摘要：瓊脂是一種提取于紅藻的天然多糖，具有優(yōu)良的膠凝性和凝膠穩(wěn)定性，在食品、醫(yī)藥、生物工程等方面有廣泛的應(yīng)用。文中介紹了瓊脂及其降解產(chǎn)物的應(yīng)用現(xiàn)狀。常規(guī)瓊脂溶解所需溫度較高，故低溫溶解瓊脂的制備對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)有重大的意義，不僅節(jié)約了工業(yè)生產(chǎn)中溶解瓊脂所消耗的能源，而且使溫度敏感的物質(zhì)及微生物與瓊脂的共同應(yīng)用成為可能。本文綜述了低溫溶解瓊脂的制備進(jìn)展，以促進(jìn)瓊脂的進(jìn)一步開發(fā)和利用。

關(guān)鍵詞：瓊脂 降解產(chǎn)物 應(yīng)用 溫度 溶解性

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5336（2015）06-0000-00

Abstract： Agar is a kind of natural polysaccharide extracted from red algae， with excellent gelation property and gel stability，so agar is widely used in food， medicine，bio- engineering，and so on. The application status of agar and its degradation products is reviewed in this article. Since agar needs higher temperature to dissolve，it have great significance to prepare agar with low-temperature solubility for practical output： not only saving energy needed to dissolve agar in industry production， but also making it possible to apply materials and microbe sensitive to temperature and agar at the same time. It is summarized that the progress of the preparation of agar with low-temperature solubility，aiming at promoting the further exploitation and application.

Keywords： agar；degradation products；application；temperature；solubility

瓊脂（ Agar） 也稱瓊膠，又名洋菜、洋粉、燕菜精等，是從石花菜、江籬菜等紅藻植物中提制的親水性膠體[1]。瓊脂主要是由中性的瓊脂糖和離子性的瓊脂膠兩部分組成：瓊脂糖由β-D-半乳糖和3，6-內(nèi)醚-α-L-半乳糖的二糖單元交替組成，是形成凝膠的組分；而瓊脂膠是瓊脂糖的衍生物，半乳糖殘基不同程度地被甲氧基、硫酸基、丙酮酸基等所取代，是非凝膠組分。瓊脂中所含瓊脂糖越多，其凝膠強(qiáng)度就越大，應(yīng)用價(jià)值也越高[2]。

瓊脂含有豐富的膳食性纖維和十多種礦物質(zhì)元素，低熱量，具有降血糖、降膽固醇、排毒養(yǎng)顏等保健效果，在人體中的吸收率極低[3]，是純天然的保健食品原料[4]。

1 瓊脂的物化性質(zhì)

1.1 溶解性

常規(guī)瓊脂在常溫下不溶于水和無機(jī)、有機(jī)溶劑，干瓊脂在冷水中會(huì)大量吸水溶脹，約能吸收本身體積20倍的水，加熱到95-100℃后可溶于水形成膠體溶液。向瓊脂溶液中加入10倍體積的丙酮、乙醇或異丙醇，可使瓊脂從水溶液中絮凝析出。同樣，高濃度的電解質(zhì)溶液，如硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鈣或硫酸銨，可使其鹽析[5] 。在瓊脂提取工藝中，可利用這一特性用于瓊脂凝膠脫水。

1.2 凝膠性

瓊脂具有良好的凝膠性，即使質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004%的瓊脂溶液，在常溫下仍有凝膠作用。在相同濃度下，其凝膠強(qiáng)度比其它任何膠凝劑的凝膠強(qiáng)度都高。當(dāng)瓊脂溶膠的溫度降低至40℃以下時(shí)，瓊脂大分子間則會(huì)以雙螺旋結(jié)構(gòu)的狀態(tài)逐漸聚集而形成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體，螺旋之間以及螺旋與水分子之間主要靠氫鍵的力來維持。瓊脂的凝膠性能使得整個(gè)體系顯現(xiàn)出固體的力學(xué)性質(zhì)，如具有一定的彈性、強(qiáng)度、屈服值等[4]。

凝膠強(qiáng)度是評(píng)價(jià)瓊脂品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，凝膠強(qiáng)度越大，其應(yīng)用價(jià)值就越高[2，6]。

1.3 凝膠溫度滯后性

瓊脂凝膠是熱可逆性凝膠，凝膠加熱時(shí)融化，冷卻后便凝固，可以重復(fù)進(jìn)行。瓊脂溶膠的凝固點(diǎn)一般在32-43℃范圍，而瓊脂凝膠的融點(diǎn)一般在75-90℃范圍。凝固點(diǎn)遠(yuǎn)低于融點(diǎn)是瓊脂的特有現(xiàn)象，稱為“滯后現(xiàn)象”。瓊脂許多應(yīng)用的優(yōu)越性就取決于這種高滯后性。正是這一特性，才使瓊膠在微生物培養(yǎng)上有著難以取代的地位。

1.4 泌水性

瓊脂凝膠在放置較長(zhǎng)時(shí)間后，其表面會(huì)分泌一些水珠，隨著擱置時(shí)間的延長(zhǎng)則水珠會(huì)連成片，這種現(xiàn)象稱為“泌水”。實(shí)際生產(chǎn)過程中使用加壓或冷卻都會(huì)促使分泌性的增加，達(dá)到瓊膠的提純。

2 瓊脂及其降解產(chǎn)物的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 瓊脂的應(yīng)用現(xiàn)狀

瓊脂因其良好的凝膠性、穩(wěn)定性、凝膠可逆性以及凝膠溫度滯后性，在食品、醫(yī)藥、日用化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[7]。

2.1.1 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

在食品工業(yè)中，瓊脂被用作膠凝劑、增量劑、增稠劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、賦形劑、助懸劑、水分保持劑，能明顯改變食品的品質(zhì)，提高食品的檔次，成為一種重要的食品添加劑。例如：添加到罐頭食品中，其膠凝性和增稠性可防止罐頭中食品組織的破碎，改善其口感，并使其它的添加物均勻分散，避免了沉淀和分層；用在果汁飲料類產(chǎn)品中，使用濃度僅0.001% -0.005% 即可使果粒懸浮均勻，這是其它助懸劑無法代替的；此外，瓊脂還應(yīng)用在果凍、乳制品、冷飲食品、焙烤食品、釀造行業(yè)、糖果工業(yè)等中。2.1.2 在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用

在醫(yī)藥行業(yè)中，瓊脂可作為膠凝劑來制備菌體培養(yǎng)基，在病理鑒定、生化凝膠電泳和層析中用途很廣。

瓊膠可防止腸道對(duì)膽固醇的吸收，故可作高膽固醇、動(dòng)脈硬化患者的直接藥用劑；瓊膠廣泛地用作輕瀉藥預(yù)防和治療便秘，無刺激性，對(duì)身體無害；在修補(bǔ)補(bǔ)牙科學(xué)中，將瓊膠/藻酸鹽雙重印模法代替常規(guī)藻酸鹽印模法，取得了質(zhì)量較高的印模和模型[8]；外科治療中可用作藥膏藥基，對(duì)傷處無刺激；還可用于片劑、膠囊、乳化劑等的輔料。

2.1.3 在日用化工中的應(yīng)用

瓊脂可以用于牙膏、洗面乳、洗發(fā)露、化妝品、固體清香劑等，作穩(wěn)定劑或乳化劑。以瓊膠為原料的膠囊，可用在化妝品領(lǐng)域以保持化妝品中不穩(wěn)定的成分。

2.1.4 其它方面的應(yīng)用

其他方面的應(yīng)用如微生物培養(yǎng)基、實(shí)驗(yàn)基質(zhì)、凝膠擴(kuò)散基質(zhì)；生產(chǎn)包裝用的可食性薄膜；在原子反應(yīng)堆中作為中子的瞬時(shí)吸收等。

2.2 瓊脂降解產(chǎn)物的應(yīng)用現(xiàn)狀

瓊脂黏度高、水溶性差、不易吸收，這使得瓊脂的應(yīng)用受到較大限制。為了拓寬瓊脂的應(yīng)用領(lǐng)域，可利用化學(xué)法、酶法將其降解，得到一定分子量和聚合度的瓊膠寡糖[9]。瓊膠寡糖聚合度不同，藥理作用和生物活性也不相同，如抗氧化、抗炎癥、抗病毒、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫和保濕美白等，這使得瓊膠寡糖在保健品、化妝品、海洋藥物等行業(yè)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[10]。

2.2.1 在食品中的應(yīng)用

瓊膠寡糖在食品生產(chǎn)應(yīng)用中前景廣闊，如可用于面包、飲料和一些低卡路里食品的生產(chǎn)。瓊膠寡糖是一種新型的益生元[10]，可選擇性的刺激乳酸桿菌與雙歧桿菌在宿主腸道內(nèi)的生長(zhǎng)，從而增進(jìn)宿主健康。瓊膠寡糖不會(huì)被消化酶和腸道內(nèi)的細(xì)菌分解、無熱量，故可用作高甜味劑的充填劑和分散劑。

2.2.2 在化妝品行業(yè)的應(yīng)用

日本添加瓊膠寡糖后生產(chǎn)的化妝品對(duì)皮膚、頭發(fā)有良好的保濕、調(diào)理效果[11]。陳海敏等[12]發(fā)現(xiàn)聚合度10-30的瓊膠低聚糖可用于皮膚的吸濕、保濕和美白，可作為吸濕、保濕以及美白成分添加于化妝品中。

2.2.3 在醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用

陳海敏等[13]發(fā)現(xiàn)瓊膠寡糖可明顯抑制血管形成，該抑制作用主要是通過將細(xì)胞周期阻滯在S期、促進(jìn)臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡產(chǎn)生的。聚合度在2～4的瓊膠寡糖可以抑制腫瘤壞死因子（TNFα）和前列腺素E2（ PGE2） 的產(chǎn)生，從而抑制癌癥發(fā)生[9]。趙雪等[14]認(rèn)為瓊膠寡糖A1（以二、四糖為主）、A2（以已糖、辛糖為主）對(duì)超氧陰離子、羥基自由基和DPPH自由基都有一定的清除作用，可用于預(yù)防和治療與自由基氧化相關(guān)的疾病。一定聚合度的瓊膠類硫酸多糖對(duì)腮腺炎、腦膜炎、B型流感等病毒有抑制作用。包磊[15]將瓊脂糖改性并與明膠復(fù)合，可用來制備凝膠狀皮膚敷料，在治療皮膚燒傷和潰爛方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

2.2.4 其它方面的應(yīng)用

瓊脂糖凝膠由于其良好的生物相容性，可作為分離介質(zhì)用在瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)中，分離蛋白質(zhì)、DNA、血紅蛋白等；瓊脂糖還可應(yīng)用到色譜技術(shù)中；瓊膠寡糖有較好抑菌作用，可作為防腐劑使用。

3 低溫溶解瓊脂的制備進(jìn)展

多糖的生物活性與水溶性密切相關(guān)，常規(guī)瓊脂其室溫水溶性較差，只能在95℃下10-15分鐘才完全溶解，而且溶液呈渾濁、不透明狀。在加熱溶解時(shí)需要較高的溫度和較長(zhǎng)的時(shí)間，并且高溫敏感的微生物及食品活性物質(zhì)都不耐受瓊脂溶解時(shí)的溫度，限制了瓊脂的應(yīng)用[16-17]。低溫速溶瓊脂的溶解性好，在實(shí)際應(yīng)用中極大地方便了工業(yè)化流水線生產(chǎn)，為瓊脂的應(yīng)用開辟了新的市場(chǎng)和領(lǐng)域。

3.1 物理改性制備方法

叢松峰[18]在傳統(tǒng)瓊脂生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)瓊脂進(jìn)行物理改性，將瓊脂粉和助溶劑在攪拌條件下分散于水中，煮沸溶解后冷卻；低溫冷凍至完全凍結(jié)，融解后用板框壓濾機(jī)脫水；干燥過程中將分散劑噴淋到瓊脂干燥物表面；粉碎過篩，即可得到速溶于80℃熱水、90℃條件下瞬間即溶的速溶瓊脂。但其溶解溫度依然較高，其凝固溫度、融化溫度都沒有明顯的改善，并且添加的助溶劑和分散劑對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)配方中其它成分的添加量及影響是未知的。

楊松濤[19]通過將助溶劑加入到海藻膠液中或?qū)傊椭軇┘铀蠓兄寥芙馔耆?，?jīng)高壓或超高壓設(shè)備處理后，噴霧干燥得到低溫速溶產(chǎn)品。該產(chǎn)品的溶解溫度≤70℃，溶解時(shí)間小于8min；同時(shí)，瓊脂的凝膠速度也可以通過調(diào)整助溶劑的配比，得到有效控制。

劉寧等[20]是將瓊脂粉加入水中制成的懸浮液，高壓均質(zhì)進(jìn)行改性，再加熱使瓊脂成為液體狀態(tài)，最后進(jìn)行噴霧干燥得到低溫溶解瓊脂粉。改性后瓊脂的凝膠強(qiáng)度可達(dá)2280g/cm2，溶解溫度為60-65℃。

徐博等[21]以國(guó)產(chǎn)的江蘺屬瓊脂粉為原料，不添加任何其他物質(zhì)，僅采用雙螺桿擠壓加工技術(shù)予以改性，確保其成分的單一性及食用的安全性，產(chǎn)品在60℃下可以溶解。加工后的瓊脂粉粉末流動(dòng)性好，無異常氣味，其低溫溶解性也得到改善，但顏色偏黃，瓊脂凝膠顏色為淡黃色，透明度稍差，凝膠強(qiáng)度較常規(guī)瓊脂低。

3.2 化學(xué)改性制備方法

張小川[17]將瓊脂原料溶解到強(qiáng)堿溶液中，加入脫甲氧基試劑進(jìn)行反應(yīng)；然后對(duì)反應(yīng)后的溶液進(jìn)行過濾、冷凍、脫水以及干燥處理，制得新型瓊脂產(chǎn)品，在60-80℃即完全溶解，而且溶液透明度高。

鐘旭東等[22]以石花菜和江蘺菜為原料，經(jīng)特殊工藝提取、精制而得到低溫速溶瓊脂。產(chǎn)品比常規(guī)瓊脂具有更高的耐熱性，冷水中易分散，不會(huì)結(jié)團(tuán)，55～60℃低溫條件下5～7min即可完全溶解，并且溶液透明度高，使用方便。但其凝膠強(qiáng)度略低于常規(guī)瓊脂。

曹明昭等[16]以瓊脂為原料，氯乙酸為羧甲基化試劑，制得了羧甲基化瓊脂（CMA）。與原瓊脂相比，隨羧甲基化程度的增加，所制備瓊脂的溶解溫度、凝膠溫度、凝膠強(qiáng)度、凝膠再溶溫度以及硬度、脆性、膠粘性都呈下降趨勢(shì)，而且隨著取代度的增加而降低，而其凝膠的彈性和內(nèi)聚性呈上升趨勢(shì)。該方法步驟繁瑣，且反應(yīng)過程中引入雙氧水和硫化鈉，其安全使用性不能保障。

4 結(jié)語(yǔ)

瓊膠本身含有80%的水溶性食物纖維，具有降血脂、降血糖、排毒養(yǎng)顏等保健功效，現(xiàn)已成為食品市場(chǎng)的寵兒。溶解瓊脂所需溫度較高，限制了瓊脂的應(yīng)用。雖然有些經(jīng)過改性的瓊脂溶解溫度有所降低，但瓊脂的凝膠強(qiáng)度減小很多，使得瓊脂的最大優(yōu)勢(shì)不再明顯。有些瓊脂是通過添加其它物質(zhì)的方法或化學(xué)方法來進(jìn)行改性，增加了安全實(shí)用的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)添加的物質(zhì)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)配方中其它成分的添加量及影響是未知的。瓊脂的凝膠強(qiáng)度是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，凝膠強(qiáng)度越大其應(yīng)用價(jià)值就越高，因此在提高瓊脂溶解性的同時(shí)要盡可能保證瓊脂的凝膠強(qiáng)度。所以對(duì)于高凝膠強(qiáng)度低溫溶解瓊脂的研制是十分有意義的。

參考文獻(xiàn)

[1]The United States Pharmacopeial Convention. The United States Pharmacopeia（USP32-NF 27）[M]. Rockville： The United States Pharmacopeial Convention，2009：1154.

[2]琴梅，戚勃.瓊脂的物化特性及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑，2009（6）：170-174.

[3] Armisen R. Agar and agarose biotechnological applications[J]. Hydrobiologia，1991，221（1）：157-166.

[4]蘇生顯，許永安.紅藻膠的理化特性及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（10）：279-280.

[5]《明膠科學(xué)與技術(shù)》 編輯部信息組.瓊脂[ J] .明膠科學(xué)與技術(shù)， 2005，25 （3）：123-130.

[6] Armisen R. Worldwide use and importance of Gracilaria[J].Journal of Applied Phycology， 1995， 7（3）： 231-243.

[7] Kumar V， Fotedar R. Agar extraction process for Gracilaria cliftonii[J]. Carbohy- drate Poly- mers， 2009， 78（4）： 813-819.

[8]汪宏暉，程輝，章少萍.瓊脂/藻酸鹽雙重印模法在死髓牙固定修復(fù)中的應(yīng)用[J].福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36（4）：453-454.

[9]繆伏榮，李忠榮.瓊膠的降解及其產(chǎn)物的開發(fā)應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007（2）：125-128.

[10]問莉莉，董靜靜，李思東.瓊膠寡糖的制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].山東化工，2011，40（5）： 29-30.

[11]馬翠萍，石超.瓊膠酶研究進(jìn)展[J].微生物學(xué)通報(bào)，2008，35（1）：110.

[12]陳海敏，嚴(yán)小軍，駱其君 等.一種瓊膠低聚糖在化妝品中的應(yīng)用.中國(guó)：101897652A[P]. 2010-12-01.

[13]陳海敏，嚴(yán)小軍，王峰 等.瓊膠寡糖抑制血管形成作用的研究[J].營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2007（4）：405- 407，410.

[14]趙雪， 薛長(zhǎng)湖，徐強(qiáng) 等.瓊膠寡糖體外清除自由基活性的研究[J].中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，2002，9（3）： 281-282.

[15]包磊.大型海藻多糖的改性及其作為皮膚再生材料的研究[D]. 暨南大學(xué)，2009.

[16]曹明昭，李健春，張語(yǔ)樵 等.羧甲基化瓊脂的合成及性能表征[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，26（1）：9-11.

[17]張曉川.一種瓊脂及其制備方法.中國(guó)，102153677 A[P].2011-03-18.

[18]叢松峰.速溶瓊脂的制備方法.中國(guó)，1793184A[P]. 2006-06-28.

[19]楊松濤.一種低溫速溶瓊脂的生產(chǎn)技術(shù)：中國(guó)，102766224A[P]. 2012-11-07.

[20]劉寧，李春，徐博.一種低溫溶解瓊脂的制備方法及其應(yīng)用：中國(guó)，103421198A[P].2013-12-04.

[21]徐博，張聞修，李春 等.螺桿擠壓生產(chǎn)高凝膠強(qiáng)度的低溫溶解江蘺屬瓊脂[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2013， 29（2）： 280-286.

[22]鐘旭東，張新川，楊瑞.中國(guó)寒天（速溶瓊脂）的功能性及其在食品中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)食品添加劑，2010：264-268.

作者簡(jiǎn)介：王丹（1990—），女，漢族，河南漯河人，鄭州大學(xué)碩士在讀，研究方向：綠色化工。

通訊作者：任保增（1962—），男，漢族，河南南陽(yáng)人，博士，教授，現(xiàn)就職于鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，研究方向：綠色化工。