黃原膠是一種微生物胞外多糖，它廣泛 應用于食品、醫(yī)藥、日化、石油等工業(yè)tu。80 年代初以來，我國黃原膠工業(yè)從無到有，并取 得了較大的發(fā)展。

 

黃原膠生產對原料要求較高》在我爾主 要碳塬是精制淀粉，氮源是豆粉和魚粉蛋白 胨等a國外主要以玉米淀粉水解糖漿為硪 癱，氮源以無機氮為主，輔以少量的植棱F蛋 白。梢制的營養(yǎng)綴分在高溫滅菌過程中更容 易被玻壞，最常見的破壞詐用是氨基酸與還 原糖起羰氣反應產生類黑色素的褐變詐用^ 培養(yǎng)基褐變時對黃旗膠發(fā)酵危害極大，輕則 影響發(fā)酵液的外觀、發(fā)酵轉化率和終產品色 澤，重則抑制黃單胞菌 (Xanthomonas )的生長，使發(fā)W徹底失敗。

 

我國目前的黃原膠生產廠大都采用傳統(tǒng) 方法，在發(fā)酵_中對培養(yǎng)基進行實罐滅菌，在 發(fā)薄嫌中實施對成熟醪液中活菌體熱殺菌。 這是逾成我國黃原膠產品顔色偏深、粘度偏 低，食品級產晶衛(wèi)生往往無法達標的根本原 因之一，租搏了國產黃康膠與國外產品在廣 量上競爭。國外有關公司在黃原膠發(fā)酵培養(yǎng) 基和成熟醪液滅菌方面有獨特的技術，但因 涉及商業(yè)性生產間題，未f有公開發(fā)表。

 

本文介紹了 2種實用新技術;（1>工&規(guī) 棋的黃原膠發(fā)酵培養(yǎng)基連續(xù)滅菌技術;(2)工 業(yè)規(guī)模連續(xù)殺滅黃原膠發(fā)酵成熟醪中黃單胞 菌的新技術a前者使碳源、氣源徹底分開滅 菌，有效地通制了滅菌過程的褐變作用，更好 地保存了培養(yǎng)液的營養(yǎng)成分;后者利用黃原 膠醪液剪切變稀的流動特性，髙溫變稀冷卻 還原的受熱特性，高溫、快速、連續(xù)殺滅醪中 的黃單胞菌，同時使多糖性能因熱處理而得 到改蕃。黃原膠的工業(yè)生產實踐證明，來用 以上2項新技術，能顯著提高滅菌效率，有效 地提高發(fā)酵轉化率，使終產品的活菌含量降 低，達到食品級產品衛(wèi)生指標，并使產品色澤 變淺、變亮，提高產品惑官質童。

 

1培養(yǎng)基連續(xù)滅菌技術1.1工藝流程田工藝流程如圖1所示。

 

1.2工藝_作要點(1)向碳源配料桶1中加入液化好的淀 粉洛液，開動攪捽，加入輕質碳酸鈣，加水調 整體積至刻度，待料溫上升，調好pH,最后加 入消泡劑；_氮漯配料桶2中加入a粉和魚 粉蛋白胨等，開動攪拌Ji水調整體積至刻 度，待料溫上升，調奸pH,最后加入消泡劑。 U)打開噴射加熱器4進蒸氣閥門，空消連續(xù) 滅菌系統(tǒng)，尾氣由閾D排出或送入1的盤 管，預熱1中冷料；空消時系統(tǒng)表壓為0.2MPa,空消時間為30min。（3)1中料液 預熱至601C左右，系統(tǒng)空消充分后，開動往 復粟3,將1中料液送入連續(xù)滅菌系統(tǒng)，同時 開大蒸氣，微微啟開閥D;待閥D排出熱料 液，觀察料溫T3，開闊E將滅菌料液切換進 預先滅好菌的發(fā)酵罐中，同時打開螺旋板換 熱器的冷卻水進水閥F，關閉閥D,打開閥C, 將熱冷凝水泵入1、2的盤管，預熱1、2中冷 料。（4)調節(jié)往復泵轉速，進蒸氣量和冷卻水 流量使連續(xù)滅菌系統(tǒng)很快穩(wěn)定。穩(wěn)定狀態(tài) T，Ti = 135t：、T2 = 130C、T3 = 35t：c(5)l 中料液滅菌完畢，先加一定量水并維持系統(tǒng) 穩(wěn)定，待1中水即將打完，將往復泵進料口切 向2,繼續(xù)給氮源滅菌。滅菌結束后，關閉閥 F, —批次251料液滅菌大約需1.5h。

 

1.3討論1.3.1培養(yǎng)基連續(xù)滅菌理論培養(yǎng)基滅菌過程既要殺滅雜菌孢子又要 保存薷養(yǎng)成分，實驗證明，微生物的熱死過程 符合一級化學反應動力學方程，即：-dc/d? = Kc(1)

 

dlnK/dT = AE/RT2(2)

 

式中o雜菌濃度；K:熱死速比;^￡:活化 能；R,通用氣體常數;了：溫度;反 應時間營養(yǎng)物質的受熱破壞反應也可看做符合 一級反應規(guī)律，由于處雜菌：> 處：營養(yǎng)[2]，而(2)式指出4E越大，了的變也對K影響越 大，因此將T提高會加速雜菌孢子的死亡， 而營養(yǎng)物質熱破壞速度增加很小，同時由于 提髙r會使滅菌時間顯著縮短，總的結果是達 到了滅菌要求而營養(yǎng)成分破壞量大為減少。

 

依據上述理論，連續(xù)滅菌工藝將滅菌溫 度由實罐滅菌的1201C提高至135*0 ;滅菌保 溫時間由實罐滅菌的30min縮短至7min;實 罐滅菌需要較長的加熱和冷卻時間，連續(xù)滅 菌培養(yǎng)基流經噴射加熱器瞬時加熱至預定溫 度，流經螺旋板換熱器時瞬時冷卻至發(fā)酵溫 度。

 

1.3.2連續(xù)滅菌能有效道制褐變作用采用連續(xù)滅菌技術能使碳源、氮源徹底 分開滅菌，能有效地抑制美拉德反應，減少褐 變作用。觀察發(fā)現，連續(xù)滅菌后的培養(yǎng)液顏 色比實罐滅菌后培養(yǎng)液顏色淺得多，基本上 維持連續(xù)滅菌前液化淀粉和碳酸鈣混合液的 顏色，而實罐滅菌后培養(yǎng)液呈棕紅色，培養(yǎng)基 滅菌時產生的色素直接帶入產品。應用連續(xù) 滅菌工藝的成熟發(fā)酵醪色澤比實罐滅菌工藝 所得發(fā)酵醪色澤淺，在同樣的后提取條件下， 前者所得產品更白更亮。表1是連續(xù)滅菌與 實罐滅菌兩種工藝所得發(fā)酵結果的比較。 1.3.3連續(xù)芡菌系統(tǒng)穗定可靠連續(xù)滅菌系統(tǒng)加熱器為特制文丘里管式 噴射加熱器，保溫滅菌部分是由60 m長的維 持管和2只瘦髙的維持罐構成，充分考慮了 培養(yǎng)基返混這一不利因素，使培養(yǎng)液在管道 中的流型接近活塞流，保證了滅菌徹底性。 多批發(fā)酵實踐證明，除明顯的機械故障和操 作失誤，連續(xù)滅菌可靠性很高，采用連續(xù)滅菌 工藝的33 m3大罐發(fā)酵成功率明顯髙于采用 實罐滅菌工藝的3 m3種子罐，33 m3大罐發(fā) 酵成功率接近100%, 3 m3種子罐有時會因 實消過頭或不徹底造成不長菌和污染倒罐， 成功率在70%左右。

 

若在連續(xù)滅菌系統(tǒng)引入自動控制技術，表1連續(xù)滅菌和實罐滅菌工藝對黃琢膠發(fā)_的彩響連消工藝 ! 33 w3氣升式發(fā)酵罐數據 i! 實消工藝3 m3氣升式發(fā)綍罐數據批號時間h風量WM多糖含量S/L粘度-Pa-a成品1 色澤1時間h風量VVM多*翕憊g/L粘度P&*s成品色澤■721-0.8258.0白721：14307.96貧揭72i：0.9308.8黃白721:1-4307.0褐65i-i,o3Si2.5白721:1-53$9.5黃683510.0白*粘度測定：NDJ-1型粘度計，3對轉子，60 r/min。

 

系統(tǒng)會更加穩(wěn)定可靠，具體操作時K要通過 調節(jié)閥控制蒸氣流量、冷卻水流量，變頻器控 制泵的流量，就可使系統(tǒng)穩(wěn)定，從而更加顯示 出連續(xù)滅菌高效、可靠等方面的優(yōu)點。

 

2成熟發(fā)酵醪的連續(xù)滅菌技術2,1工藝津程圖工藝流程如圖2所示。

 

圖2連續(xù)殺滅黃單胞菌工藝流程圖1-滅菌前醪液5￡罐；2,4,6-單艨桿蒹；3-BR4J-45乎板換熱器<加熱)；5-BE4J-UC乎板換熱器(保溫 7-BR4J-100平板換熱器<冷卻}i 8-滅菌后醪液貯縐；-不同位置泡度計2.2工藝搡作要點黃原膠分子間靠氣鍵形成雙股或多股螺(1)打開醪液貯罐1進蒸氣閥給系統(tǒng)空旋的剛性結構w。備溶液湛度升高時，分子消，空消系統(tǒng)表壓0.2MPa,時間20min。（2)內熱運動加劇，氫鍵結合力減弱，嫘旋結構松給1罐進料，再打開螺桿泵2將醪液送入平弛，溫度升高至一定范圍，縲旋結構完全解板加熱器3,開大3的加熱蒸氣，調節(jié)2泵轉體，構象發(fā)生變化，多糖分子變成柔軟的長纖速和回流，控制指示在1101C。（〗)打開4維;冷卻時多糖分子重新聚合，但重新聚合成泵和6泵，調節(jié)兩泵的囬流，同時打開換熱器的多糖分子螺旋結構與原來的不一致，特別7的冷卻水并調節(jié)其流量，控制T2 = 108X：，是多糖分子媒旋結構之間的空間位阻減小，T3 = 40t：，并使連消系統(tǒng)穩(wěn)定。一批次20結構更緊密，所以受熱處理之后多糖的流變m3醪液滅菌大約需1.5 h。性能得到改善。圖3為質量分數2.8%的黃2.3討論原膠醪液加熱和冷卻過程表觀粘度變化曲2.3.1黃康股經短時間高溫處玫流變性能線[4]。另外，我們發(fā)現，熱處理溫度在95?

 

得到改晷105C表觀粘度提高最明顯w(見表2)。但考慮到殺菌效果，我們選擇105 ~ 1101C為醪 液連續(xù)滅菌溫度范圍《殺滅黃單胞菌;另一方面，黃原膠本身是熱敏 性物質，若為徹底殺菌而升高溫度和延長殺 菌時間，又會嚴重影響產品的色澤、溶解性 能、流變性能，甚至引起黃原膠熱降解，50s0溢度圖3加熱與冷卻過程黃康膠 醪液粘度變化曲線表2不同溫度熱處理對黃通膠醪液粘度影喃熱處理溢度熱處理10 min立即冷卻，在 S I_F_ 薄轱度(IVO尿始霱液10.38510.89511.610511,51219*7133明顯變薄2,3.2選擇平板換熱器能利用醪液特性高 故滅埔成熟發(fā)酵醪中含有大量活菌體，黃單胞 菌（Xas法并肺JSS casipe對rfs )是一#植_病 原菌，雖然不是人體致病菌，但食用后會對人 體產生不良影響，因此，國際上對食品級黃原 膠產品活菌數有嚴格規(guī)定（如美國FCC1981 和FA01986),我國也規(guī)定每g食品級黃原 膠千粉活細菌數不超過10000個[61?通常 60X：就可使黃單胞菌失活，但黃原膠是黃單 胞菌的莢膜多糖，牢牢地附在菌體表面，保護 菌體少受外界環(huán)境溫度影響s表現在醪液的 加熱滅菌上，就給工業(yè)生產帶來了難題，一方0 100 200 抑切速率/s-1圖4某批發(fā)薄及h表觀粘度 與剪切速率關系曲線我們結合連續(xù)滅菌理論和黃原膠剪切 變稀的流變特性(如圖4所示),選擇單蜾桿 泵做為醪液連續(xù)滅菌的動力，選擇板式換熱 器做為連續(xù)滅菌的加熱器、維持器和冷卻器， 選擇適當的板片組合，構成醪液的流道，在滿 足滅菌時間的條件下，盡量加快醪液在板間 的流速，提高對醪液的剪切速率，使醪液表觀 粘度降低，強化傳熱，提高殺苗效率〇

 

在加熱段，選擇(6 X 9)/(1 x 54>的板組 合，使醪液在板間流速達0.15 m/s,呈湍流流 態(tài)，考慮國產板式換熱器搡作壓力一般<0.3 ，每級換熱器之間串進一臺縲桿泵，并在 設計流道時考慮高粘醪液阻力造成的壓降， 以免換熱板在髙壓下脹開泄漏;在保溫段，利 用醪液本身熱量進行熱交換，為保證保溫時 間7 min，醪液流道較長，阻力較大，操詐時要 調節(jié)螺桿泵回流比，使之逐步進入穩(wěn)定狀態(tài)。 我們選擇(18 X 7)八18 x 7)板組合，醪液在板 間流速達0.2 tn/s,呈高度湍流狀態(tài);在冷卻 段，同樣選擇(18 X 7)八18 x 7)的板組合，調 整冷卻水流童，很方便迪將滅菌后的醪液冷 卻至下工段要求的溫度(401：多批醪液的滅菌實踐證明，用平板式換 熱器連續(xù)滅菌，醪液在系統(tǒng)中經過的時間為 15 min左右，10SC保溫時間僅7 min,醪液受 熱褐變得到了有效地抑制，外觀顔色不會加 深;經過連續(xù)滅茴熱處理后，成品的流變性能 得到了 一定程度上的改善;滅菌效果很好，滅 酋后，若后續(xù)工序不帶雜菌，終產品能達到食 品級產品對黃單胞菌的活菌數要求^3結語發(fā)酵培養(yǎng)基連續(xù)滅菌理論上的優(yōu)點早就 海人們所知，但過去由于儀器控制手段落后， 操作人員水平為隹等撅因，其滅菌可靠性遭 到懷疑，在我國僅在酒精生產、酵母生產等不 易染雜菌的發(fā)酵產品上應用?，F在自動控制 儀表可靠性有了很大提髙，我們將這種連續(xù) 滅菌技術應用于黃原膠工業(yè)生產，證實該技 術高效快捷、操作方便、穩(wěn)定可靠，滅菌效果 好，特別是能使碳、氮分開滅菌，對提高產品 廣童有效，并且能解決大型非機轤攪拌反應 器的培養(yǎng)基滅菌問題。

 

黃康膠發(fā)酵醪的后處理技術是我國黃原 膠生產廠的樽弱環(huán)節(jié)，不少黃原膠廣的產品 達不到食品級產品的衛(wèi)生指標，外觀色澤也 比不上國外產品。熱殺滅醪中黃單胞菌是影 響產品色澤和衛(wèi)生指標的關鍵技術，我們在 連續(xù)滅菌理論指導下，設計出以平板式換熱 器主體的連續(xù)滅菌系統(tǒng)，利用黃原膠剪切變 稀的流變行性，能高效快速殺滅黃單胞菌而 不影響終產品質量，并且能使黃原膠構象發(fā) 生有益變化，在一定程度上改善黃原膠流變 特性。

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