黄原胶发酵及提取工艺的优化研究

黄原胶发酵及提取工艺的优化研究

张学欢张永奎

摘要黄原胶(Xanthan Gum)是由黄单胞菌属菌分泌的酸性胞外杂多糖，因其具有良好的稳定性和流变性，因而被广泛用于多种行业。本实验在前人研究成果的基础上，以提高黄原胶的产量为目的，通过单因素实验确定了：在30℃，180r/min的条件下摇床培养72h，初始碳源浓度为6%（蔗糖：淀粉＝1：2），接种量为6%，；提取黄原胶时，加入2%（w/w）的硅藻土，充分震荡10min后离心30min（4000r/min），加入1%（w/v）的KNO3以及3倍体积的混醇（乙醇：异丙醇=3：1）能有效的提高提取率。在10L发酵罐中进行了小试，产胶率为3.21%。

关键词黄原胶；发酵；提取

The optimal control of the xanthan gum production and extraction

Abstract:Xanthan Gum(XG) is a kind of acidic extracelluar carbohydrate by Xanthomonas campestris.

This polysaccharide is used in many professions due to its characteristic. In order to improve the production rate of XG, the following studies were done. At the condition of 30 and 180r/min, The

℃

proper concentration of the carbon source is 6%,the composition of sucrose and starch is optimum carbon source and the optimum inoculum size is 10%. For the conditions of extraction XG, adding diatomite of 2%, agitation for 10 min, centrifugalization for 30min(4000r/min), adding KNO3 of 1% and alcohol for 3 times volume(ethyl alcohol: dimethyl carbinol=3:1) could improve the extraction effectively. Finally, the study in the fermentation tank were done, the viscosity of the final fermentation broth is 9320mPa•s, the production rate is 3.21%.

Keywords:Xanthan gum; Fermentation; Extraction

引言

黄原胶(Xanthan gum)是由野油菜黄单胞菌或其它黄单胞菌属的菌株以碳水化合物为主要原料经发酵产生的一种胞外酸性水溶性多糖[1]。因其具有优良的理化性质[2]，从本世纪50年代后期发现以来，到60年代初就开始进行商业性生产。本课题主要是在前人研究的基础上，以提高黄原胶的产量为目的，通过对培养基中碳源的组成，过程参数进行比较实验和控制的研i究，对黄原胶提取过程进行优化，并且通过在小型发酵罐中进行小试，为黄原胶的大规模工业生产提供参考，也为以后类似的研究打下一定基础。

1实验材料

1.1细菌

从龙泉驿区十陵镇菜园中采得十字花科植物油菜病变组织中筛选、诱变、驯化后得到的野油菜黄单胞菌UV。

1.2基础培养基

表1 基础培养基

Table1 Basic medium

Media types medium components

Plate medium sucrose, 20g；yeast extract, 1g；peptone, 5g；beef extract, 3g；agar, 20g；

distilled water, 1000mL；pH7.0

Seed medium sucrose, 20g；yeast extract, 1g；peptone, 5g；beef extract, 3g；distilled

water, 1000mL；pH7.0

Fermentation sucrose, 50g；peptone, 6g；K2HPO4，5g； MgSO4・7H2O，0.3g；

medium citric acid, 1g；CaCO3，3g；distilled water, 1000mL；pH7.0

2实验内容与方法

2.1细菌生长曲线的测定

在无菌条件下，将细菌从上一级培养基中接种到均匀新鲜的培养基后，由于营养成分充足，细菌会以均分裂法进行繁殖，用血球计数板测定细菌细胞浓度。

2.2发酵工艺条件对产胶率的影响实验

利用单因素实验确定黄原胶发酵的最适条件如发酵时间、碳源浓度、碳源组成[5]、接种量等。采用平行实验，在不同的实验条件下，30℃，180r/min摇瓶发酵。黄原胶提取方法：取一定量的黄原胶发酵液稀释3倍，加入2%的硅藻土，充分震荡10min，4000r/min离心30min，烘干称重。

2.3黄原胶提取的影响因素实验

从提取剂、醇用量、无机盐成分[4]、发酵液稀释倍数几个方面优化黄原胶提取条件。

2.4黄原胶发酵小试

在确定培养基组成和其他参数的基础上，为了更好解决发酵过程中溶氧和参数控制的问题，在10L发酵罐中进行小试。

3实验结果与讨论

3.1细菌生长曲线的测定

细菌从上一级培养基中接种到均匀新鲜的培养基后，由于营养成分充足，细菌会以均分裂法进行繁殖。由图1可看出，0-2.5h为细菌生长延迟期；2.5-15h左右为细菌对数生长期，细菌数在此阶段增加非常明显；15-29h为细菌生长稳定期，此阶段细菌数目基本保持不变；29h以后细菌进入衰亡期，随着培养时间的延长，培养液中活菌数目逐渐减少。