黄原胶（Xanthan gum)又称黄胶、汉生胶，黄原胶的性能与应用，是 野油菜黄单胞杆菌以碳水化合物为主要原料，经发酵 工程生产的一种用途广泛的微生物胞外多糖。1952 年由美国农业部依利诺斯州皮奥里尔北部研究所分离 到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。由于该多糖具有很高的 黏度、流动触变性和稳定的理化性质，且无毒，故作 为添加剂在日用化学领域具有广阔的市场前景，广泛 应用于食品、医药、采油、纺织、陶瓷、印染、香 料、化妆品及消防等领域。

1黄原胶的结构与性能 1. 1黄原胶的结构

黄原胶的分子结构见图1。黄原胶是由D—葡萄 糖、D—甘露糖、D—葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组 成的“五糖重复单元”结构聚合体分子摩尔比为 28 =3 :2 :17 :0.51~0. 63[1，它的相对分子质量在5X 106u左右。

 

图1黄原胶的分子结构

Fig. 1 Molecular structure of xanthan gum

黄原胶分子的一级结构是由卩一 1，4键连接的D

一葡萄糖基主链与三糖单位的侧链组成，其侧链由D 一甘露糖和D—葡萄糖醛酸交替连接而成。黄原胶的 分子侧链末端含有丙酮酸，其含量对性能有很大影 响。在不同溶氧条件下发酵所得黄原胶，其丙酮酸含 量有明显差异。一般溶氧速率小，其丙酮酸含量低。 黄原胶的二级结构[2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[3]是棒状双螺旋结构间靠微弱的非共价键结合形成 的螺旋复合体。

1.2黄原胶的性能 1. . 1假塑流变性

黄原胶溶液是一种典型的假塑性流体其溶液黏 度随剪切速率的増加而明显降低。在高剪切速率下， 聚合体结构解聚为无规则线团结构，使黏度迅速降 低；当剪切速率解除时，分子结构又恢复到双螺旋网 状聚合体状态，使溶液黏度瞬间恢复到最大。

1.22増稠性

黄原胶具有良好的増稠性能，特别是在低质量浓 度下具有很高的黏度。3X 10+1 g/L的黄原胶溶液能 产生0.09 Pa°s的有效黏度，黄原胶溶液的黏度是同 质量浓度下明胶的100倍。

1.. 3稳定性

黄原胶溶液在一定的温度范围内（一4 °C~ 93 °C) 反复加热冷冻，其黏度几乎不受影响，10 g/L黄原胶溶 液由25 °C加热到120其黏度仅降低3 %。

收稿日期：2⑴1—09 —10;修回日期：2002 — 07— 24

作者简介：李兴存（1969—），男，山东人，硕士毕业于西北轻工业学院，现为北京石油大学化工学院在读博士，电话：（010 ) 89733637, E

—mail： Kxingcun @^.sina . com。

黄原胶溶液对酸碱十分稳定，在pH5 ~ 10其黏度 不受影响。黄原胶的性能与应用，能和许多盐溶液混溶，黏度不受影响。它 可以分别在 100g/LIKCl, 100g/LNaCl，100g/LCaCh 和50g/LNa2CO3溶液中长期存放90d(25°q)，黏 

度几乎保持不变[4]。

许多酶如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和半纤维素 酶等都不能使黄原胶降解。

1.2 4悬浮性和乳化性

由于黄原胶理化性质稳定，因而具有良好的悬浮 性和乳化性。10 g/L的黄原胶溶液具有约5X 1(T4 N/ cm2的承托力。黄原胶借助于水相的稠化作用，可降 低油相和水相的不相溶性，能使油脂乳化在水中，因 而它可在许多食品饮料中用作乳化剂和稳定剂。

1.25与増稠剂的协效性

黄原胶可与大多数合成的或天然的増稠剂配伍， 如和槐豆胶、瓜尔胶、卡拉胶及魔芋胶等都能互溶， 混溶后使混合胶黏度显著提高[5 6。

2黄原胶的生产与分离

2.1 生产工艺

生产工艺流程：保藏菌种■※斜面活化■※摇瓶种子 (或茄瓶培养）—一级种子扩大培养■※二级种子扩大 培养一发酵罐发酵一发酵液一提取■※干燥一粉碎一包 装-※成品。

黄原胶在工业上主要是以玉米淀粉为碳源，以鱼 粉、豆饼粉为氮源，用C£〇3为pH调节剂，并在一 定量的消泡剂存在下，野油菜黄单胞杆菌经好氧深层 发酵而得到多糖含量在25 g/L左右的发酵液。发酵 温度为（28 ±1)控制一定的通风比。发酵时间

大约为72 h左右，产量最高可达28 g/L,发酵液黏 度最高可达9 Pa、左右。为解决发酵后期发酵液黏 度大、溶解氧水平低等问题，并针对黄单胞菌是一种 较为脆弱的菌体，李卫期等人[1研究结果表明，増加 发酵罐的高径比值为3 ~4适当减少搅拌桨叶直径， 减少挡板数目或不设挡板，有利于黄原胶的发酵。根 据国外黄原胶的双液相发酵和连续发酵研究，在国内 间歇发酵的基础上，许喜林等W研究了采用两步法发 酵合成黄原胶的方法。第1步是利用黄单胞菌发酵 采用了较小量的碳源及低的碳氮比，终止时间控制在 25 h,此时可获得较大的生物量及胞外酶，而不生成 黄原胶，以有利于胞外酶的分泌和菌体的分离；第2 步胞外酶发酵采用了无氮培养条件，且因发酵液中不 含菌体省去了稀释和分离菌体的工序，黄原胶的性能与应用，可降低生产成 本黄原胶的产率高于单纯菌体发酵。胡德亮等[9在 研究发酵的过程中，在产胶初期，添加一种表面活性 剂，而在发酵进行36 h后，补加20 %的水分，可使 产胶率提高15 %。

2.2分离提纯

2.21预处理工序

由于黄原胶发酵液具有较高的黏度使后处理非常 困难，其中菌体细胞的去除是提取工艺的一大障碍。 预处理工序主要去除菌体细胞和各种不溶性杂质，使 黄原胶中不再含活性的菌体细胞、不溶性杂质和色素 等。方法有过滤法[10、离心法[11]、酶降解法[12和次 氯酸盐氧化法[11。

李时岩等：14]用硅藻土过滤可除去发酵液中大部 分的菌体细胞，用中空纤维内压超滤法对黄原胶进行 提纯和浓缩，可除去发酵液中悬浮的不溶性固体、可 溶性离子物质和大部分色素，将黄原胶质量浓度从 25 g/L 提高到 87 g/L。

2.22沉淀分离

黄原胶的沉淀分离一般采用乙醇、异丙醇沉淀 法。工业上典型的沉淀方法是钙盐+工业乙醇沉淀 法11]:在黄原胶发酵液中加入终质量浓度为15 g/L 的钙盐[如Ca(OH)2和CaCk]，黄原胶的性能与应用，充分混合后，逐步 加入8g/L的NaOH，再搅拌30min可形成黄原胶钙 盐复合沉淀物；将沉淀物压榨脱水、并充分打碎成块 状物，加入终质量浓度为500 g/L的工业乙醇用 HC1调pH至1. 5 ~ 2 0，搅拌30 min经过滤或离心 可得到黄原胶沉淀物；在该沉淀物中再加入300 g/L 的工业乙醇用NH4OH调pH至中性，经过滤或离 心、烘干、粉碎和过筛可得到黄原胶的产品。

其他类似方法有低级醇沉淀法^2、铝盐+异丙 醇沉淀法[10和季铵盐+甲醇沉淀法[13]。

3黄原胶的应用

3.1黄原胶在食品工业中的应用

黄原胶在食品工业中是理想的増稠剂、乳化剂和 成型剂等，用途极为广泛。黄原胶作为蛋糕的品质改 良剂，可以増大蛋糕的体积，改善蛋糕的结构，使蛋 糕的孔隙大小均匀，富有弹性，并延迟老化，延长蛋 糕的货架寿命。奶油制品、乳制品中添加少量黄原 胶，可使产品结构坚实、易切片，更易于香味释放， 口感细腻清爽。用于饮料，可使饮料具有优良的口 感赋予饮料爽口的特性，使果汁型饮料中的不溶性 成分形成良好的悬浮液，保持液体均匀不分层。加入 啤酒中可使其产泡效果极佳。加入2 0 g/L黄原胶于 焙烤食品中，可保持食品的湿度，抑制其脱水收缩， 延长贮存期。用于果冻，黄原胶赋予其软胶状态，加 工填充物时，可使果冻的黏度降低从而节省动力并易 于加工。在加工淀粉软糖和蜜饯果脯等配方中加入 0.5 g/L的黄原胶和槐豆胶，能够改进加工性能，大 大缩短加工时间。含有0. 5 g/L~7. 5 g/L黄原胶的巧 克力液体糖果，贮藏稳定性大为提高。方便面中加入 黄原胶，可提高加工过程的成品率，减少产品断碎干 裂，改善口感。它还广泛用于罐头、火腿肠、饼干、

点心和肉制品等产品中。

3.2黄原胶在石油工业中的应用

黄原胶另一个大的应用市场是石油工业。目前我 国油田用化学品主要是聚丙烯酰胺、CMC变性淀粉 等。黄原胶在増黏、増稠、抗盐及抗污染能力远比这些 聚合物优越。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。低浓度的黄原胶水溶液就可以保持水基钻井 液的黏液并控制其流变性能，因而在高速转动的钻头 部位黏度极小，大大节约了动力;而在相对静止的钻孔 部位却保持高能黏度，起到防止井壁坍塌、便于切削碎 石、排出井外等作用。黄原胶在三次采油中用作调剖 剂，具有成胶体系强度高、封堵性好、与地层水配伍性 强及热稳定性较强等特点，能保证其在应用过程中的 有效性。还可用于钻井之后的完井和修井、压裂和三 次采油。黄原胶的性能与应用，该产品作为一种理想的添加剂有非常好的发 展前景。

3.3黄原胶在纺织工业中的应用

黄原胶应用于印染工业，可控制浆的流变性质，防 止染料的迁移，使图纹清晰，与印染泥浆中的多数成分 可以互溶，而黄原胶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、丝绸等印染行业中。

3.4黄原胶在其他领域中的应用

黄原胶在陶瓷、搪瓷、玻璃、医药、农药、印染、香 料、化妆品、胶黏剂和消防等行业中也有广阔的用途。 如使用黄原胶代替黏土作为釉浆悬浮剂和黏结剂，使 陶瓷和搪瓷产品的釉面平整、光亮，产品合格率可提高 40 %并可降低烧结温度、减少烧成遍数，降低琅粉用 量，改善劳动环境。用黄原胶作原料生产的凝胶泡沫 灭火剂，己用于森林灭火。黄原胶还可用于胶体炸药、 水溶性涂料、工业擦亮剂、除锈剂和湿法冶金的増稠 剂，药物和化妆品的润滑剂，印染工业的载色剂等。

4黄原胶的生产现状 41我国黄原胶的生产现状

我国自20世纪70年代以来，南开大学、山东食 品发酵研究所、山东大学、中国科学院微生物研究 所、无锡江南大学、中国农业科学院、郑州工学院等 科研单位相继开展了黄原胶的研究和开发工作。1992 年江苏金湖制药厂建成国内第一家黄原胶生产厂，全 国总产量不足100 t/a。到2001年全国产量迅猛増 力口，总产量己超过1.5万t/a其中山东中轩生物制 品有限公司产量最大，黄原胶的性能与应用，近1万t/a其他厂规模都较 小。据国家轻工业局规划发展司1999年8月提出的 《食品生物工程标志性目标》预测，到2005年，我国 食品黄原胶需求量将达到3万t/a而据石油行业专 家预测，在石油钻井和三次采油方面需要黄原胶即 10万t/a以上。由此可见，国内黄原胶仍具有巨大的 潜在市场。

42国外黄原胶的生产现状

目前，全世界的黄原胶产量达8万t/a以上。其 中能够大规模生产黄原胶的国家有美国、法国、奥地 利、日本和中国。目前仅美国Kelco公司就可达到 1.5万t/a~2万t/a的生产规模，是世界上最大的黄 原胶生产厂。据估计，全世界对黄原胶的需求量每年 以5 % ~7 %的速度増长。仅从世界石油组织分析结 果显示，近期世界石油行业钻井和三次采油方面需要 黄原胶即90万t/a ~ 100万t/a足见其巨大的市场 潜力。