联系大家 / Contact

  • 澳门威利斯人88038
  • 联系人:王伟
  • 电 话:0533-8299008 13280657534
  • 手 机:13280657534
  • 传 真:请填写您的传真
  • 邮 箱:sddachina@163.com
  • 网 址:http://www.sdcmcchina.com/
  • 地 址:山东省淄博市周村区开发区工业园16号

黄原胶的生产与应用研究

发布日期:2015-05-27 22:38:29

黄原胶(Zont/iangum)是野油菜黄单胞菌 (Za/it/iomonas ca/npestris)以碳水化合物为主要原 料,经发酵产生的一种微生物胞外杂多糖w。其分子 结构组成为D-葡萄糖、D-甘乳糖、D-葡萄糖醛酸、 乙酸和丙酮酸组成的“五糖重复单元”结构聚合体, 分子摩尔比为2.8:3:1.7:0.51~0.63 I分子量为2x 106~2xl07D之间。黄原胶分子的一级结构是由p- 1,4连接的D-葡萄糖基主链与三糖单位的侧链组 成,其侧链由D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸交替连接 而成,黄原胶分子侧链末端以缩醛的形式含有丙酮 酸(图1)。

黄原胶独特的分子结构,使其具有增粘性、协 效性、假塑性、良好的分散作用和乳化稳定性能等 
被广泛应用于食品、石油、医药、化工、纺织、化妆品 等20多种行业丨3】。
1黄原胶下游加工生产研究
1.1菌种分离与育种
菌种分离是黄原胶生产的第一步,能否得到优 良性能的菌种,是发酵生产的关键因素之一。黄原胶 发酵菌种一般采用野油菜黄单胞菌(X compew。)、 菜豆黄单胞菌ap/ioseW)、锦葵黄单胞菌(Z. mafcacearum)和胡萝卜黄单胞菌(兄Carofae)等。
诱变育种是提高黄原胶生产效率的有效方法 之一。诱变剂的种类很多,如紫外线、氯化锂、硫酸 二乙酯和亚硝基胍等。用一种或几种诱变剂处理菌 株,可使菌株遗传物质DNA的双螺旋结构受到损 坏(DNA断裂、脱嘌呤等)致死菌株的某些功能受到 影响。诱变育种没有方向性,菌株发生正变异的几 率小,筛选工作量大,效率低。但这是微生物菌种常 用的育种方法,用此方法筛选的突变菌株,能提高 黄原胶的粘度、稳定性、盐溶性和耐温性w。而且有 些菌株经诱变处理后,可以使一些产色基因受到抑 制或不能表达,从而降低了黄原胶的色泽,提高了 产品质量[51。
近年来,由于生物技术的迅速发展,开始用定 向育种——基因工程来育种。它将所需要的基因通 过一定方式导人受体菌,然后筛选出目的基因能够 表达的菌株。Pollock等f®!将与黄原胶分泌和乙酰基、 丙酮酸、多聚体等合成有关的基因导人不同种属的 黄原胶生产菌中,所产黄原胶的特性与原菌株基本 相同。Chou_等g为gumD基因与菌株色素合成有 关,如能切除该基因,则可得到无色黄原胶。
查冬兴等[8)克隆了一个与黄原胶合成基因有关 的9.4kb Hind IK DNA片段。姚仕仪等[9研究了野油 菜黄单胞菌重组克隆PIXU9278对黄原胶合成的影 响,并构建了一株基因工程菌XCCNAU9278,其黄 原胶产量比亲本增加了 7.14%。
1.2培养基优化
培养基对黄单胞菌合成黄原胶的影响是巨大 的,探索黄单胞菌的最适培养基是十分必要的。莫 晓燕等M通过正交试验,分别考察了碳源、氮源、 CaC03、KH2P04+MgS04和接种量等因素对发酵过程 的影响。结果表明各因素对发酵液粘度的影响为: CaC03>KH2P04+MgS04>碳源 > 碳源和氮源的交互作 用>氮源;而对产胶率的影响则为:KH2P04+Mgs〇4> 万方数据
CaC03>碳源 > 碳源和氮源的交互作用> 氮源;并得到 一个适宜的培养配方:淀粉4%,鱼粉0.3%+豆饼粉
0.3%,CaC030.3%,KH2P04+MgS04 0.5%+0.25%,接 种量5%。在配制培养基时再加入0.025%柠檬酸、
0.025%FeS04,经28T培养72h,发酵液粘度为 8.74Pa.S,黄原胶产率为2.91%,丙酮酸含量为 3.32%〇
LiaKopoulou等发现,黄单胞菌发酵培养基的主 要成分为碳源、氮源、无机盐和水等。玉米淀粉是物 美价廉的碳源,蔗糖糖蜜、乳糖糖蜜也是不错的碳 源。在发酵过程中提高碳氮比可以提高碳源的转化 率,进而提高黄原胶的产量。黄原胶发酵可用氨盐、 豆饼粉、花生饼粉和棉籽饼粉等作为氮源。无机离 子如^'^^、(^+等是黄单胞菌细胞中某些酶 的激活剂,适量添加这些离子可以提高黄原胶的产 量。
1.3发酵动力学
发酵动力学是研究各种发酵过程变量在活细 胞作用下的变化规律,以及各种发酵条件对这些变 量变化的影响。常春等[1珊究了黄原胶的发酵动力 学,在Logistic方程和Luedeking-Piret方程的基础 上,建立了两步发酵黄原胶的动力学模型;并对模 型和试验数据进行了比较,该模型能较好地对发酵 动力学进行描述。研究黄原胶发酵动力学,有助于 X深入地认识和掌握黄原胶发酵过程中各种参数的 变化规律,为提高黄原胶发酵水平打下理论基础; 也为黄原胶发酵生产规模的放大、优化和控制提供 工程学依据。
野油菜黄单胞菌是需氧细菌,在发酵过程中需 要连续供氧。发酵液的粘度大,氧气在发酵过程中 溶解和传递困难,供氧成为黄原胶发酵的限制因 子。在发酵过程中通人纯氧,可以提高约40%的黄 原胶产量。
1.4下游加工
黄原胶生产包括发酵和下游加工两部分。比较 而言,对黄原胶生产的下游加工(分离、纯化和制成 成品)研究较少,而下游加工所需费用占生产成本 的50%~60%。高品质黄原胶如澄清型黄原胶、速溶 型黄原胶(这些产品进口价格均为国内食品级黄原 胶价格的两倍以上)等,其下游加工费用更高。因 此,下游加工过程直接决定黄原胶的质量和生产成 本,下游加工技术已成为黄原胶生产的关键工序 黄原胶下游加工工艺流程如下:
黄原胶发酵液—预处理(调pH值、加热、稀释等)—固液 分离(过滤、超滤、离心分离等)—初步纯化(超滤、沉淀、离心 分离等)—高度纯化(溶解、超滤、沉淀、离心分离等)->制成 成品(干燥、粉碎等)
1.4.1发酵液除菌体
黄原胶发酵液是复杂的多相系统。发酵液中除 有黄原胶外,还有菌体细胞、尚未耗尽的各种培养 基成分和色素等。虽然黄原胶在发酵液中含量不 高,但粘度大,直接从发酵液中分离黄原胶是困难 的。一般地,黄原胶发酵液下游加工可分为四个阶 段:发酵液预处理(加热、调pH值、稀释等)和固液 分离(除去菌体);初步纯化(提取);高度纯化(精 制);制成成品。
发酵液预处理、除菌体是下游加工的第一步, 预处理时可先用水稀释,再加硅藻土过滤除去菌 体;或调pH值6.3 ~6.9、加热至80^ ~ 130丈、时间 10min~20min杀死菌体,再用中性蛋白酶分解菌体, 除去菌体后可以降低黄原胶产品的总氮含量。
1.4.2初步纯化
黄原胶发酵液经预处理除去菌体后,可用超滤 法进行浓缩,提高发酵液中黄原胶的浓度(特别是 对用稀释过滤后的发酵液)。通常将发酵液浓缩至 黄原胶浓度为6%左右,再用乙醇沉淀法提取,此法 将比直接用乙醇沉淀提取黄原胶节约3~4倍乙醇。 当然,发酵液经硅藻土过滤后也可直接用乙醇沉淀 法提取,或用盐酸沉淀法提取工业级产品。
1.4.3高度纯化
高品质的黄原胶,在经过初步纯化后,还需要进 一步精制(高度纯化)才能得到符合质量要求或市场 需求的产品。精制可采用溶解、超滤、沉淀和分离等 方法;黄原胶精制尚没有找到一种经济实用的方法。 1.4.4制成成品
根据黄原胶质量国家标准(GB13886-92)或用 户对黄原胶质量的要求,黄原胶经提取、精制后,还 需要进一步加工如干燥、粉碎和包装等工序制成各 种黄原胶产品。黄原胶粘度大,干燥操作困难,常用 的方法有真空干燥法、喷雾干燥法、盘式连续干燥 法、滚筒干燥法、和沸腾干燥法等。真空干燥法简便 易行,可用于生产各种等级的黄原级产品;喷雾干 燥法不预处理发酵液、不除菌体,直接进行喷雾干 燥,所得产品杂质含量多、颜色深,粘度较小,产品 通常为工业级;滚筒干燥法、沸腾干燥法等用于生 产食品级黄原胶。
万方数据
1.5污水处理
黄原胶是以淀粉为主要原料,以黄豆饼、玉米 浆、鱼粉、无机盐为辅料生产的。发酵液的下游加工 还需要乙醇、盐酸、氯化钙、氢氧化钠等化工原料。 因此,在黄原胶发酵生产中将产生大量的工业废 水。黄原胶废水粘度较大,氨氮、有机物如葡萄糖、 乙酸、丙酮酸等含量较高,直接排放将对环境造成 很大的污染。必须对其进行处理,达到国家规定的 污水排放标准排放。
朱圣东等用反渗透膜法处理黄原胶生产废水, 探讨了各种操作条件对水的通透量及脱盐率的影 响。结果显示反渗透法处理黄原胶废水在技术上是 可行的,最佳操作条件为= 20^时操作压力为3MPa, 流量为100L/h,废水的最终浓度控制在6Kg/m3。使 用了 10d的渗透膜,用0.08mol/L NaOH溶液清洗, 膜的通透量可以得到较好的恢复。卢继承等用厌氧 污泥床-循环活性污泥处理黄原胶废水,经过一年 的运行,各项处理指标均达到GB8978-96 —级排放 标准。
1.6生产状况
自20世纪50年代美国人Jeanes等发现黄单 胞菌(X. campestris ) NRRL B-1459产生黄原胶以 来,美国kelco企业在1963年首次实现了黄原胶的 工业化生产。迄今为止,生产黄原胶的国家主要有 美国、法国、奥地利、日本和中国等。主要生产企业 有美国 Nutrasweet kelco、法国 Rhone-Poulene,奥地 利Tungbun-Zlauer和SBI等。1979年世界产量为 lAxlOTcg, 1990 年超过 5.0xl06kg,2000 年逾 l.Ox 107kg,需求量以每年5%~7%的数度增长。
20世纪70年代末我国才开始对黄原胶进行研 究,并于80年代初期开始了工业化生产。目前生产 企业主要有山东淄博中轩集团(10 000t/a)、山东金 栗生物制品有限企业(3 000t/a)和山东福瑞集团 (2 OOOt/a)等十几家。至2005年,黄原胶年生产能 力约为S.OxlOlg,但实际上许多企业难以达到设计 产量。我国黄原胶生产水平较低,发酵产胶率一般 为2.4%~2,8%,转化率为60%~70%,发酵时间72h~ 85h。而国外发酵产胶率可达3.5%以上,转化率为 70%~75%,发酵时间48h。
当前黄原胶市场行情看好,不少企业正在新建 和扩建黄原胶生产设备。随着黄原胶产量的不断增 加,市场竞争将更加激烈。随着黄原胶市场需求的 不断增加,也必将促进生产技术的进步。
2应用研究
2.1食品工业
黄原胶在食品工业中应用十分广泛,可以作为 理想的增稠剂、乳化剂、悬浮剂、保鲜剂和成型剂 等,在某些酸性较大的食品中其特点尤为突出。用 黄原胶制成的奶制品(酸奶、冰淇淋和奶饮料等)口 感细腻清爽、易于释放风味、增加稳定性,可提高奶 制品的质量。何强等研究了黄原胶复配稳定剂对冰 淇淋的品质和流变性的影响,当复配稳定剂加人冰 淇淋后,提高了冰淇淋的膨胀率和抗融化性。邵金 良等用黄原胶为主的复配胶制成的植物蛋白饮料, 在口感上有很大的优势,并且减少了乳化剂用量, 产品的稳定性良好。
2.2石油工业
低浓度(0.5%)黄原胶溶液能保持钻井液的粘 度并控制其流变性能,而在高速转动的钻头部位粘 度极小、节省动力;在钻孔部位却保持较高粘度,从 而防止井壁坍塌。谢俊等用黄原胶溶液作油田驱替 剂试验表明,黄原胶溶液具有良好的增粘性、流变 性、化学稳定性及较强的机械抗降解性能,可作为 油田开发的驱替剂。用黄原胶作驱替剂,可以减少 死油区,提高采收率。孙景民等以黄原胶作调剖剂 处理大港油田枣2断块区、枣1270断块的部分注 水井整体区块后,两个断块区均达到“增油控水”的 效果,在一年左右累计实现净增油量近万吨。
2.3医药领域
在医药领域黄原胶应用的热点是作为载体缓 释片剂。张文玉等以黄原胶为载体,分别制备扑热 息痛、盐酸甲氧氯普胺缓释片剂,该类片剂有良好 的缓释效果。把黄原胶添加入软膏类药品后,软膏 更易于涂布;黄原胶粘性较强,软膏中水分挥发后 药物也不易从皮肤上脱落,提高了药物利用率和用 药舒适感。黄原胶用作滴眼液助剂时功效显著:眼 球快速眨动使滴眼液粘度减小,药物易与患部充分 接触;停止眨动时,粘度增加又不易流动。
2.4印刷工业
尹俊等把黄原胶用于织物印花过程中,比较了 黄原胶与海藻酸钠和丙烯酸类合成增稠剂的印花性 能。结果黄原胶色浆在印花中可提供良好的轮廓清 晰度和抱水性。郭利等用黄原胶作纯棉割线浴巾活 性染料印花效果也得出相似的结论,用黄原胶作印 花增稠剂印制的成品不但花纹清晰、色光纯正浓艳, 而且干湿摩牢度好,手感柔软,同时降低了成本。
万方数据
黄原胶除广泛用于食品、石油、医药、印刷、陶 瓷、化妆品和香料等行业外,近年来它又日益被用 于农药新剂型等的生产中。
3展望
菌种选育是提高黄原胶产量和质量的主要因 素之一,育种不仅能增加黄原胶的产量,而且能够 提高其质量。基因工程技术将为黄原胶的菌种改良 提供技术支撑。
几十年来,通过对黄原胶生产的研究开发,对 黄原胶发酵原理、下游加工过程的认识不断深人; 新工程技术将不断被应用到生产中降低黄原胶生 产成本;高质量、高性能的黄原胶将被生产出来满 足市场的需要,生产黄原胶的效益将大大提高。
黄原胶的应用研究尚处于较低水平,扩大黄原 胶的应用范围,研制生产澄清型、速溶型以及各种 改性黄原胶等是黄原胶生产发展的方向。研究开拓 黄原胶新的应用范围,把黄原胶应用于新药开发 中,特别是新型抗癌药物的开发,将为黄原胶的应 用开辟广阔的前景。
 
XML 地图 | Sitemap 地图