工业高分子多糖的甜蜜事业

工业多糖是具有独特分子结构、流变特性和生物活性的生物高分子多糖。来源于生物质资源的工业多糖，深度开发后可作为生物材料、食品添加剂、工业助剂广泛应用于食品、医药、石油化工等诸多工业领域。
 
■本报记者 李惠钰
 
多糖是自然界中含量最为丰富的生物大分子，几乎存在于所有生命体中。它与免疫功能的调节、细胞与细胞的识别、细胞间物质的运输、癌症的诊断与治疗等，都有着密切的关系。
 
工业多糖则是具有独特分子结构、流变特性和生物活性的生物高分子多糖。来源于生物质资源的工业多糖，深度开发后可作为生物材料、食品添加剂、工业助剂广泛应用于食品、医药、石油化工等诸多工业领域。
 
产业与技术同步
 
上世纪中叶至80年代末，工业多糖的概念体系就已基本形成。在当时，工业多糖主要应用于矿产资源的开发。此后，随着生物技术的发展，工业多糖逐渐被挖掘出更多的优良特性，这也极大推动了食品工业和生物制造技术与产业的发展。
 
江南大学教授史劲松表示，工业多糖的来源极为广泛，微生物、高等植物、海洋藻类、动物组织或器官中均有特定结构的高分子多糖，并且容易进行工业化制备。
 
在他看来，由于工业多糖的加工过程较多依赖于生物技术的支撑，因此其应用和开发也应该属于生物制造的范畴。
 
“在特殊条件下，工业多糖在成模性、可凝胶化以及结构的可修饰性方面，都表现出良好的性能，因此能够在生物材料领域大做文章。”史劲松说。
 
现如今，随着食品、矿采等传统应用行业的需求加大，水处理、印染、生物材料、功能食品原料等新的应用领域不断扩展，工业多糖全球年总体需求量已经达到了200万吨。其中植物源多糖就占据了60%~70%。
 
史劲松称，由于植物源高分子多糖价格攀升幅度较大，代表品种瓜尔胶由2000年的不足1万元/吨，突飞猛进地涨到了12万~15万元/吨，这也使得植物源高分子多糖的市场需求存在较大的缺口。
 
不过，植物源高分子多糖的市场短缺，却激发了微生物多糖的快速发展。
 
微生物多糖主要指大部分细菌、少量的真菌和藻类产生的多糖。史劲松表示，在微生物多糖的菌种改造方面，研究人员通过代谢工程技术调控聚合度、糖基比、支化程度，进而调控流变性；微生物多糖的优化发酵技术，还能够重点解决高黏度、高浓度体系的传质与溶氧。
 
随着生物产业的飞速发展，不同产品对工业多糖的特性也提出了更多个性化要求，从单纯的增稠功能发展到多功能要求。
 
史劲松称，未来面向生物材料和高端应用的高纯度多糖制备技术，尤其是生物加工技术的全程介入；高分子多糖的定向降解及功能性寡糖产品开发，相关水解酶基因发掘与表达；通过复配、修饰或改性，改善或提高加工性能降低成本，都将是工业多糖技术研发的热点与趋势。
 
重点产品的开发现状
 
白芨为兰科白芨属，广泛分布在长江中下游地区。白芨多糖既是一种优良的天然增稠剂，也是一种具有发展前景的生物医学材料。
 
史劲松称，白芨的地下鳞茎含有30%以上的葡甘聚糖，其葡甘聚糖的糖基比例约为4∶1，平均分子量约280万。
 
由于白芨无毒，作为食品配料或添加剂则具有较高的安全性，这一独特的性能，使其在食品工业中的用途更加广泛。
 
据记者了解，利用白芨多糖胶优良的成膜性能，制备水果涂膜保鲜剂，可减少水分蒸发、抑制采后呼吸，达到保鲜目的。白芨多糖胶作为樱桃番茄的涂膜保鲜剂，则能抑制番茄体内营养物质的消耗，降低失水率，抑制其呼吸强度，延缓果实的衰老过程。
 
另外，白芨多糖还可以形成高浓度、低黏度型胶液，特性类似于阿拉伯树胶，抗盐性能和抗酸性能良好，受pH值、无机离子、温度等因素影响较少，能够提高乳化型香精、水乳型风味调味油、含乳饮料等体系稳定性。
 
近年来，国内对于白芨多糖介入治疗肝癌方面也进行了系统的实验，并在临床应用研究中证实：白芨多糖具有阻断肝癌供血动脉及其侧枝循环的功效，能有效抑制肝癌的生长和复发。
 
作为一种天然高分子材料，白芨多糖也是极有发展前途的生物敷料材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
 
除此之外，魔芋甘露寡糖作为胶凝剂、增稠剂、乳化剂和稳定剂等，也广泛应用于食品、医药用品行业中。
 
史劲松表示，魔芋块茎中含有45%以上的葡甘露聚糖，其产品的开发也展现出光明的前景。
 
不过，高黏、不易分散的特性却限制了魔芋甘露聚糖的加工性能。而通过酶法制备出低分子甘露聚糖（水溶性膳食纤维）、魔芋低聚甘露糖，则能够更有利于作为食品配料进行添加，而且生物活性也会增强。
 
如今，魔芋低聚甘露糖的产品开发也涌现出许多新的思路。
 
史劲松称，开展配方研究并进行相关功能试验，同时利用宏基因组技术分析肠道菌群的变化，可以开发出调节肠道功能食品；添加蛋白粉、膳食纤维、维生素等其他营养元素，可开发代餐包等瘦身产品。
 
另外，魔芋低聚甘露糖也可作为健康食品添加剂，在奶饮料、功能饮料、即食休闲产品中进行配伍添加。