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黄原胶发酵条件优化研究

发布日期:2014-12-25 22:31:20
黄原胶发酵条件优化研究
黄原胶发酵条件优化研究:
黄原胶发酵条件优化研究,研究pH值、接种量、转速、发酵温度对黄原胶发酵的影响。通过摇瓶发酵,改变试验条件,测定发酵液黏度、粗胶含量来确定 较为适合的发酵工艺。正交试验确定了黄原胶的最佳发酵条件为:H7.2,接种量6%,转速200r/min,发酵温度28T发酵72h。在此发酵 条件下,产量达到25.5g/L,黏度为5569mPa-s。
黄原胶(xanthan gum)又称汉生胶、黄杆菌胶、黄杆菌 多糖等,是一种细菌胞外多糖,它是野油菜黄单孢菌以碳 水化合物为主要原料,经好氧发酵生物工程技术产生的 '黄原胶具有独特的理化性质,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、触变性、 悬浮性等,常被用作增稠剂、乳化剂、悬浮剂、稳定剂。黄 原胶由于其独特的性质,在化工、食品、陶瓷、医药、纺织、 采油、印染、涂料、炸药、冶金、造纸、灭火、农药和化妆品等 领域中广泛应用,具有广阔的市场前景,它是目前世界上 生产规模最大且用途极为广泛的微生物多糖[2]。本研究 目的是为提高黄原胶的产量,对黄原胶的发酵条件进行 了研究。
1材料与方法 1.1菌种
野油菜黄单胞菌J-12菌株(Xanthomonas campestris J-12):本实验室保藏。
1.2设备
GNP-9080型隔水式恒温培养箱,HZQ-QX全温振荡
器,LDZX-50KB立式电热压力蒸汽灭菌器,DV-E黏度计, 烘箱,黄原胶发酵条件优化研究,FA1004电子天平,SW-CJ-IC净化工作台等。
1.3培养基[3]
斜面培养基:蔗糖2g,牛肉膏0.5g,蛋白胨0.3g,酵母粉 0.1g,琼脂 2g,水 100mL。
种子培养基:蔗糖2g,牛肉膏0.5g,蛋白胨0.3g,酵母粉 0.1g,水 100mL。
摇瓶发酵培养基:玉米淀粉4.5g,豆饼粉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。调培养基的pH值至7.0,121°C湿热灭 菌 20min。
1.4工艺流程
保藏菌种—斜面活化—摇瓶种子—摇瓶发酵—发酵液—提取—干 燥—粉碎—成品
1.5工艺要点
种子培养:将保藏4C的斜面种子在斜面上活化传代 2次,然后将菌苔接入50mL种子液的250mL摇瓶中28C、 180r/min摇床培养24h,刚起黏即停止,颜色黄棕色,无异味。
摇瓶发酵:把5% (v/v)的种子液接入装有100mL培养 基的500mL的三角瓶中,温度控制在28°C、转速为180r/min, 发酵周期为72h。
1.6测定方法 1.6.1产量的测定[4]
称取适量的发酵液,加入发酵液2倍体积的酒精,室温 下搅拌30min,然后过滤掉酒精,再加入1倍体积的酒精搅 拌过滤,得到黄原胶置于烘箱中,60°C烘干至恒重,精密天 平称量。以得到的黄原胶质量比发酵液体积,得产量。 1.6.2黏度测定
使用DV-E型黏度计,05号转子,转速60 r/min进行测 量黄原胶发酵液黏度。
1 pH值对黄原胶发酵的影响
将摇瓶发酵培养基分别置于pH值为6.0、6.4、6.8、7.0、 7.2和7.4条件发酵培养,接种量5%、28°C、转速180r/mim,培 养时间72h后测定发酵液的黏度和产量,结果见图1。
由图1可以看出,黄原胶的产量和黏度受pH值的影 响。在pH6.8?7.2值时,其产量和黏度也逐渐升高。当pH值 7.0时产量最高,黏度最大。随后pH值增大其产量和黏度也 逐降低。
2.1.2温度对黄原胶发酵的影响
将摇瓶发酵培养基分别置于20°C、24°C、28°C、32°^P 36C等不同温度下发酵培养,接种量5%,保持pH值7.0,转 速180r/mim,培养时间72h后测定发酵液的黏度和产量,结 果见图2。
由图2可以看出,黄原胶的产量和黏度受温度的影响。 较高温度可以提高黄原胶的产量,但降低了黄原胶的黏 度,如提高黄原胶的产量应选择温度在28°?32°,若提高 黏度应选择温度在26°?30°。
2.1.3接种量对黄原胶发酵的影响
将摇瓶发酵培养基分别接入4%、5%、6%、7%和8%种 子液下发酵培养,28°C,保持pH 7.0,转速180r/mim,培养时 间72h后测定发酵液的黏度和产量,结果见图3。
发酵液黏度
产量
由图3可以看出,黄原胶的产量和黏度受接种量的影 响。黄原胶发酵条件优化研究,接种量过多,往往使菌丝生长过快,培养基黏度增加, 若提高黄原胶的黏度应使接种量在7%?8%,但过高的接 种量造成基质缺乏,生长过快,而影响产物合成,故若提高 黄原胶的产量应控制接种量在5%~6%。
2.1.4转速对黄原胶发酵的影响
将摇瓶发酵培养基的分别置于160r/min、180r/min、 200r/min、220r/min和 240r/min转速下发酵培养,28°C,接种 量5%,保持pH 7.0,培养时间72h后测定发酵液的黏度和 产量,结果见图4。
由图4可以看出,黄原胶的产量和黏度受转速的影响。 随转速的增大黄原胶的产量和黏度均增大,当转速为 220r/min时黄原胶的产量和黏度不再增大。因此选取220r/ min为黄原胶发酵的转速。
2.2黄原胶发酵条件的正交试验
根据单因素试验优化结果,选取对生产黄原胶发酵 条件(pH值、温度、接种量、转速)进行L,正交试验,因素 水平见表1。
2.3正交试验结果和方差分析
由表2和表3正交试验及方差分析可知,发酵液黏 度差异并不是很大。但不同培养条件下,产量是不同的, 
经验交流
中国酿造 
表1优化发酵条件正交试验因素与水平
Table 1. Factors and levels of orthogonal experiment
水平A pH值B温度/CC接种量/%D 转速/(r_min-)
16.8244180
27.0285200
37.2326220
表2优化发酵条件正交试验结果与分析
Table 2. Results of orthogonal experiment
试验号ABCD 产量Mg.L-)发酵液黏度/(mPa-s)
1111120.35368
2122222.35389
3133322.75598
4212322.65527
5223123.45312
6231223.65507
7313225.15527
8321324.35336
9332123.45257
Ki65.368.068.267.1
K269.670.068.371.0
K372.869.771.269.6
K121.7722.6722.7322.37
K223.2023.3322.7723.67
K324.2723.2323.7323.20
R2.50.661.01.3
表 3 正交试验方差分析结果
Table 3. Results of variance analysis
方差来源偏差平方和自由度均方F值显著水平
(SS)(df (MS)(F) (p)
A9.442 4.722360 **
B0.782 0.39195 **
C1.942 0.97485 **
D2.602 1.3650 **
误差0.0042 0.002
注(2,2) =99;。.05 (2,2) =19“**”表示试验结果达到极显著水平
(p<0.01)表示试验结果达到显著水平(0.01<p<0.05)。
在pH值、转速、接种量、温度4个因素中,最主要的因素是
pH值,其次是转速,接种量和温度。经综合分析,优化后的 最佳工艺条件为A3B1C3D2,即pH值7.2、转速200r/min、接种 量6%、温度28°C。
2.4验证试验
根据正交结果分析A3BIC3D2。验证试验结果显示,黄原胶发酵条件优化研究,产 量达到25.5g/L,黏度为5569mPa* s,该组合产量较高,是较 优的发酵条件。
3结论
3.1目前世界黄原胶生产最高水平,发酵黄原胶浓度已达 到5%左右;而我国黄原胶生产水平一般发酵产胶率一般 为2.2%?2.4%,因此目前国内就生产工艺,国内黄原胶发 展还有很长的路要走。
3.2本试验从黄原胶的发酵pH值、转速、接种量、温度等进 行研究,发现pH值对黄原胶发酵影响较大,调节pH值为72 可以较大地提高黄原胶的产量。通过正交试验优化,黄原 胶的产量和黏度2项指标较单因素试验结果有所提高,正 交试验的方差分析结果表明pH值、转速、接种量、温度对 黄原胶发酵影响达到极显著水平(p<0.01),确定了黄原胶 的发酵条件pH值7.2,接种量6%,转速200r/min,温度28°C 发酵72h;在此发酵条件下产量达到25.5g/L,黏度为5569mPa's, 本试验为黄原胶的发酵生产工艺条件提供了参考依据。
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