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黄原胶工业生产的实用新技术

发布日期:2015-05-17 11:59:27
黄原胶工业生产的实用新技术
黄原胶是一种微生物胞外多糖,它广泛 应用于食品、医药、日化、石油等工业tu。80 年代初以来,我国黄原胶工业从无到有,并取 得了较大的发展。
 
黄原胶生产对原料要求较高》在我尔主 要碳塬是精制淀粉,氮源是豆粉和鱼粉蛋白 胨等a国外主要以玉米淀粉水解糖浆为硪 瘫,氮源以无机氮为主,辅以少量的植棱F蛋 白。梢制的营养缀分在高温灭菌过程中更容 易被玻坏,最常见的破坏诈用是氨基酸与还 原糖起羰气反应产生类黑色素的褐变诈用^ 培养基褐变时对黄旗胶发酵危害极大,轻则 影响发酵液的外观、发酵转化率和终产品色 泽,重则抑制黄单胞菌 (Xanthomonas )的生长,使发W彻底失败。
 
我国目前的黄原胶生产厂大都采用传统 方法,在发酵_中对培养基进行实罐灭菌,在 发薄嫌中实施对成熟醪液中活菌体热杀菌。 这是逾成我国黄原胶产品顔色偏深、粘度偏 低,食品级产晶卫生往往无法达标的根本原 因之一,租搏了国产黄康胶与国外产品在广 量上竞争。国外有关企业在黄原胶发酵培养 基和成熟醪液灭菌方面有独特的技术,但因 涉及商业性生产间题,未f有公开发表。
 
本文先容了 2种实用新技术;(1>工&规 棋的黄原胶发酵培养基连续灭菌技术;(2)工 业规模连续杀灭黄原胶发酵成熟醪中黄单胞 菌的新技术a前者使碳源、气源彻底分开灭 菌,有效地通制了灭菌过程的褐变作用,更好 地保存了培养液的营养成分;后者利用黄原 胶醪液剪切变稀的流动特性,髙温变稀冷却 还原的受热特性,高温、快速、连续杀灭醪中 的黄单胞菌,同时使多糖性能因热处理而得 到改蕃。黄原胶的工业生产实践证明,来用 以上2项新技术,能显着提高灭菌效率,有效 地提高发酵转化率,使终产品的活菌含量降 低,达到食品级产品卫生指标,并使产品色泽 变浅、变亮,提高产品惑官质童。
 
1培养基连续灭菌技术1.1工艺流程田工艺流程如图1所示。
 
1.2工艺_作要点(1)向碳源配料桶1中加入液化好的淀 粉洛液,开动搅捽,加入轻质碳酸钙,加水调 整体积至刻度,待料温上升,调好pH,最后加 入消泡剂;_氮漯配料桶2中加入a粉和鱼 粉蛋白胨等,开动搅拌Ji水调整体积至刻 度,待料温上升,调奸pH,最后加入消泡剂。 U)打开喷射加热器4进蒸气阀门,空消连续 灭菌系统,尾气由阈D排出或送入1的盘 管,预热1中冷料;空消时系统表压为0.2MPa,空消时间为30min。(3)1中料液 预热至601C左右,系统空消充分后,开动往 复粟3,将1中料液送入连续灭菌系统,同时 开大蒸气,微微启开阀D;待阀D排出热料 液,观察料温T3,开阔E将灭菌料液切换进 预先灭好菌的发酵罐中,同时打开螺旋板换 热器的冷却水进水阀F,关闭阀D,打开阀C, 将热冷凝水泵入1、2的盘管,预热1、2中冷 料。(4)调节往复泵转速,进蒸气量和冷却水 流量使连续灭菌系统很快稳定。稳定状态 T,Ti = 135t:、T2 = 130C、T3 = 35t:c(5)l 中料液灭菌完毕,先加一定量水并维持系统 稳定,待1中水即将打完,将往复泵进料口切 向2,继续给氮源灭菌。灭菌结束后,关闭阀 F, —批次251料液灭菌大约需1.5h。
 
1.3讨论1.3.1培养基连续灭菌理论培养基灭菌过程既要杀灭杂菌孢子又要 保存薷养成分,实验证明,微生物的热死过程 符合一级化学反应动力学方程,即:-dc/d? = Kc(1)
 
dlnK/dT = AE/RT2(2)
 
式中o杂菌浓度;K:热死速比;^£:活化 能;R,通用气体常数;了:温度;反 应时间营养物质的受热破坏反应也可看做符合 一级反应规律,由于处杂菌:> 处:营养[2],而(2)式指出4E越大,了的变也对K影响越 大,因此将T提高会加速杂菌孢子的死亡, 而营养物质热破坏速度增加很小,同时由于 提髙r会使灭菌时间显着缩短,总的结果是达 到了灭菌要求而营养成分破坏量大为减少。
 
依据上述理论,连续灭菌工艺将灭菌温 度由实罐灭菌的1201C提高至135*0 ;灭菌保 温时间由实罐灭菌的30min缩短至7min;实 罐灭菌需要较长的加热和冷却时间,连续灭 菌培养基流经喷射加热器瞬时加热至预定温 度,流经螺旋板换热器时瞬时冷却至发酵温 度。
 
1.3.2连续灭菌能有效道制褐变作用采用连续灭菌技术能使碳源、氮源彻底 分开灭菌,能有效地抑制美拉德反应,减少褐 变作用。观察发现,连续灭菌后的培养液颜 色比实罐灭菌后培养液颜色浅得多,基本上 维持连续灭菌前液化淀粉和碳酸钙混合液的 颜色,而实罐灭菌后培养液呈棕红色,培养基 灭菌时产生的色素直接带入产品。应用连续 灭菌工艺的成熟发酵醪色泽比实罐灭菌工艺 所得发酵醪色泽浅,在同样的后提取条件下, 前者所得产品更白更亮。表1是连续灭菌与 实罐灭菌两种工艺所得发酵结果的比较。 1.3.3连续芡菌系统穗定可靠连续灭菌系统加热器为特制文丘里管式 喷射加热器,保温灭菌部分是由60 m长的维 持管和2只瘦髙的维持罐构成,充分考虑了 培养基返混这一不利因素,使培养液在管道 中的流型接近活塞流,保证了灭菌彻底性。 多批发酵实践证明,除明显的机械故障和操 作失误,连续灭菌可靠性很高,采用连续灭菌 工艺的33 m3大罐发酵成功率明显髙于采用 实罐灭菌工艺的3 m3种子罐,33 m3大罐发 酵成功率接近100%, 3 m3种子罐有时会因 实消过头或不彻底造成不长菌和污染倒罐, 成功率在70%左右。
 
若在连续灭菌系统引入自动控制技术,表1连续灭菌和实罐灭菌工艺对黄琢胶发_的彩响连消工艺 ! 33 w3气升式发酵罐数据 i! 实消工艺3 m3气升式发綍罐数据批号时间h风量WM多糖含量S/L粘度-Pa-a成品1 色泽1时间h风量VVM多*翕惫g/L粘度P&*s成品色泽■721-0.8258.0白721:14307.96贫揭72i:0.9308.8黄白721:1-4307.0褐65i-i,o3Si2.5白721:1-53$9.5黄683510.0白*粘度测定:NDJ-1型粘度计,3对转子,60 r/min。
 
系统会更加稳定可靠,具体操作时K要通过 调节阀控制蒸气流量、冷却水流量,变频器控 制泵的流量,就可使系统稳定,从而更加显示 出连续灭菌高效、可靠等方面的优点。
 
2成熟发酵醪的连续灭菌技术2,1工艺津程图工艺流程如图2所示。
 
图2连续杀灭黄单胞菌工艺流程图1-灭菌前醪液5£罐;2,4,6-单艨杆蒹;3-BR4J-45乎板换热器<加热);5-BE4J-UC乎板换热器(保温 7-BR4J-100平板换热器<冷却}i 8-灭菌后醪液贮绉;-不同位置泡度计2.2工艺搡作要点黄原胶分子间靠气键形成双股或多股螺(1)打开醪液贮罐1进蒸气阀给系统空旋的刚性结构w。备溶液湛度升高时,分子消,空消系统表压0.2MPa,时间20min。(2)内热运动加剧,氢键结合力减弱,嫘旋结构松给1罐进料,再打开螺杆泵2将醪液送入平弛,温度升高至一定范围,缧旋结构完全解板加热器3,开大3的加热蒸气,调节2泵转体,构象发生变化,多糖分子变成柔软的长纤速和回流,控制指示在1101C。(〗)打开4维;冷却时多糖分子重新聚合,但重新聚合成泵和6泵,调节两泵的囬流,同时打开换热器的多糖分子螺旋结构与原来的不一致,特别7的冷却水并调节其流量,控制T2 = 108X:,是多糖分子媒旋结构之间的空间位阻减小,T3 = 40t:,并使连消系统稳定。一批次20结构更紧密,所以受热处理之后多糖的流变m3醪液灭菌大约需1.5 h。性能得到改善。图3为质量分数2.8%的黄2.3讨论原胶醪液加热和冷却过程表观粘度变化曲2.3.1黄康股经短时间高温处玫流变性能线[4]。另外,大家发现,热处理温度在95?
 
得到改晷105C表观粘度提高最明显w(见表2)。但考虑到杀菌效果,大家选择105 ~ 1101C为醪 液连续灭菌温度范围《杀灭黄单胞菌;另一方面,黄原胶本身是热敏 性物质,若为彻底杀菌而升高温度和延长杀 菌时间,又会严重影响产品的色泽、溶解性 能、流变性能,甚至引起黄原胶热降解,50s0溢度图3加热与冷却过程黄康胶 醪液粘度变化曲线表2不同温度热处理对黄通胶醪液粘度影喃热处理溢度热处理10 min马上冷却,在 S I_F_ 薄轱度(IVO尿始霱液10.38510.89511.610511,51219*7133明显变薄2,3.2选择平板换热器能利用醪液特性高 故灭埔成熟发酵醪中含有大量活菌体,黄单胞 菌(Xas法并肺JSS casipe对rfs )是一#植_病 原菌,虽然不是人体致病菌,但食用后会对人 体产生不良影响,因此,国际上对食品级黄原 胶产品活菌数有严格规定(如美国FCC1981 和FA01986),我国也规定每g食品级黄原 胶千粉活细菌数不超过10000个[61?通常 60X:就可使黄单胞菌失活,但黄原胶是黄单 胞菌的荚膜多糖,牢牢地附在菌体表面,保护 菌体少受外界环境温度影响s表现在醪液的 加热灭菌上,就给工业生产带来了难题,一方0 100 200 抑切速率/s-1图4某批发薄及h表观粘度 与剪切速率关系曲线大家结合连续灭菌理论和黄原胶剪切 变稀的流变特性(如图4所示),选择单蜾杆 泵做为醪液连续灭菌的动力,选择板式换热 器做为连续灭菌的加热器、维持器和冷却器, 选择适当的板片组合,构成醪液的流道,在满 足灭菌时间的条件下,尽量加快醪液在板间 的流速,提高对醪液的剪切速率,使醪液表观 粘度降低,强化传热,提高杀苗效率〇
 
在加热段,选择(6 X 9)/(1 x 54>的板组 合,使醪液在板间流速达0.15 m/s,呈湍流流 态,考虑国产板式换热器搡作压力一般<0.3 ,每级换热器之间串进一台缧杆泵,并在 设计流道时考虑高粘醪液阻力造成的压降, 以免换热板在髙压下胀开泄漏;在保温段,利 用醪液本身热量进行热交换,为保证保温时 间7 min,醪液流道较长,阻力较大,操诈时要 调节螺杆泵回流比,使之逐步进入稳定状态。 大家选择(18 X 7)八18 x 7)板组合,醪液在板 间流速达0.2 tn/s,呈高度湍流状态;在冷却 段,同样选择(18 X 7)八18 x 7)的板组合,调 整冷却水流童,很方便迪将灭菌后的醪液冷 却至下工段要求的温度(401:多批醪液的灭菌实践证明,用平板式换 热器连续灭菌,醪液在系统中经过的时间为 15 min左右,10SC保温时间仅7 min,醪液受 热褐变得到了有效地抑制,外观顔色不会加 深;经过连续灭茴热处理后,成品的流变性能 得到了 一定程度上的改善;灭菌效果很好,灭 酋后,若后续工序不带杂菌,终产品能达到食 品级产品对黄单胞菌的活菌数要求^3结语发酵培养基连续灭菌理论上的优点早就 海人们所知,但过去由于仪器控制手段落后, 操作人员水平为隹等撅因,其灭菌可靠性遭 到怀疑,在我国仅在酒精生产、酵母生产等不 易染杂菌的发酵产品上应用。现在自动控制 仪表可靠性有了很大提髙,大家将这种连续 灭菌技术应用于黄原胶工业生产,证实该技 术高效快捷、操作方便、稳定可靠,灭菌效果 好,特别是能使碳、氮分开灭菌,对提高产品 广童有效,并且能解决大型非机轳搅拌反应 器的培养基灭菌问题。
 
黄康胶发酵醪的后处理技术是我国黄原 胶生产厂的樽弱环节,不少黄原胶广的产品 达不到食品级产品的卫生指标,外观色泽也 比不上国外产品。热杀灭醪中黄单胞菌是影 响产品色泽和卫生指标的关键技术,大家在 连续灭菌理论引导下,设计出以平板式换热 器主体的连续灭菌系统,利用黄原胶剪切变 稀的流变行性,能高效快速杀灭黄单胞菌而 不影响终产品质量,并且能使黄原胶构象发 生有益变化,在一定程度上改善黄原胶流变 特性。
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