黄原胶发酵工艺条件的优化研究：
黄原胶发酵工艺条件的优化研究，目的优化黄原胶的发酵工艺以提高黄原胶的产量及黏度。方法采用摇瓶发酵，改变实验条件，包括 培养基中碳源、氮源的种类和浓度，复合氮源的组成及含量，无机盐的组成及含量，柠檬酸和碳酸钙的含量等。 通过测定发酵液黏度、粗胶含量来确定较为适合的发酵工艺。结果通过实验得到最佳培养基组成为：蔗糖4%， 硫酸铵0.1%，豆饼粉0.3%，柠檬酸0.1%，硫酸镁0.01%，碳酸钙0.02%;培养条件为：500 mL摇瓶发酵装液 量100 mL，转速220 r/min，发酵温度28.5 °C，培养72 h。进行了发酵罐发酵实验，黄原胶的发酵产量可以达 到25.02 g/L，发酵液的终黏度5 847 cP。结论通过工艺优化，黄原胶产量及黏度均得到提高。
黄原胶，是野生黄单孢菌以碳水化合物为主要 底物发酵产生的酸性胞外杂多糖[1]，具有增黏、悬 浮以及乳化稳定等特点[2]，是目前食品、医药等行 业中惟一得到广泛应用，具有重要商业价值的微生
物多糖[3]。
国际上对黄原胶的需求以7%〜8%的速度逐年增 加。黏度高、品质好的产品更是供不应求。国内虽 然每年生产黄原胶数千吨，但产品质量距国际市场 的要求尚有较大差距。本研究对黄原胶的发酵工艺 进行了优化，以期提高黄原胶的产量和质量。
1实验材料 1.1菌株
野油菜黄单抱杆菌（Xanthomonas campes- tris),本研究室保存。
1.2培养基与试剂
牛肉膏（北京双旋微生物培养基制品厂）；蛋 白胨（工业）；黄原胶发酵工艺条件的优化研究，酵母粉（OXOID);蔗糖、硫酸 铵、豆饼粉、柠檬酸、硫酸镁、磷酸氢二钾、碳 酸钙均为国产分析纯。
种子培养基（g/100 mL):蔗糖2;牛肉膏0.5;
蛋白胨0.3;酵母粉0.1。
摇瓶培养基（g/100 mL):蔗糖3;硫酸铵0.1; 豆饼粉0.3；柠檬酸0.1；硫酸镁0.05；磷酸氢二钾 0.1;碳酸钙0.2。
发酵培养基（g/100mL):蔗糖4;硫酸铵0.1; 豆饼粉0.3;柠檬酸0.1;硫酸镁0.01;碳酸钙 0.02。
1.3仪器
UV-2100分光光度计（UNICO); DV-E黏度计 (美国Brookfield公司）D-37520 osterode离心机 (BIOFUGE); FA1004电子天平（上海良平仪器仪 表有限公司）；微生物发酵罐及在线监测与控制系 统（镇江东方生物工程设备技术有限公司）；HZQ- Q全温振荡器（哈尔滨东联电子技术开发有限公 司）；LDZX-40CI型立式自动电热压力蒸汽灭菌器 (上海申安医疗器械厂）；SW-CJ-IC净化工作台 (苏州净化）。
2方法
2.1发酵液黏度测定
以BrookfieldDV-E型黏度计，05号转子，转 速60 r/min进行测量。
2.2黄原胶产胶率测定
采用乙醇沉淀法，称取适量发酵液，加入2倍 95%乙醇沉淀析出黄原胶，去除上清液，再加入1 倍乙醇洗涤，过滤，烘干，称重。以黄原胶质量 比发酵液体积，得产胶率[4]。
2.3黄单孢菌生长曲线的绘制
配制摇瓶培养基：碳源分别为1%，3%，5% 的蔗糖及1%，3%，5%的葡萄糖，其他组分按1. 2项下摇瓶培养基配方。500 mL摇瓶装液量100 mL， 接种量10%，培养温度28.5°C，220 r/min振荡培养。 在第 0 , 4, 8, 1 2, 1 6, 2 0, 2 4, 3 6, 4 8, 72 h分别取发酵液1.5 mL, 3 000 r/min离心5 min, 取1.2 mL上清液，12 000 r/min离心10 min,弃去 上清，加2 mL蒸馏水震荡混匀使沉淀悬浮，在650 nm处比色，测得吸光度值4。以时间为横坐标，4 值为纵坐标作图，得生长曲线。
2.4碳源对发酵的影响
配制摇瓶培养基，碳源分别为3%的淀粉、蔗 糖、葡萄糖，其他组分按1.2项下摇瓶培养基配方 配制。500 mL摇瓶装液量100 mL,接种量10%， 培养温度28.5 C，220 r/min振荡培养，72 h后， 取样测发酵液黏度并计算产胶率。
2.5氮源对发酵的影响
配制摇瓶培养基，氮源分别为0.4%的硫酸铵、 硝酸铵、豆饼粉、酵母粉、蛋白胨、玉米浆、尿 素，其他组分按1. 2项下摇瓶培养基配方配制。 500 mL摇瓶装液量100 mL,接种量10%，培养 温度28.5C，220 r/min振荡培养，72 h后，取 样测发酵液黏度并计算产胶率。
2.6复合氮源配比对发酵的影响
配制摇瓶培养基，氮源为豆饼粉和硫酸铵的复 合氮源，配比如表1所示，其他组分按1.2项下摇 瓶培养基配方配制。500 mL摇瓶装液量100 mL，接 种量10%,培养温度28.5°C，220 r/min振荡培养。 培养72 h后，取样测发酵液黏度并计算产胶率。
表1豆饼粉和硫酸铵的含量
豆饼粉/%0.4 0.30.20.100.30.2 0.1 0
硫酸按/%00.10.20.30.400.10.2 0.3
2.7无机盐含量对发酵的影响
配制摇瓶培养基，磷酸氢二钾和硫酸镁的含量 如表2所示。黄原胶发酵工艺条件的优化研究，其他组分按1.2项下摇瓶培养基配方。 500 mL摇瓶装液量100 mL,接种量10%，培养温 度28.5°C，220 r/min振荡培养。72 h后，取样测
发酵液黏度并计算产胶率。
表2 磷酸氢二钾和硫酸镁的含量
磷酸氢二钾/%〇〇0.020.2000.10
硫酸镁/%00.0100.010.050.05
h后，停止发酵，检测发酵液黏度并计算产胶率。 3结果与讨论
3.1黄单孢菌生长曲线的绘制
实验结果如图1所示。含1%葡萄糖的样品在第 20 h达到最高菌密度，其他样品均在第24 h达到最高 密度。在达到较大浓度的区域，以1%，3%，5%蔗 糖为碳源的^ 650111„值，以5%最高，3%次之，1%最 低。以葡萄糖为碳源的'50111„值也是按5%，3%，1% 递减；比较同等浓度的葡萄糖和蔗糖为碳源时蔗糖明 显好于葡萄糖，3%蔗糖效果甚至好于5%的葡萄糖， 可能是较高浓度葡萄糖对菌的生长有底物抑制作用。
实验结果如图2所示。分别以淀粉、葡萄糖、 蔗糖为碳源，其它条件相同，发酵时发酵液黏度 (cP，lcP=lmPa.s)依次为 203，543，680，产 胶率（g/L)依次为7.8，8.3，ll.7。可以看出 以蔗糖为底物时发酵液的黏度与产胶率均最高，而葡 萄糖又优于淀粉。因此我们选用蔗糖作为发酵碳源。
3.3氮源对发酵的影响
实验结果如图3所示。分别以硫酸铵、硝酸铵、 豆饼粉、酵母粉、蛋白胨、玉米浆、尿素为氮源，
其它条件相同。发酵时发酵液黏度（cP)相应为l 470， 727， l 930， l 510， 747， 63， 220;产 胶率（g/L)相应为I7.23，l2.64，l8.24，l5.93, 12.08, 6.06, 6.67。可以看出以豆饼粉为底物时发 酵液的黏度与产胶率均最高，酵母粉与硫酸铵的结 果稍差。由于豆饼粉与硫酸铵都是廉价易得的原 料，黄原胶发酵工艺条件的优化研究，故以豆饼粉和硫酸铵作为2种可供选择的最佳发 酵氮源。
图3不同氮源摇瓶发酵实验结果 3.4复合氮源配比对发酵的影响
实验结果如图4所示。其它发酵条件相同，豆饼 粉（％)和硫酸铵（％)的比例为0.4 : 0，0.3 : 1， 0.2 : 0.2,0.1 : 0. 3,0 : 0.4,0.3 : 0,0.2 : 0.1， 0.1 : 0.2, 0 : 0.3,得到的发酵液黏度（cP)相应 为433，l367，870，660，l60，393，8l3，867, 173;产胶率（g/L)相应为 8.82,10.31,9.47, 9.67，4.65，8.27，6.93，9.74，5.38。我们发 现，豆饼粉与硫酸铵的复合氮源优于其中任何一种 单独添加。当豆饼粉与硫酸铵的添加比例为3 : l时 得到最高的发酵液黏度和产胶率。确定最佳氮源为 0.3%的豆饼粉和0.1%硫酸铵复合添加。
3.5无机盐含量对发酵的影响
实验结果如图5所示。其它发酵条件相同，磷 酸氢二镁（％ )和硫酸镁（％ )的比例为0:0,
0 : 0.01,0 : 0.05,0.02 : 0.01,0.1 : 0.05,0.02 : 0，得到的发酵液黏度（cP)相应为11175, 2
048,237,278,417,36S;产胶率（g/L)相 应为g.39,13.63,8.12,8.23,11.67,8.03。由 图5可以看出，当磷酸氢二钾与硫酸镁的添加量分 别为0和0.01%时，发酵液黏度与产胶率均为最高。黄原胶发酵工艺条件的优化研究， 我们确定了磷酸氢二钾与硫酸镁的最佳添加量为0和 0.01%。
3.7发酵罐发酵实验
发酵罐发酵从0时刻起溶氧即开始快速下降，几 次提高搅拌叶转速与通气量都使溶氧有所改善，直 至搅拌转速达到最高设计转速800 r/min，此后溶氧 降至20以下。第2 100 min后溶氧上升并维持在80 左右，推测由于发酵液黏度过高导致发酵液不能有 效混匀，部分气泡滞留其中，这时的溶氧电极读数 已不能代表发酵液中的真实情况。
当第72 h发酵终止时，发酵液黏度达到5 847 cP,产胶率25.02 g/L。可以基本达到实际生产要 求。
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