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黄原胶发酵生产工艺研究黄原胶是一种高分子化合物，具有浓稠、透明、稳定性好等特点，因此被广泛应用于食品、药品、化妆品等领域。
近年来，随着消费者对健康、环保的要求不断提高，黄原胶的生产工艺也得到了不断的改进和优化。
本文将从黄原胶的发酵生产工艺入手，探讨其工艺流程、微生物菌种及其优化、反应条件控制等方面的问题。
一、工艺流程黄原胶的发酵生产主要分为前处理、发酵、分离和纯化四个步骤。
前处理：将黄原胶原料（通常为玉米淀粉或葡萄糖）进行预处理，以保证后续发酵过程的顺利进行。
预处理包括原料清洗、破碎、蒸煮等步骤，以提高原料的可利用性和发酵效率。
发酵：将预处理好的原料加入发酵罐中，加入微生物菌种（通常为Xanthomonas campestris），并控制好反应条件（温度、pH 值、氧气供应等），进行发酵反应。
在发酵过程中，微生物会分解原料中的糖分，产生黄原胶。
分离：将发酵液中的黄原胶与微生物菌体分离，通常采用离心分离或滤纸分离等方式。
纯化：将分离得到的黄原胶进行纯化，以去除不纯物质和微生物残留。
纯化的方法包括溶剂沉淀、离子交换、凝胶过滤等。
二、微生物菌种及其优化黄原胶的发酵生产过程中，微生物菌种的选择和优化是关键。
目前，常用的微生物菌种为Xanthomonas campestris，其优点是生长快、黄原胶产量高、适应性强等。
但是，Xanthomonas campestris也存在一些缺点，如对温度和pH值的敏感性较强，易受到污染等。
为了克服这些缺点，研究人员对微生物菌种进行了改良和优化。
例如，通过基因工程技术，将黄原胶合成酶（Xanthan synthase）的基因从Xanthomonas campestris中分离出来，转移到了其他微生物菌株中，如Escherichia coli、Bacillus subtilis 等。
这些改良后的微生物菌株不仅具有较高的黄原胶产量，而且对反应条件的适应性也更强。
三、反应条件控制反应条件的控制对黄原胶的发酵生产具有重要影响。
黄原胶的发酵和提取牛佐朕（组别：周三组指导教师：魏东盛日期：2014.11.19）[摘要]:利用野油菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris）可以产生胞外荚膜多糖的性质，通过种子培养基的培养，种子培养基提取液接种到发酵培养基培养72h,并用乙醇提纯制得黄原胶，求得多糖产率，了解微生物多糖在工业上的制法以及用途。
[关键词] 黄原胶，发酵，提纯正文：1.前言：黄原胶应用范围很广，目前世界上食品工业应用占60％，石油及其它工业占40％。
黄原胶在食品工业中是理想的增稠剂、乳化剂、成型剂，在某些苟刻条件下(如pH3— 9，温度80—130℃)，它的性能基本稳定，比明胶、CMC、海藻胶、果胶等优越。
黄原胶另一个大市场是石油工业，黄原胶在增粘、增稠、抗盐、抗污染能力远比其它聚台物强，尤其在海洋、海滩、高卤层和永冻土层钻井，黄原胶用于泥浆处理、完井液和三次采油等方面效果显著，对加快钻井速度、防止油井坍塌、保护油气田、防止井喷、大幅度提高采油率等方面都有明显的作用。
黄原胶在其它行业中也有广大的市场。
用它作为釉浆悬浮剂和粘结剂．被称为陶瓷工业的重大技术革新。
对于具有如此重要作用的黄原胶，我国黄原胶的还存在许多影响和制约因素。
本文着重阐述了黄原胶对于食品的应用、黄原胶的生产工艺及黄原胶生产工艺中影响因素的控制。
多糖是多个单糖分子经脱水缩合形成的结构复杂、高分子量的糖类物质，广泛分布与自然界中。
多糖也出现在微生物中——G+和G-细胞壁的主要成分肽聚糖就是细菌的细胞质合成运送至细胞膜外，构成细胞壁的多糖物质。
黄原胶是用黄单孢菌经微生物发酵制取的生物细胞外粘多糖,具有良好的增粘性、假塑性、耐酸碱性和抗高温性,能耐高浓度盐,具有乳化和均匀悬浮颗粒等性能。
用微生物发酵的方法生产黄原胶在国内外有着广泛的前景,并且越来越引起人们的重视。
2.材料和方法2.1材料2.1.1菌种：野油菜黄单胞菌2.1.2培养基斜面保藏培养基：牛肉膏蛋白胨琼脂斜面。
发酵工段工艺说明
岗位工艺流程
（GPE）泡敌泡敌周转桶泡敌加量桶
空气管线
空气予过滤器空气精过滤器种子罐发酵罐发酵液储罐
蒸汽源低压喷射器连消维持罐连消冷却器物料分配站
淀粉过滤机
留有大排汽余地。
进汽阀应不断进行调整，使罐压、罐料温度不超过规定参数。
提取工段工艺说明
一、原理：黄原胶的提取工艺是利用了黄原胶的醇不溶性，由于黄原胶是水溶
性胶，乙醇和水又有互溶性，因此，在发酵成熟醪中添加酒精混合均匀，当酒精含量达到一定浓度时，黄原胶形成纤维状从醪液中析出，再采用机械方法进行固液分离、干燥脱水、粉碎包装，形成粉末状产品，酒精通过蒸馏可反复利用，在保证产品达到GB13886-92的前提下，工艺中采用了调节电位，PH值等方法，减少了酒精的毛耗量，降低成本，增加效益。
二、组成部分
黄原胶提取工艺是有以下几个工序组成的。
混合工序——加酒精脱水，使黄原胶析出。
脱水工序——利用机械进行固液分离，取得黄原胶的半成品。
干燥包装工序——干燥半成品并粉碎包装。
蒸馏工序——将脱水分离出的酒精重新蒸馏到95%（V/V）供混合工序使
用。
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 extractionAbstract: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]。
黄原胶的生产工艺
黄原胶是一种高分子化合物，其生产工艺主要包括以下几个步骤：
1. 原料准备：黄原胶的主要原料是纯然的糖类，如葡萄糖或果糖。
这些糖类通过发酵、提取等过程得到。
此外，生产中还需要使用一定量的水和其他辅助原料。
2. 溶解和混合：将得到的糖类原料与一定比例的水混合，形成溶液。
在溶解过程中，需要控制溶液的温度和搅拌速度，确保糖类充分溶解。
3. 发酵：将溶解好的糖类溶液进行发酵。
发酵过程中，加入适量的微生物（一般常用的是发酵酵母），通过微生物的代谢作用，将糖类转化为黄原胶的前体物质。
4. 提取和洗涤：将发酵产生的黄原胶前体物质从发酵液中提取出来。
一般使用酸或碱等化学方法进行提取，通过调节溶液的pH值，使黄原胶前体物质从溶液中析出。
5. 干燥和加工：将提取出的黄原胶前体物质进行干燥处理，得到黄原胶的原料。
干燥时需要控制温度和湿度，使黄原胶保持适当的含水量。
然后，将黄原胶原料进行研磨、筛选等加工处理，得到符合要求的黄原胶产品。
6. 包装和贮存：将加工好的黄原胶产品进行包装，通常使用密封的塑料袋或桶等容器。
黄原胶属于一种易吸湿的物质，因此
贮存时需要避免暴露在高湿度环境中，确保产品的质量和稳定性。
黄原胶的生产工艺涉及多个环节，其中每一步都需要严格控制条件和操作，以确保产品的质量和稳定性。
此外，工艺过程中还需要注意对环境的保护和安全生产的要求。
高透明黄原胶提取新工艺关键技术研究赵兰坤;朱心双;王均成;周敬;杜鹏【摘要】针对NaOH影响高透明黄原胶结构导致产品质量及粘度降低,产生的碱性废水带来后续环保压力以及一价Na+电荷性偏弱增加乙醇用量等问题,采用CaCl2替代前者进行发酵预处理,降低了原材料消耗,提高了提取收率;针对超滤无法有效解决高粘度液体过滤效率低、设备投入高等问题,采用双酶法去除发酵液中残留的菌体蛋白等不溶物质,有效提高高透明黄原胶产品的纯度、透光度和粘度.采用盐式双酶法提取新工艺,有效降低了提取过程中酸碱和乙醇的消耗,减轻了后续环保处理压力,同时产品质量得到大幅度提升,平均收率达到86.11％,产品透光平均达到91％,较传统工艺收率提高了5.96％,透光提高了11.97％.【期刊名称】《发酵科技通讯》【年(卷),期】2015(044)003【总页数】4页(P43-46)【关键词】高透明黄原胶;酶解;提取【作者】赵兰坤;朱心双;王均成;周敬;杜鹏【作者单位】山东阜丰发酵有限公司,山东莒南276600;内蒙古阜丰生物科技有限公司,内蒙古呼和浩特010070;内蒙古阜丰生物科技有限公司,内蒙古呼和浩特010070;内蒙古阜丰生物科技有限公司,内蒙古呼和浩特010070;内蒙古阜丰生物科技有限公司,内蒙古呼和浩特010070【正文语种】中文【中图分类】TQ929高透明黄原胶是一种由假黄单胞菌属发酵产生的单胞多糖，其水溶液具有透明度高，增稠悬浮性能好，流变假塑性可控的特性。
高透明黄原胶是黄原胶的升级产品，目前己在食品饮料、石油钻探、化妆品、洗涤剂、医药工业、农业生产等领域广泛应用。
目前，高透明黄原胶产品分离提取的工艺方法主要有直接干燥法、超滤膜分离法、有机溶剂沉淀法和盐析沉淀法等，但在应用上都受到各自条件的制约。
直接干燥法是采用滚筒干燥或者喷雾干燥等方法干燥发酵液，其工艺简单、操作方便、成本低廉，但不能去除色素和其中的有机物和无机物等杂质［1］。
产黄原胶发酵培养基的优化工艺研究杨健，姚笛，王颖，于长青，王长远，高玉荣（黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）摘要：本实验研究不同培养基成分及不同添加量的碳源、氮源等营养物质对黄原胶产量及其黏度的影响。
在其他营养物质一定的情况下，利用单因素实验分别对培养基中碳源、氮源、无机盐等进行了初步筛选，得到的最佳碳源是玉米淀粉，氮源是豆饼粉，加入磷盐、镁盐、钙盐等有利于黄单胞菌的生长及其代谢产物-黄原胶的分泌。
最后利用正交实验确定了碳源、氮源、碳酸钙的最佳添加量。
结果表明：玉米淀粉5%，豆饼粉0.5 %，碳酸钙0.4%时，黄原胶产率可达3.44 %，黏度达19.26 mm2/s。
关键词：黄原胶；发酵；培养基；优化文章篇号：1673-9078(2011)8-935-937Optimization of the Fermentation Medium for Producting Xanthan GumYANG Jian, YAO Di, WANG Ying, YU Chang-qing, WANG Chang-yuan, GAO Yu-rong(College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China) Abstract: The effects of different media composition and different amounts of carbon, nitrogen and other nutrients on the production of xanthan gum and viscosity were studied. The best carbon and nitrogen sources were corn starch and soybean powder, respectively. The addition of phosphate, magnesium and calcium enhanced the growth of Xanthomonas and the secretion of its metabolite-xanthan gum. The addition contents of carbon, nitrogen and CaCO3 were optimized by orthogonal experiment: cornstarch 5%, soybean powder 0.5%, CaCO3 0.4.%, under these conditions, Xanthan gum yield was 3.45 % and viscosity of fermentation broth was 19.26 mm2/s.Key words: xanthan gum;fermentation; culture medium; Optimization;黄原胶（Xanthan gum）又称黄胶、汉生胶，是一种自然多糖和重要的生物高聚物，它是由五糖单位重复构成，主链与纤维素相同，即以β-1,4糖苷键相连的葡萄糖构成，三个相连的单糖组成其侧链[1,2]。
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 extractionAbstract: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 mediumMedia types medium componentsPlate medium sucrose, 20g；yeast extract, 1g；peptone, 5g；beef extract, 3g；agar, 20g；distilled water, 1000mL；pH7.0Seed medium sucrose, 20g；yeast extract, 1g；peptone, 5g；beef extract, 3g；distilledwater, 1000mL；pH7.0Fermentation sucrose, 50g；peptone, 6g；K2HPO4，5g； MgSO4・7H2O，0.3g；medium citric acid, 1g；CaCO3，3g；distilled water, 1000mL；pH7.02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。
图1细菌生长曲线Fig.1 Bacterial growth curve3.2发酵过程中产胶率随时间的变化由图2可看出，黄原胶发酵是典型的GadenⅡ型，前期主要为细菌生长期，后期随着细菌进入稳定生长期，开始合成黄原胶。
36-60h是黄原胶产胶的高峰期，此阶段发酵液的产胶率迅速升高。
60h后，胶产量增加缓慢。
图2细菌产胶率Fig.2 The production rate of Xanthan Gum3.3发酵条件的影响3.3.1碳源浓度对产胶率的影响改变发酵培养基中的碳源蔗糖浓度，研究碳源浓度对野油菜黄单胞菌UV发酵产胶的影响[7]。
由图3可看出，当蔗糖浓度小于6%时，随着蔗糖浓度的增加，产胶率升高；当蔗糖浓度高于6%时，产胶率随蔗糖浓度的升高反而下降。
这可能是由于当碳源浓度较低时，对于细菌生长和产胶都是不足的，因而提高碳源浓度有利于细菌生长和产胶；当碳源浓度超过6%时，细菌繁殖旺盛，导致发酵液中细菌浓度过高，对发酵过程中氧的消耗增加，限制了细菌产胶过程。
所以当碳源浓度为6%时，产胶率最高。
图3培养基中碳源含量对产胶率的影响Fig.3 The effection of carbon source concentration of Xanthan Gum production3.3.2碳源组成对产胶率的影响在固定培养基中其他成分不变的基础上，保持碳源浓度为6%，改变蔗糖和淀粉含量，在30℃，180r/min 条件下发酵72h，研究碳源组成对黄原胶产胶率的影响[8]。
由图4可看出，细菌对蔗糖的利用优于淀粉。
从蔗糖和淀粉的组合可以看出，当淀粉含量在总碳量的66.7%时，产胶率最高。
由此可以得到细菌对蔗糖的利用优于淀粉，这可能是因为蔗糖是低聚糖，在发酵过程中能够更快地水解为葡萄糖，满足细菌的营养需求。
淀粉的存在可避免发酵液中葡萄糖浓度过高产生葡萄糖效应，抑制细菌生长。
图4碳源中淀粉含量对产胶率的影响Fig.4 The effection of starch concentration of Xanthan Gum production3.3.3接种量对产胶率的影响接种量与黄原胶的产胶率之间存在明显的关系，由图5可以看出，当接种量为10%左右时，发酵的产胶率最高。
图5接种量对产胶率的影响Fig.5 The effection of inoculum size of Xanthan Gum production3.4黄原胶提取的影响因素3.4.1醇种类对醇沉淀提取黄原胶的影响相对于传统的使用单一有机溶剂作为沉淀剂，本实验尝试采用不通比例的乙醇和异丙醇的混合溶剂来提取。
将异丙醇和乙醇按照不同比例分别混合，比较其提胶率，醇种类对提取的影响如图6所示。
由图6可以看出，当醇用量一定的情况下，用混醇的提取效果明显优于单独使用乙醇或者异丙醇。
提胶率随着混醇中乙醇的比例增加而增加，当乙醇：异丙醇＝3：1时，提取效果最好，继续增加乙醇含量提胶率下降。
在乙醇中加入一定量的异丙醇可以提高提胶率，经分析可能是异丙醇与乙醇混合后改变了溶剂的极性，使得有机溶剂更易降低黄原胶表面的介电常数，从而使得黄原胶更易沉淀析出。
而提胶量不高的是由于本次实验使用的是发酵中期（40h）产胶率并不高的发酵液。
图6不同比例混醇对提胶率的影响Fig.6 The effection of mixing alcohol of Xanthan Gum extraction注：乙醇含量(%)＝乙醇体积/(异丙醇体积+乙醇体积)Note: ethanol content(%)=ethanol volum/( isopropyl alcohol volum +ethanol volum)3.4.2醇用量对醇沉淀提取黄原胶的影响由图7可看出，提胶率随着醇用量的增加而提高，当醇量为发酵液体积3倍时提胶率最高，当醇量继续增加，提胶率降低。
这个结果和传统使用单一有机溶剂作为沉淀剂得到的结果不一致[3]，可能是由于加入的异丙醇，水的含量也随着醇量的增加而增加，致使黄原胶溶解增多，损失增大，降低了多糖的回收率。
图7不同醇用量对提胶率的影响Fig.7 The effection of alcohol content of Xanthan Gum extraction3.4.3无机盐对醇沉淀提取黄原胶的影响将各添加剂按等摩尔电荷加入已经预处理好的发酵液中[4]，加入混醇（乙醇：异丙醇＝3：1），离心30min（4000r/min）3对于提胶率的提高效果最为明显。
由实验结果还可得出，KCl于NaCl。
图8不同添加剂对提胶率的影响Fig.8 The effection of different additives of Xanthan Gum extraction3.4.4发酵液稀释倍数对醇沉淀提取黄原胶的影响发酵72h后，发酵液十分粘稠，如果直接进行预处理，硅藻土不能将菌体、色素及其他杂质完全吸附，而且还可能吸附部分胶体，导致损失。
