黄原胶纯化工艺研究进展:
黄原胶纯化工艺研究进展,黄原胶（xanthan gum)别名黄胶、汉生胶，又称黄单胞多 糖。20世纪50年代美国衣业部北方研究室（Northern Re¬gional Research Laboratories, NRRL) 从野油菜黄单胞菌 （Xan- thomonascampestris) NRRL B-1459中发现此中性水溶性多 糖。目前它是以糖类为主要原料，经发酵生产的一种微生物 胞外杂多糖[1],相对分子质量为2x106 ~2x107。黄原胶的基本结构是由重复的五糖单元组成（图1),此单元由2个D- 葡萄糖、2个D-甘露糖和1个葡糖醛酸组成。黄原胶分子 的一级结构是由/3~1,4键连接的葡萄糖基主链与三糖单 位侧链组成，其侧链由D-甘露糖和D^葡糖醛酸交替连接而 成，部分侧链末端的甘露糖4,6位C上连接1个丙酮酸基 团，而部分连接主链的甘露糖在C-5位被乙酰化；二级结构 是侧链通过氢键反向缠绕主链形成的双螺旋或多螺旋结构； 三级结构是二级结构通过非共价键组成的网状结构。
黄原胶的结构决定其具有许多优良特性:低浓度下高黏 性、特殊的流变性、耐高温、耐酸碱、抗酶解性及良好的增稠 性、稳定性和乳化性。黄原胶在医药领域中应用广泛，黄原胶纯化工艺研究进展,可作 为增稠剂、悬浮剂、稳定剂、乳化剂和缓、控释制剂的辅料等。
黄原胶的制备包括发酵、纯化和制成成品三部分。其发 酵液具有高黏度、高杂质和含量低的特点，给纯化造成困难， 使纯化成本在总制备成本中占有很大的比例。其成品分工 业粗品级、工业级、食品级和药用辅料级4种,其中食品级和 药用辅料级因质量要求高，所以纯化难度和成本高。本文综 述国内外黄原胶的纯化工艺，为进一步探讨成本低、效率高 的纯化工艺提供参考。
2黄原胶纯化工艺
黄原胶的纯化包括发酵液预处理、固■液分离和沉淀分 离3个步骤。
2.1发酵液预处理
预处理主要是对发酵液中的菌体细胞、残余糖、有机氮、 色素及其他代谢产物等在分离黄原胶前进行处理。预处理 的方法包括巴氏灭菌法、酶解法和吸附法等。
巴氏灭菌法能杀死病原菌，破坏细胞和酶，降低发酵液 黏度，有利于后续纯化工艺的进行1。黄成栋等2采用巴 氏灭菌法进行预处理，由于温度较高，可提高黄原胶的溶解 度，降低溶液的黏度，利于随后的离心或过滤。Homma等3 调节发酵液pH 10 ~ 12,温度50 ~ 60尤，处理30 min以上， 消灭了细菌的活性，防止后续酶处理时酶失活。
虽然巴氏灭菌法操作简单，但控制不好温度会导致黄原 胶降解。酶解法是在发酵液中加入蛋白酶或溶菌酶等降解 细菌细胞壁，使菌体裂解成小片断和水溶性的含氮化合物， 在沉淀多糖时留在溶液中，与多糖分离。基本过程为：发酵 液先加热灭活，调至一定pH后，加入适量蛋白酶或溶菌酶， 充分作用后进行过滤或离心，以去除大部分菌体。Thomas 等4采用碱性蛋白酶和溶菌酶双酶解的方法,得到了透光度 达94 %以上的黄原胶发酵液，确定了酶作用条件，包括时 间、温度和pH等。徐国华等5先将发酵液进行_次醇沉， 过滤、溶解后采用碱性蛋白酶和溶菌酶双酶解，然后将酶高 温灭活,进行二次醇沉，得到了高纯度黄原胶。Joseph等6 先在发酵液中加入螯合剂、表面活性剂和有机酸等一种或多 种，调pH 6.5 ~7.5、温度50 ~ 60,用酸性蛋白酶、中性蛋
白酶、碱性蛋白酶或蛋白酶和溶菌酶的混合酶处理0.5 ~ 2 h,最后过滤和离心，得到了透光度较高的发酵液。
酶解法虽然能得到高纯度黄原胶，但操作步骤偏多，成 本较高，黄原胶纯化工艺研究进展,不适合大规模生产。吸附法是在黄原胶发酵液中加 入吸附剂以吸附菌体等杂质达到纯化目的，吸附效果与吸附 剂类型、用量、温度、吸附时间及溶液pH有关。吸附法操作 简单，易于控制，适合大规模生产。朱圣东7在发酵液中加 入1 %桂藻土，吸附10 min。结果表明，黄原胶成品的质量 明显优于酶解法，但收率略低。Yang等8利用纤维材料吸 附黄原胶发酵液中大部分细菌及细胞碎片，提高了黄原胶纯 度，简化了操作步骤,降低了成本。
2.2固■液分离
固-夜分离是将菌体细胞和不溶性杂质等从黄原胶发酵 液中分离，常用的方法有离心法、过滤法和超滤法。
Riadh 等 99 以 12 000 r/min 离心 30 min, Sandra 等 M 以 18 900 xg 离心 30 min, Ieda 等[11]在 4 T：以 5 500 r/min 离心 40 min,去除了菌体细胞和不溶性杂质。离心法虽然可将菌 体去除，但所需相对离心力较高，能耗较大，不适合大规模生 产。过滤法是将发酵液加热或适当稀释以降低黏度，然后用 助滤剂如硅藻土、珍珠岩等形成的滤饼或滤材如微孔滤膜等 过滤，以达到去除菌体和不溶性杂质的目的。过滤法易于大 规模生产。
离心法和过滤法虽然操作简单，但常需大量稀释发酵 液,这会增加成本。超滤法是通过选择一定孔径的超滤膜， 用超滤器将菌丝体、色素、残余糖、有机氮、部分无机盐等杂 质与黄原胶分离，并进行浓缩，可去除较小的可溶性分子杂 质，包括盐类[12。超滤法因提高黄原胶浓度，可降低纯化成 本并提高产品质量；产品处理时间短，避免黄原胶降 解[1344。Beatriz等[14]在2. 5%黄原胶发酵液中添加了 1% 氯化钾和大于30%的异丙醇，提高了超滤速度并节省了醇 用量，降低了成本。费利江等[15]通过预处理、超滤脱盐、浓 缩的工艺路线使黄原胶质量达到药用辅料级要求：黏度1.5 Pa • s,总氮含量小于0. 5% ,灰分含量小于6% ,大幅度提局 了质量，并解决了质量不稳定问题。Gaddy等[16采用超滤 法先浓缩黄原胶溶液，除去了大部杂质，在黄原胶浓度较高 的情况下也取得了较好的纯化效果。总之，在黄原胶纯化工 艺中用超滤法对黄原胶发酵液进行浓缩，对降低黄原胶分离 费用及大规模推广应用有积极的作用。
2.3沉淀分离
黄原胶的分离多采用使其在溶液中溶解度降低的溶剂。 沉淀法是简单实用的分离方法，常用的有酸沉淀法、醇沉淀 法和盐■醇沉淀法。
黄原胶对酸碱稳定，在pH 4 ~10之间性质无明显变化。 当pH <3时可形成沉淀，黄原胶纯化工艺研究进展,絮凝析出，因此可通过酸沉淀法分 离黄原胶。该法具有成本低，能耗省的优点。但该法的酸用 量不易控制，酸浓度过高易变性，过低则不易沉淀，在黄原胶 的分离中已较少应用。
最常用的方法是醇沉淀法。黄原胶在多种液体中稳定， 它易溶于水，可溶于甘油、乙二醇、浓度低于40%的甲醇、乙 醇和异丙醇。当醇浓度达60% ~ 70%时，黄原胶与水分子 间的亲和力减弱，其分子间的亲和力增强，使之相互絮凝而 形成沉淀与水分开，因此可用醇对黄原胶进行分离。常用的 溶剂有小分子醇如甲醇、乙醇和异丙醇等，有利于脱色和去 除低分子物质[1748。Riadh等9采用约3倍发酵液量的乙 醇、Maria等[19]采用约1.44倍发酵液量的异丙醇沉淀黄原 胶，都取得了好的效果。杨攫等[20]研究表明，分离黄原胶 时，乙醇和异丙醇混合使用效果优于单独使用乙醇或异丙 醇，当乙醇:异丙醇为3:1时分离效果最好。
醇沉淀法虽然效果好,但醇消耗较多，成本较高。盐■醇 沉淀法是在黄原胶溶液中添加氯化钾、氯化钠等电解质，使 阳离子与黄原胶分子的阴离子结合，降低黄原胶分子的电 荷。Maria等[19研究表明，加人无机盐促进黄原胶在醇中沉 淀，减少了醇用量，且黄原胶分离量增加了两倍以上。Pso- mas等[21]添加氯化钾至终浓度为5% ,异丙醇用量大大减少， 提高了产量，降低了成本。Yun等[22研究表明，乙醇初步沉 淀后用十六烷基三甲基溴化铵沉淀可得到较纯多糖。目前， 加入含低盐浓度的有机试剂沉淀黄原胶是较常用的方法。
3展望
菌种是提高黄原胶产量和质量的主要因素之一。好的 菌种不仅可提高黄原胶的产量，且可降低发酵液中色素和杂 质的含量，降低纯化成本，提高产品质量。综合运用诱变和 基因工程等技术改良菌种并优化发酵培养基，可生产高质量 药用辅料级黄原胶,拓展其在医药领域的应用。
黄原胶发酵液性质不稳定，易受空气氣化、微生物污染 及纯化过程中pH、温度等条件影响，脱去结构中的乙酸和丙 酮酸而改变分子的聚集状态，进而导致产物的性质及产量发 生变化。黄原胶纯化工艺研究进展,因此需要不断优化纯化工艺，尽量缩短时间，严格 控制温度及pH等条件，并减少其与空气接触的机会。
随着黄原胶在医药领域的应用被不断深入的研究，药用 辅料级黄原胶的市场需求量也不断增加。因此需要改进或 寻求新的操作简单的适合生产的预处理和分离方法，并将两 者有机结合，以降低成本，提高产品质量和产量。
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