳化穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、與食品中其他組分的相容性以及流變性，所以被廣泛應(yīng)用于各種食品中[2]。 黃原膠用于焙烤食品可提高焙烤食品在焙烤和儲(chǔ)存期的持水性和口味的柔滑性；用于飲料可有效的延長(zhǎng)果肉飲料的懸浮時(shí)間，提高水果和巧克力飲料的口味；用于冷凍食品可以通過(guò)結(jié)合自由水使其穩(wěn)定，而且可以控制冰晶的生長(zhǎng)速度提供理想的質(zhì)構(gòu)。在罐頭食品中加入黃原膠可使物料便于泵送與灌裝[24]，而且易于保持產(chǎn)品的外觀[25]。黃原膠用于乳品生產(chǎn)中能提高牛奶、冰淇淋、飲料的穩(wěn)定、提高奶油保形力[26]。用于調(diào)味料和調(diào)味汁，由于其對(duì)酸、堿的穩(wěn)定性好，用于水包油乳濁液中可延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。另外黃原膠還可以用于低脂肪食品[26]、保健食品和肉制品。它和槐豆膠的混合物還可用于糖果、果醬和果凍的制作。 3.3 黃原膠在石油工業(yè)中的應(yīng)用 我國(guó)油田用化學(xué)品主要是聚丙烯酰胺、CMC、變性淀粉等,造成打井成本高、出油率低。黃原膠在增粘、增稠、抗鹽、抗污染能力等方面遠(yuǎn)比其它聚合物強(qiáng),尤其在海洋、海灘、高鹵層和永凍土層鉆井中用于泥漿處理、完井液和三次采油等方面效果顯著,對(duì)加快鉆井速度、防止油井坍塌、保護(hù)油氣田、防止井噴和大幅度提高采油率等方面都有明顯的作用[27]，當(dāng)黃原膠與磷酸酯化度在0.03～0.5范圍內(nèi)的刺槐豆膠混合使用時(shí)可以取得更好的效果。 3.4 黃原膠在紡織工業(yè)中的應(yīng)用 黃原膠應(yīng)用于印染工業(yè),可作為染料和顏料的懸浮劑，印染控制劑，控制印染泥漿的流變性質(zhì),防止染料的遷移,使圖紋清晰,與漿中的多數(shù)成分可以互溶,其自身的洗出特性也卓有成效。因此,黃原膠廣泛地應(yīng)用于地毯、絲綢等印染行業(yè)中[9]。 3.5 黃原膠在陶瓷和搪瓷工業(yè)中的應(yīng)用 黃原膠在低濃度時(shí)的流變性能能使瓷釉中的不可溶成分較長(zhǎng)期地懸浮，與瓷釉成分互溶，可防止粉碎性瓷釉成分的成團(tuán)，并縮短研磨時(shí)間。同時(shí)也可控制干燥時(shí)間，降低爐溫，并相應(yīng)減少斑點(diǎn)等缺陷，大大改進(jìn)陶瓷加工工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量[28]。 3.6 黃原膠在其他方面的應(yīng)用 黃原膠在醫(yī)藥工業(yè)可以作為藥物生產(chǎn)中乳液和懸浮液的乳化穩(wěn)定劑，使藥劑均勻一致。在農(nóng)業(yè)上黃原膠用作農(nóng)藥乳濁液的穩(wěn)定劑和懸浮劑，在噴霧時(shí)能控制微液滴的大小和防止漂移，使藥物很好地粘附于植物葉面，延長(zhǎng)了藥物成分與莊稼的接觸時(shí)間，并耐雨水沖刷。用于漿狀炸藥可提高其稠度，與瓜兒膠一起使用可改善其熱穩(wěn)定性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年生產(chǎn)的黃原膠30％用于食品工業(yè)，70％用于其他工業(yè)。