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黄原胶的发酵生产,1,1.6.1概述黄原胶，也称汗生胶，它是一种微生物多糖，亦称黄单孢多糖新型发酵产品。黄原胶是以碳水化合物为主要原料（如玉米，淀粉等）经微生物发酵及一系列生化过程，最终得到的一种生物高聚物。,2,黄原胶于20世纪50年代中期被发现于美国农业部的北方研究室。我国黄原胶的研究起步于20世纪70年代末。1979年南开大学生物系首次分离得到一批黄原胶菌株，并提纯鉴定了这种酸性多糖，由此开启了我国黄原胶研发应用的新篇章。,3,4,二发酵工艺黄原胶经过半个世纪的发展精琢，现已较为成熟。它的工业生产方法是采用微生物发酵来制取。,菌种生长,菌种选取,接种,发酵罐,控制操作条件,发酵液,灭菌,滤出菌体,沉淀,产品的分离,产品的清洗脱水干燥,黄原胶,菌体,乙醇告示溶剂蒸馏回收,5,我国目前已开发的菌种有南开-01，山大-152，农-008和农-005和L4。,微生物发酵菌,6,野油菜黄单胞菌,菌种特点：菌株一般呈杆状，革兰氏染色阴性，产荚膜，无芽孢，有极生鞭毛，专性好氧，生产菌株通常采用冷冻干燥保存。,7,黄原胶发酵培养方法(1)液体种子培养：将保藏4C的种子在斜面上：活化传代两次，然后将菌苔接入装有50mL培养液的三角瓶中(50mL250mL)，在28，180rmin摇床培养18h，颜色黄棕色，无异味。(2)工业化生产：接种量为5一8。由于培养基的高黏度，黄原胶生产是高需氧量发酵，需大通风量，般为10.6m3(m3min)。发酵温度为2528。碳源的起始浓度一般在2一5,8,原料,这种生产原料资源（包括玉米、木薯、土豆等）丰富，其他原料普遍易购。所用原料主要为葡萄糖、乳糖等。原料不同，选用的菌种也不一样。在黄原胶生产的过程中，特别是采用半连续化和连续化操作方式时，要选用抗退化的微生物菌种。美国专利004328308介绍的微生物菌种XanthomonasCampestriesXcp-1和XanthomonasCampestriesp-107能在半连续发酵下生长很长时间，从而增加了黄原胶的市场能力。,9,培养液的配方介绍（1）欧洲专利0112661中给出的X.CampestrisNCIB11781为微生物菌种的培养液组成如下。组分含量OxoidCaseinhydrolysate5g/L硫酸铵4.0g/L磷酸二氢钾5.0g/L硫酸镁0.46g/L硫酸12g/L硫酸锌21.2g/L氯化钙58g/L氯化铁58g/L其余为蒸汽水,10,操作条件（1）温度控制发酵不仅影响黄原胶的产率，还能改变产品的结构组成。微生物最适宜培养的温度因菌种而异。生活与土壤中的微生物的适宜温度通常是在2530最好，而由动物体分离出来的微生物的最适宜培养温度一般是37黄原胶的菌种来自前者故其适宜温度为2533，但研究指出3133更为适合培养黄原胶菌种。（2）pH值的控制研究表明生产黄原胶最适宜pH值范围是78。种龄及接种量的控制。种龄的长短关系到种子活力的强弱，影响下一次增值的适应期长短，接种量的多少影响种子生长期的长短。氧的控制。黄原胶生产中空气速率通常0.51.0m3/min，搅拌转速在5001000r/min之间。氧的浓度太低会缺氧，太高会具毒性。,11,16.2.4黄原胶的合成黄原胶的生产为好氧发酵，特点是必须供给氧气。其生产装置如图16-3所示的发酵罐。,12,黄原胶工业生产发酵罐,13,黄原胶深层培养法的基本操作顺序如下；（1）灭菌。为实现生物纯培养，在发酵开始必须对所有的培养液加热灭菌（例如120，30min）。（2）温度控制培养液灭菌后必须冷却到培养温度。（3）通气搅拌主要作用是通入氧气，搅拌使其溶解于其中还能是里边的微生物均匀的分散在发酵罐内，促进热的传递以及为调节pH值而加入酸碱物质。,14,按照操作方式,间歇式,流加式,连续式,半连续式,15,黄原胶的发酵生产按照操作方式可分为间歇式、流加式、半连续式和连续式。间歇式优点操作简单，是目前黄原胶工业生产广泛采用的方法。缺点发酵时间长发酵产物中黄原胶含量低，后处理困难。流加式相比间歇式该法可以调节培养环境中的营养物质的浓度半连环式在间歇式操作的基础上不全部取出反应物，剩余的部分重新补充新的营养成分，再按间歇式的操作方法进行操作。连续式与间歇操作相比，连续操作可以提高设备利用率和单位时间的产量，但是由于长时间连续的操作很难保证纯种培养，故在大规模工业生产应用还存在许多困难。,16,产品的分离和提纯目前，黄原胶的分离提取部分，其工艺路线主要有乙醇沉淀法，钙盐-乙醇沉淀法，氯化钾-乙醇沉淀法，季铵盐-甲醇法，直接干燥法，超滤膜脱盐法等6种方法。下面介绍其中两种。1)工业乙醇沉淀法发酵液中加入一定量的盐调节pH值，使其呈酸性。再加入乙醇搅拌成絮状物过滤得黄原胶沉淀粉再加入乙醇搅拌，用10%KOH调节pH值使之呈中性，过滤，挤干沉淀物，得饼状黄原胶。然后在6065中烘干，粉碎，过筛，得工业级黄原胶。,17,2)氯化钾-乙醇法本方法类似于钙盐-乙醇法，但是成本稍微比钙盐-乙醇法gui。参见下表氯化钾乙醇消耗成本比较,18,黄原胶废水的处理黄原胶废水的显著特点是COD浓度高，一般在8000左右，温度较高，可生化性较好。由此传统的厌氧-好氧工艺可以满足需求。厌氧处理是关键，如果水量不是很大的话，建议采用IC反应器。该反应器效率较高，培养出颗粒污泥后运行稳定。好氧处理较为简单。,19,16.3黄原胶的性能黄原胶是一种非胶凝的多糖，易溶于水水溶液呈透明状。（1）水溶性和高黏性黄原胶易溶于冷水和热水，而且在较低浓度下具有较高的黏度。而且黏度不受任何温度和pH值或药品的影响。（2）流变学特性当施加一定的剪切力时，流体黏度迅速下降。而除去剪切力后，流体又恢复原来的黏度。而且这种变化是可逆的，所以黄原胶具有独特的乳化稳定性能。,20,（3）温度稳定性大多数高分子化合物，例如海藻胶、淀粉等一经稍加热黏度就明显下降。而温度较低至零度左右时，分子结构和性能即发生异化。而黄原胶在一个相当大的温度范围内（-1880）基本保持原有的黏度和性能，因而具有稳定可靠的增稠效果和冻融稳定效果。（4）pH值稳定性在pH值为112范围内，黄原胶的黏度基本保持不变。,21,（5）兼容性黄原胶与各种盐有着良好的兼容性。与高浓度的糖或盐类共存时能形成稳定的曾稠系统，并保持原有的流变性。与其他化学物质（酸、碱、表面活性剂等）均有令人满意的兼容性。（6）各种增稠剂的相容性黄原胶与大多数的合成、天然增稠剂如海藻钠、淀粉等具有良好的相容性。（7）溶剂相容性有良好的水溶性但与有机溶剂不相容。,22,（8）抗氧化和抗酶性即使是在氯酸钠、双氧水、生物活性酶存在的仍能发挥作用。（9）微波稳定性已经形成的稳定体系，即使是在微波炉中解冻对其性能也不会产生影响。（10）安全性黄原胶采用天然物质为原料，经发酵精制而成的生物高聚物，无味、无臭，安全性强。,23,16.5黄原胶的发展方向黄原胶作为新型发酵工业中一种非常具有潜力、有前途的产品，但在产业化过程中仍然有不少需要探讨的问题。与国外相比，我们的生产水平仍然处于较低的水平。在我国，发酵产胶一般为2.4%2.8%，转化率60%70%，发酵时间7285h；而国外发酵产胶可达3.5%以上，转化率70%75%发酵时间48h。差距十分明显。,24,改善方法,新菌种的研发如果能采用基因工程的手段将黄原胶生产菌种中的产胶基因分离出来，再导入新的菌株中，使其具有双产胶基因或更多的产胶基因，饼稳定遗传，将会使我们的黄原胶产量成倍增长。一旦成功，将会使黄原胶的生产水平有极大的飞跃。改善生物反应