黄原胶（Xanthan Gum)是由黄单孢菌 (Xanthomonas campestris)利用碳水化合物而产生 的一种微生物胞外多糖，由于其具有良好的水溶性、 増粘性、假塑性和耐酸碱、耐盐及耐酶解的能力，广 泛的应用于石油、食品、纺织、染料、造纸等工业领 域，是一种极具市场的微生物多糖产品[1- 3]。关于 黄原胶发酵己有众多的研究报道，但这些研究大多 控制发酵过程在恒温的条件下进行[4- 6]，虽然关于 温度对黄原胶发酵过程的影响己有较多研究[7- 8]， 并有关于黄原胶发酵温度优化控制的报道[9]，但未 见有温度对黄原胶质量影响的报道。由于所采用菌 种与发酵培养基及发酵条件的差异，这些报道存在 诸多不一致的地方，国内未见有黄原胶发酵分段控 温的报道。本文研究了分段控温黄原胶发酵过程， 并与恒温发酵过程进行比较，以期为黄原胶发酵过 程的工业化开发提供参考。

1材料与方法

1. 1菌种

实验采用甘蓝黑腐黄单孢菌SUB- 11菌株 (Xanthomonas campestris SUB- 11)，该菌种由上海

收稿日期:2004 - 09 - 20

作者简介：朱圣东（1968-)，男，湖北巴东市，博士研究生。 农药研究所提供，上海化工研究院菌种室保存。

1.2培养基

种子培养基:琼脂为24 g* L- 蔗糖为15 g* L-】，蛋白胨为15 g.L- 酵母膏为2g.L- 谷氨酸 钠为 2.4 g.L- KH2PO4 为 1 g.L- NaCl 为 1 g. L-】，FeS〇4 为 0. 1 g. L- 1。用 1 mol. L- 1 的 NaOH 溶液调制 pH= 7±0. 1，121 °C灭菌 30 min。

罐发酵培养基:玉米淀粉为30 g*L— 复合氮 源为5 g. L- 无机盐为3 g，L- 用开水定容，分段控温黄原胶发酵过程,加泡 敌(植物油）至适量，用1 mol* L- 1的NaOH溶液调 制 pH= 7±0. 1，121 °C灭菌 30 min。

1.3培养条件

种子培养:将保存的生产菌斜面接种于茄子瓶 后，在生物培养箱内恒温(28 °C)培养2~ 3 d，直接 作为罐发酵的种子。

罐发酵培养:将培养基定容3. 5 L，通气量为1 vvm，通过自动溶氧控制仪调节转速，以保证整个发 酵过程溶氧量在饱和溶氧的20%以上，发酵温度在 以后分别注明。

1.4发酵装置

采用日本Mituwa公司制造的KMJ- 5型通气 式搅拌发酵罐，其结构及详细尺寸见参考文献[10]， 该发酵罐可以自动调节温度与转速，控制发酵过程 的pH及溶氧量。 

1.5工艺流程

保存的生产菌斜面^茄子瓶^发酵罐^放罐。 1.6分析方法

1.6.1菌体质量浓度的测定[10]准确称取一定量 的发酵液，用蒸馏水稀释到黄原胶质量浓度低于5 g •L- 离心40 min,倒去上层清液，离心所得沉淀经 硝化后用微量克氏定氮测定总氮含量，然后按下式 换算成菌体质量浓度。菌体质量浓度=W(氮)/V (发酵液）。

1.6.2黄原胶质量浓度的测定准确称取一定量 的发酵液，用蒸馏水稀释到黄原胶质量浓度低于5 g • L- 离心40 min,取上层清液，加2倍清液体积的 酒精，沉淀，并用酒精洗涤沉淀物3次，干燥后称重， 即可得黄原胶的质量浓度。

1.6.3总糖浓度的测定[10]准确称取一定量的发 酵液，用蒸馏水稀释到黄原胶质量浓度低于5 g* L- 离心40 min,取上层清液，加酸水解，中和，然 后采用菲林试剂热滴定法测定还原糖含量,此即发 酵液中总糖的含量。

2结果与讨论

2.1恒温黄原胶发酵过程

在5 L通气式搅拌发酵罐中，非溶氧限制的条 件下，分段控温黄原胶发酵过程,对恒温黄原胶发酵过程进行了研究，并将在 28 °C与33 °C黄原胶发酵数据进行比较。由图1(a) 可以看出，在发酵的起始阶段(生长期前期)，菌体在 33 °C的生长较快，此时33 °C的菌体质量浓度高于 28 °C时的菌体质量浓度，但自生长期的后期（13 h 以后），28 °C的菌体质量浓度高于33 °C时的菌体质 量浓度，在稳定期(20 h以后），28 °C的菌体浓度高 于33 °C时的菌体浓度18%左右，同时可以发现，在 温度33 °C时,菌体亦较早的进入稳定期与衰亡期， 具有较短的发酵周期。由图1(b)可以看出，在温度 33 °C时,菌体产胶提前，发酵周期明显缩短,但终产 胶质量浓度与28 °C相比，下降9%左右。由图1( c)

 

可以看出，在温度33 °C时，发酵液中总糖质量浓度 在整个发酵过程中，均低于28 °C时的总糖质量浓

度。

2.2分段控温黄原胶发酵过程

 

 

由于在温度为28 °C时有利于菌体的生长，而在 温度为33 °C时有利于产胶，实验测定了在发酵过程 中菌体处于生长期时（发酵的前20 h)保持发酵温度 为28 °C,而产胶阶段维持温度33 °C的发酵过程数 据，并与恒温28 °C发酵过程数据进行比较，如图2 所示。由图2(a)可以看出，在发酵后期分段控温的 菌体质量浓度要低于恒温发酵过程,这说明分段控 温使菌体衰亡期提前。由图2(b)可以看出，分段控 温可以使产胶质量浓度由恒温时22. 4 g*L- 1提高 到24. 5 g*L-1,同时也可以看到，对于分段控温发 酵过程而言,在发酵40 h后，产胶质量浓度基本保 持不变，这说明可以将发酵周期缩短至40 h。由图 2( c)可以看出,分段控温相对于恒温发酵过程而言, 可以使发酵营养物质利用得更彻底,有利于发酵液 的后处理。

 

黄原胶发酵过程实际上是黄单孢菌利用外界营 养物质来维持菌体生存、生长和繁殖并产生相应代 谢产物的过程，是一个具有完整酶调节体系的一系 列酶反应的综合体现。发酵过程中菌体质量浓度的 变化是菌体生长繁殖及菌体死亡的综合作用的结 果，恒温黄原胶发酵的实验中，在发酵的起始阶段, 菌体在33 °C的菌体质量浓度高于28 °C时的菌体质 量浓度，但自生长期的后期,28 °C的菌体质量浓度 高于33 °C时的菌体质量浓度，这是由于在发酵初 期，较高温度有利于菌体生长繁殖，尽管温度较高加 快了菌体的死亡速率，而此时菌体的整体质量浓度 较低，营养丰富，综合表现为前者居主导地位，但自 生长期的后期，菌体的整体质量浓度已较高，部分营 养物质（如氮源）已成为限制性底物，而使得后者居 主导地位。分段控温黄原胶发酵过程,对于产胶而言，由于温度越高，酶反应速 度越快，同时酶的失活速率也加快，因此，对于恒温 发酵过程而言，要获得最大的产胶浓度，存在一个最 适温度，另外，较高温度有利于缩短发酵周期。对于 底物消耗而言，温度升高，菌体代谢加快，底物消耗 速率加快。

温度对黄原胶发酵的影响，不仅反映在产胶质 量浓度上，同时对产品质量也有一定的影响，主要表 现在丙酮酸的含量及胶的表观粘度，在恒温发酵过 程中，温度为28 °C时丙酮酸的质量分数及胶的表观 粘度分别为2. 68%与1 080 Pa*s,而温度为33 °C时 丙酮酸的质量分数及胶的表观粘度分别为1. 84% 与790 Pa* s, 28 °C时黄原胶的品质明显优于33 °C 时的黄原胶。对于分段控温而言，胶质量与28°C恒 温发酵相当（丙酮酸的质量分数及胶的表观粘度分 别为2. 59%与1 020 Pa*s)。这说明在菌体生长期, 温度对合成黄原胶合成酶系的组成有一定的影响, 温度对黄原胶影响不仅表现在酶的活性调节上，也 表现在酶的合成方面，在此方面的研宄，还有待进一 步的深入。