黃原膠的制備包括發(fā)酵、純化和制成成品三部分。黃原膠發(fā)酵液具有髙黏度、高雜質(zhì)和有效成 分含量低的特點(diǎn)，給純化過(guò)程造成困難，使純化成本在總制備成本中占了相當(dāng)大的比例。黃原膠成 品分工業(yè)粗品級(jí)、工業(yè)級(jí)、食品級(jí)和藥用輔料級(jí)四種，其中食品級(jí)和藥用輔料級(jí)黃原膠因質(zhì)量要求 最高，所以純化難度和成本最高9本文綜述了國(guó)內(nèi)外食品級(jí)黃原膠的純化工藝，為進(jìn)一步探討成本 低、效率高的純化工藝提供參考。 2. 食品級(jí)黃原膠純化工藝 食品級(jí)黃原膠的純化包括發(fā)酵液預(yù)處理、固-液分離和提取分離三個(gè)步驟。溶劑法直接提取的黃 原膠產(chǎn)品含有大量菌體蛋白和色素雜質(zhì)，總氮含量高、透明度差、色澤深?采用合適的預(yù)處理和固_ 液分離法有助于提高食品級(jí)黃原膠的質(zhì)量和產(chǎn)量。 2.1發(fā)酵液預(yù)處理 預(yù)處理主要是對(duì)發(fā)酵液中的菌體細(xì)胞、殘余糖、有機(jī)氮、色素及其它代謝產(chǎn)物等在提取分離前 進(jìn)行處理。預(yù)處理的方法包括巴氏滅菌法、酶解法和吸附法等。 巴氏滅菌法(pasteurization)是一種既可殺死病菌又能保持營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不變性的滅菌法， 現(xiàn)在常常被廣義地用于定義需要?dú)⑺栏鞣N病原菌的熱處理方法。巴氏滅菌法能殺死細(xì)菌，破 壞細(xì)胞和酶，降低發(fā)酵液黏度，有利于后續(xù)純作f藝的進(jìn)行⑴?黃成棟等采用巴氏滅菌法進(jìn) 行預(yù)處理，由于溫度較高，可以提高黃原膠的溶解度，并在一定程度上降低溶液的黏度，利于隨后 的離心和過(guò)濾。恥1^等[4]調(diào)節(jié)發(fā)酵液!)1110~12,溫度5〇'<60*(：，處理3〇1〇111以上，消除了細(xì)菌的 活性，防止后續(xù)酶處理時(shí)酶失活? 雖然巴氏滅菌法工藝簡(jiǎn)單，但控制不好溫度會(huì)導(dǎo)致黃原膠降解。酶解法是在發(fā)酵液中加入 蛋白酶或溶菌酶等降解細(xì)胞壁，使菌體裂解成小片斷和水溶性的含氮化合物，在沉淀多糖時(shí)大部分 留在溶液中，與絮凝的多糖分離。基本過(guò)程為：發(fā)酵液先進(jìn)行加熱滅活，調(diào)節(jié)pH后，加入適量的蛋 白酶或溶菌酶，充分?jǐn)嚢?，然后進(jìn)行離心和過(guò)濾，可以去除大部分菌體，提高產(chǎn)品純度。所有酶處 理法都不用稀釋和濃縮發(fā)酵液，從經(jīng)濟(jì)和可操作性角度來(lái)看是有價(jià)值的。Thomas等151采用堿性蛋白 酶和溶菌酶混合處理的方法，得到了透光度達(dá)94 %以上的黃原膠發(fā)酵液并確定了酶作用的條件，包 括時(shí)間、溫度、pH值等?徐國(guó)華等w先將發(fā)酵液進(jìn)行第一次醇沉，過(guò)濾、溶解后采用堿性蛋白海和 溶菌酶雙酶解，然后將酶高溫滅活，進(jìn)行二次醇沉，得到了高透明黃原膠產(chǎn)品。Joseph等171先在發(fā) 酵液中加入螯合劑、表面活性劑和有機(jī)酸等一種或多種，調(diào)pH 6.5?7.5、溫度50~60 ■〇,然后用酸 性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶或蛋白酶和溶菌酶的混合酶處理〇.5~2 h,最后過(guò)濾和離心， 得到了透光度較高的黃原膠發(fā)酵液，簡(jiǎn)化了純化步驟，降低了成本。 吸附法是在黃原膠發(fā)酵液中加入吸附劑以吸附菌體達(dá)到純化目的。朱圣東等181采用吸附法進(jìn)行 預(yù)處理，在發(fā)酵液中加入1 %硅藻土，吸附10 n>in,結(jié)果表明，黃原膠成品的質(zhì)量明顯優(yōu)于酶解法, 但收率略低。Scott[s]在酶裂解細(xì)胞后，調(diào)pH ltTll,用硅藻土進(jìn)行吸附，可吸附約80 %的細(xì)胞碎 片，既縮短了純化時(shí)間又節(jié)約了成本，同時(shí)也克服了酶處理的缺點(diǎn)如細(xì)胞碎片中蛋白質(zhì)為細(xì)菌提供 營(yíng)養(yǎng)等：Yang[wl利用纖維材料吸附黃原膠發(fā)酵液中大部分細(xì)菌及細(xì)胞碎片，提高了黃原膠發(fā)酵液純 度，降低了純化步驟和成本。 2.2發(fā)酵液固-液分離 固-液分離是將菌體細(xì)胞和不溶性雜質(zhì)等從黃原膠發(fā)酵液中分離，常用的方法有離心法、過(guò)濾法 和超濾法。 離心法和過(guò)濾法是多糖純化中最常用的固-液分離方法[11]，其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，能分離溶液中大 部分雜質(zhì)。離心法是采用高速離心機(jī)，在11000 r/min下離心30 rain,可去除菌體細(xì)胞和不溶性雜 質(zhì)；過(guò)濾法是將發(fā)酵液加熱或適當(dāng)稀釋以降低黏度，然后用濾材如微孔濾膜等過(guò)濾以達(dá)到去除菌體 和不溶性雜質(zhì)的目的。 離心法和過(guò)濾法雖然操作簡(jiǎn)單，但它們均需大量稀釋發(fā)酵液，否則達(dá)不到除菌目的，這樣會(huì)增 加成本。超濾法是通過(guò)選擇一定孔徑的超濾膜，用超濾器將菌絲體、水、色素、殘余糖、有機(jī)氮、 部分無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)與黃原膠分離，既能去除不溶物能去除可溶性小分子雜質(zhì)(包括鹽類(lèi)）[12]。 超濾膜分離的技術(shù)特點(diǎn)為：分離過(guò)程無(wú)相變化，節(jié)能顯著：分離過(guò)程在常溫下進(jìn)行，尤其適宜于熱 敏物質(zhì)的分離和濃縮；僅用壓力作為膜分離的推動(dòng)力，分離裝置簡(jiǎn)單，操作容易，易于自控和維修， 適用范圍廣。超濾法可以提高黃原膠的濃度，降低提取、分離成本并提高產(chǎn)品質(zhì)量；產(chǎn)品處理時(shí)間 短，避免黃原膠降解。費(fèi)利江等?通過(guò)預(yù)處理、超濾脫鹽、濃縮的工藝路線使食品級(jí)黃原膠的 指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)黏度1.5 Pa 總氮含量小于0.5 %,灰分含量小于6 %,大幅度提高了質(zhì)量，并解 決了質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題。Lee等[1?采用中空纖維超濾膜將2.5 %的黃原膠濃縮至15 %后提取，可節(jié) 省能耗80 %,在乙醇沉淀前用超濾方法處理可大大節(jié)省純化成本? Beatriz等[1W在2.5 %的黃原膠 發(fā)酵液中添加了 1 %氯化鉀和大于30 %的異丙醇，大大提髙了超濾速度并節(jié)省了醇用量，降低了純 化歲本。Gaddy等[17]采用超濾法先濃縮黃原膠與非水溶性溶液的混合液，除去了大部分雜質(zhì)，在黃 原膠濃度較高的情況下也取得了較好的純化效果?？傊?，在黃原膠純化工藝中用超濾法對(duì)黃原膠發(fā) 酵液進(jìn)行一定程度的濃縮，對(duì)降低黃原膠提取費(fèi)用及大規(guī)模推廣應(yīng)用有積極的作用。 2.3黃原膠的分離 黃原膠的分離是采用一些能使黃原膠在溶液中溶解度降低后分相、脫水、析出或能與黃原膠結(jié) 合絮凝沉淀的溶劑以達(dá)到沉淀分離的目的。沉淀法是簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的分離高分子物質(zhì)的方法。分 離黃原膠常用的方法有酸沉淀法、醇沉淀法、鹽-醇沉淀法。 黃原膠溶液對(duì)酸堿穩(wěn)定，在pH 4~10之間性質(zhì)無(wú)明顯變化。當(dāng)pH<3時(shí)可形成沉淀.絮凝析出， 故可以通過(guò)酸沉淀法分離黃原膠。該方法具有成本低，能耗省的優(yōu)點(diǎn)。但該方法的酸用量不易控制， 酸濃度過(guò)大易變性，過(guò)低則不易沉淀，在食品級(jí)黃原膠的分離中已較少應(yīng)用111。 食品級(jí)黃原膠最常用的分離方法是醇沉淀法。黃原膠在多種液體介質(zhì)中都可形成穩(wěn)定的狀態(tài)， 它易溶于水，能溶于甘油、乙二醇、濃度低于40 %的甲醇、乙醇和異丙醇。當(dāng)醇濃度達(dá)60 %~70 % 時(shí)，降低了黃原膠與水分子間的親和力，增加了黃原膠分子間的親和力，使之相互絮凝而形成沉淀 與水分開(kāi)，故可用醇對(duì)黃原膠進(jìn)行分離。在分離黃原膠時(shí)，常用的溶劑有小分子醇如甲醇、乙醇和 異丙醇等，這些溶劑可降低黃原膠的溶解性，有助于脫色及脫去無(wú)用的低分子物質(zhì)[_。RiacU^^ 采用3倍發(fā)酵液量的乙醇、Maria等[2n采用1. 44倍發(fā)酵液量的異丙醇沉淀黃原膠，都取得了好的效 果。張學(xué)歡等?研究表明，分離黃原膠時(shí)，乙醇和異丙醇混合使用效果優(yōu)于單獨(dú)使用乙醇或異丙醇， 且當(dāng)乙醇:異丙醇為3:1時(shí)分離效果最好。 醇沉淀法雖然效果好，但醇消耗較多，成本較高。鹽-醇沉淀法是在黃原膠溶液中添加氣化鉀、 氯化鈉等電解質(zhì)，使陽(yáng)離子與黃原膠分子的陰離子部位結(jié)合，降低黃原膠分子的電荷。Blanch等的 研究表明U3]，加人無(wú)機(jī)鹽促進(jìn)黃原膠在醇溶劑中的沉淀，減少醇的用量，且黃原膠分離量增加了兩 倍以上? 添加氣化鉀至最終濃度為5%，使異丙醇的用量大大減少（異丙醇/發(fā)酵液 為1/2)，提高了黃原膠產(chǎn)量，降低了純化成本。Yun等[2M研究表明，乙醇初步沉淀后用十六烷基三 甲基溴化銨沉淀精制可得到較純多糖。目前，加入含低鹽濃度的有機(jī)試劑沉淀黃原膠是較為通用的 方法。 3. 展望 3.1菌種是提高食品級(jí)黃原膠產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素之一。好的菌種不僅能增加黃原膠的產(chǎn)量， 而且能降低發(fā)酵液中雜質(zhì)和色素的含量，降低純化成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。除了一般的誘變方法外， 基因工程技術(shù)將為黃原膠的菌種改良提供技術(shù)支 3.2改進(jìn)或?qū)で笮碌牟僮骱?jiǎn)單的預(yù)處理和純化方法，并將兩者有機(jī)結(jié)合，可降低食品級(jí)黃原膠 純化成本，提高質(zhì)量和產(chǎn)量。