Курдлан – это внеклеточный микробный полисахарид, впервые исследованный Харадой и др. в 1964 г.

Харада дал исследуемому веществу название «курдлан» (curdlan) из-за способности этого полисахарида коагулировать (to curdle) и описал его гелеобразование при высоких температурах.

Курдлан содержит исключительно 1,3-β-гликозидные связи, которые часто встречаются в природе. Он используется благодаря его способности образовывать эластичный гель. Он образует гель с термической усадкой при относительно высоких и относительно низких температурах или при нейтрализации или диализе щелочных растворов курдлана.

Эти уникальные гелеобразующие свойства курдлана не только противоположны гелям, отверждение которых происходит при естественных условиях, таким как агароза, желатин, каррагинан и геллан, но также отличаются от свойств других гелей с термической усадкой, например конжакового маннана, метилцеллюлозы и оксипропилметилцеллюлозы. Более того, полагают, что курдлан проявляет ярко выраженную биоактивность.

4.3.1. КРАТКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА КУРДЛАНА

Курдлан производят ферментацией мутантным штаммом бактерий Alcaligenes faecalis var myxogenes 10C3 и выделением из культуральной жидкости.

Промышленный курдлан может содержать продукты распада клетки, белки, нуклеиновые органические кислоты.

Японской компанией Takeda Chemical Industries Co. Ltd. (Осака) в год производится более 100 т курдлана.

4.3.2. СТРУКТУРА КУРДЛАНА

Химическая структура курдлана показана на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Химическая структура курдлана

Курдлан является одним из биополимеров, известных как 1,3-β-D- глюканы.

Такие полисахариды характеризуются повторяющимися звеньями глюкозы, которые соединены β-связью между первым и третьим углеродами кольца глюкозы. Структура курдлана напоминает каррагинан, агарозу и геллановую камедь. В отличие от геллана и каррагинанов курдлан является нейтральным полисахаридом без кислотных компонентов.

4.3.3. СВОЙСТВА КУРДЛАНА

Курдлан нерастворим в воде при комнатной температуре, но растворяется в водных щелочных растворах, в водных растворах три(этилендиамин)гидроксида и диметилсульфоксида.

Нерастворимость курдлана в воде можно объяснить наличием обширных внутри- и межмолекулярных кристаллических доменов с водородными связями, как в целлюлозе.

Курдлан образует гель только при нагревании, другие факторы, такие как рН, концентрация сахара или присутствие катионов, влияние на гелеобразование не оказывают.

Более того, при нагревании водная суспензия курдлана может, в зависимости от температуры нагревания, образовывать гель двух типов, один из которых является термообратимым и называется гелем, отвердевающим в естественных условиях, он образуется при нагревании до 55°С с последующим охлаждением; второй является термонеобратимым и называется гелем с термической усадкой, он образуется при нагревании выше 80°С.

При увеличении концентрации, как и у других полисахаридов, прочность геля курдлана повышается.

Механизм студнеобразования курдлана основан на том, что тройные спирали являются основным компонентом большинства его молекулярных цепочек. Трехрядные молекулы соединены водородными связями с межузельной кристаллизационной водой и образуют тем самым мицеллярный домен, т.е. межузельная вода образует водородносвязанную сетку с тройными спиралями, связывая их в мицеллярную структуру (рис. 4.4, а). Гелеобразование курдлана заключается во взаимодействиях между этими мицеллами, а не в раскручивании и в повторном скручивании одиночных спиралей в трехрядные узлы. Именно ассоциация мицелл образует узлы сетки геля (рис. 4.4, б).

Рис. 4.4. Схематичное изображение сетки геля курдлана:
α – внутримолекулярно связанная кристаллизационная вода;
б – трехразмерная сетка геля (предложенная для курдлана)

Установлено, что при более высоких температурах спиральная структура также преобразовывается из однорядной в трехрядную. При этом механизмы гелеобразования гелей, отверждаемых в естественных условиях, и гелей с термической усадкой различны.

В первом случае внутренняя часть мицеллы курдлана заполнена семью одиночными спиральными молекулами, которые соединены друг с другом водородными связями молекул воды, при этом некоторые части мицеллы заняты гидратированными молекулами в форме тройной спирали. В гелях с термической усадкой молекулы курдлана меняют свою конформацию с заполнением мисцеллы шестью одиночными тройными спиралями, в которых основную роль в образовании геля играют гидрофобные взаимодействия между молекулами курдлана (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схематическое изображение структурного изменения между тремя формами курдлана:
α – структура при комнатной температуре; б – структура при высокой температуре и высокой влажности;
в – структура при высокой температуре и низкой влажности

4.3.4. ПРИМЕНЕНИЕ КУРДЛАНА

Курдлан не обладает ни вкусом, ни цветом, ни запахом. Он образует стерилизуемый, замораживаемый пищевой гель, делая возможным изготовление ранее невозможных пищевых продуктов, таких как лапша, тофу.

Этот гидроколлоид может образовывать гель при большом содержании жиров и масел. Так, курдлан, используемый в макаронном тесте, снижает вымывание растворимых ингредиентов и смягчает лапшу, что позволяет получать прозрачные бульоны. Замороженный тофу, содержащий курдлан, сохраняет мягкость текстуры после размораживания, в то время как обычный тофу после разморозки становится жестким. В замороженных сладких продуктах курдлан может улучшить текстуру пирогов и сохраняет форму мороженого.

Применение курдлана в качестве пищевой добавки или ингредиента в новых пищевых производствах приведены в табл. 4.2. Этот гидроколлоид применяется и в других областях. Так, добавление 3% курдлана в крахмал достаточно для повышения устойчивости к воде продуктов экструзии, которые могут найти применение в качестве экологически разрушаемых материалов.

Таблица 4.2

Пищевое применение курдлана

Курдлан является эффективным реактивом в создании суперпрочного бетона, предотвращающим отделение цемента и маленьких камней, а также используется в качестве органического связующего агента в керамике и активированном угле.

Любопытно, что, по мнению некоторых японских исследователей, курдлан и сульфаты курдлана обладают антираковым действием и действием против ВИЧ, что может быть вызвано специфической структурой его цепи. Установлено, что когда курдлан принимает конформацию одинарной спирали, тогда он обладает антираковым воздействием.

Имеющиеся токсикологические данные исследований курдлана в опытах на животных и в тестах in vitro свидетельствуют о безопасности его применения.

Будучи инертным диетическим волокном, курдлан одобрен для применения в Корее, Тайване и Японии. В 1997 г. компания Takeda получила разрешение на использование курдлана Федеральным управлением по вопросам качества и контроля медикаментов (США), и он стал первой одобренной США пищевой добавкой, которая была полностью разработана и подана к рассмотрению японской компанией.

Однако в России и странах Евросоюза курдлан (Е 424) не входит в список разрешенных пищевых добавок.