全 文 ：文章编号: 0465-7942( 2001) 01-0010-03
NK-01黄原胶和长角豆半乳甘露聚糖
分子间的协效性研究
h
刁虎欣　梁凤来　梁兴杰　杨淑静　刘如林
(南开大学微生物学系 ,天津 , 300071)
摘 要
　　 N K-01黄原胶和长角豆半乳甘露聚糖是两种天然生物多糖 .两种多糖以适宜比例混和 ,溶液浓度达 0. 1%
时 ,其溶液粘度分别是相同浓度单一多糖溶液粘度的 13倍和 40倍 .当浓度增至 0. 2%时 ,溶液成凝胶 ,而相同浓
度单一多糖溶液不成凝胶 .表明两种多糖混和后经分子间相互作用 ,呈现极显著的协效增粘性和协效凝胶性 .但
其协效性受 p H、无机盐和温度的显著影响 .
关键词: 黄原胶 ; 半乳甘露聚糖 ; 协效性
中图分类号: Q538　　　　　　　　　　　文献标识码: 　 A
0　引　　言
黄原胶 ( Xanthan gum)是由野油菜黄单胞菌 ( Xanthomonas campestris )发酵产生的一种微生物胞外
多糖 [ 1～ 4] .而长角豆半乳甘露聚糖 ( locust bean galactomannan)则是从长角豆 ( locust bean)种子中分离提
取的一种植物多糖 [ 5] .这两种多糖之所以经常在食品、非食品及油田开采的几十个行业中混合复配使用 ,
是因为这两种多糖混合后经分子间的相互作用 ,呈现一种特有的、罕见的协效性能 ( synergism ) [6, 7 ] .其协
效性有两种表现行为 ,一是多糖混和溶液低浓度时 ,其溶液粘度是相同浓度单一多糖溶液粘度的数十倍 ,
称协效增粘性 .二是浓度增到一定值时 ,其溶液形成非流动性凝胶 ,而相同浓度单一多糖溶液则不成凝胶 .
　　我国虽已实现黄原胶工业化生产并广泛应用 ,但国产 NK-01黄原胶和长角豆半乳甘露聚糖的协效性
研究尚未见报道 .
1　材料与方法
1. 1　多糖来源及溶液配制
NK-01黄原胶: 　由江苏金湖黄原胶厂用野油菜黄单胞菌 NK-01( X .campestris NK-01)生产 .将粉
状黄原胶置于蒸馏水中 ,待分子伸展胀溶后 ,搅拌使其完全溶解 .
长角豆半乳甘露聚糖: 　意大利进口食品级 , 60℃恒温条件下用蒸馏水胀溶 ,快速搅拌至完全溶解 .
多糖混和溶液: 　先在 60℃恒温条件下用蒸镏水胀溶长角豆半乳甘露聚糖 ,边搅拌边缓缓加入 NK-
01黄原胶 ,搅拌 30min使黄原胶完全溶解 .
1. 2　溶液粘度测定及多糖混和溶液触变性测定
浓度为 0. 1%的多糖混和溶液 ,用 ND J-Ⅰ 型旋转粘度计 , 25℃、 3# 转子 ,在 6、 12、 30、 60r /min下测其
溶液粘度 ,绘制粘度与转速关系曲线 ,测定多糖混和溶液的触变性 .
1. 3　 pH、无机盐、温度对多糖混和溶液协效增粘性影响的测定
浓度为 0. 1%的多糖混和溶液 ,用 HCI或 NaOH调至 pH为 2～ 12,或分别加入 0. 1mo l /L的各种无
机盐 ,或在不同温度下测其溶液粘度 ,检测 pH、无机盐或温度对多糖混和溶液协效增粘性的影响 .
1. 4　多糖混和溶液协效凝胶的热可逆性与冻融性的测定
　南 开 大 学 学 报 (自然科学版 ) 第 34卷
h 收稿日期: 1999-11-02
作者简介: 刁虎欣 ( 1944- ) ,男 ,河北深州人 ,教授 ,主要从事资源细菌与工程学研究
浓度为 0. 5%的多糖混和溶液协效凝胶 ,加热或冷却 ,观察凝胶形体变化 ,测其热可逆性 .协效凝胶在
- 30℃冷却 24h,然后置于 25℃室温融化 ,观察凝胶形体变化 ,测其冻融性 .
2　结果与讨论
2. 1　多糖混和溶液的协效增粘性
1. 2. 1　两种多糖混合比及溶液浓度对协效增粘性的影响:　影响结果见图 1.从图 1看到 ,当多糖混和溶
液 ( M PS)浓度为 0. 02%～ 0. 15%时 ,呈现极显著的协效增粘性 .协效增粘性不仅受浓度的影响 ,而且还受
两种多糖混合重量比的影响 . N K-01黄原胶 ( Xc)和长角豆半乳甘露聚糖 ( Lg )以 3∶ 2重量比混和时 ,其溶
液的协效增粘性最显著 ,当多糖混和溶液浓度为 0. 1%时 ,其溶液粘度分别是同浓度 NK-01黄原胶和长
角豆半乳甘露聚糖溶液粘度的 13倍和 40倍 ,呈现良好的协效增粘性 .
2. 1. 2　 pH对多糖混合溶液协效增粘性的影响:　其影响结果见图 2.从图 2可见 , p H对单一多糖溶液粘
度无影响 ,但对多糖混合溶液的协效增粘性有显著影响 . p H6～ 7时 ,协效增粘性最好 . pH降低或升高 ,协
效增粘性降低 , pH2～ 4时 ,协效性完全消失 .
图 1　两种多糖混合重量比及混合多糖
　　溶液浓度对协效增粘性的影响
Fig 1　 The eff ect of heavy weight ratio of two
　　　　　 polysaccharides and the concentration of mixed
　　　　　　 polysaccharides on synergism increasing-viscosity
图 2　 pH对混合多糖溶液协效增粘性的影响
Fig 2　 The ef fect of pH on synergistm
　　 increasing-viscosity of mixed
polysaccharides solution
2. 1. 3　无机盐对多糖混合溶液协效增粘性的影响: 　影响结果见表 1.从表 1可见 , 0. 1mol /L的各种无
机盐对单一多糖溶液粘度基本无影响 ,但对多糖混合溶液的协效增粘性有显著影响 .无机盐使其协效增粘
性明显降低 ,两价或三价阳离子盐较一价阳离子盐的降粘性更明显 ,铝盐、铁盐可使其协效性完全消失 .
表 1　无机盐对多糖混合溶液协效增粘性的影响
Table 1　 The ef fect of mineral salts on synergism increasing-viscosity
of mixed polysaccharides solution
对照
contr ol
无机盐 ino rg anic salts ( 0. 1 mo l / L)
NaCl CaCl2 MgSO4 ZnSO4 Al2 Fe2 ( SO4 ) 3
Xc 12. 9 12. 0 11. 7 12. 0 12. 0 15. 5 9. 9
Lg 4. 3 5. 0 4. 6 4. 8 4. 4 3. 9 4. 2
M PS 170 110 32 8. 2 4. 6 5. 7 4. 0
2. 1. 4　温度对多糖混合溶液协效增粘性的影响: 　影响结果见图 3.从图 3看到 ,温度对长角豆半乳甘露
聚糖溶液的粘度无影响 ,但对 NK-01黄原胶溶液及多糖混合溶液的协效增粘性有极显著的影响 .温度升
高 , N K-01黄原胶溶液的粘度和多糖混合溶液的协效增粘性显著降低 .温度升至 80℃ ,多糖混合溶液的协
效增粘性完全消失 .温度降低 ,协效增粘性又可逆性回升 .
2. 2　多糖混和溶液的触变性
如图 4所示 ,多糖混合溶液的粘度随剪切转速的增加而显著降低 ,随转速降低而粘度回升 .表明多糖
混合溶液在呈现协效增粘性的同时 ,还呈现良好的触变性 .
·11·　第 1期 刁虎欣等: NK-01黄原胶和长角豆半乳甘露聚糖分子间的协效性研究
图 3　温度对多糖混合溶液协效增粘性的影响 图 4　混合多糖溶液不同转速下的粘度
Fig 3　 The eff ect of temperature on synergism increasing- Fig 4　 The viscocity of mixed polysaccharides
　 viscosity of the mixed polysaccharides solution 　　　　 solution under dif ferent cotary speeds
2. 3　多糖混合溶液的协效凝胶性
当多糖混合溶液浓度增至 0. 2%时 ,其溶液形成非流动性固形凝胶 ,而单一多糖溶液在相同浓度下则
不成凝胶 ,表明多糖混合溶液在一定浓度下呈现协效凝胶性 .多糖混合溶液浓度越高 ,形成的凝胶越有形
体规则 ,弹性越强 .
2. 4　多糖混合溶液协效凝胶的热可逆性和冻融性
当多糖混合溶液协效凝胶加热到 50℃时 ,协效凝胶形成可流动溶液 .冷却至 30℃时 ,可流动性溶液又
转变成固形凝胶 ,表明协效凝胶呈现热可逆性 .当协效凝胶在 - 30℃冷冻 24h,协效凝胶出现冰晶 ,加热至
30℃冰晶融化 ,协效凝胶仍维持原来的形体和弹性 ,表明协效凝胶呈现良好的冻融性 .
以上研究表明 ,我国的 NK-01黄原胶和长角豆半乳甘露聚糖分子间有良好的协效增粘性和协效凝胶
性 .良好的协效增粘性可使低浓度的多糖混合溶液呈现极高的粘度 ,成为“超级增粘剂” ,较高浓度时形成
凝胶 .“超级增粘剂”和“协效凝胶”可广泛用于食品、非食品及油田开发的几十个行业 .这些研究结果为协
效性的广泛应用提供了理论依据 .
研究结果还表明 ,两种多糖分子间的协效性受 pH、无机盐和温度的影响 .目前国内外尚未见协效性对
无机盐敏感的报道 .
文献 [7]提出了协效性源于两种多糖天然构象分子相互嵌合的假说 ,他们认为黄原胶分子天然构象为
双股螺旋 ,而长角豆半乳甘露聚糖分子的天然构象则是甘露聚糖主链上半乳糖侧链密集的“毛发区 ( hai r
region)”和无侧链分布的“平滑区 ( smoo th region)”不规则相间排列 .黄原胶双股螺旋分子与长角豆半乳
甘露聚糖分子的“平滑区”相互嵌合 ,呈现协效性 .由于协效性源于两种多糖分子表面的相互嵌合作用 ,所
以必然受到多种理化因素如 pH、金属阳离子盐类和温度等的影响 .
参 考 文 献
　 1　 John A Mhneby , Ianer Fenman. Pr oducton, Prope rties and Applica tion o f Xanthan [ M ]. Pr og ress o f industrial
micr obio lo gy , 1984, 318～ 371
　 2　梁凤来 ,刘如林 ,刁虎欣等 .黄原胶的研究Ⅰ .产生菌的鉴定 [ J].南开大学学报 (自然科学版 ) , 1986( 2): 105～ 107
　 3　刁虎欣 ,梁凤来 ,刘如林等 .黄原胶的研究Ⅱ .野油菜黄单胞菌黄原胶摇瓶发酵与中试研究 [ J].南开大学学报 (自然科
学版 ) , 1988( 2): 34～ 41
　 4　刘如林 ,梁凤来 ,刁虎欣等 .黄原胶的研究Ⅲ .产物回收与性能分析 [ J].南开大学学报 (自然科学版 ) , 1989( 1): 57～ 62
　 5　 Merck Co Inc, Kelco Div . Xanthan Gun [ P ]. U S A , Pa tent , 5987803, 1980
　 6　刁虎欣 ,郑双诚 .黄原胶和槐豆胶半乳甘露聚糖分子间的协效性研究与开发应用 [ J].食品与发酵工业 , 1992( 1): 69～
74
　 7　 Sundfo rd P A, Laskin A. Ex tracellular M ic robia l Po ly sacchrides [ M ]. Washing ton D C: American Chemical
Society, 1977, 174～ 182, 231～ 241
(下转第 126页 )
·12· 　南 开 大 学 学 报 (自然科学版 ) 第 34卷