普鲁兰多糖的应用及研究生产现状

1 普鲁兰多糖的结构与性质
1．1 普鲁兰多糖的结构 普 鲁 兰 多 糖 是 葡 萄 糖 按 α-1,4- 糖 苷 键 结
合成麦芽三糖，两端再以 α-1,6-糖苷键同另外 的麦芽三糖结合，如此反复连接而成高分子多 糖。 α-1,4 键与 α-1,6 键比例为 2：1，聚合度大 约 为 100 ~5000 ， 其 分 子 量 因 产 生 菌 种 和 发 酵 条 件 的 不 同 而 有 较 大 的 变 化 ， 一 般 在 4．8× 104~2．2×106 的 范 围 内 ( 日 本 商 品 普 鲁 兰 糖 平 均 分 子 量 2×105，大 约 由 480 个 麦 芽 三 糖 组 成 )，一 般没有分枝结构，是直链多糖，其所有优良性 质都与这一特殊连接方式有关。
用普鲁兰多糖作为食品包装材料， 还可使食 品表面光滑，有光泽，最大特点是普鲁兰多糖具有 可食性，食品不需开封，可连膜食用，十分方便。
在水果、鸡蛋保鲜方面，可以采用普鲁兰多糖 或其衍生物，加适量的化学保护成份，在其表面直 接喷撒干燥成膜，可有效阻抑水果鸡蛋中的水份、 氧气、二氧化碳等与外界的交换和反应，并抑制水 果与鸡蛋的呼吸强度，降低贮存过程的营养损失， 从而达到保鲜的目的。 2.1.2 用作低热量食品添加剂
1．2 普鲁兰多糖的性质 普鲁兰多糖是无色、 无味、 无臭的高分子物
质，非晶体的白色粉末，是非离子性、非还原性多 糖，性质可以表现于以下几个方面。 1.2.1 无毒性，安全性
根据普鲁兰多糖的急性、 亚急性和慢性毒性 试验、变异源性试验结果，即使普鲁兰多糖的投用 量达到 LD50(半致死剂量)的界限量 15g ／ kg，普鲁 兰多糖都不会引起任何生物学毒性和异常状态的 产生，所以用于食品和医药工业十分安全。 1.2.2 溶解性
第 39 卷第 4 期 2010 年 10 月
发酵科技通讯
普鲁兰多糖的应用及研究生产现状
杨西江 1 徐田华 2 徐玲 3 张春宇 2* (1．临沂出入境检验检疫局 山东临沂 276000；2．山东阜丰发酵有限公司
3．宝鸡阜丰生物科技有限公司 陕西宝鸡 721013)
山东临沂
276600
摘 要：综述了普鲁兰多糖的结构与性质、应用领域，并阐述了普鲁兰多糖的研究生产现状。 关键词：普鲁兰多糖 应用 生产
用做平板画的印刷图版保护膜， 不但使图版 具有抗氧化性， 还能增加非成像区域金属表面的 亲水性而使画面更清晰。
在农业的种子保护和烟草工业中， 也可以利 用它的粘着性和抗氧化性，尤其在烟草工业中，我 国普遍采用羧甲基纤维素 (CMC) 做烟末的粘合 剂，但 CMC 粘接成的烟丝有抗拉强度低、易潮解、 好发霉以及有异味等缺点， 从而降低了烟丝的质 量。 而用普鲁兰多糖代替 CMC，不仅克服以上缺
点，还能减少尼古丁的含量、增加烟丝的芳香，提 高了烟丝品级，是非常有前途的烟草粘合剂。
3 普鲁兰多糖的研究与生产现状
普鲁兰多糖的研究工作起始于西德， 英国人 在理论方面也作了不少工作， 日本进行了比较系 统尤其是生产工艺和产品应用的研究， 并取得了 大量专利。 1976—1980 年为第一个研究高峰，主 要是对其性质和发酵方法的研究；1984—1996 年 为第二个研究高峰， 主要集中在对其产生机理和 应用研究。目前已进入应用研究高峰，包括普鲁兰 多糖衍生物的结构鉴定、性质、应用的研究以及普 鲁兰多糖改善食品品质方面的研究。 从国外所发 表的文章来看，目前普鲁兰多糖的产率并不高，大 多在 20g ／ L~50g ／ L 之间， 并且其发酵时间较长， 一般需要 96h～144h。
普鲁兰多糖水溶液具有极好的成膜性， 膜具 有光泽和透明度， 韧性好， 对温度的变化极为稳
—26—
定，且薄膜具有良好的热封性，成品不需添加可塑 剂、稳定剂，对食品、环境和人体都无毒无害，所以 是一种非常理想的水溶性食品包装材料。
普鲁兰多糖膜最特殊的性质是比其它高分子 膜的透气性能低，氧、氮、二氧化碳和香气等气体 几乎不能透过，并且具有抗油脂的特性，可以防止 扩散和因配料与添加剂所含油脂氧化引起的气味 与口味变质。用普鲁兰多糖水溶液制成食品薄膜， 可用于密封容易氧化变质的食品及风味强的粉末 食品如汤料、咖啡、酱、各种香辛料、冻结干燥食品 等， 有保护食品外观及香味的作用并能长期保持 稳定。
普鲁兰多糖的分子呈线状结构， 因此与其他 多糖类相比，普鲁兰多糖水溶液粘性较低，不会形 成胶体，是粘附性强的中性溶液。 不易受 pH 值或 各种盐类影响，尤其对食盐维持稳定的粘度。混合 硼、钛等元素，粘度将会急剧增大。 此外，pH 值在 3 以下时若长时间加热，会与其他多糖一样，部分 分解，从而导致溶液粘度下降。
普鲁兰多糖具有极好的成膜性和成纤维性， 可以用于生产无植物纤维的纸张， 具有良好的吸 水性，便于书写和印刷，是良好的包装材料；加入 某些配料可生产出特殊用途的高级纸张， 以及包 装面膜等。
作为絮凝剂， 普鲁兰多糖特殊的吸附性及电 化学性使其在有助凝剂的作用下进行分子架桥、 吸附、絮凝与收缩沉淀。此特点使其可用作饮用水 及生活、工业污水的净化剂，去除水中的悬浮物、 BOD、COD 并脱色[3]。 华中科技大学将该产品应用 于高浓度水净化处理、 城市污水一级强化处理和 味精生产中废水的处理，形成了完整的工艺技术， 投料量为 2mg ／ L，取得较好效果。 2.4.2 用做粘合剂、凝固剂和保护膜。
日本在普鲁兰多糖的研究中做了大量工作， 目 前 年 产 量 已 达 万 t。 1976 年 日 本 Hayashihara (日本林原生化研究所)就开始进行普鲁兰多糖中 试水平规模的商业化生产，至今仍垄断国际市场。
国内从 1980 年开始研究， 已经 20 多年，是 “七五”“八五”攻关项目，在研究中筛选到了一些 多糖产量高、色素含量低的菌株，但国内生产技术 与先进国家相比还有差距，原料利用率还不高，后 提取成本较高，目前尚未见工业化生产报道。有报 道 称 普 鲁 兰 多 糖 产 量 已 经 达 到 了 30g ／ L~60g ／ L 左右， 然而却存在发酵时间长 (一般为 108g ／ L~ 144h，甚 至 达 到 156h)，产 黑 色 素 多 ，纯 化 提 取 困 难等问题。 在普鲁兰多糖应用方面的研究国内则 进行的更少，已有的应用研究主要是作为食品(如 鸡蛋、海产品等)和水果(如苹果、梨等)的保鲜剂。
普鲁兰多糖是非消化吸收性碳水化合物，不 被肠吸收，可排出体外，不会导致高血压、心脏病、 肥胖症等，是一种健康的食品材料，可用作低热量 食品添加剂，制造低热量食品和饮料。 最近发现， 普鲁兰多糖还具有使双歧杆菌增殖和治疗便秘的 作用。 2.1.3 用作食品品质改良剂和增稠剂
普鲁兰多糖水溶液有滑润、清爽的感觉，具有 改善口感的作用， 因此可用作食品品质改良剂和 增稠剂。 在食品加工过程中添加少量普鲁兰多糖 可显著改善食品质量，如鱼糕能增味提质，制豆腐 时添加少量普鲁兰多糖能保持大豆的香味并简化 工艺；酱油、调味品、咸菜、糖煮鱼虾、美味食品等 少量添加普鲁兰多糖能稳定其黏性、 增加其粘稠 感并使其口感更顺滑。 2．2 普鲁兰多糖在化妆品方面的应用
普鲁兰多糖是一种由出芽短梗霉发酵所产 生的类似葡聚糖、 黄原胶的胞外水溶性粘质多 糖 ， 又 名 短 梗 霉 多 糖 、 茁 霉 多 糖 ， 英 文 名 Pullulan，音译为普鲁兰。它是 1938 年由 R．Bauer 发现 的一种特殊的微生物多糖。 该多糖主要是由麦 芽三糖通过 α-1，6 糖苷键连接而成。 由于该多 糖独特的结构和性质，在医药、食品、石油、化工 等行业具有广泛的应用前景。 因其在自然界可 被微生物降解利用，不会引起环境污染，故被誉 为无公害塑料。 2006 年 5 月 19 日 ，国 家 卫 生 部 发布了第 8 号公告， 普鲁兰多糖为新增四种食 品添加剂产品之一，可在糖果、巧克力包衣、膜 片、 复合调味料和果蔬汁饮料中用作被膜剂和 增稠剂。
普鲁兰多糖能够迅速溶解于冷水或温水，溶 解速度比羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯醇、聚 乙烯醇等快二倍以上，溶液中性，不离子化、不凝 胶化、 不结晶。 可与水溶性高分子如羧甲基纤维 素、海藻酸钠和淀粉等互溶，不溶于乙醇、氯仿等 有机溶剂。但其酯化或醚化后，其理化性质将随之 改变。 根据置换度不同，可分别溶于水和丙酮、氯 仿、乙醇及乙酸乙酯等有机溶剂。 1.2.3 稳定性
普鲁兰多糖在任何温度下都能完全溶解，不 会因干燥而产生结晶。作为再湿性粘合剂，可以不 用添加任何化学溶剂，就可以进行粘合和凝固，而 且，燃烧时不产生高温和有害气体。
沙模用它来粘接，浇铸时具有不产生气体、尘 埃、噪音和振动等特点。
用它粘合而成的肥料颗类具有缓慢释放肥力 的特点，从而可增加肥料的利用率。
山东省食品发酵工业研究设计院与中科院微 生物研究所开始研究普鲁兰多糖始 于 上 世 纪 80 年代，是国家轻工部科技攻关项目。 1990 年开发 出普鲁兰多糖产品，但由于当时的产品质量低劣， 且缺乏应用研究， 国内还未有专项推广应用的资 金，暂停了开发。 近些年来，随着普鲁兰多糖应用 市场的拓开， 普鲁兰多糖生产与应用进入到前所 未有的高峰， 日本林原生化加大了普鲁兰多糖生 产规模，仍远远满足不了市场需求。 在此基础上， 设计院从 2000 年开始，对过去有关普鲁兰多糖研 究开发方面的成果重新作了分析， 通过一系列科 研攻关， 多糖的产率达到 55g ／ L， 糖转化率可达
因该多糖有良好的水溶性、分散性、成膜性、 吸湿性和无毒害性， 可以作为化妆品中的粘性填 加物； 在价格方面远比用于化妆品的透明质酸要 低廉的多，但其效果却与透明质酸相差无几。 2．3 普鲁兰多糖在医药方面的应用
第 39 卷第 4 期 2010 年 10 月
发酵科技通讯
在 制 药 工 业 中 用 20%的 普 鲁 兰 多 糖 代 替 动 物胶，可简化防氧化胶囊的生产；添加 5％～10％的 普鲁兰多糖，可适当提高软胶囊的柔性、弹性、粘 着性，使它能在胃肠预定区域溶解，释放内含物， 以提高药物的疗效。 作为抗氧化包装材料可使维 生素 C 和酶制剂等易氧化药品延长保存期。 此外 还可作为酶纯化的层析胶和酶固定化的支持物。 普鲁兰多糖作为一种良好的佐剂与抗原或病毒混 合后， 注入动物体内可促进动物免疫反应产生抗 体。 2．4 普鲁兰多糖在工业中的应用[2] 2.4.1 用于环保型包装材料和污水处理。