琼脂

琼脂，学名琼胶，英文名agar，又名洋菜agar-agar、海东菜、冻粉、琼胶、石花胶、燕菜精、洋粉、寒天、大菜丝，是植物胶的一种，常用海产的麒麟菜、石花菜、江蓠[lí]等制成，为无色、无固定形状的固体，溶于热水。^[9]其主要的成分是多聚半乳糖的硫酸脂。琼脂是由海藻中提取的多糖体，是世界上用途最广泛的海藻胶之一。^[4]

琼脂最初起源于中国，1000多年前中国已经用石花菜来煮胶，^[2]直到20世纪60年代，日本解决了用江蓠属海藻提取琼脂的技术问题，70年代后，江蓠属海藻成为琼脂工业最主要的原料。^[10]

琼脂含有多种微量元素和膳食纤维，热量低，具有清热解暑、开胃健脾、排毒养颜、泻火、润肠、降血压、降血糖和防癌作用，被联合国粮农组织确认为21世纪健康食品，被美国食品药物管理条例列为公认安全的产品，获准作为食品添加剂作为专题载入食品化学品药典之中，琼脂用于食品中能明显改变食品的品质，提高食品的档次。价格很高。^[5]琼脂具有胶凝性和凝胶的稳定性，在食品中工业中具有增量剂、增稠剂、乳化剂、胶凝剂、 稳定剂、赋形剂、助悬剂、水分保持剂的功效，广泛地应用于糖果、罐头、果冻、饮料等食品工业。^[10]在生物领域也具有重要作用，如制作培养皿，研究核酸。^[7][11]

琼脂的英文名为agar。这个词来源于马来语的agar-agar，意思是胶状物。^[12]一位日本人在偶然情况下发现了天然冷冻制造琼脂的方法，日本人将琼脂称为"寒天"就是由此而来。^[2]

琼脂最初起源于中国，据传1000多年前中国已开始用石花菜来煮胶，做成凝胶食用。后来传至日本，大约1658年，一位日本人在偶然情况下发现了天然冷冻制造琼脂的方法，日本人将琼脂称为"寒天"就是由此而来。^[2]1859年，法国化学家Anselme Payen首次对琼脂进行了化学分析，他从海藻石花菜中获得了琼脂。^[13]从19世纪末开始，琼脂开始被用作生长各种微生物的固体培养基。琼脂很快取代明胶作为微生物培养基的基础。^[14]1882年，罗伯特·科赫实验室的助理德国微生物学家Walther Hesse在其妻子Fanny Hesse的建议下首次描述了琼脂在微生物学中的应用。^[15]随着琼脂在微生物学中的新用途，琼脂的产量迅速增加。日本成为了制造琼脂的主要国家。^[16]二战结束后，琼脂的需求量不断增加，而石花菜资源短缺，人们开始积极研究用江蓠制造琼脂，^[2]20世纪60年代后，日本解决了利用江蓠属海藻提取琼脂的技术问题，江蓠琼脂质量达到或超过了石花菜的水平，故用江蓠作为琼脂原料逐年增加。到70年代以后，江蓠属海藻成为琼脂工业最主要的原料。据统计，可用于提取琼脂的海藻有伊谷草属、凝花菜属、石花菜属、江蓠属和紫菜属的几十个品种，但仍以江蓠属的海藻为主要原料。^[10]

食品工业上上用的琼脂（分子式：（C12H18O9)n^[6]）无气味或有轻微的特征性气味，有条状、片状、粒状、粉状、薄膜带状，碎片状等形状，色泽由白至微黄，半透明、口感粘滑，具有胶质感。正常冻结-融化方法所制得的以琼脂糖为主的高纯度琼脂，不溶于冷水。需经加热煮沸才可溶解。如由醇析（在水溶液中加入乙醇时即析出结晶^[17]）并不经干燥的琼脂，则可溶于25℃水中，并不需要加热，冷却就能形成凝胶。干燥成粉末状的琼脂除热水外是不溶解的。先将琼脂分散于冷水中、在搅拌下加热至l00℃，可配成浓度达5％的溶液。视海藻原料而异，琼脂的凝胶温度通常为32～39℃，根据其浓度和分子量，其熔融温度为60～97℃。琼脂为亲水性胶体，其溶液称为溶胶。^[2]

重量百分比浓度1.5%的琼脂溶胶在32～39℃之间可以凝结成坚实而有弹性的凝胶，生成的凝胶熔点在在85℃，85℃以上会熔化。琼脂的这种特性可用以区别于其他海藻提炼出来的胶。琼脂之所以具有特殊的应用，就是因为同一浓度的琼脂溶胶的的胶凝温度和凝胶的熔化温度不同。另外，琼脂还具有在水中发生溶胀的能力。5%～10%的琼脂溶胶具有高粘度。琼脂的特性在很大程度上取决于琼脂的制造方法和所使用的原料。^[2]

琼脂和琼脂糖是已知最强的凝胶形成剂之一，即使琼脂的浓度低至0.04％，胶凝作用仍然是显而易见的。极限凝胶(指琼脂浓度达最低值的凝胶)因其保护作用，阻碍扩散的作用、使组织结构增强的效应而具有可贵的实用价值。^[2]

较高浓度的琼脂凝胶由于凝胶的强度、回弹性、弹性、相对透明性、相对渗透性和可回塑性而显得特别宝贵。与母体琼脂对比，琼脂糖凝胶的弹性较小而硬度较高。^[2]

在凝胶状态下，琼脂完全能阻止化学降解作用。其热稳定性足以经受高压杀菌釜的条件，而不致降低其凝胶强度。琼脂具有良好的抗酶解能力，酶水解的可能性为零。^[2]

琼脂和类琼脂溶胶的粘度一般都会受到琼脂原料和提取琼脂所采用的工艺的影响。琼脂和由江蓠藻提取的浓度为1.0％～1.5%的类琼脂溶胶的相对粘度特性已研究得比较清楚，当溶胶的pH保持在4.5～9.0之间，琼脂溶胶的粘度值相对地恒定；而在pH值为6.0～8.0之间时，离子强度和老化时间对琼脂溶胶的粘度影响不大。恒温时，只要胶凝现象一发生，琼脂溶胶的粘度就将随时间的增长而增大。^[2]

在多糖类物质中，琼脂具有独特的性质。琼脂溶胶的胶凝温度远低于凝胶的熔化温度。它在水中需加热至95℃时才开始熔化，熔化后的溶液温度需降到40℃时才开始凝固。琼脂的很多应用就依赖于这种显著的温度滞后现象。不同原料制成的琼脂和类琼脂的同浓度溶胶却具有明显不同的胶凝温度，而且几乎各自保持一定的温度范围。但来自丝状江蓠藻的类琼脂例外，随着季节性的变化溶胶的胶凝温度相差20℃以上。而琼脂糖溶胶的胶凝温度和其本身的甲氧基化的程度有关。琼脂凝胶的熔化温度是琼脂浓度和平均分子量的函数。含干琼脂1.5％的琼脂和类琼脂凝胶的熔化温度为60℃到97℃之间。^[2]

琼脂以江蓠属的海藻为主要原料。^[10]。江蓠为暖水性藻类，热带、亚热带及温带都有生长，热带和亚热带海区分布的种类更多。自然分布以阿根廷、智利沿海最多，其次为巴西、南非、日本、中国及非律宾沿海，印度、马来西亚及澳大利亚沿海也有分布。中国主要分布在南海和东海，黄海较少。^[18]

琼脂主要的成分是多聚半乳糖的硫酸脂，碳水化合物含量高达73.4%，含蛋白质1%，不含脂肪和磷，含钙0.47%，铁为0.01%。^[4]

琼脂的提取原理是基于琼脂不溶于冷水，而在90℃以上的热水中可以以胶体形式分散于水中，成为溶胶。琼脂原藻先经热水提取，趁热过滤，过滤液冷却后生成凝胶，然后经过脱水即得琼脂。基本工艺如下：

琼脂原藻预处理漂白加热提取过滤滤液凝胶脱水干燥琼脂^[10]

1、标签和说明：符合食品标签标注要求。有QS/SC标志。有产品名称。生产企业、包装企业名称、地址。批号或代号、商标。净重。产品等级。生产日期、保质期。有产品标准号或执行标准。^[19]

2、颜色：优质琼脂：白亮，光泽度好。劣质琼脂：色黄且乌暗。假琼脂：白而没有光泽。^[19]

3、外观：优质琼脂：洁净、透明度高。劣质琼脂：不透明。假琼脂：杂质含量高，透明度很差。^[19]

4、手摸：优质琼脂：弹性大，坚韧，牢度强。劣质琼脂：弹力弱，干硬较脆，不坚韧。^[19]

5、溶解：1%浓度水溶液，真琼脂：无杂质。假琼脂：可发现大量的水中不溶物。^[19]

6、用冷水或温水浸泡30分钟左右：真琼脂：不发生吸水膨胀复原现象。假琼脂：很快吸水膨胀复原。^[19]

7、琼脂不溶于冷水，能吸收相当本身体积20倍的水。易溶于沸水，稀释液在42℃（108 ℉）仍保持液状，但在37℃凝成紧密的胶冻。^[19]

8、琼脂的好坏可以根据PH值辨别，当PH值在7、5-8之间是好的。^[19]

9、一般热琼脂溶液降温至40℃以下才形成凝胶，在85℃以下不会溶化成溶液。^[19]

琼脂含有多种微量元素，具有清热解暑、开胃健脾之功能。^[2]琼脂含有丰富的膳食纤维（含量为80.9%），热量低，具有排毒养颜、泻火、润肠、降血压、降血糖和防癌作用，被联合国粮农组织确认为21世纪健康食品，被美国食品药物管理条例列为公认安全的产品，获准作为食品添加剂作为专题载入食品化学品药典之中。琼脂能在肠道中吸收水分，使肠内容物膨胀，增加大便量，刺激肠壁，帮助改善便秘。所以经常便秘的人可以适当食用一些石花菜。琼脂富含矿物质和多种维生素，其中的褐藻酸盐类物质有降压作用，淀粉类硫酸脂有降脂功能，对高血压、高血脂有一定的防治作用。可清肺化痰，清热祛湿，滋阴降火，凉血止血。^[5]

琼脂具有胶凝性和凝胶的稳定性，在食品中工业中具有增量剂、增稠剂、乳化剂、胶凝剂、 稳定剂、赋形剂、助悬剂、水分保持剂的功效， 广泛地应用于食品工业。^[10]

参考资料^[10]

琼脂糖凝胶电泳是用琼脂糖作为支持介质的一种电泳方法，它兼有分子筛和电泳的双重作用。琼脂糖凝胶具有网络结构，物质分子通过时会受到阻力，大分子物质在泳动时受到的阻力较大，因此在凝胶电泳中，带电颗粒的分离不仅取决于净电荷的性质和数量，而且取决于相对分子质量的大小，这就大大提高了分辨能力。但由于其孔径相当大，对大多数蛋白质来说其分子筛效应微不足道，现广泛应用于核酸的研究中。DNA 分子在琼脂糖凝胶中泳动时，在pH高于等电点的溶液中DNA分子带负电荷，在电场中向正极移动。由于糖-磷酸骨架在结构上的重复性，相同长度的双链DNA几乎具有等量的净电荷，因此它们能以同样的速率向正极方向移动。^[11]

琼脂是制备培养基的重要原料。几乎所有营养肉汤加入1.5%~2.0%的琼脂后都可凝固，且本身不受微生物生长的影响。由于琼脂凝胶的熔化温度与琼脂胶液的胶凝温度相比，存在明显的滞后性，用琼脂配制的固体培养基，高温培养而不熔化，在凝固之前接种，也不会将培养物烫死。^[7]

以下内容均是现行标准（截至2024年2月）^[20]