CN110904171A - 低酒精残留黄原胶产品的制备工艺 - Google Patents

低酒精残留黄原胶产品的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物发酵技术领域，公开了低酒精残留黄原胶产品的制备工艺，其包括如下步骤：将黄单胞菌种子液接种量接入装有发酵培养基的全自动发酵罐中进行发酵培养，发酵温度30℃，发酵时间为66‑72h，得到发酵液。往发酵液中加入气相二氧化硅和KCl，搅拌，加入乙醇，搅拌至有纤维状析出，离心，去除上层液体；再加入乙醇进行二次提取，离心，收集纤维状物质，进入到烘干机烘干，粉碎即的成品。本发明制备工艺发酵效率高，酒精残余量低。

Description

低酒精残留黄原胶产品的制备工艺
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，具体涉及低酒精残留黄原胶产品的制备工艺。
背景技术
黄原胶是由野生黄单胞菌以碳水化合物为主要底物经发酵产生的一种酸性胞外杂多糖。由于黄原胶具有的独特结构，从而使其具备增粘协效性、低浓高粘性、假塑性、抗高温、耐酸性、良好的分散作用、乳化稳定性等优良性能，所以被广泛应用于石油开采、化工、纺织、医药、食品、化妆品等20多种行业。国内外诸多专家学者对黄原胶产胶率的研究主要集中在菌种选育、培养基、发酵条件、基因工程以及酶工程等诸多方面。我国黄原胶生产目前仍存在一些问题，如菌体生长时间较长、淀粉利用不够充分、产品质量档次较低等。
近年来，科研院所和相关企业一直致力于研究黄原胶发酵条件的优化。在培养基中加入钠和钾离子可以有助于黄原胶生物合成的能量和前体物质-葡萄糖转入胞内，也有助于黄原胶的生物合成的前体物质的转出胞外。但是，在黄原胶生物合成过程中基质代谢流向、细胞膜透性、细胞色素P450酶等对黄原胶的合成均有影响，但关于在此方面的研究报道甚少。
研究表明，在高盐、高碱、高温、干旱条件等胁迫条件下，细菌产胞外多糖的含量可能会增加，但是胁迫条件下，菌株的增殖活力变差，最终得到的黄原胶水平并不一定有所提高；文献“有机溶剂胁迫处理对菌株Bacillus subtilis OST23a 产胞外多糖的影响，微生物学通报2012年”表明，在培养液中添加3%的正己烷胁迫可以提高海洋细菌分泌胞外多糖产量，但有机溶剂的添加量过大，大量添加可能会造成环境污染，并且去除发酵液中的有机溶剂相对困难；而且，正己烷胁迫是否能够提高黄单胞菌产黄原胶的能力也有待研究。
中国专利CN109929893A,低成本高品质黄原胶的发酵工艺，其包括如下步骤：将黄单胞菌接入装有发酵培养基的发酵罐中进行发酵培养，将发酵罐与陶瓷膜偶联，发酵时间为48h，将发酵罐中的发酵液经陶瓷膜分离，得到滤液和浓缩菌体，将滤液排入到料液储罐，把浓缩菌体打回发酵罐，同时向发酵罐中补加发酵罐培养基，继续发酵36-48h，得到发酵液，将发酵罐中的发酵液经陶瓷膜分离，得到滤液和浓缩菌体，将滤液排入到料液储罐。该方法提升了黄原胶的总产量，但是对发酵培养基消耗量提高，增加了企业成本。现行黄原胶发酵工艺还存在以下问题：普通工艺不经人为特别控制，产品的淀粉残留具有不确定性；尤其是食品级产品淀粉残留要求严格，成品合格率较低。现行黄原胶分离提取工艺还存在以下问题：普通工艺不经人为特别控制，产品的酒精残留具有不确定性，短时间内不能满足客户的需求。在上述专利技术的基础上，结合现有技术存在的问题，我们继续对黄原胶制备工艺进行了优化。
发明内容
为了对黄原胶制备工艺进行进一步的优化，本发明提供了低酒精残留黄原胶产品的制备工艺。
本发明是通过如下技术方案来实现的。
低酒精残留黄原胶产品的制备工艺，其包括如下步骤：
将黄单胞菌种子液接种量接入装有发酵培养基的全自动发酵罐中进行发酵培养，发酵温度30℃，发酵时间为66-72h，得到发酵液。
往发酵液中加入气相二氧化硅和KCl，搅拌10-30min，加入2-3倍的80-85%的乙醇，搅拌至有纤维状析出，离心，去除上层液体；再加入80-85%的乙醇进行二次提取，搅拌至有纤维状析出，离心，收集纤维状物质，进入到烘干机烘干60-90min，粉碎即的成品。
优选地，所述气相二氧化硅的比表面积为100-400m2，添加量占发酵液的1.0-2.5%，w/v。
优选地，所述KCl的添加量占发酵液的0.1-0.3%，w/v。
优选地，所述烘干过程中，控制压力为0.10-0.15Mpa、温度为60-65℃。
优选地，所述发酵培养基的组分为：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉糊120g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L、丁子香酚1mg/L，pH 7.0-7.2。
更优选地，所述发酵培养基的组分为：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉糊100g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L、丁子香酚1.5mg/L，pH 7.0-7.2。
更优选地，所述发酵培养基的制备方法为：取各原料，依次添加到水中，搅拌均匀，调pH，即得。
更优选地，所述玉米淀粉糊由淀粉酶酶解制得。
进一步优选地，所述玉米淀粉糊的制备方法为：向玉米淀粉中加水调淀粉乳的质量浓度为50％，调pH 5.5、温度50℃，制得高浓度淀粉乳；向高浓度淀粉乳中加入a-淀粉酶，然后升温至60℃，在100rpm的搅拌条件下酶解30-60min，然后升温至100℃进行灭酶，最后自然冷却至室温，即得。 进一步优选地，所述a-淀粉酶加入量为每克玉米淀粉加入10U。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
中温a-淀粉酶可以水解淀粉分子中的α-l，4葡萄糖苷键，使液化液的DE值迅速上升，使淀粉糊的粘度迅速下降，温度为60℃粘度值降低到40mPa•s以下，从而降低了发酵液的粘度，发酵效率提高，不会在发酵液中造成淀粉残留，使得后续的提取工艺更加彻底；在黄原胶的合成过程中, 含糖的底物需要尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶的催化才能生成葡萄糖醛酸，而后者是黄原胶生物合成的前体之一；丁子香酚能够激活黄单胞菌中尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因的表达，提高酶催化生成葡萄糖醛酸的效率，从而使得更多的黄原胶前体物质合成，进而提高黄原胶的产量；但是过量的丁子香酚对菌株有抑菌功能，需要控制在合理的范围内。
气相二氧化硅为白色、蓬松粉末、多孔性、无毒、无味、无污染、耐高温同时它具备化学惰性以及特殊的触变性，由于其粒径很小，比表面积大，当加入后，能使黄原胶具有良好的分散性，提取工艺中，采用的气相二氧化硅为白色物质且无毒，添加后不会改变黄原胶的颜色，且不需要添加设备与延长时间。
本发明在制备工艺中保持常规提取工艺，待半成品黄原胶进入到烘干机后，只需要严格把控烘干机过程温度和气压，压力不超过0.15Mpa、温度不超过65℃，烘干过程中仅控制温度和气压即可降低酒精的残余，酒精含量小于0.05%，从而生产符合要求的产品。
附图说明
图1：发酵时间对产胶量的影响；
图2：发酵培养基中丁子香酚的添加量对产胶量的影响。
具体实施方式
本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
低酒精残留黄原胶产品的制备工艺，其包括如下步骤：
一、发酵。
黄单胞菌ATCC 17915种子液（3×108CFU/mL）按照10％(体积比)的接种量接入装有300L发酵培养基的500L全自动发酵罐中进行发酵培养，发酵温度30℃，发酵时间为72h，得到发酵液；整个发酵过程中，通过流加泡敌消泡，通过流加葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1％，通过调节搅拌转速与通气量保持溶氧水平为20％；
所述发酵培养基包括如下组分：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉糊120g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L、丁子香酚1mg/L，pH 7.0-7.2。
所述发酵培养基的制备方法为：
取各原料，依次添加到水中，搅拌均匀，调pH，即得。
所述玉米淀粉糊的制备方法为：
向玉米淀粉中加水调淀粉乳的质量浓度为50％，调pH 5.5、温度50℃，制得高浓度淀粉乳；向高浓度淀粉乳中加入中温a-淀粉酶（10000U/g），a-淀粉酶加入量为每克淀粉加入10U，然后升温至60℃，在100rpm的搅拌条件下酶解50min，然后升温至100℃，灭酶5min，最后自然冷却至室温，即得。
二、分离提取。
往发酵液中加入气相二氧化硅（FM200比表面积为170-230m2，添加量为发酵液总量的1.5%，w/v），并加入KCl（按发酵液量的0.25%加入），搅拌20min，加入3倍体积的80%的乙醇，搅拌至有纤维状析出，离心，去除上层液体；再加入80%乙醇进行二次提取，搅拌至有纤维状析出，离心，收集纤维状物质，进入到烘干机后，控制温度和气压，压力为0.12Mpa、温度为62℃，烘干80min，粉碎即的成品。 实施例2
低酒精残留黄原胶产品的制备工艺，其包括如下步骤：
一、发酵。
黄单胞菌ATCC 17915种子液（4×108CFU/mL）按照10％(体积比)的接种量接入装有300L发酵培养基的500L全自动发酵罐中进行发酵培养，发酵温度30℃，发酵时间为66h，得到发酵液；整个发酵过程中，通过流加泡敌消泡，通过流加葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1％，通过调节搅拌转速与通气量保持溶氧水平为20％；
所述发酵培养基包括如下组分：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉糊100g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L、丁子香酚1.5mg/L，pH 7.0-7.2。
所述发酵培养基的制备方法为：
取各原料，依次添加到水中，搅拌均匀，调pH，即得。
所述玉米淀粉糊的制备方法为：
向玉米淀粉中加水调淀粉乳的质量浓度为50％，调pH 5.5、温度50℃，制得高浓度淀粉乳；向高浓度淀粉乳中加入中温a-淀粉酶（10000U/g），a-淀粉酶加入量为每克淀粉加入10U，然后升温至60℃，在100rpm的搅拌条件下酶解40min，然后升温至100℃，灭酶5min，最后自然冷却至室温，即得。
二、分离提取。
往发酵液中加入气相二氧化硅（T40比表面积为380-400m2,添加量为发酵液总量的1%）并加入KCl（按发酵液量的0.5%加入），搅拌20min，加入3倍的80%的乙醇，搅拌至有纤维状析出，离心，去除上层液体；再加入80%乙醇进行二次提取，搅拌至有纤维状析出，离心，收集纤维状物质，进入到烘干机后，控制温度和气压，压力为0.15Mpa、温度为65℃，烘干90min，粉碎即的成品。 对比例1
低酒精残留黄原胶产品的制备工艺，其包括如下步骤：
一、发酵。
黄单胞菌ATCC 17915种子液（3×108CFU/mL）按照10％(体积比)的接种量接入装有300L发酵培养基的500L全自动发酵罐中进行发酵培养，发酵温度30℃，发酵时间为72h，得到发酵液；整个发酵过程中，通过流加泡敌消泡，通过流加葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1％，通过调节搅拌转速与通气量保持溶氧水平为20％；
所述发酵培养基包括如下组分：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉60g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L，pH 7.0-7.2。
所述发酵培养基的制备方法为：
取各原料，依次添加到水中，搅拌均匀，调pH，即得。
二、分离提取。
往发酵液中加入气相二氧化硅（FM200比表面积为170-230m2，添加量为发酵液总量的1.5%，w/v）并加入KCl（按发酵液量的0.25%加入），搅拌20min，加入3倍的80%的乙醇，搅拌至有纤维状析出，离心，去除上层液体；再加入80%乙醇进行二次提取，搅拌至有纤维状析出，离心，收集纤维状物质，进入到烘干机后，控制温度和气压，压力为0.12Mpa、温度为62℃，烘干80min，粉碎即的成品。
对比例2
低酒精残留黄原胶产品的制备工艺，其包括如下步骤：
一、发酵。
黄单胞菌ATCC 17915种子液（3×108CFU/mL）按照10％(体积比)的接种量接入装有300L发酵培养基的500L全自动发酵罐中进行发酵培养，发酵温度30℃，发酵时间为72h，得到发酵液；整个发酵过程中，通过流加泡敌消泡，通过流加葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1％，通过调节搅拌转速与通气量保持溶氧水平为20％；
所述发酵培养基包括如下组分：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉糊120g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L，pH 7.0-7.2。
所述发酵培养基的制备方法为：
取各原料，依次添加到水中，搅拌均匀，调pH，即得。
所述玉米淀粉糊的制备方法为：
向玉米淀粉中加水调淀粉乳的质量浓度为50％，调pH 5.5、温度50℃，制得高浓度淀粉乳；向高浓度淀粉乳中加入中温a-淀粉酶（10000U/g），a-淀粉酶加入量为每克淀粉加入10U，然后升温至60℃，在100rpm的搅拌条件下酶解50min，然后升温至100℃，灭酶5min，最后自然冷却至室温，即得。
二、分离提取。
往发酵液中加入气相二氧化硅（FM200比表面积为170-230m2，添加量为发酵液总量的1.5%，w/v）并加入KCl（按发酵液量的0.25%加入），搅拌20min，加入3倍的80%的乙醇，搅拌至有纤维状析出，离心，去除上层液体；再加入80%乙醇进行二次提取，搅拌至有纤维状析出，离心，收集纤维状物质，进入到烘干机后，控制温度和气压，压力为0.12Mpa、温度为62℃，烘干80min，粉碎即的成品。
实施例3
发酵时间和发酵培养基中原料添加对发酵液中黄原胶含量的影响。
首先检测菌株的发酵周期，以对比例1的发酵条件为参照，设置不同的发酵时间，分别为36,42,48,54,60,66,72,78（h）；如图1所示，，发酵66h时接近峰值，继续增加时间，仍有小幅提高，但是幅度较小，仅为0.5%，发酵至78h时，产胶量没有提高，此时需要在72h内停止发酵，以避免产生更多的副产物，造成分离提取困难。
通过比较，对比例1和对比例2的产量较为接近，分别为31.67g/L和31.35g/L，对比例1略高，但是对比例2的发酵液检测不到淀粉残余，而对比例1为0.19g/L，加大了后续分离提取黄原胶的难度。
验证发酵培养基中丁子香酚的添加量对产胶量的影响，设置浓度分别为0，0.1，0.25，0.5,1.0,1.5，2.0,2.5,3.0,3.5,4.0（mg/L），如图2所示，丁子香酚浓度为0.1mg/L时，对黄原胶产量几乎没有影响，继续增大至0.25mg/L时，黄原胶产量有明显的提高，较不添加时提高了3.5%，待丁子香酚浓度增加到1.0mg/L时，黄原胶产量接近最高值，较不添加时提高了6.3%，当丁子香酚浓度增大到2.0mg/L时，黄原胶产量有小幅下降，然后随着浓度增大，产胶量下降明显，可能原因是，丁子香酚本身是抑菌剂，超过一定浓度时，对菌株会造成抑制作用，影响黄单胞菌正常的生长活性，从而导致产胶量下滑；综上，选择丁子香酚浓度低于2mg/L较为合适，最佳的浓度范围为1-1.5mg/L。
以上列举的仅是本发明的最佳具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.低酒精残留黄原胶产品的制备工艺，其包括如下步骤：
1）将黄单胞菌种子液接种量接入装有发酵培养基的全自动发酵罐中进行发酵培养，发酵温度30℃，发酵时间为66-72h，得到发酵液；
2）往发酵液中加入气相二氧化硅和KCl，搅拌10-30min，加入2-3倍体积的80-85%的乙醇，搅拌至有纤维状析出，离心，去除上层液体；再加入80-85%的乙醇进行二次提取，离心，收集纤维状物质，进入到烘干机烘干60-90min，粉碎即的成品。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述气相二氧化硅的比表面积为100-400m2，添加量占发酵液的1.0-2.5%，w/v。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述KCl的添加量占发酵液的0.1-0.3%，w/v。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述烘干过程中，控制压力为0.10-0.15Mpa、温度为60-65℃。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述发酵培养基的组分为：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉糊120g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L、丁子香酚1mg/L，pH 7.0-7.2。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述发酵培养基的组分为：
葡萄糖60g/L、玉米淀粉糊100g/L、酵母膏10g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB1 20mg/L、丁子香酚1.5mg/L，pH 7.0-7.2。
7.根据权利要求5或6所述的制备工艺，其特征在于，所述发酵培养基的制备方法为：取各原料，依次添加到水中，搅拌均匀，调pH，即得。
8.根据权利要求5或6所述的制备工艺，其特征在于，所述玉米淀粉糊由淀粉酶酶解制得。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，所述玉米淀粉糊的制备方法为：向玉米淀粉中加水调淀粉乳的质量浓度为50％，调pH 5.5、温度50℃，制得高浓度淀粉乳；向高浓度淀粉乳中加入a-淀粉酶，然后升温至60℃，在100rpm的搅拌条件下酶解30-60min，然后升温至100℃进行灭酶，最后自然冷却至室温，即得。
10.根据权利要求9所述的制备工艺，其特征在于，所述a-淀粉酶加入量为每克玉米淀粉加入10U。
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