黄原胶的发酵和提取

黄原胶(Xanthan Gum)的特性、生产及应用许多微生物都分泌胞外多糖，它们或附着在细胞表面，或以不定型粘质的形式存在于胞外介质中，这些胞外多糖对于生物体间信号传递、分子识别、保护己体免受攻击、构造舒适的体外环境等方面都发挥着重要的作用。

这些分泌的多糖结构各异，其中一些有着优良的理化性质，已为人类广泛应用。

对于仍不为人类所知的绝大多数多糖，人们试图通过相关的多糖结构问的相互比较，推断出构效关系，从而人为地主动修饰、构造多糖，以满足应用的需要。

其中，黄原胶是人类研究最为透彻、商业化应用程度最高的一种。

．1 黄原胶的结构黄原胶(xanthan gum)是20世纪50年代美国农业部的北方研究室(Northern Re．gional Research Laboratories，NRRL)从野油菜黄单孢菌(Xanthomonas campestris)NRRLB一1459发现了分泌的中性水溶性多糖，又称为汉生胶。

黄原胶由五糖单位重复构成，如图1，主链与纤维素相同，即由以13—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：甘露糖一葡萄糖一甘露糖。

与主链相连的甘露糖通常由乙酰基修饰，侧链末端的甘露糖与丙酮酸发生缩醛反应从而被修饰，而中间的葡萄糖则被氧化为葡萄糖醛酸，分子量一般在2×10。

～2×10 D之间。

黄原胶除拥有规则的一级结构外，还拥有二级结构，经x一射线衍射和电子显微镜测定，黄原胶分子问靠氢键作用而形成规则的螺旋结构。

双螺旋结构之间依靠微弱的作用力而形成网状立体结构，这是黄原胶的三级结构，它在水溶液中以液晶形式存在¨。

2 黄原胶的性质黄原胶的外观为淡褐黄色粉末状固体，亲水性很强，没有任何的毒副作用，美国FDA于1969年批准可将其作为不限量的食品添加剂，1980年，欧洲经济共同体也批准将其作为食品乳化剂和稳定剂。

由其二级结构决定，黄原胶具有很强的耐酸、碱、盐、热等特性。

黄原胶生产工艺黄原胶是由D 一葡萄糖、D 一甘露糖、D 一葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成“五糖重复单元”, 结构聚合体, 分子摩尔比为28 : 3 : 2 : 17: 0 .5 1 一0. 63 。

黄原胶分子一级结构由p 一1, 4 键连接的D 一葡萄糖基主链与三糖单位侧链组成, 其侧链由D 一甘露糖和D 一葡萄糖醛酸交替连接而成。

黄原胶分子侧末端含有丙酮酸, 其含量对黄原胶性能有很大影响, 在不同溶氧条件下发酵所得黄原胶, 其丙酮酸含量有明显差异。

一般,溶氧速率小, 其丙酮酸含量低生产工艺工艺流程为: 菌种摇瓶扩大培养发酵罐发酵提取干燥粉碎成品包装1. 1 生产菌株黄原胶生产菌株为黄单抱菌属几个种, 目前工业化生产用菌株主要是甘蓝黑腐病黄单孢杆菌(亦名野油菜黄单胞菌) , 直杆状,宽0. 4 林n l ~ 0. 7 林m ,有单个鞭毛, 可移动,革兰氏阴性, 好氧。

19 61 年Je an e S 等首先从甘蓝黑腐病斑中分离出甘蓝黑腐病黄单抱杆菌, 赵大建等在19 8 6 年也得到编号为N . K 一01 甘蓝黑腐病黄单抱杆菌。

此外, 菜豆黄单胞菌、锦葵黄单胞菌和胡萝卜黄单胞菌亦可作为发酵菌种。

1. 2 培养基组成及优化1.2.1 培养基固体培养基：蔗糖2g，蛋白胨0.5g，酵母粉0.2g，琼脂2g，水100mL。

种子培养基：蔗糖2g，蛋白胨0.5g，酵母粉0.2g，水100mL。

发酵培养液：蔗糖5g，蛋白胨0.5g，0.3g，碳酸钙0.3g，磷酸二氢钾0.5g，硫酸镁0.25g，硫酸亚铁0.025g，柠檬酸0.025g，水100mL。

1.3 试验方法1.3.1 平皿培养取Φ9cm的培养皿，倒入25mL固体培养基，30℃培养4d~8d。

1.3.2 啤酒糟处理啤酒糟（取自江苏食品职业技术学院啤酒实训中心）用自来水洗涤2次，烘干后备用。

1.3.3 发酵条件研究培养基组成的研究：分别以葡萄糖、麦芽糖、乳糖和淀粉代替发酵培养基中的碳源，进行发酵培养，并做空白对照，确定最佳的碳源。

黄原胶的性能及其应用黄原胶的性能及其应用摘要：论述黄原胶的性质、生产工艺、技术关键, 讨论了黄原胶的发酵设备、生产过程中分离、干燥、粉碎等工序。

关键词：黄原胶发酵1 、概述黄原胶又名汉生胶、黄菌胶、占吨胶在食品工业中可作为理想的增稠剂及稳定剂使用。

黄原胶是由甘,、兰、黑腐病黄单胞杆菌发酵产生的胞外微生物多糖, 是新型的发酵工程产品及食品添加剂。

由于它的大分子特殊结构和胶体特性, 具有多种功能, 可作乳化剂、稳定剂、凝胶增稠剂、浸润剂、膜成形剂,广泛用于石油开采、食品等二十多个行业。

国际市场价格居高不下。

我国是应用黄原胶的大国, 但目前生产仍处于开发阶段, 供需矛盾突出, 亟待开发。

2 、特性及应用2. 1 特性黄原胶是由淀粉在黄杆菌酶的作用下,1, 6- 糖苷键被切断, 支链被打开, 并重新按1, 4 键合成直链组成的一种生物高分子多糖聚合物, 其分子量为2 ×106 ～ 2× 107 之间,粘度≥0. 55Pa·s, 无毒。

黄原胶是一种浅黄褐色或灰褐色粉末, 它具有纤维素葡萄糖的主链及含三糖的侧链, 有些侧链带丙酮酸和醋酸基团, 因此具有许多独特而优良的特性。

它易溶于水, 其水溶液呈透明胶状, 它在冷水、热水中的分散性稳定, 在低浓度下能产生很高的粘度, 增稠性良好, 浸泡1h( 搅拌时间≤ 1h) 应呈溶胶状。

该水溶液具有较高的假塑性, 良好的稳定性, 广泛pH 值( pH= 1～13) 稳定性和宽温度范围( 18～80 ℃粘度变化很小, 不受温度影响) 的稳定, 同时也具有良好的分散作用、乳化作用。

在碱性及高盐条件下也很稳定。

黄原胶与酸碱和盐类的配伍性好、与半乳甘露聚糖的反应性好、抗污染力强、抗生物酸降解, 对于各种酸的氧化、还原稳定性好; 也具有优良的冻融稳定性和优良的乳化性能与固体悬浮能力。

黄原胶是一种性能优良的多功能生物高分子聚合物。

2. 2 应用 2. 2. 1 食品工业黄原胶用作稳定剂、乳化剂、悬浮剂、增稠剂、泡沫增强剂和加工辅助剂。

黄原胶的生产和应用1 前言黄原胶(Xanthangum),又称黄胶、汉生胶、黄单细胞多糖,是野油菜黄单孢杆菌(Xanthomonascampestris)以碳水化合物为主要原料,经发酵工程生产的一种作用广泛的微生物胞外多糖,简称XC。

黄原胶是50年代美国农业部北部地区研究所(NRRL)首先发现。

普通商品黄原胶是含有K、Na、Ca等盐的混合物,其它类型有:脱乙酰胺的黄原胶、丙酮酸232黄原胶和与铬盐交联的高触变性黄原胶等。

它具有如下特性:在热水和冷水中有很好的溶解性;有良好的增粘性和悬浮能力,在低浓度下具有较高的粘度;有很高的稳定性,耐酸碱、高盐环境,抗高温、低温冷冻,易生物降解,抗污染能力强,在-4~93e范围内反复加热、冷冻,其粘度基本不变;可同多种物质(酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等)互配,具有令人满意的兼容性;有良好的触变性(剪切稀释能力)和假塑性(恢复能力);有良好的分散作用、乳化稳定作用。

黄原胶和刺槐豆胶、瓜尔豆胶等半乳甘露聚糖配合使用时有极为显著的协同增效作用,可显著提高粘度和耐盐稳定性,达到用量少、成本低和提高使用效果的目的。

黄原胶可广泛用于食品、石油、陶瓷、纺织、印染、医药、造纸、地矿、灭火、涂料、牙膏、化妆品等20多个行业。

近年来,世界黄原胶生产国家经过不断的技术改造,其生产能力已达5万余t/a,工业级黄原胶价格在3.5万~4.5万元/t范围内波动,食品级则根据质量、供需双方情况波动幅度更大,为5万~10万元/t,从外国进口的工业级黄原胶约为6万~7万元/t,食品级则为15万元/t左右,可见黄原胶的市场广阔,前景看好,是目前世界上生产规模最大且用途极为广泛的微生物多糖。

2 黄原胶的生产2.1 培养基黄单孢杆菌产生黄原胶常用的培养基是:以葡萄糖、蔗糖或淀粉等为碳源,以蛋白质、鱼粉、豆粉或硝酸盐为氮源,加KH2PO4、MgSO4、CaCO3等无机盐和Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素,以及生成促进剂谷氨酸、柠檬酸等。

浅谈化学教学中黄原胶的制备作者：颜延宁杨巍巍来源：《成才之路》2008年第29期摘要：黄原胶发酵生产过程中，使用淀粉作为碳源优于其他碳源。

用硅藻土过滤法比较经济，酶降解法更明显地提高了黄原胶的质量。

超滤处理可将黄原胶发酵液中多糖质量分数由原来的2％浓缩到8％以上，节省乙醇用量，降低成本。

用乙醇沉淀浓缩后的黄原胶发酵液，产品的纯度和收率均较高。

关键词：黄原胶；发酵；超滤在化学教学中，黄原胶是用黄单胞菌经微生物发酵制取的生物细胞外粘多糖，具有良好的增黏性、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，可广泛应用于食品、石油、陶瓷、纺织、印染、医药、造纸、地矿、灭火、涂料、化妆品等20多个行业，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。

但由于黄原胶发酵液的黏度很高，采用过滤的方法不能有效去除其中的菌体，加之发酵液中黄原胶的含量很低(质量分数只有1％～5％)，传统的分离方法非常浪费能源和材科。

本文探讨了影响黄原胶产量的一系列因素，得出了黄原胶发酵的最佳条件和提纯及分离的技术。

一、材料与方法1. 菌种野生油莱黄单胞菌(Xanthomonas Campestris)2. 种子培养基3. 发酵培养基4. 发酵条件(1)碳源。

碳源是生物发酵的一个重要影响因素。

实验采用蔗糖、乳糖、葡萄糖和淀粉四种物质作为碳源，通过测定发酵液的黏度，可以考察碳源对发酵效果的影响。

从表1可以看出淀粉作为碳源发酵液的黏度高于其他碳源的发酵液粘度。

(2) pH值。

pH对发酵液黏度的影响见表2。

黄原胶发酵周期为48～56h，24h前主要是菌体生长，24h以后进入产胶期，36h左右产胶达到高峰。

最有利于菌体生长的pH值为6.0～6.3，而pH值在7.3～7.6最适合胶的生产。

产胶时pH值不断下降会抑制糖基载体的活性，从而影响产胶。

当pH值降到5.4后，产胶完全停止。

因此，发酵过程中必须保持pH中性。

主要内容‡简介（性质、用途） ‡菌种； ‡发酵条件及工艺控制； ‡提取纯化。

第一节 黄原胶简介‡ 发展概况； ‡ 分子结构； ‡ 性质； ‡ 应用。

第2页，共38页发展概况‡ 黄原胶(Xamthan Gum)别名汉生胶，又称黄 单胞多糖，是国际上20世纪70年代发展起来 的新型发酵产品。

‡ 是微生物中产量最大的一种胞外水溶性黏多 糖，它是在20世纪50年代，由美国农业部的 北方研究室Jeanes等人从野油菜黄单胞菌 NRRLB—1459中发现的。

第3页，共38页‡ 国际上，黄原胶开发及应用最早的是美国。

美国农业部北方地区Peoria实验室于20世纪 60年代初首先用微生物发酵法获得黄原胶。

1964年，美国Merek公司Keco分部在世界上 首先实现了黄原胶的正业化生产。

1979年世 界黄原胶总产量为2000t，1990年达4000t以 上。

在美同，黄原胶年产值约为5亿美元，仅 次于抗生素和溶剂的年产量，在发酵产品中 居第三位。

目前，中国产量占世界60%。

第4页，共38页‡ 黄原胶的外观为淡褐黄色粉末状固体，亲水 性很强，没有任何的毒副作用，美国FDA于 1969年批准可将其作为不限量的食品添加 剂，1980年，欧洲经济共同体也批准将其作 为食品乳化剂和稳定剂。

第5页，共38页‡ 以5分子糖为一单元，由与此 相同的单元聚合而成的高分子 多糖物质。

每一单元由2分子 葡萄糖、2分子甘露糖和1分子 葡萄糖醛酸组成。

其主链由B葡萄糖通过1,4-糖苷键相连而 成的2分子葡萄糖为单元，其 结构与纤维素结构相同，相间 在葡萄糖的C3上连有2分子甘 露糖和1分子葡萄糖醛酸构成 侧链。

在侧链上有丙酮酸及羧 酸侧基。

黄原胶所具有的独特 性能跟含有的丙酮酸有关，通 常情况下黄原胶中丙酮酸含量 的高低可以用来衡量黄原胶性 能的优劣。

分子结构黄原胶的性质‡ 典型的流变特性： 随着剪切速率增加，因胶状网络遭到破坏，导致黏度降 低，胶液变稀，但一旦剪切力消失，黏度又可恢复，因 而使黄原胶具有良好的泵送和加工性能。

黄原胶提取工艺规程提取工段工艺操作规程1目的为稳定生产，统一操作，对生产工艺和质量进行有效的控制，使操作有法可依，保证生产的正常运行，特制定提取工段的工艺操作规程。

2 范围适用于黄原胶车间提取工段的工艺参数的控制和应注意的事项。

3工艺规程3.1工艺流程图发酵液计量罐预处理罐氯化钙一次提取氯化钙、酒精一次脱水酒精二次提取氢氧化钠、盐酸二次脱水压榨烘干加热升温，调节水分半成品仓库3.2操作规程3.2.1计量3.2.1.1准备工作在上批料转完后，要及时蒸汽消罐。

为防止细菌在放料管道中滋生，从而影响产品质量，每批料放料前要对放料管道做蒸汽杀菌措施一次。

3.2.1.2放料3.2.1.2.1等准备工作做完后，由提取代班长和发酵代班长联系确定放哪一条线的发酵液，班长记录好发酵液的批次、各项指标，并通知预处理岗位的操作工打开相应管线的阀门。

每批料液根据车间的生产调度和本批发酵液细菌数的情况确定生产食品级还是工业级：染菌生产工业级，未染菌生产食品级(或依据车间要求调整)。

3.2.1.2.2放料后期提前关闭一半阀门，减慢放料速度，避免放完料后，发酵罐蒸汽压力过高，冲击力太大使罐内料液溅出，发生危险。

等整批料放完后,根据液位浮球确定放罐的体积，并作好记录，并通知发酵班长发酵液放完。

3、放完每批发酵液之后由提取班长联系发酵班长开蒸汽对放料管道进行蒸汽杀菌，消完后提取班长联系发酵班长关蒸汽，确认蒸汽关闭后提取班长关闭相应阀门。

3.2.2预处理3.2.2.1将计量罐中的发酵液用螺杆泵分别打到预处理罐1##罐，然后开启搅拌，并向1#预处理罐内加入氯化钙，流量控制在120±60L/h，1#罐满后开启料泵打向2#罐，2#罐满后打向3#罐，3#罐满后打向4#罐，开启相应搅拌使物料充分反应，根据一次提取做料速度调节螺杆泵变频，使进料速度与做料速度保持平衡，控制螺杆泵进料流量、氯化钙溶液流量并记录，每10分钟记录一次，过程中注意1#-4#罐液位情况，防止冒料。

黄原胶黄原胶是一种具有广泛用途的微生物多糖，具有优良的悬浮性、乳化性、流变性、热稳定性，酸、碱稳定性，常被用作悬浮剂、乳化剂、稳定剂、增稠剂。

它的应用涵盖了从食品工业到化学工业的众多领域。

下面简要介绍黄原胶的结构、性能，综述它在食品工业及化学工业中的应用，重点论述它在日用化学工业中的应用。

黄原胶,又称黄胶、汉生胶，是一种自然多糖和重要的生物高聚物，由甘蓝黑腐病野油菜黄单胞菌以碳水化合物为主要原料，经好氧发酵生物工程技术产生的。

1952年由美国农业部伊利诺斯州皮奥里尔北部研究所分离得到的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。

黄原胶可以溶于冷水和热水中，具有高粘度，高耐酸、碱、盐特性、高耐热稳定性、悬浮性、触变性等，常被用作增稠剂、乳化剂、悬浮剂、稳定剂，具有广阔的市场前景，广泛应用于日用化工、食品、医药、采油、纺织、陶瓷、印染等领域。

1.黄原胶的结构黄原胶分子由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸构成的“五糖重复单元”结构聚合体，分子量在2×106～5×107之间，所含乙酸和丙酮酸的比例取决于菌株和后发酵条件。

黄原胶聚合物骨架结构类似于纤维素，但是黄原胶的独特性质在于每隔一个单元上存在的由甘露糖醋酸盐、终端甘露糖单元以及两者之间的一个葡萄糖醛酸盐组成的三糖侧链。

侧链上的葡萄糖醛酸和丙酮酸群赋予了黄原胶负电荷。

带负电荷的侧链之间以及侧链与聚合物骨架之间的相互作用决定了黄原胶溶液的优良性质。

黄原胶高级结构是侧链和主链间通过氢键维系形成螺旋和多重螺旋。

黄原胶的二级结构是侧链绕主链骨架反向缠绕，通过氢键维系形成棒状双螺旋结构。

黄原胶的三级结构是棒状双螺旋结构间靠微弱的非极性共价键结合形成的螺旋复合体。

在低离子强度或高温溶液中，由于带负电荷侧链间的彼此相互排斥作用，黄原胶链形成一种盘旋结构。

然而即使电解质浓度的少量增加也会减少侧链间的静电排斥，使得侧链和氢键盘绕在聚合物骨架上，聚合物链伸展成为相对僵硬的螺旋状杆。