2.3. Полисахариды микробиологического происхождения

Многие виды микроорганизмов в процессе жизнедеятельности вы­деляют биокамеди, состоящие в основном из полисахаридов.

В течение последних 30 лет интенсивно ведется разработка техноло­гий получения биокамедей в промышленных условиях. В настоящее время в коммерческих целях получают ксантан, рамзан, геллан, велан, керкогель R и др.

Ксантан. Камедь ксантан впервые была получена в конце 50-х годов и стала производиться в коммерческих масштабах с 1964 г.Ксантан образуется в результате брожения культуры Xanthomonas campestris в углеводных растворах, служащих питательной средой для микроорганизмов. Когда интенсивность брожения уменьшается, образовавшийся вязкий бульон пастеризуют, осаждают раствором изопропилового спирта, высушивают и измельчают [66]. Ксантан – это линейный полисахарид, содержащий большое число боковых трисахаридных цепей. Главная цепь имеет структуру целлюлозы, она построена из звеньев D-глюкозы, соединенных связями 1,4, а боковые образуют два звена D-маннозы и одно звено глюкуроновой кислоты. К

Им присоединены ацетильные группы и группы пировиноградной кислоты. Благодаря такой структуре боковых цепей цепь ксантана необычайно прочно защищена от химического и ферментативного гидролиза [84]. Молекулярную массу и свойства ксантана можно регули­ровать, изменяя условия жизнедеятельности ферментной среды. Этот же способ можно использовать для модификации ксантана и получе­ния его производных.

Ксантан растворим в холодной и горячей воде, растворах сахара, молоке. Его 1%-ные растворы тиксотропны. Вязкость растворов высо­кая при температуре ниже 100 С. Изменение рН среды в пределах 1-13 существенного влияния на свойства ксантана не оказывает [59].

Растворы ксантана в воде проявляют необычное свойство - при механической нагрузке (размешивании, перекачивании насосом и т.д.) они утрачивают вязкость. Как только механическое воздействие за­канчивается, моментально восстанавливается первоначальная вяз­кость [124]. Ксантан образует гель в присутствии муки тара и других полисахаридов при температуре ниже температуры застудневания. Прочность геля увеличивается с ростом концентрации ксантана [126]. Ксантан способен стабилизировать эмульсии, проявляет антисинерезисный эффект [69]. Он несовместим с водорастворимыми спиртами, кетонами, гуммиарабиком при рН ниже 5 [126]. Вязкостные свойства растворов ксантана сохраняются при действии солей, высоких темпе­ратур, ферментов и изменений рН, что очень важно при использовании этой камеди в различных технологических процессах [76].

Ксантан используется почти исключительно в комбинации с други­ми гидроколлоидами, особенно для получения структуры сгущенных пищевых продуктов, которые употребляются в холодном виде [101]. Применяется ксантан как загуститель при получении соусов, раство­римых супов, кетчупа, замороженных продуктов [8]. Допустимая су­точная доза потребления ксантана, установленная экспертным коми­тетом по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ 0-10 мг/кг массы тела [111]. Мировое потребление ксантана в 1986 г. составило 4000 г, тенденция на его увеличение составляет 5-6% в год [126].

Рамзан. Основная цепь биополимера состоит из D-глюкозы, D-глю-куроновой кислоты, D-глюкозной и L-рамнозной единицы с двумя глюкозными остатками боковой цепи. Хотя основная и боковые цепи отличаются от таковых ксантановой камеди, полная архитектура биополимера, имеющая вид повторяющейся единицы типа "гребня" или "подвески", является такой же, и это ведет к аналогиям в функциональности.

Однако растворы камеди рамзан более вязкие и устойчивы к дейст­вию температуры, чем растворы ксантановой камеди [76].

Велан. Основная цепь молекулы велана идентична цепи рамзановои камеди, но боковая цепь является либо единичной L-маннозной, либо единичной L-рамнозной.

Велан образует растворы, обладающие более высокой вязкостью, чем растворы ксантана и камеди рамзан. Вязкость растворов стабильна при нагревании до температуры 7ГС и выдерживании при этой температуре в течение 1 ч [76].

Геллан. Геллан в отличие от ксантана, рамзана и велана не содер­жит боковых цепей сахара, вместо этого у него имеются ацетильные и глицериновые заместители на глюкозном остатке в основной цепи полимера. Дифракция рентгеновских лучей на волокнах геллана показала структуру левосторонней трехскладчатой двойной спирали и воз­можно, что эта упорядоченная конформация является основой гелеобразования этого полисахарида [94].

Вязкость геллановой камеди очень низкая при повышенных температурах, а при комнатных - очень чувствительна к соли.

Геллан дает слабые гели в присутствии одно-, двух- и трехвалент­ных ионов. При нагревании водных растворов геллана до 70°С, введе­нии соли и последующем охлаждении образуются гели.

Керкогель R. Биокамедь с коммерческим названием "керкогель R " продуцируется микроорганизмами Pseudomonas elogea, coбранными с водорослей, произрастающих в озерах штата Пенсильвания (ПИЛ). Рентгеноскопический анализ керкогеля R показывает, что его Молекулярная структура представляет собой двойную спираль, закрученную влево [36].

Керкогель R хорошо растворяется в воде при температуре 90°С (5 мин). Раствор переходит в гель при введении в него ионов металлов (кальция, натрия и др.) или углеводов с последующим охлаждением. Совершенно прозрачный гель образуется при концентрации керкогеля R 0,2% и ионов кальция - 0,008%. Двухвалентные металлы оказывают большее влияние на процесс гелеобразования, чем одновалентные.

Процесс гелеобразования происходит при температуре 30-40°С. Температура плавления такого геля 100°С и выше. При увеличении содержания катионов температура гелеобразования также повышается, при этом двухвалентные ионы дают больший эффект повышения температуры, чем одновалентные. Кроме того, чем выше концентрация керкогеля R и ионов металлов, тем выше термостойкость геля. Гель может выдерживать температуру 121 °С в течение 10 мин.

Гель стабилен в широком диапазоне рН (3-9), но в кислой среде его стабильность уникальна. Об этом свидетельствуют данные исследования прочности геля различных полисахаридных структурообразователей, которые подвергали тепловой обработке в течение 45 мин при 80 °С и рH 3,8-4,0. Остаточный коэффициент прочности геля составил Использовании керкогеля R 81% (каррагена - на 56%, агара -62.1%).

Керкогель R обладает крайне высокой устойчивостью к ферментам (пептидазе, амилазе, целлюлазе, протеазам, липазам).

Керкогель R совместим с ксантаном, мукой из бобов рожкового дерева, желатином.

Рекомендуется применять керкогель R как гелеобразователь в количестве 0,2-0,4%[36].

Леван. Это полисахарид бактериального происхождения. Он произ­водится в промышленном масштабе из сахарозы при помощи бактерий Aerobacter Levanicum. Полисахарид построен из -D-фруктофуранозы. Линейная цепь содержит |3-2,6-гликозидные связи. Реакция перегликозидирования левана протекает следующим образом [84]:

Декстран. Декстран - это высокомолекулярный полимер с длинной разветвленной цепью, состоящей из глюкозы, соединенной главным образом - гликозидными и в меньшей мере и гликозидными связями. Молекулярная масса декстрина от 20000 до 200000. Он представляет собой аморфный светло-желтый или белый порошок, образующий в воде коллоидный раствор. Декстран об­разуется из сахарозы под действием бактерий Leoconostoc mesenteriodei [84].

Курдлан. Нейтральный бактериальный гелеобразующий 1,3- -D-глюкан [94]. Синтезируется в большом количестве мутантом Alcaligenes foecalis var. mixogenes. Степень полимеризации приблизительно 135.