黄原胶又称黄胶、汉生胶，是一种自然多糖和重 要的生物高聚物，由甘蓝黑腐病野油菜黄单胞菌以碳 水化合物为主要原料，经好氧发酵生物工程技术产生 的。1952年由美国农业部伊利诺斯州皮奥里尔北部 研究所分离得到的甘蓝黑腐病黄单胞菌，并使甘蓝 提取物转化为水溶性的酸性胞外杂多糖而得到。黄原 胶可以溶于冷水和热水中，具有高黏度，高耐酸、 碱、盐特性、高耐热稳定性、悬浮性和触变性等，常 被用作増稠剂、乳化剂、悬浮剂和稳定剂，具有广阔 的市场前景，广泛应用于日用化工、食品、医药、采 油、纺织、陶瓷及印染等领域。

1黄原胶的结构

黄原胶分子是由D-葡萄糖、D-甘露糖、D- 葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸构成的“五糖重复单元” 结构聚合体，相对分子质量在2x106~2x107[2]，所 含乙酸和丙酮酸的比例取决于菌株和后发酵条件。黄 原胶聚合物骨架结构类似于纤维素，但是黄原胶的独 特性质在于每隔一个单元上存在的由甘露糖醋酸盐、 终端甘露糖单元以及两者之间的一个葡萄糖醛酸盐组 成的三糖侧链。黄原胶的结构性能与应用，侧链上的葡萄糖醛酸和丙酮酸群赋予 了黄原胶负电荷。带负电荷的侧链之间以及侧链与聚 合物骨架之间的相互作用决定了黄原胶溶液的优良性 质。黄原胶高级结构是侧链和主链间通过氢键维系形 成螺旋和多重螺旋。黄原胶的二级结构是侧链绕主链 骨架反向缠绕，通过氢键维系形成棒状双螺旋结构。 黄原胶的三级结构是棒状双螺旋结构间靠微弱的非极 性共价键结合形成的螺旋复合体。

在低离子强度或高温溶液中，由于带负电荷侧链 间的彼此相互排斥作用，黄原胶链形成一种盘旋结 构。然而即使电解质浓度的少量増加也会减少侧链间 的静电排斥，使得侧链和氢键盘绕在聚合物骨架上， 聚合物链伸展成为相对僵硬的螺旋状杆。随着电解质 浓度的増加，这种杆状结构在高温和高浓度的状态下 也能稳定存在。在离子强度高于0.15 mol/L时，此结 构可维持至1OT °C而不受影响。

一般水溶性聚合物骨架被化学药品或酶攻击、切 断后，会丧失其増稠能力。而在黄原胶溶液中，聚合 物骨架周围缠绕的侧链使它免于被攻击，所以黄原胶 对化学药品和酶攻击的降解具有良好的抵抗性。

2黄原胶的性能

黄原胶是一种类白色或浅黄色的粉末，是目前国 际上集増稠、悬浮、乳化、稳定于一体，性能较为优 越的生物胶[3]。分子侧链末端含有丙酮酸基团的多 少，对其性能有很大影响[4]。黄原胶具有长链高分子 的一般性能，但它比一般高分子含有更多的官能团， 在特定条件下会显示独特性能。它在水溶液中呈多聚 阴离子且构象是多样的，不同条件下表现出不同的特 性，具有独特的理化性质。

黄原胶因为具有显著的増加体系黏度和形成弱凝 胶结构的特点而经常被用于食品或其它产品，以提高 O/W乳状液的稳定性。但麻建国[5]的研究发现，只 有黄原胶的添加量达到一定量后，才能得到预定的稳 定作用。在黄原胶质量分数小于0.001%时，试验体 系的稳定性变化不大；质量分数在0.01% ~ 0.02%时 样品底部富水层出现，但体系无明显分层；质量分数 大于0.02%时，乳状液很快分层。只有当质量分数超 

第1期

郭瑞等：黄原胶的结构、性能与应用

专论与综述

过0.25%时，黄原胶才能起到提高体系稳定性的作

用。

2. 2水溶性和增稠性

黄原胶在水中能快速溶解，水溶性很好，在冷水 中也能溶解，黄原胶的结构性能与应用，可省去繁杂的加热过程，使用方便。

吉武科等[6]在25 °C下，用NDJ- 1型旋转黏度计 6 i/min时测得质量分数0. 1%、0. 2%、0. 3%、 0. 7%、0. 9%的黄原胶黏度分别为100 mPa*s、 480 mPa* s、1 300 mPa* s、5 400 mPa* s 和 8 600 mPa* s。 从测试结果看出，黏度随浓度的递减而不成比例地降 低，且质量分数0.3%是高低黏度的分界点。质量分 数为0. 1%的黄原胶黏度为1⑴mPa* s左右，而许多其 他胶类在质量分数为0.1%时，黏度几乎为零。由此 可见，黄原胶具有低浓度高黏度的特性。

2.3流变性

即触变性或假塑性，黄原胶的水溶液，在受到剪 切作用时，黏度急剧下降，且剪切速度越高，黏度下 降越快，如6 i/min时质量分数0. 3%的黄原胶黏度为 1 3⑴mPa*s,而60i/min时黏度仅为400mPa*s,还不 到原来的1/3,当剪切力消除时，则立即恢复原有的 黏度。剪切力和黏度的关系是完全可塑的。当黄原 胶与纳米微晶纤维素复配时，能在水中形成高强度的 全天然生物胶，其触变性变得更强。

2. 4热稳定性和酶稳定性

一般的多糖因加热会发生黏度变化，但黄原胶水 溶液的黏度在10 °C~ 80 °C几乎没有变化，即使低浓 度的水溶液在很广的温度范围内仍然显示出稳定的高 黏度。黄原胶溶液在一定的温度范围内（-4 °C~ 93 °C)反复加热冷冻，其黏度几乎不受影响[4]。

通常的微生物酶类或工业酶类，如蛋白酶、纤维 素酶、果胶酶或淀粉酶对黄原胶没有作用[9]。

2.5酸、碱、盐稳定性

黄原胶溶液对酸、碱十分稳定，在酸性和碱性条 件下都可使用。黄原胶的结构性能与应用，在pH 2~ 12黏度几乎保持不变。虽 然当pH值等于或大于9时，黄原胶会逐渐脱去乙酰 基，在pH小于3时丙酮酸基也会失去。但无论是去 乙酰基或是丙酮酸基对黄原胶溶液的黏度影响都很 小[2]。即黄原胶溶液在pH 2~ 12黏度较稳定，所以 对于含高浓度酸或碱的混合物，黄原胶是一个很好的 选择。

在多种盐存在时，黄原胶具有良好的相容性和稳

定性。它可在质量分数为10% KCl、10% CaCl2、 5% Na2⑴3溶液中长期存放(25 °C、90 d)，黏度几乎 保持不变[4]。

3黄原胶的应用

3.1黄原胶在日用化学工业中的应用

3.1.1在化妆品行业中的应用

黄原胶在化妆品行业中的最重要用途是用于牙 膏。其优良的剪切稀化流动行为使牙膏易于从管中挤 出和泵送分装。黄原胶是所有类型牙膏的优良结合 剂，其易于水化、优秀的酶稳定性可生产出均匀稳定 的产品，并改良产品的延展成条性[10]。

对护肤霜和乳液，黄原胶提供优良的稳定性。黄 原胶静置时的高黏度有利于个人护理产品中均匀分散 油相的稳定，擦用时的剪切变稀性质则提供了良好的 润滑和爽肤作用[10]。抗氧化剂抗坏血酸，因为能促 进胶原蛋白合成，预防老化，减少细纹、淡化黑色素 常用于护肤类化妆品中，但是为了把有效成分运送到 特定位置必须选用合适的运送体系，这时在O/W的 微乳化体系中加入少量黄原胶作为増稠剂可以起到很 好的效果[11]。黄原胶还可以作为遮光剂用于防晒类 护肤品中，使皮肤免受紫外线的伤害[12]。另外黄原 胶也可以作为増稠剂在低pH值和高电解质存在的条 件下用于美白化妆品中[13]。

黄原胶用于眼影中可以使眼影具有流体结构，良 好的稳定性，更重要的是可以让眼影在45 °C的条件 下保存两个月[14]。

香波由于易于使用和在头发上易于扩散而被人们 广泛接受。但是，当洗发香波里含有小尺寸颗粒活性 成分时，这些颗粒的悬浮和沉积就会带来各种问题。 这时如果加入少许黄原胶就可以改良香波的流动性 质，悬浮不溶性色素和药用成分，产生稳定、丰富、 细腻的奶油状泡沫，而且在广范围pH值内与表面活 性剂及其他添加剂有协同作用[15]。有专利报道了用 黄原胶改善去屑香波里硫化硒的沉积性[16]，稳定香 波里分散、不溶、非挥发的硅树脂相[17]。

经过热处理后的黄原胶作为固定剂用于头发化妆 品中比其他固定剂具有更多的优点，包括流变改进，黄原胶的结构性能与应用， 突出的硬度、光泽等[18]。

3.1.2在其他日化工业中的应用

表面活性剂和高聚物的混合体系在很多方面都有 潜在的应用价值，无论是阴离子、阳离子和非离子表 面活性剂在溶液中都可以和水溶性高聚物交联，而且 交联作用很大程度上取决于表面活性剂和高聚物自身  

的性质。两性离子表面活性剂兼具阴离子和阳离子表 面活性剂的性质，黄原胶是具有优良理化性质的水溶 性高聚物，所以很多学者都把两性离子表面活性剂和 黄原胶作为研究体系，如徐桂英等119]研究了两性离 子表面活性剂甜菜碱和黄原胶的相互作用发现，黄原 胶的存在减少了甜菜碱微团中胶束的聚集数，原因可 能是黄原胶的存在増加了阴离子胶束中表面活性剂的 离子化程度。这样的混合体系，不仅兼具阴离子和阳 离子表面活性剂的性质，而且毒性低，对皮肤、眼睛 比较温和，水溶性好，对硬水的抵抗性好，易生物降 解，所以常用于液体洗涤剂、洗发香波、浴液、餐具 洗涤剂、蔬菜水果洗涤剂及抗静电剂等产品。

利用黄原胶对强酸和强碱的稳定性及増黏性，还 可以制造工业用的酸性和碱性清洗液。例如，欧洲专 利介绍的清洁浴缸和其他刚性表面用的酸性微乳液复 配物除含阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和其 他添加剂外，也含有黄原胶。黄原胶和刺槐豆 胶的混合物还可以作为除臭剂使用[23]。

3.2黄原胶在食品工业中的应用

由于黄原胶有优良的乳化稳定性、温度稳定性、 与食品中其他组分的相容性以及流变性，所以被广泛 应用于各种食品中[2]。

黄原胶用于焙烤食品可提高焙烤食品在焙烤和储 存期的持水性和口味的柔滑性；用于饮料可有效地延 长果肉饮料的悬浮时间，提高水果和巧克力饮料的口 味；黄原胶的结构性能与应用，用于冷冻食品可通过结合自由水使其稳定，并可 控制冰晶的生长速度提供理想的质构。在罐头食品中 加入黄原胶可使物料便于泵送与灌装[24]，且易于保 持产品的外观[25]。黄原胶用于乳品生产中能提高牛 奶、冰淇淋、饮料的稳定、提高奶油保形力[26]。用 于调味料和调味汁，因其对酸、碱的稳定性好，用于 水包油乳浊液中可延长产品的保质期。另外黄原胶还 可用于低脂肪食品[26]、保健食品和肉制品。它和槐 豆胶的混合物还可用于糖果、果酱和果冻的制作。

3.3黄原胶在石油工业和纺织工业中的应用

我国油田用化学品主要是聚丙烯酰胺、CMC、变 性淀粉等，造成打井成本高、出油率低。黄原胶在増 黏、増稠、抗盐、抗污染能力等方面远比其他聚合物 强，尤其在海洋、海滩、高卤层和永冻土层钻井中用 于泥浆处理、完井液和三次采油等方面效果显著，对 加快钻井速度、防止油井坍塌、保护油气田、防止井 喷和大幅度提高采油率等方面都有明显的作用127]， 当黄原胶与磷酸酯化度在0.03~ 0.5的刺槐豆胶混合

使用时可以取得更好的效果。

黄原胶应用于印染工业，可作为染料和颜料的悬 浮剂，印染控制剂，控制印染泥浆的流变性质，防止 染料的迁移，使图纹清晰，与浆中的多数成分可以互 溶，其自身的洗出特性也卓有成效。因此，黄原胶广 泛地应用于地毯及丝绸等印染行业中。

3.4黄原胶在陶瓷和搪瓷工业中的应用

黄原胶在低浓度时的流变性能能使瓷釉中的不可 溶成分较长期地悬浮，与瓷釉成分互溶，可防止粉碎 性瓷釉成分的成团，并缩短研磨时间。同时也可控制 干燥时间，降低炉温，并相应减少斑点等缺陷，大大 改进陶瓷加工工艺，提高产品质量[28]。

3.5黄原胶在其他方面的应用

黄原胶在医药工业可作为药物生产中乳液和悬浮 液的乳化稳定剂，黄原胶的结构性能与应用，使药剂均匀一致。在农业上黄原胶 用作农药乳浊液的稳定剂和悬浮剂，喷雾时能控制微 液滴的大小和防止漂移，使药物很好地粘附于植物叶 面，延长了药物成分与庄稼的接触时间，并耐雨水冲 刷[28]。用于浆状炸药可提高其稠度，与瓜儿胶一起 使用可改善其热稳定性。据统计，美国每年生产的黄 原胶30%用于食品工业，70%用于其他工业[29]。

4结语

目前，世界黄原胶产量约5万t/a，且每年的产 量还以8%的速度递増[30]。由于黄原胶具有多种功 能，在同一种产品中使用可同时产生两种或两种以上 的功用，所以是一个市场潜力大、生产开发前景好的 微生物多糖。从国内产销情况来看，每年生产的几千 吨黄原胶，大多数用于食品工业，其他工业领域的应 用仅限于石油等少数几个行业，占总市场份额也很 小。而在国际市场上，黄原胶不仅在食品工业中有着 广泛的应用，在石油钻探、三次采油、纺织、印染、 陶瓷加工、涂料、炸药、湿法冶金、医药、农药和化 妆品等行业中都有着广泛的应用。与国外相比，应加 强对黄原胶的性质以及在各个行业中应用的研究。