黃原膠(Xanthan Gum)是由野油菜黃單胞菌 (XaniAwnomu taffipeiirii )產(chǎn)生的一種胞外雜多糖。 50年代美國首先發(fā)現(xiàn)并證實黃原膠具有許多獨特的發(fā)酵培養(yǎng)基理化性質(zhì)，主要表現(xiàn)為顯著的假塑性、良好的增稠 性、較髙的乳化穩(wěn)定性、耐髙鹽、低濃度下的髙粘度、 對固體懸浮能力強、以及較寬的耐溫和耐酸堿穩(wěn)定 性等等，因此被廣泛應(yīng)用于二十多個行業(yè)，如作為泥 菜增稱劑和采油驅(qū)油劑應(yīng)用于石油工業(yè);并且因使 用安全先后被多個國家及國際食品立法機構(gòu)批準(zhǔn)在 食品工業(yè)中應(yīng)用》_21。
自60年代黃原膠開始工業(yè)化生產(chǎn)以來，國際上 生產(chǎn)黃原膠的國家不斷增加，生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大，但 仍不能滿足不斷增長的市場需求。我國黃原膠的研 究和生產(chǎn)始于70年代末，但因種種原因使得國內(nèi)黃 原膠的生產(chǎn)難以形成規(guī)模[3],與國際水平相比仍有 較大差距，在菌_選育、發(fā)酵培養(yǎng)基及其工藝、產(chǎn)品 提煉、質(zhì)量控制諸多方面尚需做大量工作。本文報 道了對野油菜黃單胞菌J -12發(fā)酵培養(yǎng)基成分優(yōu)化 研究的結(jié)果。
1材料與方法1.1供試茴株野油菜黃單胞菌XantAomorzos-12,見前報⑷。
1.2培養(yǎng)基平板培養(yǎng)基、斜面培養(yǎng)基和搖瓶種子培養(yǎng)基按 文獻[4]所述方法制備，搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源、氮源 和無機鹽等成分的選擇和用量分別經(jīng)單因素法和正 交試驗確定。
1.3主要實驗方法 1.3.1細(xì)跑堪養(yǎng)與產(chǎn)品收集將保藏于4C的斜面種子在斜面上活化傳代兩 次，然后將菌苔接到搖瓶種子培養(yǎng)基內(nèi)，置18(h/min 搖床28t恒溫培養(yǎng)24小時，取適量接種于裝有60ml 搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基的300ml三角瓶中，28t恒溫?fù)u床 180r/min培養(yǎng)72h。收集發(fā)酵液用酒精沉淀法提取， 再將提取物置76t烤箱烘干，獲得黃原膠產(chǎn)品。 1.3.2發(fā)酵液粘度的測定發(fā)酵終止后取適量發(fā)酵液用NDJ -1型旋轉(zhuǎn)粘 度計(上海天平儀器廠)、4號轉(zhuǎn)子、3〇r/min、在室溫 條件下測定發(fā)酵液粘度。
1.3.3黃原肢丙?酸含量的測定按文獻^所述的酶法測定并按標(biāo)準(zhǔn)曲線計算黃 原膠樣品中的丙酮酸含量。
2結(jié)果與討論2.1單因素法初步確定培養(yǎng)基成分和接種ft 2.1.1最佳破源的ii擇分別采用蔗糖、葡萄糖和淀粉作為培養(yǎng)基的碳源 進行發(fā)酵。為觀察淀粉水解情況，分別于發(fā)酵24h、 48h及72h取少許發(fā)酵液用KI- 12溶液測試，看到 24h時四種濃度淀粉發(fā)酵液均呈深紫色時3% 和4%淀粉發(fā)酵液為淡紫色，5%和696的紫色仍較 深;至72h前兩種發(fā)酵液已無紫色出現(xiàn)，說明淀粉被 黃單胞菌J -12分泌的淀粉酶完全水解，而后兩種淀 粉濃度發(fā)酵液仍出現(xiàn)不同深淺的紫色，提示有不同程 度的淀粉殘留。測定各組發(fā)酵液粘度，提取黃原膠并 稱重，計算出碳源轉(zhuǎn)化率和黃原膠產(chǎn)率，結(jié)果見表1。
表1不同破源培養(yǎng)基的發(fā)酵結(jié)果 碳傾（％) 粘度(mPa，s) ?轉(zhuǎn)化豐(％)? *產(chǎn)率(％)
47.562.0044.061.8364.301.9948.362.0341.832.3143,492.78接種量與發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率間存在一定的關(guān)系。 接種量過少會使菌體生長期延長，不僅增加能耗和 影響設(shè)備利用率，而且增加染菌的機會;加大接種量 可使菌體生長期縮短，但有可能在短時內(nèi)使底物消 耗太快等原因影響細(xì)菌的代謝和產(chǎn)膠能力。所以在 黃原膠生產(chǎn)中同樣應(yīng)選擇適宜的接種量。依據(jù)圖1 的實驗結(jié)果，初步選擇發(fā)酵培養(yǎng)基的接種量為5 96? 2.1.3檸樣酸對黃原膠產(chǎn)率的影響據(jù)報道[6]，各種有機酸的加入會導(dǎo)致多糖中膠 產(chǎn)量明顯提高，這可能是因為在多糖合成的過程中， 有機酸作為某一別構(gòu)酶的抑制劑而起作用。與谷氨 酸、丙酮酸、延胡索酸相比，檸樣酸的作用更大。圖 1的實驗提示培養(yǎng)基中檸樣酸的加人有利于提髙黃 原膠產(chǎn)率，因此對檸檬酸的加人量進一步進行研究， 結(jié)果(圖2)證實檸檬酸能較大程度地提髙膠產(chǎn)量， 以0.025%的添加量最佳。
2.卯r0.025 0.050 0.100 0.200 檸檬酸含fi(%)
囷2件樣酸對黃原肢產(chǎn)率的影響2.：。4無機鹽對黃原肢生產(chǎn)的影響將J _ 12分別接種于不加或添加0. 5% KH2P04及的培養(yǎng)基中發(fā)酵，觀察到 發(fā)酵液粘度從7920 mPa_S增至8400 mPa_s,黃原膠 產(chǎn)率自2.03%提高到2.53%，說明加人瑰鹽和鎂鹽2.90 -62.80 - 「2,60蜃 2.7000.0100.0250.0500.1C0FeS04 含圖3 FeS04對黃原膠產(chǎn)率的影響有利于J -12黃單胞菌的生長及其代謝產(chǎn)物的分泌。
此外，圖1的結(jié)果提示培養(yǎng)基中添加FeSQ亦 使J -12的產(chǎn)膠率增加，通過研究不同含量FeS04 對黃原膠產(chǎn)率的影響(圖3)，初步確定FeS04的最 佳含量為0.025%。
2.2培養(yǎng)基的優(yōu)化研究在上述單因素法的基礎(chǔ)上采用正交試驗設(shè)計11] 優(yōu)化黃原膠發(fā)酵培養(yǎng)基。以碳源、氮源、CaCOb、 KHJP04 + MgS04、接種量為發(fā)酵因素，每因素選擇 3水平，用1^313正交表設(shè)計27組搖瓶發(fā)酵實驗，并 對碳源和氮源、碳源和CaCOj、氮源和CaCA用量 的交互作用進行考察(表2)。分別測定了 27種不 同培養(yǎng)基條件下發(fā)酵液粘度和黃原膠產(chǎn)率，結(jié)果見 表3。
表2正交試驗表頭設(shè)計表頭斷A BAXBC AXC BXCD Bxc E列號1 2345 67 89 10 11 1213A碳源（％)A,蔗糖4Ai葡萄糖4Aj淀粉4B氮源(％)玖魚粉0.602豆餅粉0,6Bj魚粉0.3 +豆餅粉0-3C CaOCbC%)QO.OQ0.15QjO.3D KH^+MgSO^%)Di 0,5 + 0.25Dz 0.5 + 0,025Da 0.05 + 0.025E接種ft(%)Ei 2E2 5E3 10表3優(yōu)化實驗結(jié)果實驗號粘度(mIVS)產(chǎn)率(％) 實驗號粘度(mPa_S) 產(chǎn)率<%)
實驗號 粘度(mPa_s)產(chǎn)率(％)
?0000208020*00140 a57674140621145*5200291126630^4356131-2-2'1-1-2'0-2'-012345678 1 1 1 1 1 1 1 1 1823041332223430017192021222324252627340^94068005400320724054401 1607?S7T&&3^19^5734 2少 22ft33zs1-2-2-2-2-2'2-2-2'將以上結(jié)果進行統(tǒng)計學(xué)方法分析，根據(jù)正交試 驗及方差分析結(jié)果(表4,表5)，得知因素A、C、D對 發(fā)酵有顯著影響，最佳含量為因素B無 顯著性影響，考慮到豆餅粉中含有生物素，對代謝 途徑及菌體細(xì)胞膜的通透性有調(diào)節(jié)作用，故選擇 氏;因素E無顯著性影響，根據(jù)單因素實驗結(jié)果選 擇由此確定最優(yōu)培養(yǎng)基配方為、Ej, 即黃單胞菌J - 12的最佳培養(yǎng)基組成為4%淀粉、 0. 3% 魚粉 + 0. 3% 豆餅粉、0. 3% CaC〇3、〇。 5%KH2PO4 + 0.25%MgSO4,5%接種量。在此基礎(chǔ) 上，綜合單因素實驗結(jié)果，配制加人0. 025%梓様 酸、0.025% FeS04的發(fā)酵培養(yǎng)基。采用此培養(yǎng)基 配方，在消前pH7.2?7. 5,接種量5%，發(fā)酵溫度 28t：，搖床轉(zhuǎn)速18〇r/miti,發(fā)酵時間72h的實驗條件 下進行搖瓶發(fā)酵，測定發(fā)酵液粘度為8740 mPa-s， 用酒精直接沉淀法提取黃原膠的產(chǎn)率為2.91 %,產(chǎn) 品的丙酮酸含量為3.32%,三項指標(biāo)均較單因素實 驗的結(jié)果有所提高，接近或髙于文獻報道值[8、9]。