АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ПОЛІСАХАРИДИ МІКРОБІОЛОГІЧНОГО ПОХОДЖЕННЯ

Деякі види мікроорганізмів в процесі життєдіяльності виділяють біокамеді, які в основному складаються з полісахаридів. На сьогодні в комерційних цілях отримують ксантан, рамазан, геллан, велан, кекогель R та ін.

Ксантанова камедь, ксантан – природна хімічна сполука (С₃₅Н₄₉О₂₉)_n, харчова добавка Е415, відноситься до групи стабілізаторів. За хімічною природою ксантанова камедь являє собою полісахарид, отриманий шляхом ферментації з використанням бактерій Xanthomonas campestris. В життєвому циклі бактерій ксантан слугує їм захистом від вірусів і пересихання, тому може використовуватися в косметичних засобах для зволоження шкіри.

Головний ланцюг молекули (рис.18) ідентичний молекули целюлози. Відгалуження являють собою молекули маннози, глюкуронової кислоти, а також піровинограднокислі (піруватні) і ацетильні групи. Кількість піруватних груп визначає в’язкість водних розчинів ксантану. Для харчових цілей кислотні групи нейтралізують, і переводять ксантан в калієві, натрієві або кальцієві солі.

Рис.18 Формула ксантану

Виробництво ксантану базується на аеробному бродінні у водному розчині вуглеводів, джерела азоту та ін., після чого середовище пастеризують і осаджують спиртом або очищують методом мікрофільтрації. Властивості ксантану регулюють змінюючи умови життя бактерій. Ксантанова камедь використовується в харчових системах в якості згущувачів, гелеутворювачів і стабілізаторів. Вона добре розчиняється в холодній і гарячій воді, молоці, а також в розчинах солі і цукру. Молекули ксантана адсорбують воду з утворенням тривимірної сітки з подвійних спіралей ксантану. За структурою вона близька структурі гелю, але характеризується меншою в’язкістю. В зв’язку з цим, ксантан зазвичай використовують як згущувач або стабілізатор, а не гелеутворювач. Використання ксантановою камеді дозволяє: збільшити в’язкість фаршу; отримати більш стабільну і пластичну структуру готового продукту; зменшити втрати вологи при термообробці і подальшому зберіганні готових продуктів.

Розчин ксантану стійкий до дії ферментів, спиртів, ПАР, кислот (крім соляної), лугів, до дії високих (до 120⁰С) і низьких (до -18⁰С) температур. В суміші з іншими камедями ефект згущення вищий, ніж для кожного згущувача окремо. Для розчину ксантану характерні високі значення в’язкості в діапазоні рН від 2 до 12 і псевдопластичності. Завдяки таким властивостям ксантан формує добру структуру, надовго стабілізує продукти і збільшує терміни їх зберігання. Він широко використовується у виробництві соусів, молочних продуктів, морозива, десертів, хлібобулочних виробів, напоїв та ін.

Допустима добова доза споживання ксантану, встановлена комітетом по харчовим добавкам ФАО/ВОЗ 0 – 10 мг/кг маси тіла.

Гелланова камедь (геллан, келкогель) з позаклітинним полісахаридом, що виробляється Pseudomonas elodea. За хімічною будовою геллан являє собою гетеро полісахарид лінійної будови (рис.19) і є продуктом метаболізму бактерій Pseudomonas elodea.

Молекули геллану складаються з тетрасахаридних одиниць, які являють собою зв’язані ангідропіранозні одиниці 1,3-β,D-глюкози, 1,4-β,D-глюкуронової кислоти, 1,4-α,D-глюкози и 1,4-α,L-рамнози.

Геллан утворюється в процесі глибокої ферментації при 30⁰С, рН = 7,0 протягом 2 діб. Середовище має наступний склад: глюкоза – 3,0%; соєвий концентрат – 0,05%; MgSO₄ × 7Н₂О – 0,01%; NH₄NO₃ – 0,09%; Na₂HPO₄ (або К₂HPO₄) – 0,05%. В середовище додають суміш мікроелементів у кількості 1мг/мл. Виділений препарат містить 50% вуглеводів і 50% нерозчинних речовин, в тому числі 10 – 15% білків.

Рис.19 Формула геллану

Полімер використовують як технічний препарат, що утворює гель. Для повного розчинення його необхідно нагріти до температури вище 90⁰С. при додаванні іонів металів (Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) майже миттєво утворюється гель, міцність якого залежить від концентрації полісахариду і внесеного катіону. Гель, який утворює геллан, переважає за термо– і кислотостійкістю, міцність і стійкістю до бактеріальних ферментів гелі, які утворює агар.

Геллан використовують в харчовій промисловості як харчову добавку Е418 – згущувач, стабілізатор, гелеутворювач. Дозування гелланової камеді в різних продуктах 0,1 – 1%.

Унікальна властивість гелланової камеді полягає тому, що вона здатна формувати гелі майже з усіма іонами. Найбільш міцні студні утворюються з іонами кальцію і магнію. Після додавання до гарячого розчину гелланової камеді кислоти, іонів кальцію і цитрату міцність гелю збільшується.

Рамзан. Основний ланцюг біополімеру складається з D-глюкози, D-глюкуронової кислоти, D-глюкозної и L-рамнозної одиниці с двома глюкозними залишками бокового ланцюга. Хоча основний і боковий ланцюг рамзану відрізняються від відповідних ланцюгів ксантанової камеді, загальна структура біополімеру, яка має вигляд повторюваної одиниці типу «гребня» або «підвіски», є такою ж як і у ксантану. Це пояснює аналогічні функції рамзану. Але розчини камеді рамзан більш в’язкі і більш стійкі до дії температури, ніж розчини ксантанової камеді.

Велан. Основний ланцюг велана ідентичний ланцюгу рамзанової камеді, але боковий ланцюг являє собою або одиничну L-маннозу, або одиничну L-рамнозну.

Велан утворює розчини, які характеризуються більшою в’язкістю, ніж розчини ксантану і камеді рамзан. В'язкість розчинів стабільна при нагріванні до температури 70⁰С і витримуванні при такій температурі протягом 1 години.

Занфло – полісахарид, який отримують з Erwinia tahitica. Він характеризується подібними ксантану властивостями. Відмінність полягає в тім, що за температур вище 60⁰С в’язкість занфло зазнає оборотні термічні зміни.

Занфло складається з залишків фруктози, галактози, глюкози, уронової кислоти і містить деяку кількість ацильних груп.

При отриманні занфло культуру вирощують в середовищах з гідролізованим крохмалем, лактозою або їх суміші. Частіше полімер використовують в лакофарбовій промисловості.

Курдлан – нейтральний бактеріальний гелеутворюючий β-1,3-D-глюкан. Він розчинний в лужному і нерозчинний в нейтральному і кислому середовищах. При нагріванні до температури 54⁰С відбувається безповоротне гелеутворення, міцність гелю постійна в інтервалі температур 60 – 80⁰С і зростає при 80 – 100⁰С. При температурі 120⁰С структура полісахариду змінюється.

Полісахарид у великій кількості синтезується мутантом Alcaligenes faecalis var. myxogenes. За 80 годин ферментації в середовищі визначеного складу з вмістом глюкози 8% отримують 40г/л курдлану. Для виділення полімеру додають 0,1Н розчин NаОН до розчинення полісахариду, а потім клітини відділяють фільтруванням. Фільтрат нейтралізують соляною кислотою, а набряклий полімер центрифугують і висушують.

Леван є одним з небагатьох полісахаридів, які в недериватизованому вигляді утворюють рідкокристалічну фазу. Левани синтезують такі мікроорганізми як: Acetobacter, Aerobacter, Arthrobacter (Corynebacterium), Azotobacter та ін. в промисловому масштабі він виробляється з сахарози за допомогою бактерій Aerobacter Levanicum.

В хімічному відношенні батеріальний леван (фруктан) являє собою нейтральний розгалужений полісахарид, побудований із залишків D-фруктофуранози, які в основному ланцюгу з’єднані зв'язками β-2 → 6, а в місця розгалужень — α-2 → 1.

Декстран (С₆Н₁₀О₅)_n – це високомолекулярний полімер з довгим розгалуженим ланцюгом, який складається з глюкози, з’єднаної головним чином α→1,6 глікозидними і в меншій мірі β→1,4 і α→1,3 глікозидними зв'язками. Молекулярна маса декстрину від 20000 до 200000. Він являє собою аморфний світло-жовтий або білий порошок, який у воді утворює колоїдний розчин. Декстран утворюється з сахарози під дією бактерій Leoconostoc mesenteriodei.

Полігалактозамін є лінійним α-1,4-полігалактозаміном (рис.20), який продукується Paecilomyces sp.

Рис.20 Формула полігалактозаміну

Полігалактозамін нерозчинний у воді, лугах і органічних розчинниках, але розчинний в розбавлених органічних кислотах.

Він використовується в харчовій, фармацевтичній промисловості, а також у виробництві косметичних виробів.

Політран (склероглюкан) є нейтральним α-1,3-D-глюканом, який виділяє гриб Sclerotium glucanicum. До кожного третього або четвертого залишку глюкози в основному ланцюгу полісахариду приєднана α-1,6-зв'язком ще одна ангідроглюкозна одиниця по шостому атому вуглецю.

Максимальна кількість полімеру утворюється на ранній фазі росту клітин (через 48 годин). Зростання на середовищі з глюкозою забезпечує вихід полісахариду до 50%.

Під дією екзоглюканаз полісахарид розщеплюється до глюкози і гентобіози. Склероглюкан у воді утворює гелі за концентрації 1,5%, які характеризуються псевдопластичністю в широкому діапазоні температур і рН. За ступенем в’язкості склероглюкан подібний ксантану.

В діапазоні температур 15 – 90⁰С в’язкість розчину залишається постійною; після витримування протягом короткого періоду часу при більш високій температурі (до 135⁰С) в'язкість зменшується, але після зниження температури вона знову відновлюється.

Пуллулан являє собою α-D-глюкановий полісахарид, що синтезується дріжджоподібним грибом Aureobasididium pullulans («чорні дріжджі»).

Особливості отримання полісахариду полягають в наступному. Він не накопичується в процесі зростання продуцента, а синтезується в умовах надлишкового вмісту вуглецю, в якості якого використовують 10 – 12% – вий гідролізат крохмалю.

Синтез проходить на сахарозі, мальтозі, фруктозі і глюкозі. Але при концентрації сахарози вище 5% відбувається інгібірування синтезу. В якості джерела азоту можуть бути як органічні, так і неорганічні сполуки, кращими є тартрат амонію і аспарагін. Підвищення вмісту фосфору призводить до зниження молекулярної маси полімеру. Позитивно впливають на біосинтез іони заліза (3+).

Оптимальне значення рН для процесу отримання пуллулану дорівнює 6,0 – 7,0, температури – 26⁰С. біосинтез прискорюється із збільшенням концентрації кисню

Для виділення пуллулану спочатку відділяють клітини продуцента, осаджують полімер метанолом, етанолом або ізопропанолом, механічним шляхом його зневоднюють і висушують.

Пуллулан являє собою нейтральний лінійний гомо полісахарид, який складається з повторюваних мальтотриозних одиниць (α-D-глюкопіранозил-1 → 4-α-D-глюкопіранозил-1 → 4-α-D-глюкоза), з'єднаних α-1→6 зв'язками. У окремих зразках полімеру можна виявити близько 7 мальтотетраозних фрагментів.

Пуллулан легко розчиняється у воді з утворенням в’язких і клейких розчинів, він не розчиняється в метанолі і ацетоні. В порівнянні з іншими полісахаридами водні розчини пуллулану мають відносно низьку в'язкість. Полімер має добру адгезію до скла, металів, деревини і харчовим продуктам.

В харчовій промисловості використовується як наповнювач і стабілізатор емульсій, а також як формоутворювач.

Керкогель R. Біокамедь з комерційною назвою «керкогель R» продукується мікроорганізмами Pseudomonas elogea, зібраними з водоростей, що проростають в озерах штату Пенсільванії. Рентгеноструктурний аналіз показує, що молекулярна структура полісахариду являє собою подвійну спіраль, закручену вліво.

Керкогель R добре розчиняється у воді при температурі 90⁰С (5 хв.). розчин переходить в гель при введенні в нього металів (кальцію, натрію та ін.) або вуглеводів з наступним осадженням. Абсолютно прозорий гель утворюється при концентрації керкогелю R 0,2% та іонів кальцію – 0,008%. Двовалентні метали впливають на процес гелеутворення сильніше ніж одновалентні. Процес гелеутворення відбувається при температурі 30 – 40⁰С. температура плавлення такого гелю 100⁰С і вище. При збільшенні вмісту катіонів температура гелеутворення також підвищується, при цьому двохвалентні іони дають більший ефект підвищення температури, ніж одновалентні. Крім того, чим вища концентрація керкогелю R та іонів металу, тим вища термостійкість гелю. Гель може витримувати температуру 121⁰С протягом 10 хв.

Гель стабільний в широкому діапазоні рН (3 – 9), але в кислому середовищі його стабільність унікальна. Про це свідчать дані дослідження міцності гелів різних полісахаридів, які піддавали тепловій обробці протягом 45 хв. при 80⁰С і рН 3,8 – 4,0. Залишковий коефіцієнт міцності гелю для керкогелю R склав 81%, тоді як для карагену – 56%, а для агару – 62,1%.

Керкогель R стійкий до дії ферментів (пептидази, амілази, целюлазам, протеазам, ліпазам).

Керкогель R суміщається з ксантаном, борошном з бобів рожкового дерева, желатином. Його рекомендовано використовувати як гелеутворювач в кількості 0,2 – 0,4%.

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 1204 | Нарушение авторских прав