黃原膠生產(chǎn)與應(yīng)用研究

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1、黃原膠的生產(chǎn)與應(yīng)用研究StudyonProductionandDevelopmentofXanthanGumCHENJinzhaoDepartmentofLifeScience,Fulingteachers′College黃原膠（Xanthangum）是野油菜黃單胞菌（Xanthomonascampestris）以碳水化合物為主要原料，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的一種微生物胞外雜多糖。野油菜黃單胞菌（Xanthomonascampestris）黃原膠其分子結(jié)構(gòu)組成為D-葡萄糖、D-甘乳糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸組成的“五糖重復(fù)單元”結(jié)構(gòu)聚合體，分子摩爾比為2.8:3:1.7:0.51-0

2、.63，分子量為2×106-2×107D之間。黃原膠分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由β-1,4連接的D-葡萄糖基主鏈與三糖單位的側(cè)鏈組成，其側(cè)鏈由Ｄ-甘露糖和Ｄ-葡萄糖醛酸交替連接而成，黃原膠分子側(cè)鏈末端以縮醛的形式含有丙酮酸（圖１）。黃原膠獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，使其具有增粘性、協(xié)效性、假塑性、良好的分散作用和乳化穩(wěn)定性能等被廣泛應(yīng)用于食品、石油、醫(yī)藥、化工、紡織、化妝品等20多種行業(yè)。１　黃原膠生產(chǎn)研究1.1菌種分離與育種菌種分離是黃原膠生產(chǎn)的第一步，能否得到優(yōu)良性能的菌種，是發(fā)酵生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。黃原膠發(fā)酵菌種一般采用野油菜黃單胞菌（X.campestris）、菜豆黃單胞菌（X.phaseo

3、li）、錦葵黃單胞菌（X.malvacearum）和胡蘿卜黃單胞菌（X.Carotae）等。誘變育種是提高黃原膠生產(chǎn)效率的有效方法之一。誘變劑的種類很多，如紫外線、氯化鋰、硫酸二乙酯和亞硝基胍等。用一種或幾種誘變劑處理菌株，可使菌株遺傳物質(zhì)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)受到損壞（DNA斷裂、脫嘌呤等）致死菌株的某些功能受到影響。誘變育種，菌株發(fā)生正變異的幾率小，篩選工作量大，效率低。但這是微生物菌種常用的育種方法，用此方法篩選的突變菌株，能提高黃原膠的粘度、穩(wěn)定性、鹽溶性和耐溫性。而且有些菌株經(jīng)誘變處理后，可以使一些產(chǎn)色基因受到抑制或不能表達(dá)，從而降低了黃原膠的色澤，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。近年來

4、，由于生物技術(shù)的迅速發(fā)展，開始用定向育種——基因工程來育種。它將所需要的基因通過一定方式導(dǎo)入受體菌，然后篩選出目的基因能夠表達(dá)的菌株。Pollock等將與黃原膠分泌和乙?；⒈?、多聚體等合成有關(guān)的基因?qū)氩煌N屬的黃原膠生產(chǎn)菌中，所產(chǎn)黃原膠的特性與原菌株基本相同。gumＤ基因與菌株色素合成有關(guān)，如能切除該基因，則可得到無色黃原膠。研究野油菜黃單胞菌重組克隆子PIXU9278對(duì)黃原膠合成的影響，并構(gòu)建了一株基因工程菌ＸCCNAU9278，其黃原膠產(chǎn)量比親本增加了7.14％。1.2培養(yǎng)基優(yōu)化培養(yǎng)基對(duì)黃單胞菌合成黃原膠的影響是巨大的，探索黃單胞菌的最適培養(yǎng)基是十分必要的。通過正交

5、試驗(yàn)，分別考察碳源、氮源、CaCO3、KH2PO4+MgSO4和接種量等因素對(duì)發(fā)酵過程的影響。結(jié)果表明各因素對(duì)發(fā)酵液粘度的影響為：CaCO3>KH2PO4+MgSO4>碳源＞碳源和氮源的交互作用＞氮源；并得到一個(gè)適宜的培養(yǎng)配方：淀粉4%，魚粉0.3%+豆餅粉0.3%，CaCO30.3%，KH2PO4+MgSO40.5%+0.25%，接種量5%。經(jīng)28℃培養(yǎng)72h，發(fā)酵液粘度為8.74Pa.S，黃原膠產(chǎn)率為2.91%。黃單胞菌發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分為碳源、氮源、無機(jī)鹽和水等。玉米淀粉是物美價(jià)廉的碳源，蔗糖糖蜜、乳糖糖蜜也是不錯(cuò)的碳源。在發(fā)酵過程中提高碳氮比可以提高碳源的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而

6、提高黃原膠的產(chǎn)量。黃原膠發(fā)酵可用氨鹽、豆餅粉、花生餅粉和棉籽餅粉等作為氮源。無機(jī)離子如K+、Na+、Ｍg2+、Ca2+等是黃單胞菌細(xì)胞中某些酶的激活劑，適量添加這些離子可以提高黃原膠的產(chǎn)量。1.3發(fā)酵動(dòng)力學(xué)野油菜黃單胞菌是需氧細(xì)菌，在發(fā)酵過程中需要連續(xù)供氧。發(fā)酵液的粘度大，氧氣在發(fā)酵過程中溶解和傳遞困難，供氧成為黃原膠發(fā)酵的限制因子。在發(fā)酵過程中通入純氧，可以提高約40%的黃原膠產(chǎn)量。1.4下游加工黃原膠生產(chǎn)包括發(fā)酵和下游加工兩部分。比較而言，對(duì)黃原膠生產(chǎn)的下游加工（分離、純化和制成成品）研究較少，而下游加工所需費(fèi)用占生產(chǎn)成本的50%－60%。高品質(zhì)黃原膠如澄清型黃原膠、速溶型

7、黃原膠（這些產(chǎn)品進(jìn)口價(jià)格均為國內(nèi)食品級(jí)黃原膠價(jià)格的兩倍以上）等，其下游加工費(fèi)用更高。因此，下游加工過程直接決定黃原膠的質(zhì)量和生產(chǎn)成本，下游加工技術(shù)已成為黃原膠生產(chǎn)的關(guān)鍵工序。下游加工工藝流程如下：黃原膠發(fā)酵液預(yù)處理（調(diào)pH值、加熱、稀釋等）固-液分離（過濾、超濾、分離等）初步純化（超濾、沉淀、分離等）高度純化（溶解、超濾、沉淀、分離等）制成成品（干燥、粉碎等）。1.4.1發(fā)酵液除菌體黃原膠發(fā)酵液是復(fù)雜的多相系統(tǒng)。發(fā)酵液中除有黃原膠外，還有菌體細(xì)胞、尚未耗盡的各種培養(yǎng)基成分和色素等。一般地，黃