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黄原胶发酵培养基优化研究

发布日期:2015-05-04 14:35:35
发酵培养基
  黄原胶(Xanthan Gum)是由野油菜黄单胞菌 (XaniAwnomu taffipeiirii )产生的一种胞外杂多糖。 50年代美国首先发现并证实黄原胶具有许多独特的发酵培养基理化性质,主要表现为显着的假塑性、良好的增稠 性、较髙的乳化稳定性、耐髙盐、低浓度下的髙粘度、 对固体悬浮能力强、以及较宽的耐温和耐酸碱稳定 性等等,因此被广泛应用于二十多个行业,如作为泥 菜增称剂和采油驱油剂应用于石油工业;并且因使 用安全先后被多个国家及国际食品立法机构批准在 食品工业应用》_21。
  
  自60年代黄原胶开始工业化生产以来,国际上 生产黄原胶的国家不断增加,生产规模逐渐扩大,但 仍不能满足不断增长的市场需求。我国黄原胶的研 究和生产始于70年代末,但因种种原因使得国内黄 原胶的生产难以形成规模[3],与国际水平相比仍有 较大差距,在菌_选育、发酵培养基及其工艺产品 提炼、质量控制诸多方面尚需做大量工作。本文报 道了对野油菜黄单胞菌J -12发酵培养基成分优化 研究的结果。
  
  1材料方法1.1供试茴株野油菜黄单胞菌XantAomorzos-12,见前报⑷。
  
  1.2培养基平板培养基、斜面培养基和摇瓶种子培养基按 文献[4]所述方法制备,摇瓶发酵培养基的碳源、氮源 和无机盐等成分的选择和用量分别经单因素法和正 交试验确定。
  
  1.3主要实验方法 1.3.1细跑堪养与产品收集将保藏于4C的斜面种子在斜面上活化传代两 次,然后将菌苔接到摇瓶种子培养基内,置18(h/min 摇床28t恒温培养24小时,取适量接种于装有60ml 摇瓶发酵培养基的300ml三角瓶中,28t恒温摇床 180r/min培养72h。收集发酵液用酒精沉淀法提取, 再将提取物置76t烤箱烘干,获得黄原胶产品。 1.3.2发酵液粘度的测定发酵终止后取适量发酵液用NDJ -1型旋转粘 度计(上海天平仪器厂)、4号转子、3〇r/min、在室温 条件下测定发酵液粘度。
  
  1.3.3黄原肢丙?酸含量的测定按文献^所述的酶法测定并按标准曲线计算黄 原胶样品中的丙酮酸含量。
  
  2结果与讨论2.1单因素法初步确定培养基成分和接种ft 2.1.1最佳破源的ii择分别采用蔗糖葡萄糖和淀粉作为培养基的碳源 进行发酵。为观察淀粉水解情况,分别于发酵24h、 48h及72h取少许发酵液用KI- 12溶液测试,看到 24h时四种浓度淀粉发酵液均呈深紫色时3% 和4%淀粉发酵液为淡紫色,5%和696的紫色仍较 深;至72h前两种发酵液已无紫色出现,说明淀粉被 黄单胞菌J -12分泌的淀粉酶完全水解,而后两种淀 粉浓度发酵液仍出现不同深浅的紫色,提示有不同程 度的淀粉残留。测定各组发酵液粘度,提取黄原胶并 称重,计算出碳源转化率和黄原胶产率,结果见表1。
  
  表1不同破源培养基的发酵结果 碳倾(%) 粘度(mPa,s) ?转化丰(%)?  *产率(%)
  
  47.562.0044.061.8364.301.9948.362.0341.832.3143,492.78接种量与发酵产物的产率间存在一定的关系。 接种量过少会使菌体生长期延长,不仅增加能耗和 影响设备利用率,而且增加染菌的机会;加大接种量 可使菌体生长期缩短,但有可能在短时内使底物消 耗太快等原因影响细菌的代谢和产胶能力。所以在 黄原胶生产中同样应选择适宜的接种量。依据图1 的实验结果,初步选择发酵培养基的接种量为5 96? 2.1.3柠样酸对黄原胶产率的影响据报道[6],各种有机酸的加入会导致多糖中胶 产量明显提高,这可能是因为在多糖合成的过程中, 有机酸作为某一别构酶的抑制剂而起作用。与谷氨 酸、丙酮酸、延胡索酸相比,柠样酸的作用更大。图 1的实验提示培养基中柠样酸的加人有利于提髙黄 原胶产率,因此对柠檬酸的加人量进一步进行研究, 结果(图2)证实柠檬酸能较大程度地提髙胶产量, 以0.025%的添加量最佳。
  
  2.卯r0.025 0.050 0.100 0.200 柠檬酸含fi(%)
  
  囷2件样酸对黄原肢产率的影响2.:。4无机盐对黄原肢生产的影响将J _ 12分别接种于不加或添加0. 5% KH2P04及的培养基中发酵,观察到 发酵液粘度从7920 mPa_S增至8400 mPa_s,黄原胶 产率自2.03%提高到2.53%,说明加人瑰盐和镁盐2.90 -62.80 - 「2,60蜃 2.7000.0100.0250.0500.1C0FeS04 含图3 FeS04对黄原胶产率的影响有利于J -12黄单胞菌的生长及其代谢产物的分泌。
  
  此外,图1的结果提示培养基中添加FeSQ亦 使J -12的产胶率增加,通过研究不同含量FeS04 对黄原胶产率的影响(图3),初步确定FeS04的最 佳含量为0.025%。
  
  2.2培养基的优化研究在上述单因素法的基础上采用正交试验设计11] 优化黄原胶发酵培养基。以碳源、氮源、CaCOb、 KHJP04 + MgS04、接种量为发酵因素,每因素选择 3水平,用1^313正交表设计27组摇瓶发酵实验,并 对碳源和氮源、碳源和CaCOj、氮源和CaCA用量 的交互作用进行考察(表2)。分别测定了 27种不 同培养基条件下发酵液粘度和黄原胶产率,结果见 表3。
  
  表2正交试验表头设计表头断A BAXBC AXC BXCD Bxc E列号1 2345 67 89 10 11 1213A碳源(%)A,蔗糖4Ai葡萄糖4Aj淀粉4B氮源(%)玖鱼粉0.602豆饼粉0,6Bj鱼粉0.3 +豆饼粉0-3C CaOCbC%)QO.OQ0.15QjO.3D KH^+MgSO^%)Di 0,5 + 0.25Dz 0.5 + 0,025Da 0.05 + 0.025E接种ft(%)Ei 2E2 5E3 10表3优化实验结果实验号粘度(mIVS)产率(%) 实验号粘度(mPa_S) 产率<%)
  
  实验号 粘度(mPa_s)产率(%)
  
  ?0000208020*00140 a57674140621145*5200291126630^4356131-2-2'1-1-2'0-2'-012345678 1 1 1 1 1 1 1 1 1823041332223430017192021222324252627340^94068005400320724054401 1607?S7T&&3^19^5734 2少 22ft33zs1-2-2-2-2-2'2-2-2'将以上结果进行统计学方法分析,根据正交试 验及方差分析结果(表4,表5),得知因素A、C、D对 发酵有显着影响,最佳含量为因素B无 显着性影响,考虑到豆饼粉中含有生物素,对代谢 途径及菌体细胞膜的通透性有调节作用,故选择 氏;因素E无显着性影响,根据单因素实验结果选 择由此确定最优培养基配方为、Ej, 即黄单胞菌J - 12的最佳培养基组成为4%淀粉、 0. 3% 鱼粉 + 0. 3% 豆饼粉、0. 3% CaC〇3、〇。 5%KH2PO4 + 0.25%MgSO4,5%接种量。在此基础 上,综合单因素实验结果,配制加人0. 025%梓様 酸、0.025% FeS04的发酵培养基。采用此培养基 配方,在消前pH7.2?7. 5,接种量5%,发酵温度 28t:,摇床转速18〇r/miti,发酵时间72h的实验条件 下进行摇瓶发酵,测定发酵液粘度为8740 mPa-s, 用酒精直接沉淀法提取黄原胶的产率为2.91 %,产 品的丙酮酸含量为3.32%,三项指标均较单因素实 验的结果有所提高,接近或髙于文献报道值[8、9]。