CN103074408B - 一种速溶黄原胶的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微生物技术领域，公开了一种速溶黄原胶的生产方法，其包括发酵液的制备、黄原胶颗粒、黄原胶溶液配制以及表面活性剂的添加等步骤。通过该方法制备的黄原胶产量高，并且速溶无鱼眼，能够用于工业化生产，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于微生物技术领域，具体涉及一种速溶黄原胶的生产方法。
背景技术
黄原胶又称汉生胶，是黄单胞杆菌以碳水化合物为原料，经发酵生产的一种用途广泛的微生物多糖，黄原胶可溶于冷水及热水中，充分水合后形成高粘度溶液，具有高效的增稠作用，良好的耐温、耐盐、耐热以及耐酸碱性。黄原胶水溶性好，充分水合后形成高粘度溶液，是当前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于于一体.性能最优越的生物胶；可作为乳化剂、稳定剂、凝胶增稠剂、浸润剂、膜成型剂等；被广泛应用于食品、医药、化工、石油等领域。
黄原胶做为一种天然高分子多糖，由于其较强的亲水性，当进入水中时，它的最外层与水接触，立即吸收大量水分，体积膨胀成胶团，在胶团表面形成胶质屏障层，延缓了水分的继续向内层的传质过程，降低了黄原胶的溶解速度，延长了溶解时间，从而妨碍了黄原胶粘度的完全释放。其溶解过程需要经历两个步骤，首先是溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物溶胀，然后是高分子均匀分布在溶剂中，达到完全溶解。然而溶解过程中易形成鱼眼，即胶在水中颗粒表面由于水溶胀而形成胶质层，此时分子链并未形成能自由运动的无规线团；这些胶质层延缓了水分子向胶体内部渗透的过程，并且使颗粒之间发生胶结形成块状，形成表面是初期冻胶而内部是干芯的大块，降低了其使用效率。为了解决黄原胶颗粒的溶解速度，许多厂家采用多种方法进行解决生产所谓的“速溶型黄原胶”，如使用搅拌使其分散、添加表面活性剂、延长浸泡时间等，这些方法仅仅是促进黄原胶在水溶液中的分散，而尚未达到真正的速溶。
另一方面，黄原胶的产量取决于黄原胶菌株的产胶率，现有黄单胞菌菌种存在产量不高，并且现有以黄原胶为主的生物多糖产品也普遍存在水溶液粘度不稳定，在高温条件下产品质量下降等问题，因此选育和利用现有技术中产黄原胶的微生物菌株，研发高效产胶混合菌剂，显得非常重要。研究开发出产量更高，水溶性更好的黄原胶，改善其水溶性，缩短溶解时间，对扩大其应用范围，有重要影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明人在现有技术的基础上，进行了大量探索和试验，获得一种速溶黄原胶的生产方法。
本发明方法制备的速溶性黄原胶，在满足快速分散的条件下，同时满足其粘度和增稠性能的释放和稳定，真正达到速溶，其针对黄原胶在使用过程中水溶液分散和性能释放问题，提供了一种速溶黄原胶的生产方法，具体技术方案如下：
本发明一种速溶黄原胶的生产方法是通过以下步骤实现的：
一、黄原胶制备
(1)混合发酵液的制备：将黄单胞菌混合菌液：野油菜黄单胞菌Xanthomonas.CampestrisATCC19046(参见IMPROVED XANTHAN GUM，WO201011249，2010)和黄单胞菌Xanthomonas.SP CGMCCNO：3624(CN101906390A)和黄单孢菌Xanthomonas axonopodis ATCC17915(参见Bacteriocins and temperate phage of Xanthomonas campestris pv.Glycines，1987)以及东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis Z1)CCTCC M2010167(参见CN102102084)，四种菌液体积比为5∶3∶2∶2，接种，菌液中菌体的浓度均约为1×107-1×108CFU/mL，按照5％(体积比)的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为30℃，PH值7.2的条件下，培养15小时得到种子培养液，按照2％(种子培养液：发酵液体积比2％)的接种比例转入发酵罐中培养，温度30℃，PH值7.2，培养时间70-80小时，得到发酵液；
其中种子罐培养基：
葡萄糖2.5％、牛肉膏3％、K2HPO4·3H2O0.2％、Na2HPO40.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、尿素0.025％，115℃灭菌15min；
发酵罐培养基组分：
葡萄糖10％、玉米浆0.5％、牛肉膏3％、MgSO4·7H2O0.2％、K2HPO4·3H2O0.2％、FeSO40.0001％、VB10.00001％，pH7.0～7.2。
(2)发酵液后处理制备黄原胶颗粒
可以采用本领域常规的后处理加工黄原胶颗粒的方法，也可以按照如下步骤：
发酵液中加入氯化钙，加入量为发酵液重0.8％，加入后搅拌15min，然后按1∶3比例加入浓度为85-90％的酒精，混合搅拌0.5h使黄原胶多糖呈纤维状沉淀析出，将沉淀物料泵入离心机进行固液分离，分离的废酒精液回蒸馏塔储罐，分离的多糖纤维再次用90％的酒精进行脱水处理，处理后泵入离心机进行固液分离；分离的纤维状物料经挤压脱水后在真空条件下75℃干燥，将干燥后的物料用粉碎机进行粉碎，在粉碎过程中不断添加黄原胶物料0.5％的单甘脂，并在振动筛中加装筛网控制黄原胶粒度在60-120目，筛分后进行包装。
二黄原胶溶液配制
配制浓度为3.0～10.0％(即每3.0～10.0g黄原胶溶解于100ml水)的黄原胶水溶液。
三表面活性剂的添加
在搅拌状态下，向步骤二制备的黄原胶溶液中加入表面活性剂，所述表面活性剂为：N一脂酰氨基酸型表面活性剂∶司盘60∶聚山梨酯-80为质量比5∶4∶2，持续搅拌使溶液粘度趋于稳定，经喷雾冷冻干燥获得速溶黄原胶产品。
所述步骤(二)黄原胶溶液中加入表面活性剂，持续搅拌5～10小时或溶液粘度趋于稳定。
所述步骤(3)采用国内喷雾冷冻干燥机，参数设置为：喷雾冷冻温度：-10～-15℃、冷阱温度：-50～-60℃、喷雾压力：3-7bar。
本发明方法获得如下有益效果：
1本发明操作方法简便，反应条件温和，得到的黄原胶原料的分子量范围为2×106～2×107，该分子量范围的黄原胶原料多种生理活性更佳；其生产出的黄原胶多糖产品质量稳定，产品粘度相比类似产品明显升高，应用指标优越，并改善了原有类似产品生产工艺，生产过程安全.
2通过添加特定的表面活性剂，增加黄原胶在水溶解过程的分散，防止结团或形成“鱼眼”，使黄原胶分子在溶液伸展状态下去除水分，避免干燥过程中黄原胶分子相互缠绕团聚，形成分子间排列相对紧密的构造，其水溶性改善明显，15min以内能够实现完全溶胀，不形成“鱼眼”结构，提高使用效率。下表为黄原胶溶液粘度测量(1％黄原胶溶液，布氏粘度计，3#转子，常温，60rpm)
另外，将制备的黄原胶粉剂以0.3％的重量/体积浓度加入到水溶液，对照试验为CN102703544实施例2制备的黄原胶，同样配制0.3％的重量/体积浓度。
3本申请发明人致力于黄原胶的研究，对现有技术中大量的黄原胶产生菌进行创造性实验，本领域知晓，复合菌剂为有机整体，菌剂中各种菌株之间可能存在互相拮抗或者互相促进的作用，各菌种在功能上具有相互作用，总的技术效果不是各部分效果的简单的总和。同一种复合微生物菌剂在不同的发酵过程中所表现的互相拮抗或者互相促进的作用也有可能不一样。若只将功能菌株进行简单混合，很有可能出现功能菌株间相互拮抗，影响复合菌剂效果，发明人经过大量实验得出：野油菜黄单胞菌ATCC19046和黄单胞菌CGMCC3624以及黄单孢菌ATCC17915，东方伊萨酵母CCTCC M2010167四者按照体积比为5∶3∶2∶2混合发酵制备黄原胶，其产率得提高，其菌种之间互相协同，互不拮抗，其黄原胶产量为：3.86g/100mL，较之(黄原胶产生菌的筛选及发酵条件优化，陈超，山东轻工业大学硕士论文，产胶29.2g/L)产胶量提高了32.2％，针对混和菌，对培养基进行合理的配伍，能够获得最佳的生产效率；
具体实施方式：
实施例1、一种速溶黄原胶的生产方法，其包括如下步骤：
(1)混合发酵液的制备：将黄单胞菌混合菌液：野油菜黄单胞菌Xanthomonas.CampestrisATCC19046(参见IMPROVED XANTHAN GUM，WO201011249，2010)和黄单胞菌Xanthomonas.SP CGMCCNO：3624(CN101906390A)以及黄单孢菌Xanthomonas axonopodisATCC17915(参见Bacteriocins and temperate phage of Xanthomonas campestris pv.Glycines，1987)以及东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis Z1)CCTCC M2010167(参见CN102102084)，四种菌液体积比为5∶3∶2∶2接种，菌液中菌体的浓度均约为1×108CFU/mL，按照5％(体积比)的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为30℃，PH值7.2的条件下，培养15小时得到种子培养液，按照2％(种子培养液：发酵液体积比2％)的接种比例转入发酵罐中培养，温度30℃，PH值7.2，培养时间70小时，得到发酵液；
其中种子罐培养基：
葡萄糖2.5％、牛肉膏3％、K2HPO4·3H2O0.2％、Na2HPO40.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、尿素0.025％，115℃灭菌15min；
发酵罐培养基组分：
葡萄糖10％、玉米浆0.5％、牛肉膏3％、MgSO4·7H2O0.2％、K2HPO4·3H2O0.2％、FeSO40.0001％、VB10.00001％，pH7.0～7.2。
(2)发酵液后处理制备黄原胶颗粒
发酵液中加入氯化钙，加入量为发酵液重0.8％，加入后搅拌15min，然后按1∶3比例加入浓度为85-90％的酒精，混合搅拌0.5h使黄原胶多糖呈纤维状沉淀析出，将沉淀物料泵入离心机进行固液分离，分离的废酒精液回蒸馏塔储罐，分离的多糖纤维再次用90％的酒精进行脱水处理，处理后泵入离心机进行固液分离；分离的纤维状物料经挤压脱水后在真空条件下75℃干燥，将干燥后的物料用粉碎机进行粉碎，在粉碎过程中不断添加黄原胶物料0.5％的单甘脂，并在振动筛中加装筛网控制黄原胶粒度在60-120目，筛分后进行包装。
二黄原胶溶液配制
取1kg黄原胶颗粒，配制浓度为3.0％(即每3.0g黄原胶溶解于100ml水)的黄原胶水溶液。
三表面活性剂的添加
在搅拌状态下，向步骤二制备的黄原胶溶液中加入表面活性剂，添加量为5g，所述表面活性剂为：N一脂酰氨基酸型表面活性剂∶司盘60∶聚山梨酯-80质量比5∶4∶2，持续搅拌使溶液粘度趋于稳定，经喷雾冷冻干燥获得速溶黄原胶产品，
其制备黄原胶分子量范围为2×106～2×107，该分子量范围的黄原胶原料多种生理活性更佳；
黄原胶产量为3.86g/100mL，将制备的黄原胶粉剂以0.3％的重量/体积浓度加入到水溶液中后有极少量鱼眼生成，连续搅拌15min后，鱼眼完全消失。25℃测定溶液在100s-1剪切速率下粘度为45.8mPa.s。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (1)
1.一种速溶黄原胶的生产方法，其特征在于：
(1)发酵液的制备：将菌剂按照体积比为5％的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为30℃，pH值7.2的条件下，培养15小时得到种子培养液，按照体积比为2％的接种量转入发酵罐中培养，温度30℃，pH值7.2，培养时间70-80小时，得到发酵液；所述菌剂由下述体积份的原料制备而成：5份野油菜黄单胞菌ATCC19046，3份黄单胞菌CGMCC3624，2份黄单孢菌ATCC17915，2份东方伊萨酵母CCTCC M2010167，各菌体的浓度均为1×108CFU/mL；其中，种子罐培养基为：葡萄糖2.5％、牛肉膏3％、K2HPO4·3H2O 0.2％、Na2HPO4 0.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O 0.2％、尿素0.025％，其余为水，115℃灭菌15min；
发酵罐培养基组分为： 葡萄糖10％、玉米浆0.5％、牛肉膏3％、MgSO4·7H2O 0.2％、K2HPO4·3H2O 0.2％、FeSO4 0.0001％、VB1 0.00001％，其余为水，pH7.0～7.2；
(2)发酵液处理制备成黄原胶颗粒；
(3)黄原胶溶液配制：配制浓度为0.03g/ml的黄原胶水溶液；
(4)表面活性剂的添加：在搅拌状态下，向步骤(3)制备的黄原胶水溶液中加入表面活性剂，添加量为黄原胶干重的0.5-2％，持续搅拌使溶液粘度趋于稳定，经喷雾冷冻干燥获得速溶黄原胶产品，所述表面活性剂是N-脂酰氨基酸型表面活性剂∶司盘60∶聚山梨酯-80按照质量比5∶4∶2制备而成。
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