CN1282660C - 一种微生物多糖—热凝胶的提取工艺 - Google Patents

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Abstract

一种微生物多糖-热凝胶的提取工艺，属于生物工程技术领域。本发明以一株粪产碱杆菌产热凝胶的发酵液，经离心得沉淀，所得沉淀用碱溶液溶解，离心除去菌体，上清液用盐酸中和，中和所得胶状沉淀用去离子水洗涤1～2次，然后离心或压榨脱水，再用少量乙醇洗涤、干燥、粉碎即得食品级热凝胶产品。本发明不同于原有的对热凝胶的碱溶液用乙醇沉淀提取热凝胶的工艺，可以大大节约乙醇用量降低成本。还根据不同用途给出了食品级热凝胶的相应的提取工艺，目的也是为了最大限度的降低成本。

Description

一种微生物多糖—热凝胶的提取工艺
技术领域
一种微生物多糖—热凝胶的提取工艺，属于生物工程技术领域。
背景技术
热凝胶又称凝结多糖、热凝多糖，英文名为Curdlan，于1964年由日本大阪大学的T.Harada在筛选可代谢各种石油组分的微生物时发现并加以研究。热凝胶是一种新型的微生物胞外多糖，由粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis var.myxogene)以碳水化合物为主要原料经发酵产生，其分子式为(C6H10O5)n，分子内由葡萄糖结构单元以β-1，3键连接。其化学结构如下所示：
热凝胶是一种在中性条件下不溶于水的多糖。干燥的热凝胶是一种流动性极好的无嗅、无味的白色或灰白色粉末固体，在聚乙烯袋中密封可以长时间稳定保存，不会失去凝胶化特性。热凝胶不溶于水、醇和大多数有机溶剂，但它在水中会发生溶胀，可以溶解在一定浓度的NaOH、磷酸三钠等碱性溶液中，在甲酸、二甲基亚砜、饱和尿素溶液或硫脲及25％碘化钾中也是可溶的。加热含有热凝胶的水浊液形成两种类型的凝胶，一种是加热至60℃再冷却至40℃以下形成的，这种凝胶是热可逆的，其强度较低，性质介于琼脂的脆性与明胶的弹性之间，因此被称为低固定胶(low-set gel)；另外一种是加热至85℃以上形成的，是热不可逆的，加热至120℃亦不融化，这种凝胶结构坚实并具有高弹性，它被称为高固定胶(high-set gel)。热凝胶在食品领域的应用主要是基于其第二种凝胶的特性。
从发酵液中提取多糖有很多种方法，在实验室里，可经高速离心从稀释的发酵液中除去细胞和其它不溶物，然后经透析将多糖大分子与低分子量的碳水化合物及无机盐类分开。如需要较高的纯度，则可用某些形式的离子交换和亲和层析把多糖和其它微量生物大分子分开。但在工业生产中，这些方法是不实用的。从经济学的观点进行的可行性的研究指出，多糖产品的回收成本往往占总生产成本的重要部分。
发明内容
本发明的目的是提供一种微生物多糖—热凝胶的提取工艺，以降低微生物多糖的生产成本，使其市场竞争力更强。
本发明的技术方案：一株粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)WX-C12产热凝胶的发酵液，经离心得沉淀，所得沉淀用碱溶液溶解，离心除去菌体，上清液用盐酸中和，中和所得胶状沉淀用去离子水洗涤1～2次，然后离心或压榨脱水，再用少量乙醇洗涤、干燥、粉碎即得食品级热凝胶产品。发酵液经离心得沉淀，其工艺为3000～8000rpm，离心10～30min。发酵液离心所得沉淀用0.2～0.5NNaOH溶液溶解，所用碱液体积为发酵液离心沉淀物体积的2～5倍。所得热凝胶的碱溶液用盐酸中和，所用盐酸量为中和碱液所需的量，用少量乙醇洗涤，所用乙醇量为发酵液离心沉淀物体积的1～3倍。包括干燥、粉碎在内的所有操作温度不超过40℃。用去离子水洗涤温度为0～10℃。
本发明的有益效果：本发明的热凝胶产品为食品级，提取采用酸碱中和、乙醇洗涤的方法。提取所得热凝胶的成胶性能受碱液NaOH浓度的显著影响，随着NaOH浓度的增大，提取所得热凝胶的成胶性能下降，本发明对碱处理工艺进行优化，确定NaOH溶液浓度取0.2～0.5N比较合适，所用碱液体积为发酵液离心沉淀物体积的2～5倍，采用此浓度的NaOH溶液可得到成胶性好、纯度较高的产品。食品级热凝胶可作为果冻、冷冻食品、减肥食品以及快餐、饮料、面食和肉制品的添加剂，以改善这些食品的特性，在食品工业中有广泛的用途。
本发明不同于原有的对热凝胶的碱溶液用乙醇沉淀提取热凝胶的工艺，可以大大节约乙醇用量降低成本，可以降低成本50％以上。
附图说明
图1食品级热凝胶的提取流程示意图。
具体实施方式
实施例1.热凝胶发酵液的制备
菌株  粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)WX-C12江南大学生物工程学院生化工程实验室保藏和提供，该菌株已在《无锡轻工大学学报》2001，20(4)，347～350公开。
发酵培养基(g/L)葡萄糖50，酵母膏2，NH4Cl3.6，KH2PO42，MgSO4·7H2O0.5，无机盐浓缩液10mL，pH7.0(其中无机盐浓缩液：FeCl31g，NaCl1g，CaCl21g，MnCl21g，1L去离子水)。
利用9L发酵培养基，在15L Biostat C10-3机械搅拌罐上采用两段法(菌体生长与产胶阶段控制不同pH值)进行发酵，接种量5％，发酵罐搅拌转速500rpm，通风量为13.5L/min，.表压0.05MPa，发酵温度30℃。调节pH值的NaOH溶液浓度为4N，盐酸浓度为3N。菌体生长阶段pH值控制在7.0左右，18h后将pH值调至5.6左右，直至发酵结束。
发酵初始葡萄糖浓度50g/L，40h左右发酵液葡萄糖浓度降到9.7g/L，44h时补加360g葡萄糖，发酵培养90h下罐，测定热凝胶产量35.9g/L。
实施例2.热凝胶发酵液的制备
菌株和发酵培养基同实施例1。利用18L发酵培养基，接种量5％，在25L机械搅拌罐上采用两段法(菌体生长与产胶阶段控制不同pH值)进行发酵，发酵罐搅拌转速300rpm，通风量为27L/min，表压0.05MPa，发酵温度30℃。菌体生长阶段pH值控制在7.0左右，21h后将pH值调至5.6左右，直至发酵结束。
发酵初始葡萄糖浓度50g/L，发酵培养43h发酵液中葡萄糖浓度降到10g/L以下，补加720g葡萄糖，79h发酵液中葡萄糖浓度再次降到10g/L以下，再次补加720g葡萄糖，发酵培养110h，热凝胶产量43g/L。
实施例3.食品级热凝胶的提取
取2L发酵液，离心弃去上清液，沉淀分别以不同NaOH浓度溶液进行溶解，离心除去菌体，所得热凝胶的碱溶液用盐酸中和，中和所得胶状沉淀用去离子水洗涤2次，然后压榨脱水，再用少量乙醇洗涤、干燥、粉碎即得食品级热凝胶产品。
干燥产品配成2％悬浊液，经均质后，在90℃水浴中加热10min成胶，采用英国的Micro Stable System的Texture Analyzer质构分析仪来测定凝胶强度。热凝胶多糖纯度用硫酸—蒽酮法测定。不同碱浓度下提取所得热凝胶的性质如表1所示：
表1不同碱浓度下提取所得热凝胶的性质
  发酵液体积(L)   碱液NaOH浓度 溶解所用碱液体积(mL) 乙醇用量(mL) 凝胶强度(g/cm2)(2％水悬浮液) 纯度(以无水葡萄糖计)
  2   0.2N 1500 500 980 83％
  2   0.3N 1350 500 900 85％
  2   0.5N 1100 500 870 86％
低浓度NaOH溶液(＜0.2N)溶解发酵液离心沉淀物，提取得到的热凝胶纯度较低(表中未列出)，这是因为低浓度的NaOH溶液溶解热凝胶，溶解液粘度比较大，菌体不容易离心除去，提取所得热凝胶纯度就较低。综合凝胶强度和纯度两种指标，溶解发酵液离心沉淀物的NaOH溶液浓度取0.2～0.5N比较合适，所用碱液体积为发酵液离心沉淀物体积的2～5倍。采用此浓度的NaOH溶液可得到成胶性好、纯度较高的产品。

Claims (6)

1.一种微生物多糖—热凝胶的提取工艺，其特征是一株粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)WX-C12产热凝胶的发酵液，经离心得沉淀，所得沉淀用碱溶液溶解，离心除去菌体，上清液用盐酸中和，中和所得胶状沉淀用去离子水洗涤1～2次，然后离心或压榨脱水，再用少量乙醇洗涤、干燥、粉碎即得食品级热凝胶产品。
2.根据权利要求1所述的提取工艺，其特征是发酵液经离心得沉淀，其工艺为3000～8000rpm，离心10～30min。
3.根据权利要求1所述的提取工艺，其特征是所得沉淀用0.2～0.5N NaOH溶液溶解，所用碱液体积为发酵液离心沉淀物体积的2～5倍。
4.根据权利要求1所述的提取工艺，其特征是所得热凝胶的碱溶液用盐酸中和，所用盐酸量为中和碱液所需的量，用少量乙醇洗涤，所用乙醇量为发酵液离心沉淀物体积的1～3倍。
5.根据权利要求1所述的提取工艺，其特征是包括干燥、粉碎在内的所有操作温度不超过40℃。
6.根据权利要求1所述的提取工艺，其特征是去离子水洗涤温度为0～10℃。
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