CN102627699A - 一种高酰基结冷胶的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高酰基结冷胶的提取方法，包括如下工艺步骤：向发酵液中加入占发酵液体积3～8%的碱金属盐，并调节pH值，再向其中加入不同浓度的低级醇，重复进行提取洗涤及固液分离，得到高酰基结冷胶纤维，最后将高酰基结冷胶纤维进行打散，在90～120℃下干燥并粉碎,得到高酰基结冷胶。本发明方法提取过程在弱酸环境中进行，无需高温和强酸强碱处理，对酰基基团的稳定具有很好的保护作用，制得的高酰基结冷胶的凝胶和悬浮性能大幅度提升，同时最终产品亦呈弱酸性，对产品的保质期有很好的延长作用。本发明采用低级醇少量多次洗涤的方式，高酰基结冷胶中的杂质及色素脱除比较彻底，得到的产品外观得到了很大提升。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域，特别涉及一种可以生产非清型和透明型高酰基结冷胶的提取方法。
背景技术
结冷胶是美国凯可（KELCO）公司开发的一种亲水性胶体，结冷胶以少动鞘脂单胞菌（Sphingomonas paucimobilis）为发酵菌，经数级发酵培养，发酵液再通过一系列后期提取工艺生产而来。结冷胶是结冷胶族( Gellan Family )多糖中的一种，其分子基本结构是一条主链，由重复的四糖单元构成，参与形成的单糖有葡萄糖、鼠李糖及葡萄糖醛酸，摩尔比为2:1:1。
在结冷胶的原始形态即高酰基结冷胶中，具有两种取代基，即醋酸酰取代基和甘油酰取代基，酰基基团对结冷胶凝胶的性质有很显著的影响。高酰基结冷胶可产生柔软、富有弹性和不具有脆性的凝胶；而在低酰基结冷胶中，两种酰基基团在脱酰步骤中被移除，酰基的保留率低于1%。由于缺少酰基基团，低酰基结冷胶产生的是硬脆，不具有弹性的凝胶。
高酰基结冷胶能发挥良好的胶凝、悬浮及成膜作用，相对于低酰基结冷胶，高酰基结冷胶对金属离子，特别是二价金属离子不敏感，对蛋白等无结合反应，因此高酰基结冷胶可以广泛应用于乳品、乳饮料、浑浊型果汁饮料和易吞咽的凝胶食品中，具有广阔的市场前景。
高酰基结冷胶根据其形成凝胶后透光度的不同，分为非清型和透明型两种。目前透明型高酰基结冷胶只有美国CP Kelco 公司有商业化生产，而非清型高酰基结冷胶国内有厂家能做到工业化规模，但是由于结冷胶生产菌株在发酵过程中会产生大量的PHB，即聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate)，其与结冷胶纤维一样，不溶于低级醇，在常规高酰基结冷胶提取分离过程中无法被去除，残留在非清型高酰基结冷胶中的PHB通常占产品总质量的2%，这些聚-β-羟丁酸是非清型高酰基结冷胶不透明的主要原因，以至于国内一直无法生产出可以被市场广泛接受的透明型高酰基结冷胶产品。要生产出被市场接受的透明型高酰基结冷胶，必须在提取过程中除去发酵菌体中的PHB。
CN1687437A 公开了一种非清型高酰基结冷胶后提取方法，该方法是先高温处理发酵液，再加碱金属氯化物和异丙醇进行絮凝沉淀。该工艺存在的问题是高温灭菌处理发酵液的过程对结冷胶主链上的酰基基团，特别是甘油基团破坏很大，酰基脱除比较严重，影响产品的凝胶性能。此外，由于该工艺洗涤步骤次数少，杂质大部分保留在产品中，因此制出的产品外观差、纯度低、产品凝胶强度低，应用性能不理想。
CN101585886A 也公开了一种从结冷胶发酵液中提取高酰基的方法，该方法只针对非清型高酰基结冷胶，而该工艺存在很多的不足之处。该工艺使用了包括丙酮、乙醚或正己烷等在内的多种非极性溶剂洗涤结冷胶纤维，不仅对操作人员健康有损害，而且容易造成生产事故；此外，该工艺通过调节pH到强酸性以使高酰基结冷胶絮凝沉淀以达到固液分离的目的，而高酰基结冷胶中的酰基基团对酸亦非常不稳定，在pH值低于2.0时会从分子上脱除，严重影响到产品的凝胶性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适合工业化生产、操作简单、产品质量好的高酰基结冷胶的提取方法。
本发明为达到上述目的，采用如下技术方案：
一种高酰基结冷胶的提取方法，包括如下工艺步骤：
（1）发酵液的预处理：向发酵液中加入占发酵液体积3～8%的碱金属盐，并调节pH值至4.5～5.5；
（2）发酵液的提取洗涤、固液分离：向步骤（1）得到的发酵液中加入质量百分比浓度大于90%的低级醇，常温下提取洗涤1～2小时后进行固液分离，再次用同样的方法进行提取洗涤、固液分离，得到纤维物料；
（3）纤维物料的洗涤、固液分离：向步骤（2）得到的纤维物料中加入质量百分比浓度为70～80%的低级醇，在50～65℃下提取洗涤1～2小时后进行固液分离，得到高酰基结冷胶纤维；
（4）高酰基结冷胶纤维的干燥、粉碎：将步骤（3）中得到的高酰基结冷胶纤维进行打散，在90～120℃下干燥并粉碎, 得到高酰基结冷胶。
所述步骤（1）的过程如下：向发酵液中加入占发酵液体积3～8%的碱金属盐，并调节pH值至4.5～5.5，采用陶瓷膜将其浓缩至初始体积的40～70%。
所述步骤（2）的过程如下：在步骤（1）得到的发酵液中加入溶菌酶，加入后溶菌酶的浓度为100～150PPM，加入发酵液体积0.5～0.7倍量的甲烷氯化物提取2～3小时后进行固液分离，在所得固体中加入质量百分比浓度大于90%的低级醇，常温下提取洗涤1～2小时后进行固液分离，再次用同样的方法进行提取洗涤、固液分离，得到纤维物料；
所述步骤（1）中所用的发酵液的出胶率不低于1.6%，黏度不低于8500 cp。
所述步骤（1）中碱金属盐为氯化钾、氯化钠、硫酸钾、硫酸钠、氯化钙、氯化镁、硫酸钙、硫酸镁中的一种或几种组合，优选一价碱金属盐。
所述步骤（1）中调节pH值所用的试剂为醋酸、柠檬酸、抗坏血酸、乳酸中的一种或几种组合。
所述步骤（2）和步骤（3）中低级醇的加入量为发酵液初始体积的0.5～2.0倍，低级醇为乙醇、正丙醇、异丙醇，正丁醇，异丁醇中的一种或几种组合。
所述步骤（2）和步骤（3）中提取洗涤所用的设备为超声波逆流提取设备，超声波频率为26～30KHz。
所述步骤（2）和步骤（3）中固液分离所用的设备为厢式板框压滤机、螺旋压榨机或离心机。
所述步骤（4）中干燥方式为沸腾干燥或真空干燥，干燥时间为1～2小时。
本发明的的积极效果如下：
由于高酰基结冷胶中的酰基基团在强酸强碱及高温环境中容易被破坏，本发明方法提取过程在弱酸环境中进行，无需高温和强酸强碱处理，对酰基基团的稳定具有很好的保护作用，制得的高酰基结冷胶的凝胶和悬浮性能大幅度提升，同时最终产品亦呈弱酸性，对产品的保质期有很好的延长作用。本发明采用陶瓷膜浓缩发酵液，降低了低级醇的用量，降低了生产能耗和成本，操作简易，适合大规模生产。本发明在使用溶菌酶破坏菌体细胞的基础上，采用超声波逆流提取方式，提高了提取效率，减少了提取溶剂的使用量，缩短了提取和洗涤的时间。本发明采用低级醇少量多次洗涤的方式，高酰基结冷胶中的杂质及色素脱除比较彻底，得到的最终产品纯度高，颜色为类白色，粉体外观得到了很大提升。在透明型高酰基结冷胶的提取的过程中，由于聚-β-羟丁酸（PHB）完全不溶于低级醇，因此必须在破坏发酵菌体细胞后，用氯仿或氯化碳氢化合物将PHB提取分离，保证了产品的品质。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
本实施例所制备的高酰基结冷胶为非清型高酰基结冷胶，具体工艺步骤如下：
（1）发酵液的预处理：选择出胶率为1.8%,胶液黏度为10000cp的结冷胶发酵液作为提取原料，向发酵液中缓慢加入占发酵液体积5%的氯化钾，加入时注意缓慢分批添加,并保持快速搅拌，搅拌维持30分钟，并缓慢加入醋酸溶液,调节发酵液的pH值至5.0；
（2）发酵液的提取洗涤、固液分离：向步骤（1）得到的发酵液中加入质量百分比浓度为95%的乙醇，加入量为发酵液初始体积的1.5倍，此时有絮状沉淀形成，常温下用搅拌设备快速搅拌提取洗涤2小时，之后将物料用泵打入离心机中进行固液分离，液体经精馏塔回收乙醇，固体再次用同样的方法进行提取洗涤、固液分离一次，得到固体纤维物料；
（3）纤维物料的洗涤、固液分离：向步骤（2）得到的固体纤维物料中加入质量百分比浓度为75%的乙醇，加入量为发酵液初始体积的1.25倍，升高溶液温度到60℃，加入醋酸调节溶液pH值到5.0，在搅拌设备中快速搅拌洗涤2小时，之后将物料用泵打入离心机中进行固液分离，得到高酰基结冷胶纤维；
（4）高酰基结冷胶纤维的干燥、粉碎：将步骤（3）中得到的高酰基结冷胶纤维用打散设备打散，使之成为比较松散的短纤维料，在100℃下采用沸腾干燥方式干燥1.5小时，然后经粉碎机粉碎得到类白色粉末即非清型高酰基结冷胶。
实施例2：
本实施例所制备的高酰基结冷胶为非清型高酰基结冷胶，具体工艺步骤如下：
（1）发酵液的预处理：选择出胶率为1.6%,胶液黏度为8500cp的结冷胶发酵液作为提取原料，向发酵液中缓慢加入发酵液体积8%的氯化钠,加入时注意缓慢分批添加,并保持快速搅拌，搅拌维持30分钟，缓慢加入柠檬酸溶液,调节发酵液pH到5.5；
将上述发酵液通过陶瓷膜，在搅拌的条件下进行浓缩，得到浓缩后的发酵液体积为其初始体积的50%；
（2）发酵液的提取洗涤、固液分离：向步骤（1）得到的发酵液中加入质量百分比浓度为96%的异丙醇，加入量为发酵液初始体积的0.5倍，此时有絮状沉淀形成，常温下在超声波逆流提取设备中提取洗涤1小时，超声波的频率为28KHz，之后将发酵液打入厢式板框压滤机中进行固液分离，液体经精馏塔回收异丙醇，固体再次用同样的方法进行提取洗涤、固液分离一次，得到固体纤维物料；
（3）纤维物料的洗涤、固液分离：向步骤（2）得到的固体纤维物料中加入质量百分比浓度为70%的异丙醇, 加入量为发酵液初始体积的1.15倍，升高溶液温度到50℃，加入醋酸调节溶液pH值到5.5，在超声波逆流提取设备中提取洗涤1小时，超声波的频率为28KHz，之后将溶液用泵打入厢式板框压滤机中进行固液分离，得到高酰基结冷胶纤维；
（4）高酰基结冷胶纤维的干燥、粉碎：将步骤（3）中得到的高酰基结冷胶纤维用打散设备打散，使之成为比较松散的短纤维料，在90℃下采用沸腾干燥方式干燥2小时，然后经粉碎机粉碎得到类白色粉末即非清型高酰基结冷胶。
实施例3：
本实施例所制备的高酰基结冷胶为透明型高酰基结冷胶，具体工艺步骤如下：
（1）发酵液的预处理：选择出胶率为1.7%,胶液黏度为9000cp的结冷胶发酵液作为提取原料，向发酵液中缓慢加入发酵液体积3%的硫酸钾,加入时注意缓慢分批添加,并保持快速搅拌，搅拌维持30分钟，缓慢加入乳酸溶液,调节发酵液pH到4.5；
将上述发酵液通过陶瓷膜，在搅拌的条件下进行浓缩，得到浓缩后的发酵液体积为其初始体积的70%；
（2）发酵液的提取洗涤、固液分离：在步骤（1）得到的发酵液中加入溶菌酶，加入后溶菌酶的浓度为100PPM，处理4小时，加入发酵液体积0.7倍量的氯仿溶液搅拌提取2小时后打入螺旋压榨机中进行固液分离，在所得的固体中快速加入发酵液初始体积2.0倍的95%浓度的正丙醇，常温下在超声波逆流提取设备中提取洗涤1.5小时，超声波的频率为30KHz，之后将物料打入螺旋压榨机中进行固液分离，液体经精馏塔回收正丙醇，固体再次用同样的方法进行提取洗涤、固液分离一次，得到固体纤维物料；
（3）纤维物料的洗涤、固液分离：向步骤（2）得到的固体纤维物料中加入质量百分比浓度为80%的正丙醇，加入量为发酵液初始体积的2.0倍，升高溶液温度到65℃，加入醋酸调节溶液pH值到4.5，在超声波逆流提取设备中提取洗涤1.5小时，超声波的频率为30KHz，之后将物料用泵打入螺旋压榨机中进行固液分离，得到高酰基结冷胶纤维；
（4）高酰基结冷胶纤维的干燥、粉碎：将步骤（3）中得到的高酰基结冷胶纤维用打散设备打散，使之成为比较松散的短纤维料，在120℃下采用沸腾干燥方式干燥1小时，然后经粉碎机粉碎得到类白色粉末即透明型高酰基结冷胶。
以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
（1）发酵液的预处理：向发酵液中加入占发酵液体积3～8%的碱金属盐，并调节pH值至4.5～5.5；
（2）发酵液的提取洗涤、固液分离：向步骤（1）得到的发酵液中加入质量百分比浓度大于90%的低级醇，常温下提取洗涤1～2小时后进行固液分离，再次用同样的方法进行提取洗涤、固液分离，得到纤维物料；
（3）纤维物料的洗涤、固液分离：向步骤（2）得到的纤维物料中加入质量百分比浓度为70～80%的低级醇，在50～65℃下提取洗涤1～2小时后进行固液分离，得到高酰基结冷胶纤维；
（4）高酰基结冷胶纤维的干燥、粉碎：将步骤（3）中得到的高酰基结冷胶纤维进行打散，在90～120℃下干燥并粉碎, 得到高酰基结冷胶。
2.根据权利要求1所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（1）的过程如下：向发酵液中加入占发酵液体积3～8%的碱金属盐，并调节pH值至4.5～5.5，采用陶瓷膜将其浓缩至初始体积的40～70%。
3.根据权利要求1或2所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（2）的过程如下：在步骤（1）得到的发酵液中加入溶菌酶，加入后溶菌酶的浓度为100～150PPM，加入发酵液体积0.5～0.7倍量的甲烷氯化物提取2～3小时后进行固液分离，在所得固体中加入质量百分比浓度大于90%的低级醇，常温下提取洗涤1～2小时后进行固液分离，再次用同样的方法进行提取洗涤、固液分离，得到纤维物料。
4.根据权利要求3所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中所用的发酵液的出胶率不低于1.6%，黏度不低于8500 cp。
5.根据权利要求3所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中碱金属盐为氯化钾、氯化钠、硫酸钾、硫酸钠、氯化钙、氯化镁、硫酸钙、硫酸镁中的一种或几种组合，优选一价碱金属盐。
6.根据权利要求3所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中调节pH值所用的试剂为醋酸、柠檬酸、抗坏血酸、乳酸中的一种或几种组合。
7.根据权利要求3所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中低级醇的加入量为发酵液初始体积的0.5～2.0倍，低级醇为乙醇、正丙醇、异丙醇，正丁醇，异丁醇中的一种或几种组合。
8.根据权利要求3所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中提取洗涤所用的设备为超声波逆流提取设备，超声波频率为26～30KHz。
9.根据权利要求3所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中固液分离所用的设备为厢式板框压滤机、螺旋压榨机或离心机。
10.根据权利要求3所述的高酰基结冷胶的提取方法，其特征在于，所述步骤（4）中干燥方式为沸腾干燥或真空干燥，干燥时间为1～2小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120808 |