【精品】PPT课件 大实验七 黄原胶(Xanthan gum)摇瓶发酵

黄原胶概述黄原胶又名汉生胶, 是由野油菜黄单胞杆菌以碳水化合物为主要原料，经发酵工程生产的一种微生物胞外多糖。

它具有独特的流变性, 良好的水溶性、对热及酸碱的稳定性与多种盐类有很好的相容性,作为增稠剂、悬浮剂、乳化剂、稳定剂, 广泛应用于食品、石油、医药等多个行业, 是目前世界上生产规模最大的微生物多糖。

黄原胶是由黄单胞杆菌产生的胞外杂多糖, 具有较高的商业价值, 由于性能优良,功能多样, 应用面广, 已引起国内外对其开发利用的重大关注。

我国化工部“九五”规划, 将实现黄原胶产品生产的产业化, 列为“九五”期间国家优先发展的生物化工技术。

黄原胶生产一．菌种黄原胶发酵的菌种一般采用野油菜黄单胞菌，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。

二．培养基以葡萄糖、蔗糖或淀粉等为碳源, 以蛋白质、鱼粉、豆粉或硝酸盐为氮源, 加磷酸二氢钾，硫酸镁，碳酸钙等无机盐和亚铁离子，镁离子，锌离子等微量元素, 以及生成促进剂谷氨酸、柠檬酸等。

茄子瓶种子培养基：琼脂2.4, 蔗糖1.5, 蛋白冻1.5, 酵母膏0.2, 谷氨酸钠0.24,。

用1mol/L的NaOH调至ph值为7士0.1, 120℃灭菌30min。

摇瓶发酵培养基玉米淀粉3.0, 谷氨酸钠0.2, 玉米浆, 豆粉。

磷酸二氢钾，硫酸亚铁，碳酸钙。

用1mol/L的NaOH调至ph值为7士0.1, 120℃灭菌30min。

三．培养条件茄子瓶(种子)培养:将保存的生产斜面接种于茄子瓶培养基后,, 在恒温生物培养箱内28 ℃培养48H，用30ml灭菌蒸馏水荡洗, 作为摇瓶黄原胶发酵的种子。

摇瓶培养:在300ml的摇瓶中装培养基100ml, 接种量为10%, 在28℃, 160r/min恒温振荡摇瓶培养48h。

四．培养条件和培养基的优化：A．1.1. 碳源类型对黄原胶发酵的影响:蔗糖作培养基碳源最好, 玉米淀粉次之, 葡萄糖最次, 但由于玉米淀粉较蔗糖廉价易得, 工业上应选用玉米淀粉作碳源。

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。

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。

黄原胶发酵新工艺的制作方法专利名称黄原胶发酵新工艺的制作方法技术领域本发明涉及一种黄原胶发酵工艺。

2、背景技术黄原胶(Xanthan gum) 是黄单胞杆菌(Xanthomonas campestris) 发酵产生的细胞外酸性杂多糖，也称黄单胞多糖。

早在1958 年，美国Lilly 等人已分离得到一株菜豆黄单胞杆菌，可使淀粉转化为水溶性的粘性多糖。

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

1961 年，美国Kelco 公司采用野油菜黄单胞菌NRRLB-1459 开始了黄原胶半工业化生产，主要用于油井的钻井泥浆和采油技术，1963 年正式工业化生产，1969 年，美国FDA 批准黄原胶可用作食品添加剂。

其后欧洲各国相继批准黄原胶在食品工业中应用，1975 年，黄原胶载入美国药典，并公布了质量标准。

1983 年，联合国世界卫生组织(WHO) 和粮农组织(FAO) 也批准黄原胶作为食品工业用稳定剂、乳化剂、增稠剂。

由于黄原胶属于生物高新技术领域，目前主要有美国、英国、法国、瑞士等少数几个国家生产。

我国黄原胶的研究和生产起步较晚，70 年代后期才开始研究。

中科院微生物研究所、山东食品发酵研究所、山东大学、南开大学均于80 年代中期分别通过中试鉴定。

1985 年由张孝宽设计的烟台微生物多糖厂率先在我国实现了黄原胶的工业化生产，生产的工业级黄原胶产品的质量与美国同类产品XC-Polymer 相当。

其主要技术指标—流变性甚至优于美国产品。

1986 年通过省级鉴定，1988 年获国家科技进步奖。

之后，我国又有多家企业投资黄原胶项目，由于黄原胶技术密集程度高，工程化难度大，大多没有成功，尤其是发酵生产技术的研究和最终产品的分离提取技术制约了我国黄原胶工业的发展。

2000 年10 月，由张孝宽设计的黄河龙集团生物二程有限公司建成投产，黄原胶发酵和提取生产线全部实现微机自动控制，通过生产实践检验，黄原胶产品质量及生产成本达到国际先进水平，标志着我国第二代黄原胶生产技术已经成熟。

黄原胶生产技术摘要：本文主要从黄原胶发酵工艺、反应器等方面介绍了黄原胶分子结构及特性。

讨论了目前黄原胶生产研究方向和热点,以及碳源、氮源对黄原胶产量影响。

从发酵动力学角度讨论影响黄原胶发酵产量因素并介绍了国内黄原胶的应用。

关键字：黄原胶水溶性多糖发酵动力学黄原胶(Xanthan gum)[1]是20世纪50年代美国农业部北方研究室从野油菜黄单胞菌NRRLＢ－1459中发现的中性水溶性多糖，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。

由于该多糖具有很高粘度、流动触变性和稳定理化性质, 且无毒, 故作为添加剂在许多领域具有广阔市场前景。

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。

1黄原胶分子结构和理化性质1.1黄原胶分子结构[2]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—28:2:17:0.51-0.63, 相对分子质量在5×106左右。

黄原胶分子一级结构由β-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。

年产1000吨黄原胶发酵工厂的设计(总69页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-摘要黄原胶是由甘蓝黑腐黄单胞菌利用碳水化合物产生的一种胞外杂多糖，它具有良好的水溶性、增粘性、假塑性和耐酸碱、耐盐及耐酶解的能力，被广泛应用于食品、石油、印染、纺织等领域。

此次毕业设计的题目是年产1000 吨黄原胶发酵工厂设计。

为满足生产任务的要求，通过查阅相关的文献书籍，收集黄原胶发酵生产资料，从而设计出经济合理的黄原胶发酵生产路线。

随后对工艺流程中所涉及的物料和热量等进行了衡算，同时完成了对主要生产设备和辅助设备的合理选型。

另外，绘制出厂区总平面布置图、发酵车间的平面布置图、发酵车间立体布置图、全厂的工艺流程图、发酵罐的结构图和精馏塔的结构图。

关键词：年产1000吨黄原胶；发酵；工厂设计AbstractXanthan gum is an anionic extracellular heteropolysaccharide produced by the bacterium Xanthomonas campestris XUB-11.It has good water solubility and viscosity, plasticity and increasing resistance to acid and alkali, salt and enzyme-resistant gum is widely used in petroleum, printing and dyeing, food, textile and other topic of this graduation project is an annual output of 1000 tons of xanthan gum fermentation plant design. To meet the requirements of production task, by reviewing some relevant articles and books, collecting the fermentation production of xanthan gum, thus scheme out the economic rationality of xanthan gum fermentation route. Subsequently to compute material and heat balance involved in the technological process ,and complete a reasonable selection of main production equipment and auxiliary equipment. In addition, draw the layout of the factory, chief fermentation workshop, floor plan, three-dimensional layout of the fermentation plant, whole plant process flow diagram, structure diagram of the fermentation tanks and distillation column chart. Keywords:an annual output of 1000 tons of xanthan gum; fermentation; plant design目录摘要 (II)Abstract (III)第一章绪论 0引言 0黄原胶的结构特性 0黄原胶的物化性质 (1)黄原胶的生产制备 (3)菌种 (3)培养基 (3)发酵工艺 (4)提取工艺 (6)黄原胶的应用 (8)国内外黄原胶的发展研究现状及生产消费状况 (9)第二章工艺计算 (11)物料衡算 (11)总物料衡算 (11)发酵物料衡算 (12)酒精沉淀分离物料衡算： (13)干燥和破碎物料衡算 (14)酒精回收车间物料衡算 (14)热量衡算 (15)发酵车间热量衡算 (15)干燥过程热量衡算 (17)回收过程热量衡算 (18)发酵车间无菌空气耗量的计算 (19)发酵罐的个数确定 (19)发酵无菌空气耗量 (19)种子培养等其他无菌空气耗量 (19)发酵车间高峰无菌空气消耗量 (20)发酵车间无菌空气年耗量 (20)发酵车间无菌空气单耗 (20)第三章设备的工艺设计及设备选型 (21)概述 (21)设备工艺设计及选型的意义 (21)设备工艺设计及选型的原则 (21)设备工艺设计及设备选型的依据 (21)发酵车间 (22)发酵罐的选型 (22)生产能力、数量和容积的的确定 (22)发酵罐个数的确定 (23)主要尺寸的计算 (23)冷却面积的计算 (23)搅拌器设计 (24)搅拌轴功率的计算 (25)酒精回收车间 (27)塔板数的确定 (27)塔径的计算 (29)换热器的计算 (30)冷却面积的计算 (30)最高热负荷下的耗水量 (31)冷却管组数和管径 (32)冷却管总长度计算 (32)设备材料的选择 (33)发酵罐壁厚的计算 (34)种子罐 (36)空气分过滤器 (44)种子罐分过滤器 (44)发酵罐分过滤器 (45)板框过滤设备计算 (46)流化床干燥器的计算 (47)临界流化速度 (47)操作流化速度 (48)流化床几何尺寸 (49)物料在干燥器内停留时间 (50)第四章厂址选择及车间布置设计 (52)厂址选择 (52)厂址选择的一般性原则 (52)从投资和经济效益方面考虑厂址选择 (52)厂址的选择依据 (52)总平面布置设计 (53)工厂总平面布置设计原则 (53)车间布置 (54)车间布置的基本原则和要求 (54)年产1000吨黄原胶工厂的车间布置 (55)第五章发酵工厂配套工程 (56)黄原胶发酵有机废水的处理 (56)黄原胶发酵废气的处理 (56)黄原胶发酵废渣的处理 (57)黄原胶发酵工厂供电系统 (57)黄原胶发酵工厂给排水工程 (57)第六章设计结果及总结 (59)参考文献 (61)致谢 (63)附录 (63)第一章 绪论引言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。

[编辑本段]黄原胶Xanthan Gum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。

[编辑本段]黄原胶的特性分子式：(C35H49O29)n CAS号：11138-66-26.外观：淡白色或浅米黄色粉末包装、贮存、注意事项：1）用25KG复合牛皮纸或纸桶内衬防潮塑料袋。

在封闭的容器中置于阴凉干燥处保质期36个月（最佳使用期18个月）．2）在环境温度、密闭、干燥条件下。

3）使用漏斗匀速缓慢加入，尽量避免结块和撒落，添加量以0.3-1.2％为宜，特许用途适量调整。

黄原胶是新型多糖类发酵产品，1961年首先由美国Kelco公司投入工业化生产，目前被广泛应用于食品、石油、地矿、陶瓷、纺织、印染、医药、造纸、灭火、涂料、化妆品等20多个行业，用作30 -- 40多个品种。

黄原胶被誉为“工业味精”，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。

1、黄原胶无味、无臭、适用安全性强。

美国食品与药物管理局于1969年批准黄原胶用于食品中，1983年联合国粮农组织批准黄原胶作为世界内使用的食品添加剂，且对其添加量不做限制。

我国技术监督局1992年批准颁布了食品添加剂黄原胶国家标准，于1993年8月1日开始实施。

2、粘度高：与其他多糖类溶液相比，即使是低浓度也会产生很高的粘度，1%水溶液粘度相当于明胶的100倍，从而可作为良好的增稠和稳定剂。

3、独特的流变性，在剪切作用下，溶液的粘度会迅速下降，一旦剪切作用解除，溶液的粘度会立即恢复，这种特性赋予食品如冰淇淋、火腿肠、果汁和植物蛋白型饮料、焙烤食品以良好的口感。

黄原胶，它是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，其水溶液具有独特的流变特性—“剪切稀化”，剪切速率增加,溶液的表观粘度明显下降；剪切速率减小，表观粘度恢复原状，是一种典型的假塑性流体。

1961年美国Kelco公司首先采用野油菜黄单胞杆菌NRRLB-1459开始黄原胶的半工业化生产。

其产品主要用于油田的钻井泥桨配制及采油工艺过程。

1963年正式工业化生产。

1969年食品与药物管理局（FDA）批准黄原胶作为食品添加剂，其后欧洲各国相继批准黄原胶在食品工业中的应用。

1975年黄原胶载入美国药典，并公布了质量标准。

1983年联合国世界卫生组织（WHO）和粮农组织（FAO）也批准黄原胶作为食品工业稳定剂、乳化剂、增稠剂。

我国黄原胶研究起步于20世纪70年代末，1988年8月卫生部批准了食品级黄原胶的卫生标准，并被列入食品添加剂名单。

目前，国内大约有45%的黄原胶用于食品加工，40%用于石油工业，15%用于农药、饲料、日化、环保等行业。

我国黄原胶50%以上用于出口，国际市场非常广黄原胶是人类研究最深、商业化应用程度最高的微生物胞外多糖。

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良的特性，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。

超乎寻常的稳定性极大地扩展了黄原胶的应用范围，但同时也引起了一些应用问题。

我国黄原胶研究起步晚，但发展迅速。

我国黄原胶行业在高速发展同时也受到自身条件的制约。

我国黄原胶企业技术不过关，资金缺乏，生产人员素质低，直接影响着我国黄原胶的产品质量与色泽；食品级黄原胶的成本较高，降低成本的关键因素是降低发酵过程中的染菌率，降低电能的消耗，降低乙醇的损失，食品级黄原胶的成本直接影响着食品生产企业的使用；而工业级黄原胶的产品附加值较低，与其它化学助剂相比，价格又偏高，造成我国工业级产品较少企业生产，限制了其在非食品工业的发展。