黃原膠(xanthan gum)又稱漢生膠、黃桿菌膠、黃桿菌 多糖等，是一種細(xì)菌胞外多糖，它是野油菜黃單孢菌以碳 水化合物為主要原料，經(jīng)好氧發(fā)酵生物工程技術(shù)產(chǎn)生的 '黃原膠具有獨特的理化性質(zhì)，可以溶于冷水和熱水中， 具有高粘度，高耐酸、堿、鹽特性、高耐熱穩(wěn)定性、觸變性、 懸浮性等，常被用作增稠劑、乳化劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑。黃 原膠由于其獨特的性質(zhì)，在化工、食品、陶瓷、醫(yī)藥、紡織、 采油、印染、涂料、炸藥、冶金、造紙、滅火、農(nóng)藥和化妝品等 領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，具有廣闊的市場前景，它是目前世界上 生產(chǎn)規(guī)模最大且用途極為廣泛的微生物多糖[2]。本研究 目的是為提高黃原膠的產(chǎn)量，對黃原膠的發(fā)酵條件進行 了研究。

1材料與方法 1.1菌種

野油菜黃單胞菌J-12菌株(Xanthomonas campestris J-12):本實驗室保藏。

1.2設(shè)備

GNP-9080型隔水式恒溫培養(yǎng)箱，HZQ-QX全溫振蕩

器，LDZX-50KB立式電熱壓力蒸汽滅菌器，DV-E黏度計， 烘箱，黃原膠發(fā)酵條件優(yōu)化研究,FA1004電子天平，SW-CJ-IC凈化工作臺等。

1.3培養(yǎng)基[3]

斜面培養(yǎng)基:蔗糖2g，牛肉膏0.5g，蛋白胨0.3g，酵母粉 0.1g，瓊脂 2g，水 100mL。

種子培養(yǎng)基:蔗糖2g，牛肉膏0.5g,蛋白胨0.3g,酵母粉 0.1g，水 100mL。

搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基:玉米淀粉4.5g，豆餅粉0.3g，碳酸鈣 0.3g，磷酸二氫鉀0.5g，硫酸鎂0.25g，硫酸亞鐵0.025g，檸檬 酸0.025g，水100mL。調(diào)培養(yǎng)基的pH值至7.0,121°C濕熱滅 菌 20min。

1.4工藝流程

保藏菌種—斜面活化—搖瓶種子—搖瓶發(fā)酵—發(fā)酵液—提取—干 燥—粉碎—成品

1.5工藝要點

種子培養(yǎng):將保藏4C的斜面種子在斜面上活化傳代 2次，然后將菌苔接入50mL種子液的250mL搖瓶中28C、 180r/min搖床培養(yǎng)24h，剛起黏即停止，顏色黃棕色，無異味。

搖瓶發(fā)酵:把5% (v/v)的種子液接入裝有100mL培養(yǎng) 基的500mL的三角瓶中，溫度控制在28°C、轉(zhuǎn)速為180r/min， 發(fā)酵周期為72h。

1.6測定方法 1.6.1產(chǎn)量的測定[4]

稱取適量的發(fā)酵液，加入發(fā)酵液2倍體積的酒精，室溫 下攪拌30min,然后過濾掉酒精，再加入1倍體積的酒精攪 拌過濾，得到黃原膠置于烘箱中，60°C烘干至恒重，精密天 平稱量。以得到的黃原膠質(zhì)量比發(fā)酵液體積，得產(chǎn)量。 1.6.2黏度測定

使用DV-E型黏度計，05號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速60 r/min進行測 量黃原膠發(fā)酵液黏度。

1 pH值對黃原膠發(fā)酵的影響

將搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基分別置于pH值為6.0、6.4、6.8、7.0、 7.2和7.4條件發(fā)酵培養(yǎng)，接種量5%、28°C、轉(zhuǎn)速180r/mim，培 養(yǎng)時間72h后測定發(fā)酵液的黏度和產(chǎn)量，結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，黃原膠的產(chǎn)量和黏度受pH值的影 響。在pH6.8?7.2值時，其產(chǎn)量和黏度也逐漸升高。當(dāng)pH值 7.0時產(chǎn)量最高，黏度最大。隨后pH值增大其產(chǎn)量和黏度也 逐降低。

2.1.2溫度對黃原膠發(fā)酵的影響

將搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基分別置于20°C、24°C、28°C、32°^P 36C等不同溫度下發(fā)酵培養(yǎng)，接種量5%，保持pH值7.0,轉(zhuǎn) 速180r/mim，培養(yǎng)時間72h后測定發(fā)酵液的黏度和產(chǎn)量，結(jié) 果見圖2。

由圖2可以看出，黃原膠的產(chǎn)量和黏度受溫度的影響。 較高溫度可以提高黃原膠的產(chǎn)量，但降低了黃原膠的黏 度，如提高黃原膠的產(chǎn)量應(yīng)選擇溫度在28°?32°，若提高 黏度應(yīng)選擇溫度在26°?30°。

2.1.3接種量對黃原膠發(fā)酵的影響

將搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基分別接入4%、5%、6%、7%和8%種 子液下發(fā)酵培養(yǎng)，28°C，保持pH 7.0,轉(zhuǎn)速180r/mim，培養(yǎng)時 間72h后測定發(fā)酵液的黏度和產(chǎn)量，結(jié)果見圖3。

發(fā)酵液黏度

產(chǎn)量

由圖3可以看出，黃原膠的產(chǎn)量和黏度受接種量的影 響。黃原膠發(fā)酵條件優(yōu)化研究,接種量過多，往往使菌絲生長過快，培養(yǎng)基黏度增加， 若提高黃原膠的黏度應(yīng)使接種量在7%?8%，但過高的接 種量造成基質(zhì)缺乏，生長過快，而影響產(chǎn)物合成，故若提高 黃原膠的產(chǎn)量應(yīng)控制接種量在5%~6%。

2.1.4轉(zhuǎn)速對黃原膠發(fā)酵的影響

將搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基的分別置于160r/min、180r/min、 200r/min、220r/min和 240r/min轉(zhuǎn)速下發(fā)酵培養(yǎng),28°C，接種 量5%，保持pH 7.0,培養(yǎng)時間72h后測定發(fā)酵液的黏度和 產(chǎn)量，結(jié)果見圖4。

由圖4可以看出，黃原膠的產(chǎn)量和黏度受轉(zhuǎn)速的影響。 隨轉(zhuǎn)速的增大黃原膠的產(chǎn)量和黏度均增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速為 220r/min時黃原膠的產(chǎn)量和黏度不再增大。因此選取220r/ min為黃原膠發(fā)酵的轉(zhuǎn)速。

2.2黃原膠發(fā)酵條件的正交試驗

根據(jù)單因素試驗優(yōu)化結(jié)果，選取對生產(chǎn)黃原膠發(fā)酵 條件(pH值、溫度、接種量、轉(zhuǎn)速)進行L，正交試驗，因素 水平見表1。

2.3正交試驗結(jié)果和方差分析

由表2和表3正交試驗及方差分析可知，發(fā)酵液黏 度差異并不是很大。但不同培養(yǎng)條件下，產(chǎn)量是不同的， 

經(jīng)驗交流

中國釀造 

表1優(yōu)化發(fā)酵條件正交試驗因素與水平

Table 1. Factors and levels of orthogonal experiment

水平A pH值B溫度/CC接種量/%D 轉(zhuǎn)速/(r_min-)

16.8244180

27.0285200

37.2326220

表2優(yōu)化發(fā)酵條件正交試驗結(jié)果與分析

Table 2. Results of orthogonal experiment

試驗號ABCD 產(chǎn)量Mg.L-)發(fā)酵液黏度/(mPa-s)

1111120.35368

2122222.35389

3133322.75598

4212322.65527

5223123.45312

6231223.65507

7313225.15527

8321324.35336

9332123.45257

Ki65.368.068.267.1

K269.670.068.371.0

K372.869.771.269.6

K121.7722.6722.7322.37

K223.2023.3322.7723.67

K324.2723.2323.7323.20

R2.50.661.01.3

表 3 正交試驗方差分析結(jié)果

Table 3. Results of variance analysis

方差來源偏差平方和自由度均方F值顯著水平

(SS)(df (MS)(F) (p)

A9.442 4.722360 **

B0.782 0.39195 **

C1.942 0.97485 **

D2.602 1.3650 **

誤差0.0042 0.002

注(2,2) =99;。.05 (2,2) =19“**”表示試驗結(jié)果達到極顯著水平

(p<0.01)表示試驗結(jié)果達到顯著水平(0.01<p<0.05)。

在pH值、轉(zhuǎn)速、接種量、溫度4個因素中，最主要的因素是

pH值，其次是轉(zhuǎn)速，接種量和溫度。經(jīng)綜合分析，優(yōu)化后的 最佳工藝條件為A3B1C3D2,即pH值7.2、轉(zhuǎn)速200r/min、接種 量6%、溫度28°C。

2.4驗證試驗

根據(jù)正交結(jié)果分析A3BIC3D2。驗證試驗結(jié)果顯示，黃原膠發(fā)酵條件優(yōu)化研究,產(chǎn) 量達到25.5g/L，黏度為5569mPa* s，該組合產(chǎn)量較高，是較 優(yōu)的發(fā)酵條件。

3結(jié)論

3.1目前世界黃原膠生產(chǎn)最高水平，發(fā)酵黃原膠濃度已達 到5%左右;而我國黃原膠生產(chǎn)水平一般發(fā)酵產(chǎn)膠率一般 為2.2%?2.4%，因此目前國內(nèi)就生產(chǎn)工藝，國內(nèi)黃原膠發(fā) 展還有很長的路要走。

3.2本試驗從黃原膠的發(fā)酵pH值、轉(zhuǎn)速、接種量、溫度等進 行研究，發(fā)現(xiàn)pH值對黃原膠發(fā)酵影響較大，調(diào)節(jié)pH值為72 可以較大地提高黃原膠的產(chǎn)量。通過正交試驗優(yōu)化，黃原 膠的產(chǎn)量和黏度2項指標(biāo)較單因素試驗結(jié)果有所提高，正 交試驗的方差分析結(jié)果表明pH值、轉(zhuǎn)速、接種量、溫度對 黃原膠發(fā)酵影響達到極顯著水平(p<0.01)，確定了黃原膠 的發(fā)酵條件pH值7.2,接種量6%，轉(zhuǎn)速200r/min，溫度28°C 發(fā)酵72h；在此發(fā)酵條件下產(chǎn)量達到25.5g/L,黏度為5569mPa's， 本試驗為黃原膠的發(fā)酵生產(chǎn)工藝條件提供了參考依據(jù)。