914功能性多糖和功能性油脂

9.1微生物功能性制品

9.1.4 微生物功能性多糖和微生物功能性油脂

9.1.4.1微生物功能性多糖

微生物多糖是细菌、真菌和蓝藻等微生物在代谢过程中产生的对微生物有保护作用的生物高聚物，根据在细胞内不同的存在形式，通常被分为3类：构成微生物细胞成分的胞内多糖；粘附在细胞表面上的胞壁多糖；分泌到培养基的胞外多糖，包括微荚膜、荚膜、粘液团和菌胶团。

微生物多糖除了对微生物自身具有生物学意义外，重要的是它具有安全无毒、理化性质独特、用途广泛、易与菌体分离，可通过深层发酵实现工业化生产等优良特性。与植物多糖相比较，微生物多糖的生产周期短，不受季节、地域、病虫害的影响，具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景。

1、细菌多糖

微生物发酵合成的食品胶最具代表性的有黄原胶和葡聚糖，他们属于细菌多糖。微生物胞外多糖的生产在上个世纪50年代引起了人们的注意。主要是利用甘蓝黑腐病黄单胞菌合成多糖—黄原胶。

（1）黄原胶

黄原胶(Xanthan gum) ，又称汉生胶，是野油菜黄单胞杆菌（Xanthomonas campestris）以碳水化合物为主要原料，经发酵生产的一种用途广泛的微生物胞外多糖。1952年由美国农业部依利诺斯州皮奥里尔北部研究所分离到甘蓝黑腐病黄单胞菌，并使甘蓝提取物转化为水溶性的酸性胞外杂多糖而得到。由于该多糖具有很高的黏度、流动触变性和稳定的理化性质，且无毒，是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体，性能最优越的生物胶，广泛应用于食品工业、医药工业、石油开采、纺织工业、农业、陶瓷、印染、香料、化妆品及消防等领域。

1）黄原胶的生产

①选用菌种

黄原胶发酵所用的菌种一般为野油菜黄单胞菌(亦名甘蓝黑腐病黄单胞菌)，菜豆黄单胞菌( X.phaseoli) 、锦葵黄单胞菌( X. malvacearum) 和胡萝卜黄单胞菌( X. carotae)亦可作为发酵菌种。

②发酵方式

补料分批发酵较为理想，可避免分批培养过程中底物随时间减少以及连续培养过程中出现底物抑制现象。

③培养基

C 源常用C源有葡萄糖、玉米浆或葡萄糖浆、蔗糖、谷粒水解物、淀粉等。C源起始浓度一般为2%—5%。在对Xanthomonas campestris J-12的研究中，分别采用蔗糖、葡萄糖和淀粉作为C源进行发酵，测定各组发酵液粘度，提取黄原胶并称重，计算黄原胶

产率，结果表明J-12利用淀粉能力优于蔗糖和葡萄糖。而且许多研究结果表明，提高碳氮比，可以提高碳源的转化率。

N 源常用氮源有豆饼粉，棉籽粉，花生饼粉、鱼粉、小麦浆、谷粉、干酒糟可溶物、硝酸盐或铵盐等。无机氮源和有机氮源结合使用，对黄原胶的合成更为有利。

无机盐一般以CaCO3作为无机盐。也可在培养基中加入钠和钾离子，有助于黄原胶生物合成的能量和前体物质—葡萄糖转入胞内，黄原胶生物合成的前体物质转出胞外。可提高黄原胶产率。

为促进菌体生长，还需提供含维生素的玉米浆和酵母膏；谷氨酸、柠檬酸等可促进黄原胶的生物合成。

下面提供一种培养基配方，仅供参考：淀粉2 % ，蔗糖2%，蛋白陈0.3%，豆饼粉0.2%，CaCO30.3%，柠檬酸0.1%。

④溶解氧

野生黄单胞菌是好氧菌，发酵过程必须不断通氧。

发酵中后期，发酵液粘度增大，代谢产生的CO2 无法及时逸出而在液面处生成泡沫层，不利溶氧。若泡沫溢出发酵罐，还会导致染菌。对黄单孢菌这类易污染的菌体，我们可以选择菜籽油、豆油做消泡剂，消泡过程菜籽油、豆油可参与菌体代谢并最终被分解。

⑤pH值

酸性黄原胶大量产生，使发酵液pH下降至5.0以下，导致黄原胶产量急剧下降，故需加入磷酸盐缓冲液或用KOH控制发酵液pH维持在7.2左右，有利于生产菌株将全部糖源分

解殆尽。

⑥其它

接种量与发酵产物间也存在一定的关系，接种量过低会延长菌体生长期，增加耗能、影响设备利用率、增加染菌机会；加大接种量可缩短菌体生产期，但会出现短时间内底物消耗太快的现象，从而影响产胶能力。

2）生产工艺

国外采用的发酵工艺:菌种→摇瓶→种子罐→发酵罐→发酵液→后处理→烘干→粉碎→成品包装。

采用搅拌式反应器，为减少能耗，目前逐步改为气升式发酵罐。后处理采用物理脱水与化学沉淀相结合办法。

国内生产黄原胶常用的工艺流程与国外相同，但发酵罐为标准型通用反应器。

发酵工艺为：菌种活化→摇瓶→种子罐→发酵罐→黄原胶发酵液→稀释发酵液→滤液（超滤浓缩）→浓缩液（加适量乙醇沉淀）→凝胶状黄原胶（加适量乙醇洗涤）→凝胶状黄原胶（烘干，粉碎，过80目筛）→黄原胶成品。

后处理采用的是乙醇沉淀法，酒精消耗量很大。其生产工艺流程也可改进如下:

菌种活化→摇瓶→种子罐→发酵罐→发酵液→热压式真空脱水→喷雾干燥→成品包装。采用本工艺后，可省去后处理乙醇沉淀的大量消耗，节约成本。

（2）葡聚糖

右旋糖苷又称葡聚糖，葡聚糖的水溶液粘度不高，但葡聚糖及其衍生物可制成指定的分子大小和形状，可作为血浆的代用品，临床还用于防止血栓的形成，用作创伤敷料；可用作Sephadex用名的商业过滤凝胶；在食品上用作饮料和糕点的稳定剂、保湿剂、增稠剂和增量剂；其磷硫酸酯具有阻止脂类代谢异常引起的高血脂、动脉硬化的作用。在工业上用于生产葡聚糖的微生物为明串珠菌属的肠膜菌（L mesenteroides）以及右旋糖苷明串珠菌。

工业所用培养基组成如下，仅供参考：

蔗糖10%，磷酸氢二钾0.5%，酵母膏0.25%和硫酸镁0.02%。

发酵产葡聚糖的流程如下（仅供参考）：

菌种活化→种子罐发酵→发酵罐发酵→收集发酵液→95%乙醇沉淀（乙醇与发酵液比例为2：1）→静止过夜→过滤收集沉淀→烘干（低于40℃），24h→粗品（3）其他细菌多糖

1）结冷胶

结冷胶(GellanGum)是美国Kelco公司20世纪80年代继黄原胶之后开发的最有市场潜力的食品微生物多糖之一。美国FDA和欧洲等国家都批准了结冷胶在食品中的应用。中国1996年也批准了结冷胶作为食品添加剂在食品中的应用。结冷胶是由假单胞杆菌伊乐藻属(Pseudomonas eloden)（少动鞘氨醇单胞茵）在中性条件下，以葡萄糖为碳源，硝酸铵为氮源及一些无机盐所织成的培养基中，经有氧发酵而产生的细胞外多糖胶质，是一种新型的全透明的凝胶剂。结冷胶作为微生物代谢胶，生产周期短，不受气候和地理环境