黄原胶生产与应用研究

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。

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。

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。

山　东　化　工 收稿日期：２０２０－０９－１０基金项目：山东省自然科学基金青年基金项目（ＺＲ２０１９ＱＥＥ０１０）作者简介：苏　璐（１９９６—），女，山东青岛人，青岛科技大学硕士，主要研究方向为：改性植物高分子材料应用。

黄原胶及其改性产物的应用研究进展苏　璐１，张江辉１，董　明２，陈　鲁２（１．青岛科技大学机电工程学院，山东青岛　２６６０６１；２．中石化胜利油田分公司河口采油厂，山东河口　２５７２００）摘要：黄原胶因其优异的流变性、增稠性及其在酸碱中相对稳定的性质被认为是性能最为优异的生物胶，被广泛应用于石油化工行业、食品行业、生物医药及其他领域，相比改性纤维素、淀粉、海藻酸钠等高分子材料，黄原胶及其改性产物具有独特的优异特性。

本文总结了５０年来黄原胶及其改性产物的发展情况，并详细介绍了黄原胶及其改性产物在各领域中的应用，最后结合国内外对黄原胶及其改性物的研究现状对黄原胶的发展进行展望。

关键词：黄原胶，改性，应用领域中图分类号：ＴＱ４２３．９２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）２４－００７６－０４ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＸａｎｔｈａｎＧｕｍａｎｄＩｔｓＭｏｄｉｆｉｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓＳｕＬｕ１，ＺｈａｎｇＪｉａｎｇｈｕｉ１，ＤｏｎｇＭｉｎｇ２，ＣｈｅｎＬｕ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０６１，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｋｏｕＯｉｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｌａｎｔ，ＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌｆｉｅｌｄＢｒａｎｃｈ，Ｓｉｎｏｐｅｃ，Ｈｅｋｏｕ　２５７２００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｘａｎｔｈａｎｇｕｍｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｆｏｏｄｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｔａｂｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎａｃｉｄａｎｄａｌｋａｌｉ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＸａｎｔｈａｎｇｕｍｉｎｔｈｅｐａｓｔ５０ｙｅａｒｓｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｘａｎｔｈａｎｇｕｍａｎｄｉｔｓｍｏｄｉｆｉｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｘａｎｔｈａｎｇｕｍｉｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｘａｎｔｈａｎｇｕｍ，ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓ１　引言黄原胶又称黄胶、汉生胶，为白色或淡黄色粉末。

黄原胶的生产及应用探讨综述了以玉米淀粉为原料黄原胶的生产过程，黄原胶的主要性能及其在食品、化工等行业中的应用，不断提高其经济价值。

關键词：淀粉黄原胶生产应用黄原胶，又称黄胶、汉生胶、黄单细胞多糖，是人类研究最深、商业化应用程度最高、以碳水化合物为主要原料，用野油菜黄单胞杆菌，经微生物有氧发酵制取的胞外多糖。

由于其独特的剪切稀释性质，良好的增稠性，理想的乳化稳定性，对酸、碱、热、反复冻融的高度稳定性以及对人体的完全无毒害等许多优越的特性，而在食品、石油、医药、日用化工等十几个领域有着极其广泛的应用。

一、黄原胶的生产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、蔗糖或玉米淀粉等为碳源，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、柠檬酸等合成。

2.生产工艺①发酵液处理：通过使用离心、过滤、酶处理、次氯酸盐氧化、过滤及超滤浓缩等方法进行处理，除去黄原胶中的杂质与活性菌体。

②沉淀反应：用钙盐、铝盐、季铵盐或酸沉淀法制取。

③过滤沉淀物并进行洗涤。

④干燥、粉碎、筛分、成品包装。

2.1工业级黄原胶的生产提取工业级黄原胶，首先要经过灭菌处理，对活菌细胞灭杀，然后直接干燥，主要采用喷雾或滚筒干燥的方法，但是，这些方法会由于发酵液中水分含量高而加大能量的消耗，且降低成品的颜色与纯度，还增加成本；此外，还可以使用沉淀法，用钙盐、铵盐等使黄原胶发酵慢慢沉淀，见图1。

10%NaOH水溶液2%GaCI2水溶液↓ ↓ 发酵液→调PH值→盐析→过滤→干燥→粉碎→包装→成品图1钙盐沉淀法生产流程因其产品附加值低，市场用受到限制，因此国内一般发展食品级黄原胶。

2.2食品级黄原胶的生产提取食用级的黄原胶，主要采用沉淀法，通常选用醇类作为沉淀剂，比如有甲醇、乙醇、异丙醇等低级醇。

但由于醇的成本高，且可能对后期的生产与应用有影响，进而研究出采用非醇类法生产黄原胶，有效地解决了这一问题，且降低了生产成本，具体见图2。