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琼脂粉(是什么,用法和用途,英文名)

Release Time:2021-01-01
琼脂粉是什么?
琼脂粉或琼脂是从红藻获得的果冻状物质。 琼脂是两种成分的混合物:线性多糖琼脂糖,和称为小分子琼脂的较小分子的异质混合物。 琼脂粉在某些藻类的细胞壁中形成支撑结构,并在沸腾时释放。 这些藻类被称为琼脂藻,琼脂粉属于红藻门。
琼脂粉的物理属性:
琼脂粉可以定义为从红藻类的某些海藻中提取的亲水胶体。琼脂粉不溶于冷水,但溶于沸水。 1.5%的琼脂粉溶液是透明的,冷却至34-43°C时会形成牢固的凝胶,在85°C以下不会再次融化。它是多糖的混合物,其基本单体是半乳糖。这些多糖可以以非常可变的程度被硫酸化,但是比角叉菜胶的硫酸化程度更低。因此,灰分含量低于角叉菜胶,呋喃纤维素(丹麦琼脂)等。尽管琼脂的最大灰分含量通常保持在2.5-4%之间,但可接受的最大灰分含量为5%。
琼脂粉的发现和历史:
琼脂是最古老的藻胶体。在日本,琼脂被认为是Minoya Tarozaemon在1658年发现的,并且是清水村首次纪念生产的纪念物。最初,甚至在现在,它都以溶液(热)或凝胶形式(冷)的提取物的形式制成和出售,以便在工厂附近迅速使用;该产品于是被称为Tokoroten。它的干燥和稳定产品的工业化始于18世纪初,从此被称为kanten。但是,“琼脂”一词起源于马来亚,而琼脂是最常用的术语,尽管在法语和葡萄牙语国家中,琼脂也被称为gelosa。
一位日本传奇人物讲述了琼脂的首次制备:

“日本天皇和他的皇室政党在一场暴风雪中迷失在山上,并到达一间小旅馆,他们受到客栈老板的礼节性对待,他们在晚餐时向他们提供了海藻冻菜。也许客栈老板准备了太多的果冻或味道不是那么可口,但扔了一些果冻,在夜间冻结,然后融化并沥干,使之碎裂,留下了低密度的裂纹物质,店主拿走了残留物,令他惊讶的是发现它煮沸了用更多的水可以重制果冻。”
通过现代工业冷冻技术生产琼脂是由松冈在加利福尼亚州发起的,他于1921年和1922年在美国注册了专利。当前的冷冻制造方法是经典的制造方法,其源于H.Selby和C.K.在第二次世界大战前几年在加利福尼亚开发的美国制造方法。曾(Selby,1954; Selby and Wynne,1973; Tseng,1946)。这项工作得到了美国政府的支持,美国政府希望该国在战略需求方面,特别是在细菌培养基方面,能够自给自足。
除了上述美国生产的产品外,直到第二次世界大战为止,琼脂粉这种藻胶体几乎唯一的生产者是日本工业,日本工业具有非常传统的工业结构,其基础是众多小工厂(同时运营约400家工厂)。这些工厂基本是家庭经营的,生产质量不规范,并且由于没有机械化生产,因此具有很高的就业率。因此,尽管后来安装了一些中小型工厂,但日本最近才出现经营现代化的工业工厂。
在第二次世界大战期间,可用琼脂粉的短缺刺激了那些拥有倍半乳糖的沿海资源的国家,这与日本工业所用的太平洋太妃糖非常相似。因此,在葡萄牙,洛雷埃罗(Loureiro)在波尔图开始了琼脂产业,与此同时,西班牙的J. Mejias和F. Cabrero开始了研究,从而建立了重要的伊比利亚琼脂粉产业。其他没有琼脂藻类海藻的欧洲国家试图从其他海藻提取物中制备琼脂替代品。
琼脂粉的英文名:Agar
琼脂粉的来源
尽管琼脂粉的一般定义中都包含了不同的海藻,但这些海藻作为琼脂生产中的原料,其产品的性能却有所不同。因此,提到琼脂粉时,通常会指明其原始原料,因为这会影响其用途(图1)。因此,我们谈论的是琼脂琼脂,龙须菜琼脂,翼手龙琼脂等。为了更准确地描述产品,通常提及海藻的起源,因为智利的格拉希里亚琼脂与阿根廷的格拉希里亚琼脂和来自阿根廷的格拉希里亚琼脂具有不同的特性。西班牙不同于墨西哥的千里香琼脂。
最初,Gelidium琼脂构成了我们认为是真正的琼脂,将术语琼脂糖指的是从其他海藻中提取的产品。尽管这些琼脂不具有与Gelidium琼脂相同的特性,但它们可以在某些条件下用作替代品。第二次世界大战后,由于国际食品需求的增长,日本工业被迫使用越来越多的原材料,而不是传统的和平油茶或东方油茶。
最初,Gelidium琼脂构成了我们认为是真正的琼脂,将术语琼脂糖指的是从其他海藻中提取的产品。尽管这些琼脂不具有与Gelidium琼脂相同的特性,但它们可以在某些条件下用作替代品。第二次世界大战后,由于国际食品工业的需求不断增长,日本工业被迫使用越来越多的原材料,而不是传统的和平油茶或东方油茶。
五十年代,通过改进工业流程,琼脂的凝胶强度得到了提高,真正的琼脂琼脂与当时可用的琼脂之间的差异变得更加清晰。凝胶强度从400 g / cm2(家庭手工业生产的天然琼脂的最大值)增加到通过工业方法生产的琼脂的750 g / cm2或更高。胶凝强度数据指的是Nikan-Sui方法,该方法替代了过去使用的原始Kobe方法。 Nikan方法更精确且更易于重现。该方法的简短说明包含在“属性”部分中。
日本发现了用于琼脂提取的强碱性方法(请参见“制造过程”一节),这意味着增加了江imported琼脂的凝胶强度,随后利用了从南非进口的海藻来增加可用的原料。
琼脂粉的用途:
琼脂粉是人类食品工业中使用的第一种藻胶体。最初,琼脂粉仅在远东使用,但应用已扩展到世界各地超过一个世纪。应用范围的扩大归因于任何其他藻类,树胶或明胶中不存在的特殊胶凝特性。结果,食品级琼脂的价格高于其他具有胶凝特性的藻胶体,后者也被允许作为食品添加剂。此外,这些特性使琼脂可以成功地使用,甚至可以仅在某些科学和工业应用中使用。一些较早的评论还讨论了琼脂的用途(Selby和Wynne,1973; Meer,1980; Glicksman,1983)。
“属性”部分开头列出的琼脂粉的10个重要特征从技术上解释了琼脂的许多应用。对于人类食品工业而言,其安全性得到某些国家300多年不间断使用的保证,并且在世界范围内已超过一个世纪。此外,粮农组织/世卫组织食品法典允许在人类食品工业中使用琼脂,并且还受到更为严格的国家(例如英国,德意志联邦共和国,俄罗斯,法国和波兰)的法规的接受和授权。美国食品和药物管理局(FDA)将琼脂定为GRAS(公认安全)等级。
在人类食品工业中,琼脂主要用作胶凝剂,并以次要方式用作稳定剂和控制粘度。它被用作添加剂,而不是营养物。琼脂粉的胶凝能力是如此之高,以至于以最大浓度1%的浓度使用。为了控制粘度和作为稳定剂,使用的比例为1/100或更小。因此,摄入量非常小,并且由于琼脂不容易被人体消化,因此其热量贡献可忽略不计,因此可以在特殊减肥食品中使用。人体对琼脂的消化是不完善的,研究表明只有不到10%的多糖被同化。因此,由于其在人类食品中的使用比例很小,其作为营养素的重要性非常小。

琼脂粉在食品工业中的应用是基于其特殊的特性,最重要的应用如下:
※ 在糖果中,准备果冻,棉花糖,糖果或糖果填充剂。
※ 在果酱生产中,琼脂用作增稠剂和胶凝剂。
※ 日本的三its生产非常重要。这是一种水果沙拉,混有琼脂凝胶块,颜色适当,加盐并加水果味。用于这种水果沙拉的琼脂必须能够对罐头进行消毒,而不能使立方体融化或失去其角或边缘。为此,使用了某些类型的胶质琼脂。
※ 在面包房中,琼脂用于覆盖蛋糕,给甜甜圈加糖,当将其应用于巧克力时,它可以很好地粘附在基料上而不会破裂。通常,琼脂用于防止这些糖食产品脱水。
※ 琼脂粉在果冻制品中也很重要。与果胶相比,琼脂的优势在于不需要高糖浓度即可形成凝胶。
琼脂粉的用法:
细菌培养过程中如何使用琼脂粉在培养皿中培养细菌

培养实验步骤1:
Prepare the agar. Agar is the jelly-like substance used to culture bacteria. It is made from a type of red algae, which provides an ideal growing surface for many different types of bacteria. Some types of agar contain added nutrients (such as sheep's blood) which help to promote more vigorous bacterial growth.[1]
  • The easiest type of agar to use in this experiment is a nutrient agar which comes in powder form. You will need as much agar as you need, but don't use less than 1.2 grams (½ teaspoon) of agar powder for every 10 centimetres (3.9 in) Petri dish you wish to use.
  • In a heatproof dish or bowl, stir 1.2 grams (½ teaspoon) of the nutrient agar powder into 60 millilitres (0.25  c) of hot water. Multiply these quantities by however many Petri dishes you plan on using.
  • Place the bowl or dish in the microwave, and let it begin to boil for 1 or more minutes, watching to make sure that the agar solution doesn't boil over.
  • When the solution is ready, the agar powder should be completely dissolved and the liquid should be clear in color.
  • Allow the agar solution to cool for several minutes before proceeding.You don't want to get burnt!
实验步骤2:

Prepare the Petri dishes. Petri dishes are small flat-bottomed containers made of clear glass or plastic. They have two halves - a top and a bottom - which slot into one another. This protects the contents from any unwanted contaminated air, but also allows any gasses produced by the bacteria to escape.[2]
  • Petri dishes must be completely sterilized before they are used for growing bacteria, otherwise, the results of the experiment could be affected. Newly purchased Petri dishes should come pre-sterilized and sealed in plastic packaging.
  • Remove the Petri dish from its packaging and separate the two halves. Very carefully, pour the warm agar solution into the bottom half of the Petri dish - just enough to form a layer over the bottom of the dish. Work in the presence of a candle with a tall flame or a Bunsen burner to keep contamination low.
  • Quickly replace the top half of the Petri dish to prevent any airborne bacteria from contaminating the experiment. Set the Petri dishes aside for 30 minutes to 2 hours, until the agar solution cools and hardens (when it’s ready it will resemble set Jell-O).
实验步骤3:
Refrigerate the Petri dishes until ready to use. If you don't plan on using the agar-filled Petri dishes immediately, they should be stored in the refrigerator until you are ready to proceed with the experiment.[3]
  • Storing the Petri dishes in the refrigerator prevents the water inside the dishes from evaporating (bacteria need a moist environment to grow). It also allows the surface of the agar to harden slightly, which prevents any tearing or gouging when you transfer your bacteria samples.
  • When storing Petri dishes in the refrigerator, the dishes should be placed upside down. This helps to prevent any condensation on the lid from dropping down and disrupting the growing surface.
  • Agar-filled Petri dishes will keep in the refrigerator for as long as a couple of months. When you are ready to use them, remove them from the refrigerator and allow them to reach room temperature before introducing your samples.

琼脂粉的化学结构
琼脂粉的早期研究表明,它含有半乳糖,3,6-脱水半乳糖(Hands and Peats,1938年; Percival,Somerville和Forbes,1938年)以及与碳水化合物结合的无机硫酸盐(Samec和Isajevic,1922年)。
结构研究基于几种方法对琼脂进行分级分离,然后进行化学和酶促水解。 W. Yaphe的酶促水解研究非常重要。随后,利用红外光谱和核磁共振光谱,特别是13C n.m.r.进行的光谱化学研究解释了这些复杂多糖的结构中的许多重要点。
红外光谱是许多实验室中最容易获得的方法。图8a显示了已针对琼脂光谱进行表征的不同吸收带。还显示了角叉菜胶光谱的典型谱带(图8b),因为其许多重要用途与琼脂相似,并且该光谱可用于区分两者。在1 540 cm-1和1 640 cm-1处的谱带特别值得注意。它们来自琼脂中存在的蛋白质,以前仅对此发表过一些评论。到目前为止,尚未确定890 cm-1处的峰值。
N.M.R.在研究这些结构时非常重要。然而,该技术是困难的,它需要13Cn.m.r。只有少数几个实验室可以负担的设备。对于此类工作,最好查阅W. Yaphe于1977年发表的论文,例如Bhattacharjee,Hamer和Yaphe(1979); Yaphe(1984); Lahaye,Rochas和Yaphe(1986)。
现在认为琼脂由两部分组成,琼脂糖和琼脂果胶。这些最初是由荒木(Araki)(1937)分开的,并且结果以日文发表,因此对于某些研究人员来说并不容易获得。例如,琼斯和皮特斯(Jones and Peats,1942)为琼脂分配了一个单一结构,将其定义为长的D-半乳糖链残基,并通过1,3-糖苷键连接;在所提出的结构中,该链的末端是在C-4处连接到该链的L-半乳糖残基,并被硫酸半酯化的C-6。在一些有关天然聚合物的书籍中甚至在最近出版的百科全书中仍然提到了这种错误的结构。
琼脂糖
琼脂糖的兴趣消失了,直到在乌普萨拉大学(University of Uppsala)Tiselius任职的Hjerten开始寻找适合电泳和色谱分析的电中性多糖。他基于季铵盐的使用发表了一种改进的分离方法(Hjerten,1962)。 Russell,Mead和Polson(1964)报道了一种使用聚乙二醇制备琼脂糖的技术,后来该技术获得了Polson(1965)的发明专利权。两种方法均给出了足够纯度的琼脂糖,以便对其结构进行研究。
图5显示了可以从琼脂糖的总水解中分离出来的残基的类型和大约相对数量。
图6显示琼脂糖是由通过C-1和C-3连接的b-D-吡喃半乳糖残基与通过C-2和C-4连接的3,6-脱水-L-半乳糖残基形成的中性长链分子。 。两个残基交替重复。单体之间的连接对化学和酶水解具有不同的抵抗力。 1,3-a链接更容易被酶(Pseudomonas atlantica)水解,从而产生新琼脂糖。 1,4-b键更容易被酸催化剂水解并产生琼脂二糖单元。然而,正如在细菌的肽聚糖中所发现的,1,4-b键使多糖链特别紧密并具有抗断裂性。分配给未降解琼脂糖的分子量约为120000。该重量是通过沉降测量确定的,它表示连接在一起的400个琼脂二糖(或800个己糖)单元。

图8a琼脂膜上的红外光谱

波形数值

吸收

730

Carbon-sulfur links vibration.

(Cross, 1964).

750

Carbon-sulfur links vibration.

(Torres-Pombo, 1972).

820

Ester-sulfate in C-6 link vibration. (Stancioff and Stanley, 1969).

850

C-O-S in C-4 link vibration. (De Lestang and Lloyd, 1961; Alkahane and Izumi, 1976).

890

Typical Agar peak with unknown meaning.

930

3,6-Anhydro-galactose bridge vibration. Typical Agar peak. (Stanley, 1963)

1060

Ester-sulfate link vibrations. (Cross, 1964). (1)

1070

3,6-Anhydro-galactose bridge vibration. Typical Agar peak. (Stanley, 1963)

1180

Ester-sulfate link vibrations (Cross, 1964). (1)

1250

Ester-sulfate link vibrations, (Alkahane and Izumi, 1976). (1)

1370

Ester-sulfate link vibrations. (Cross, 1964). (1)

1410

Peak with unknown meaning.

1540

CO-NH peptide link vibrations. (Cristiaen, 1983).

1640

Amine function deformations vibrations. (Cristiaen, 1983).

1750

Possibly a methyl group vibration. (2)

2815

O-CH3 link vibrations.

2830

O-CH3 link vibrations.

备注:(1)硫酸盐在1060、1180、1250和1370处出现峰,但由于琼脂中硫酸盐含量低(<2%),因此硫酸盐在链中所占的位置并不清楚。
(2)甲基造成的1750峰尚未归因于此刻,因为带有6-甲基的琼脂在1780 cm-1处形成峰。
图8b角叉菜胶薄膜的红外光谱

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