黄原胶生产与应用研究

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1、黄原胶的生产与应用研究StudyonProductionandDevelopmentofXanthanGumCHENJinzhaoDepartmentofLifeScience,Fulingteachers′College黄原胶（Xanthangum）是野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestris）以碳水化合物为主要原料，经发酵产生的一种微生物胞外杂多糖。野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestris）黄原胶其分子结构组成为D-葡萄糖、D-甘乳糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成的“五糖重复单元”结构聚合体，分子摩尔比为2.8:3:1.7:0.51-0

2、.63，分子量为2×106-2×107D之间。黄原胶分子的一级结构是由β-1,4连接的D-葡萄糖基主链与三糖单位的侧链组成，其侧链由Ｄ-甘露糖和Ｄ-葡萄糖醛酸交替连接而成，黄原胶分子侧链末端以缩醛的形式含有丙酮酸（图１）。黄原胶独特的分子结构，使其具有增粘性、协效性、假塑性、良好的分散作用和乳化稳定性能等被广泛应用于食品、石油、医药、化工、纺织、化妆品等20多种行业。１　黄原胶生产研究1.1菌种分离与育种菌种分离是黄原胶生产的第一步，能否得到优良性能的菌种，是发酵生产的关键因素之一。黄原胶发酵菌种一般采用野油菜黄单胞菌（X.campestris）、菜豆黄单胞菌（X.phaseo

3、li）、锦葵黄单胞菌（X.malvacearum）和胡萝卜黄单胞菌（X.Carotae）等。诱变育种是提高黄原胶生产效率的有效方法之一。诱变剂的种类很多，如紫外线、氯化锂、硫酸二乙酯和亚硝基胍等。用一种或几种诱变剂处理菌株，可使菌株遗传物质DNA的双螺旋结构受到损坏（DNA断裂、脱嘌呤等）致死菌株的某些功能受到影响。诱变育种，菌株发生正变异的几率小，筛选工作量大，效率低。但这是微生物菌种常用的育种方法，用此方法筛选的突变菌株，能提高黄原胶的粘度、稳定性、盐溶性和耐温性。而且有些菌株经诱变处理后，可以使一些产色基因受到抑制或不能表达，从而降低了黄原胶的色泽，提高了产品质量。近年来

4、，由于生物技术的迅速发展，开始用定向育种——基因工程来育种。它将所需要的基因通过一定方式导入受体菌，然后筛选出目的基因能够表达的菌株。Pollock等将与黄原胶分泌和乙酰基、丙酮酸、多聚体等合成有关的基因导入不同种属的黄原胶生产菌中，所产黄原胶的特性与原菌株基本相同。gumＤ基因与菌株色素合成有关，如能切除该基因，则可得到无色黄原胶。研究野油菜黄单胞菌重组克隆子PIXU9278对黄原胶合成的影响，并构建了一株基因工程菌ＸCCNAU9278，其黄原胶产量比亲本增加了7.14％。1.2培养基优化培养基对黄单胞菌合成黄原胶的影响是巨大的，探索黄单胞菌的最适培养基是十分必要的。通过正交

5、试验，分别考察碳源、氮源、CaCO3、KH2PO4+MgSO4和接种量等因素对发酵过程的影响。结果表明各因素对发酵液粘度的影响为：CaCO3>KH2PO4+MgSO4>碳源＞碳源和氮源的交互作用＞氮源；并得到一个适宜的培养配方：淀粉4%，鱼粉0.3%+豆饼粉0.3%，CaCO30.3%，KH2PO4+MgSO40.5%+0.25%，接种量5%。经28℃培养72h，发酵液粘度为8.74Pa.S，黄原胶产率为2.91%。黄单胞菌发酵培养基的主要成分为碳源、氮源、无机盐和水等。玉米淀粉是物美价廉的碳源，蔗糖糖蜜、乳糖糖蜜也是不错的碳源。在发酵过程中提高碳氮比可以提高碳源的转化率，进而

6、提高黄原胶的产量。黄原胶发酵可用氨盐、豆饼粉、花生饼粉和棉籽饼粉等作为氮源。无机离子如K+、Na+、Ｍg2+、Ca2+等是黄单胞菌细胞中某些酶的激活剂，适量添加这些离子可以提高黄原胶的产量。1.3发酵动力学野油菜黄单胞菌是需氧细菌，在发酵过程中需要连续供氧。发酵液的粘度大，氧气在发酵过程中溶解和传递困难，供氧成为黄原胶发酵的限制因子。在发酵过程中通入纯氧，可以提高约40%的黄原胶产量。1.4下游加工黄原胶生产包括发酵和下游加工两部分。比较而言，对黄原胶生产的下游加工（分离、纯化和制成成品）研究较少，而下游加工所需费用占生产成本的50%－60%。高品质黄原胶如澄清型黄原胶、速溶型

7、黄原胶（这些产品进口价格均为国内食品级黄原胶价格的两倍以上）等，其下游加工费用更高。因此，下游加工过程直接决定黄原胶的质量和生产成本，下游加工技术已成为黄原胶生产的关键工序。下游加工工艺流程如下：黄原胶发酵液预处理（调pH值、加热、稀释等）固-液分离（过滤、超滤、分离等）初步纯化（超滤、沉淀、分离等）高度纯化（溶解、超滤、沉淀、分离等）制成成品（干燥、粉碎等）。1.4.1发酵液除菌体黄原胶发酵液是复杂的多相系统。发酵液中除有黄原胶外，还有菌体细胞、尚未耗尽的各种培养基成分和色素等。一般地，黄