CN112553106A - 一株鞘氨醇单胞菌及其生产高品质温轮胶的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一株鞘氨醇单胞菌及其生产高品质温轮胶的工艺,该鞘氨醇单胞菌为鞘氨醇单胞菌DEOSEN‑DS320519,保藏在中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.19766,属于革兰氏阴性菌,保存时间2020年5月6日。将鞘氨醇单胞菌DEOSEN‑DS320519进行发酵后,从发酵产物中提取温轮胶。用该菌株和改良后的配方进行发酵生产,本发明制备温轮胶的耐高温性能130℃‑150℃时有大幅提升,最终产品微生物<5000cfu/g,颜色由暗褐色变浅黄色至类白色,产品纯度达到95%以上超过同类型食品用微生物胶、黄原胶、结冷胶。
Description
技术领域
本发明涉及鞘氨醇单胞菌及其应用技术领域,特别是一株鞘氨醇单胞菌及其生产高品质温轮胶的工艺。
背景技术
温轮胶(WELAN GUM)是一种工业级微生物多糖,是由产碱杆菌(Alcaligenessp)经过有氧深层发酵产生的一种可溶性胞外多糖,具有良好的增稠、抗离析特性,被应用于水泥砂浆、混凝土等建材领域,还可用于石油钻采行业,为石油泥浆提供增稠、悬浮和流变特性,还可用于精细化工、日化等行业。
将温轮胶的生产菌种接种于含有碳源、氮源、无机盐和水的无菌培养基中进行有氧发酵,通常选用产碱杆菌,对发酵产物进行提取得到温轮胶。
但是现有在使用的产碱杆菌生产胶体收率低,在1.0-1.5%波动,产率不稳定;现有技术生产的温轮胶耐温性能不突出,在120℃以下的耐温性良好,130℃热滚4个小时粘度即大幅下降,150度热滚4小时粘度完全消失,高温条件下耐温时间太短,应用受到很大限制。同时受限于温轮胶发酵液粘度大,吸附杂质多,脱水困难。现有生产工艺生产的产品,外观暗褐,色度低于40、纯度不足90%、重金属含量高、杂质多、成品微生物控制水平差等原因无法作为食品添加剂用于食品行业。
发明内容
本发明就是针对上述存在的缺陷而提供一株鞘氨醇单胞菌及其生产高品质温轮胶的工艺。为了生产出适用于工业化生产的高品质温轮胶,本发明提供耐温菌株DS320519(CGMCC 19766),同时也进行了发酵配方的改良,产量和收率稳定提升。用该菌株和改良后的配方进行发酵生产,制备温轮胶的150℃时4小时粘度保持80%以上,耐高温性能大幅提升;并且纯度提高、色泽改良,卫生指标满足食用胶要求,在食品行业具有广泛的应用前景。
本发明的一株鞘氨醇单胞菌及其生产高品质温轮胶的工艺技术方案为,一种鞘氨醇单胞菌,该鞘氨醇单胞菌为鞘氨醇单胞菌DEOSEN-DS320519,建议的分类命名为鞘氨醇单胞菌Sphingomonas sp,保藏在中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心,地址:背景是朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所,保藏编号为CGMCC No.19766,属于革兰氏阴性菌,保存时间2020年5月6日。
所述的鞘氨醇单胞菌在生产高品质温轮胶方面的应用。
将鞘氨醇单胞菌DEOSEN-DS320519进行发酵后,从发酵产物中提纯萃取出温轮胶。
一种生产耐高温高粘温轮胶的工艺,包括以下步骤:
(1)发酵菌种的准备:将鞘氨醇单胞菌DEOSEN-DS320519接种于种子培养基中摇瓶培养得到种子液;
(2)液体发酵:种子液接入种子罐通风扩大培养,接入发酵罐通风发酵;
(3)胶体的提取:发酵结束后将发酵液调pH值后杀菌,然后用有机溶剂沉淀,经过两次洗涤和脱色处理得到温轮胶。
步骤(1)中,每100ml种子培养基含有:蛋白胨1g、葡萄糖0.5g、酵母粉0.05g、食盐0.1g、碳酸钙0.02g、水100g;培养温度30-32℃,培养时间24-36h。
步骤(2)中,发酵培养基含有:葡萄糖3.5-4.5%、大豆蛋白0.8-1.0%、食盐0.01-0.05%、CaCO3 0.1-0.3%,调节pH为6.8-8.2。配方组分简单用纯净的葡萄糖、大豆蛋白粉替代了传统淀粉、豆粕粉等粗制原料,产品收率稳定,纯净度提高,可食用性提高。菌种DS320519发酵pH值维持在6.8-8.2略偏碱性,该配方下发酵液收率1.9-2.5%,相比传统的淀粉、豆粕粉配方提高30%。
步骤(2)中,扩大培养温度为30-32℃,通风比0.9-1.0,培养36-48小时;发酵条件为:温度30-32℃;通风比0-24小时0.2-0.3,24-48小时0.4-0.5,48小时以后0.7-1.0;pH维持6.8-8.2;发酵时间65-72小时。
发酵过程,为了维持菌体生理代谢作用,需要不断地从发酵液中摄取溶解氧,溶解氧大小主要由通风量与搅拌两大因素决定的,温轮胶发酵液粘度很大,电机难以维持长时间较高转速,同时鞘氨醇单胞菌革兰氏阴性细胞壁很薄,剧烈机械搅拌对菌体生长代谢不利。固定搅拌转速的前提下,改变发酵过程中通风量的大小,对温轮胶发酵有明显的影响。
在生产中,用调节通风量来调节供氧,控制通风量梯度增加,根据菌体生长速度,菌体生长数量,菌体产胶变化,残糖量等形成梯度控制开风。发酵前期采用低风量、低溶氧抑制菌体糖基转移酶合成,防止发酵前期胶体合成过多,单糖提前消耗造成细菌数量增长不足。发酵中期提高风量促进糖基转移酶合成,增大产胶量。发酵后期发酵液粘度很大,高风量保证菌体耗氧,有利于将发酵液中还原糖耗尽,保证发酵产胶转化率稳定提高。
步骤(3)中,所述有机溶剂为异丙醇或乙醇。
步骤(3)具体为:发酵结束后将发酵液升温至85-90℃调整pH 4.8-5.2,维持30-50分钟后,降温至40℃以下,在搅拌降温的同时加入质量百分比为0.6%氯化钾充分溶解,采用78-83℃异丙醇依次进行一遍洗涤、一次分离、二遍洗涤、二次分离、三遍洗涤、三次分离;
一次洗涤采用与物料体积比1:0.8-1的78-80℃异丙醇,一遍洗涤后固形物经高速离心机进行固液分离,得到的物料采用81-83℃异丙醇进行二遍洗涤、三遍洗涤,物料与83℃异丙醇的体积比为1:1.2,同时加入占83℃异丙醇重量0.001%-0.0015%的食品级EDTA二钠,并调整液体的pH为8.0-8.5,泵循环半小时后固液混合物经离心机分离获得温轮胶含湿固体。
本发明发酵液经升温灭菌处理,微生物致死率超过95%,高温处理后胶体分子间隙扩大,容易脱水,有机溶剂用量减少20%;异丙醇溶解色素能力强,成品脱色效果明显;提取过程通过氯化钾做为提取脱水辅助材料,一价盐不易吸附再胶体表面,有利于提高产品纯度;二遍、三遍洗涤时采用81-83℃异丙醇增加脱水脱色效果,防止已沉淀胶状物溶解损失;采用0.001%食品级EDTA二钠,并调节pH8.0-8.5,提高螯合能力,去除胶体表面吸附的多价及重金属离子,产品灰分下降,重金属含量降低,产品纯度进一步提高。
所述的一种生产高品质温轮胶的工艺,还包括烘干及粉碎步骤,具体为温轮胶含湿固体经压榨机挤压,控制含湿量在45-60%,经真空干燥机105-110℃,真空度0.001-0.005MPa,滚动转速1.5转/分,连续进料烘干,烘干水分控制在10-15%,粉碎过筛得成品。
真空干燥机列管105-110℃,真空度0.001-0.005MPa,物料表面温度80-90度,该工艺参数下利用异丙醇沸点进行干燥,蒸发与沸腾同时进行,有利于湿物料快速脱除有机溶剂和水分;由于温度较低,物料表面不易形成坚硬壳层,物料内部毛细管通道保持开放畅通,烘干后物料质地疏松,烘干效率提高;有效避免常规烘干方式物料高温褐变、结壳变硬等不利因素,有利于提高产品白度及粘度高温稳定性。
本发明的有益效果为:本发明采用了新的菌株DS320519,同时也进行了发酵配方的改良,产量和收率稳定提升。用该菌株和改良后的配方进行发酵生产,本发明制备温轮胶的130℃-150℃热滚4小时粘度保持80%以上,耐温性能大幅提升,本发明制备温轮胶的耐高温性能130℃-150℃时有大幅提升,产品中菌落总数TPC<5000cfu/g,外观由暗褐色、黄色粉末提升至浅黄色至类白色粉末,白度达到50-65,产品纯度达到95%以上,1%水溶液粘度大于1500cps,0.3%水溶液粘度大于10000cps,其稳定性和增稠性能超过同类型食品用增稠剂黄原胶、CMC、结冷胶等。
附图说明
图1所示为传统工艺流程图;
图2所示为本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案,但是本发明并不局限于此。
实施例1
鞘氨醇单胞菌筛选过程:
一、材料制备
1、斜面培养基:蔗糖1.5%、氯化钠0.8%、蛋白胨1.5%、牛肉膏0.3%、酵母膏0.65%、琼脂2.5%pH7.1;
2、发酵培养基:葡萄糖2.5%、大豆蛋白粉0.25%、NaCl 0.05%、CaCO3 0.2%,调节pH为6-8。
二、菌种选育
原始菌种经等离子诱变,挑选出50株菌株,将选中的菌株分别接种到三角瓶培养液中,经过一代、二代、三代的传代培养,分析收率和质量指标,发现菌株编号DS320519产品收率提高幅度最大,产品质量指标提高明显。将DS320519进行多次传代摇瓶实验,菌株产品收率和质量指标结果稳定。
遗传稳定性评估,将DS320519进行多次传代摇瓶实验,菌株产品收率和质量指标结果稳定。
三、菌种保存
菌种DS320519除实验室自行保存外,另已保藏在中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心,地址:背景是朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所,保藏编号为CGMCC No.19766,建议的分类命名为鞘氨醇单胞菌Sphingomonas sp,属于革兰氏阴性菌,保存时间2020年5月6日。
实施例2
一种生产高品质温轮胶的工艺,包括以下步骤:
(1)发酵菌种的准备:取保存在4℃的鞘氨醇单胞菌DEOSEN-DS320519接种于种子培养基中,培养温度30~32℃,培养时间24~36h。
100ml种子培养基的配方:蛋白胨1g、葡萄糖0.5g、酵母粉0.05g、食盐0.1g、碳酸钙0.02g、水100g;
发酵培养基:葡萄糖3.5-4.5%、大豆蛋白0.8-1.0%、食盐0.01-0.05%、CaCO30.1-0.3%,调节pH为6.8-8.2。
(2)液体发酵:
种子液经30℃培养24-36小时,接入种子罐扩大培养,为30-32℃,通风比0.9-1.0,培养36-48小时;发酵条件为:温度30-32℃;通风比0-24小时0.2-0.3,24-48小时0.4-0.5,48小时以后0.7-1.0;pH维持6.8-8.2;发酵时间65-72小时。
(3)胶体的提取:
发酵结束后将发酵液升温至85-90℃调整pH 4.8-5.2,维持30-50分钟后,降温至40℃以下,在搅拌降温的同时加入质量百分比为0.6%氯化钾充分溶解,采用78-83℃异丙醇依次进行一遍洗涤、一次分离、二遍洗涤、二次分离、三遍洗涤、三次分离;
一次洗涤采用与物料体积比1:0.8-1的78-80℃异丙醇,一遍洗涤后固形物经高速离心机进行固液分离,得到的物料采用81-83℃异丙醇进行二遍洗涤、三遍洗涤,物料与83℃异丙醇的体积比为1:1.2,同时加入占83℃异丙醇重量0.001%-0.0015%的食品级EDTA二钠,并调整液体的pH为8.0-8.5,泵循环半小时后固液混合物经离心机分离获得温轮胶含湿固体。
(4)烘干及粉碎:
温轮胶含湿固体经压榨机挤压,控制含湿量在45-60%,经真空干燥机105-110℃,真空度0.001-0.005MPa,滚动转速1.5转/分,连续进料烘干,烘干水分控制在10-15%,粉碎过筛得成品胶体。
质量评估
本发明菌种以实施例1记载为准。
本发明工艺以实施例2记载为准。
常规菌种采用申请日前市售产碱杆菌。
传统工艺如说明书附图图1所示工艺。
一、耐温性评估方法:
将粉碎后的胶体过60目筛,称取3.3克加入到500ml水中,高速搅拌器4000rpm搅拌5min,使用Fann35粘度计检测6速粘度,记录为原始粘度。将五份胶体溶液500ml装入不锈钢罐,放入热滚炉中,分别在温度120℃、130℃、150℃下热滚4h,以3rpm粘度作为比对依据,降温后检测各温段下粘度如表1所示。
二、纯度分析方法参考美国药典USP3.0:
称取温轮胶成品5g,105度烘干两小时计算成品含水率x%;另称取温轮胶成品20g,用100%异丙醇100ml洗涤2次过滤;将滤饼用2L蒸馏水溶解,加入100%异丙醇至完全胶体沉淀后过滤,将滤饼用500ml100%异丙醇洗涤后过滤;将滤饼用2L蒸馏水再次溶解,加入100度异丙醇至完全胶体沉淀后过滤,将滤饼用500ml100%异丙醇洗涤后过滤,滤饼经105度烘干2小时,称重记录重量m1。将绝干胶体全部放入50ml坩埚中灼烧至无烟,移入650度马弗炉中灰化4小时,灰分称重m2。
三、重金属检测方法:
按照GB/T5009.74-2003食品添加剂中重金属限量试验。
四、微生物检测方法:
按照GB/T 4789.2-2008《食品卫生微生物学检验-菌落总数测定》。
以上质量评估结果如表1所示。由评估结果可以看出,本发明生产温轮胶发酵液粘度增大,收率提高,成品外观改善,耐高温性能130℃-150℃耐温4小时粘度大幅提升,纯度达到95%以上,重金属残留小于10ppm,微生物残留小于5000cfu/g,可达到食用微生物胶标准。
表1
Claims (10)
1.一种鞘氨醇单胞菌,其特征在于,该鞘氨醇单胞菌为鞘氨醇单胞菌DEOSEN-DS320519,建议的分类命名为鞘氨醇单胞菌Sphingomonas sp,保藏在中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.19766,属于革兰氏阴性菌,保存时间2020年5月6日。
2.如权利要求1所述的鞘氨醇单胞菌在生产高品质温轮胶方面的应用。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,将鞘氨醇单胞菌DEOSEN-DS320519进行发酵后,从发酵产物中提纯萃取出温轮胶。
4.一种生产高品质温轮胶的工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)发酵菌种的准备:将鞘氨醇单胞菌DEOSEN-DS320519接种于种子培养基中摇瓶培养得到种子液;
(2)液体发酵:种子液接入种子罐通风扩大培养,接入发酵罐通风发酵;
(3)胶体的提取:发酵结束后将发酵液调pH值后杀菌,然后用有机溶剂沉淀,经过两次洗涤和脱色处理得到温轮胶。
5.根据权利要求4所述的一种生产高品质温轮胶的工艺,其特征在于,步骤(1)中,每100ml种子培养基含有:蛋白胨1g、葡萄糖0.5g、酵母粉0.05g、食盐0.1g、碳酸钙0.02g、水100g;培养温度30-32℃,培养时间24-36h。
6.根据权利要求4所述的一种生产高品质温轮胶的工艺,其特征在于,步骤(2)中,发酵培养基含有:葡萄糖3.5-4.5%、大豆蛋白0.8-1.0%、食盐0.01-0.05%、CaCO3 0.1-0.3%,调节pH为6.8-8.2。
7.根据权利要求4所述的一种生产高品质温轮胶的工艺,其特征在于,步骤(2)中,扩大培养温度为30-32℃,通风比0.9-1.0,培养36-48小时;发酵条件为:温度30-32℃;通风比0-24小时0.2-0.3,24-48小时0.4-0.5,48小时以后0.7-1.0;pH维持6.8-8.2;发酵时间65-72小时。
8.根据权利要求4所述的一种生产高品质温轮胶的工艺,其特征在于,步骤(3)中,所述有机溶剂为异丙醇或乙醇。
9.根据权利要求4所述的一种生产高品质温轮胶的工艺,其特征在于,步骤(3)具体为:发酵结束后将发酵液升温至85-90℃调整pH 4.8-5.2,维持30-50分钟后,降温至40℃以下,在搅拌降温的同时加入质量百分比为0.6%氯化钾充分溶解,采用78-83℃异丙醇依次进行一遍洗涤、一次分离、二遍洗涤、二次分离、三遍洗涤、三次分离;
一次洗涤采用与物料体积比1:0.8-1的78-80℃异丙醇,一遍洗涤后固形物经高速离心机进行固液分离,得到的物料采用81-83℃异丙醇进行二遍洗涤、三遍洗涤,物料与83℃异丙醇的体积比为1:1.2,同时加入占83℃异丙醇重量0.001%-0.0015%的食品级EDTA二钠,并调整液体的pH为8.0-8.5,泵循环半小时后固液混合物经离心机分离获得温轮胶含湿固体。
10.根据权利要求9所述的一种生产高品质温轮胶的工艺,其特征在于,还包括烘干及粉碎步骤,具体为温轮胶含湿固体经压榨机挤压,控制含湿量在45-60%,经真空干燥机105-110℃,真空度0.001-0.005MPa,滚动转速1.5转/分,连续进料烘干,烘干水分控制在10-15%,粉碎过筛得成品。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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