黄原胶发酵生产培养基优化研究:
黄原胶发酵生产培养基优化研究,黄原胶发酵生产培养基的组成对黄原胶产品质量有较大影响。通过测定发酵液粘度、粗胶含量， 研究不同碳源、氮源及无机盐对黄原胶产量和粘度的影响。研究结果表明，碳源对黄原胶质量影响较大，不 同碳源之间最终发酵水平有明显差别，当玉米淀粉：蔗糖2 :1时黄原胶产量和粘度最高。氮源的影响次于碳 源，确定最佳氮源为黄豆粉。CaC〇3能明显提高黄原胶的产量粘度，是无机盐中最大影响因子，CaC〇3最优添 加量为0.3g/100mL。KH2PO4影响作用不大，差别不显著，当KH2PO4添加量为0.5g/100mL时，黄原胶产量 和粘度达到最大。通过正交试验，确定培养基最优配方为：玉米淀粉5g/100mL，蛋白胨0.5g/100mL， KH2PO4 0.4g/100mL，MgSO4 0. 05g/100mL，FeSO4 0. 025g/100mL，柠檬酸 0. 025g/100mL，在此条件下，其优良的增粘性、悬浮性、酸碱稳定性及抗高温 性以及理想的分散作用、乳化稳定作用在化工、 食品、陶瓷、医药和化妆品等多个领域中有广泛 应用。目前我国黄原胶的总生产能力近6万吨， 但产品发酵产胶率仍有待提高，在其产业化的过 程中，产品质量仍需改善。因此对黄原胶发酵培 养基进行优化研究具有十分重要的意义。本研究 的目的是通过对黄原胶发酵培养基的优化研究， 提高黄原胶的产量和质量。
1材料与方法
1.1实验菌种
野油菜黄单胞菌株（Xanthomonas campes- tris):本实验室保藏。
1.2实验设备
GNP -9080型隔水式恒温培养箱、HZQ - QX 全温振荡器、LDZX-50KB立式电热压力蒸汽灭 菌器、DV-E黏度计、烘箱、FA1004电子天平、 SW-CJ-IC净化工作台等。
1.3培养基
斜面培养基：蔗糖2%，牛肉膏0.5%，蛋白 胨0.3%，酵母粉0.1%，琼脂2%;
液体种子培养基：蔗糖2%，牛肉膏0.5%， 蛋白胨0.3%，酵母粉0.1%;
发酵培养基：玉米淀粉4.5%，蛋白胨 0.2%，CaCO3 0.3%， K2HPO4 0.5%， MgSO4
0.05%，FeSO40. 025%，柠檬酸0.025%;
以上pH至7. 0，121°C湿热灭菌20min。
1.4实验分析测定方法 1.4.1黄原胶产量测定
采用酒精沉淀法，称取适量发酵液，加入2 倍体积95%的乙醇析出黄原胶沉淀，去除上清 液，再加入1倍体积的95%乙醇洗涤过滤，60C 烘干，称重。黄原胶质量与发酵液体积的比值即 黄原胶产量。
1.4. 2 粘度测定
粘度测定使用DV-E型黏度计，室温，在 05号转子，60r/min条件下测定。
1. 5工艺流程
4C保藏菌种—斜面活化—种子^培养
发酵培养基—灭菌（121°C, 30min)—接入种子液 —摇瓶发酵—发酵液—提取—干燥—粉碎—成品
2黄原胶发酵生产培养基优化研究,结果与讨论
2.1培养基中碳源对黄原胶发酵产量和粘度的影 响
2.1.1不同碳源对黄原胶发酵产胶率和粘度的影 响
以玉米淀粉、葡萄糖、蔗糖为碳源进行黄原 胶发酵，测定黄原胶产量及粘度，实验结果见表
表1不同碳源对黄原胶发酵的影响
Table 1 Effect of different carbon sources on the fermentation of Xanthan gum
碳源产量/ (g.L-1)黏度 / (mPa*s)
玉米淀粉26.685649
蔗糖25.335528
葡萄糖17. 974588
由表1可以看出，玉米淀粉作为碳源时黄原 胶的产量和粘度最高，蔗糖其次，葡萄糖第三。 玉米淀粉与蔗糖结果相差不大，但葡萄糖前两者 相差较大，这可能是葡萄糖含量太高产生葡萄糖 效应，也可能菌体利用还原糖效率较低。玉米淀 粉与蔗糖相比成本更为低廉，所以玉米淀粉为最 优碳源。
2.1.2复合碳源对黄原胶发酵产量和粘度的影响 以玉米淀粉和蔗糖组成复合碳源进行黄原胶 发酵，测定黄原胶产量及黏度。实验结果见表2。
由表2可以看出，玉米淀粉：蔗糖2 : 1时黄 原胶产量和粘度最高。在碳源总量_定的条件 下，随着玉米淀粉所占比例的不断提高，产量和 黏度趋于稳定。
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表2复合碳源对黄原胶发酵的影响
Table 2 Effect of mixed carbon sources on the fermentation of Xanthan gum
玉米淀粉/蔗糖1:12:13:14:15:16:17:18:19:110 : 111 : 112 : 1
产量/(g.L-1)25. 8827.7927.0627. 0727. 0126. 9726.9326. 9326.9226. 9226. 9226.92
黏度/(mPa • s)559857345708571157095561552655265526552655265526
2.2培养基中氮源对黄原胶发酵产量和粘度的影响粉、豆粕粉、黄豆粉、大豆黄浆水为氮源进行黄
黄原胶发酵生产培养基优化研究,氮源是微生物生长的必要条件，不同氮源对原胶发酵，测定黄原胶产量及粘度。实验结果见
微生物生长的影响较大。分别以蛋白胨、豆饼 表3。
表3不同氮源对黄原胶发酵的影响
Table 3 Effect of different nitrogen sources on the fermentation of Xanthan gum
氮源蛋白胨豆饼粉豆粕粉黄豆粉大豆黄浆水
产量/ (g.L-1)27. 3326. 9126. 0829. 0527. 88
粘度/ (mPa • s)57295703558060085716
由表3可以看出，黄豆粉做氮源时，黄原胶 的产量和粘度最高，蛋白胨其次，豆粕粉第三， 相互之间差别不大。在工业生产黄原胶过程中， —般使用各种农副产品和精制原料，农副产品如 谷粉、糖蜜、玉米浆、黄豆粉等；精制原料如蛋 白胨、酵母膏、含氮无机盐等。生产过程中综合 考虑成本和产量，对工业用黄原胶，可以选择豆 饼粉等；而食品用黄原胶，则选用蛋白胨等。 2.3培养基中无机盐对黄原胶发酵产量和粘度的
影响
2. 3.1 KH2P〇4对黄原胶发酵产量和粘度的影响 摇瓶发酵培养基中分别加入KH2 PO4 0g、
0. 1g/100mL、 0. 2g/100mL、 0. 3g/100mL、 0.4g/ 100mL、 0.5g/100mL、 0.6g/100mL、 0.7g/100mL、 0.8g/100mL、接种量 5%，28°C，180r/min 培养 72h后测定发酵液的黏度和产量，结果见表4。
表4 KH2PO4对黄原胶发酵的影响 Table 4 Effect of KH2 PO4 on the fermentation of Xanthan gum
KH2P〇4/(g • 100mL-1)00. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 8
产量/(g.L-1)25. 0325.2726. 0926. 2027. 7127. 8827. 3226. 9926. 84
黏度/(mPa • s)550855855623568858205863577957015692
黄原胶发酵生产培养基优化研究,由表4及图1可以看出，添加KH2PO4量的不 同对黄原胶的产量和黏度有一定影响，但影响不 大。KH2PO4添加量为0时，黄原胶的黏度就可达 到5508mPa • s，随着KH2PO4添加量的增加，黄 原胶的产量和黏度也略微增加，当KH2PO4添加 量为0. 5gA00mL时，黄原胶产量达到最大，为 27. 88gA00mL，黏度为 5863mPa • s。当 KH2PO4 添加量大于0. 5g/100mL时，随着添加量的增加 黄原胶的产量和黏度逐渐下降。KH2PO4可以提供 菌体合成黄原胶所需的K+，也能对发酵液起到 中和缓冲的作用。
2.3.2 CaC〇3对黄原胶发酵产量和黏度的影响 摇瓶发酵培养基中分别加入CaCO3 0g/100mL、0. 05g/100mL、0. 1g/100mL、
0. 15g/100mL、0. 2g/100mL、0. 25g/100mL、
0.3g/100mL，接种量 5%，28〇C，180r/min 培养 72h后测定发酵液的黏度和产量，结果见表5。
表5 CaC〇3对黄原胶发酵产量和黏度的影响 Table 5 Effect of CaC〇3〇n the fermentation of Xanthan gum
CaC〇3/ (g，100mL_1)00. 050. 10. 150. 20. 250. 30. 350. 40. 45
产量/ (g.L —1 )21.5023.0223.1323.4423.6825.9628. 9727. 9025.6325.60
黏度/ (mPa*s)5203521852965331542555735936577454995495
由表5及图2可以看出，添加CaC〇3量的不 同对黄原胶的产量和黏度有一定影响，当CaC〇3 添加量为0时，黄原胶的产量和黏度最低，随着 添加量的增加而逐渐增加，当CaC〇3添加量为 0. 3g/100mL达到最大；之后随着添加量的增加而 略有下降。可见CaC〇3的存在能明显提高黄原胶
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的产量，黄原胶发酵生产培养基优化研究,并能增加发酵液的黏度。这是因为在黄 原胶发酵生产的过程中会产生丙酮酸等酸性物 质，使发酵培养基呈酸性，不利于菌种的生长繁 殖和黄原胶的生成。CaC〇3起到中和缓冲pH的作 用。
2.4正交试验确定最佳培养基
根据有关文献，碳源（A)、氮源（B)、KH2P〇4 (C)、CaC〇3 (D)是影响黄原胶生产质量的重要因 素。在单因素试验的基础上，确定各因素3个水 平，通过L9(34)进行正交试验，确定最优培养基。 因素与水平见表6,试验结果见表7。
表6优化发酵培养基正交试验因素与水平 Table 6 Factors and levels of orthogonal experiment
因素1水 平
23
A碳源（玉米淀粉）/ (g*100mL-1)44. 55
B氮源（蛋白胨）/ (g • 100mL —)0. 40. 50. 6
C KH2P〇4/(g • i00mL_1)0. 30. 40. 5
D CaC〇3 /(g • i00mL_1)0.10. 20. 3
表7优化发酵培养基正交试验结果与分析
Table 7 Results of orthogonal experiment
试验号ABCD产量/ (g.L — 1)黏度/ (mPa • s)
1111126.355684
2122226.935703
3133326.885690
4212327.085713
5223127.905799
6231228.125836
7313228.835904
8321328.745899
9332127.915799
Ki80.1682. 2683.2182.16
K283.1083. 5781.9283. 88
K385. 4882.9182. 7082. 70
Ki26.7227. 4227.7427. 39
K227.7027. 8627.3127. 96
K328.4927. 6429.0727. 57
R1.770. 441.330. 57
优案A3B2C3D2
黄原胶发酵生产培养基优化研究,由表7可以看出，碳源、氮源、KH2PO4、 CaC〇3四个因素中，最主要因素是碳源，其次是 KH2PO4,最次是CaC〇3和氮源。最优组合为 A3B2C3D2,即玉米淀粉5g/100mL,蛋白胨 0.5g/100mL，KH2PO40.4g/100mL，CaCO30.2g/ 100mL。经验证，该方案黄原胶含量可达 29. 88g/L,粘度为 6002mPa/s。
3结论
(1)本实验对黄原胶发酵生产培养基中进行 研究分析。研究结果发现，碳源比较结果为：黄原胶发酵生产培养基优化研究,复 合碳源>玉米淀粉>蔗糖>葡萄糖。通过对氮源 进行比较研究结果为：黄豆粉>大豆黄浆水>蛋 白胨 > 豆饼粉 > 豆粕粉。
(2)通过对黄原胶发酵培养基中无机盐研究 可得，KH2PO4对黄原胶的产量和粘度有一定影 响，但影响不大。当KH2PO4添加量为0.5g/ 100mL时，黄原胶产量达到最大，可达27.88g/ 100mL，粘度为5863mPa-s。CaCO3可明显提高 黄原胶的产量，并能增加发酵液的粘度。CaC〇3 添加量为0. 3g/100mL达到最大，为28.97g/ 100mL，粘度为 5863mPa • s。
(3)通过正交试验，测定发酵液粘度、粗胶 含量，可得黄原胶生产培养基最优条件为：玉米淀 粉5gA00mL，蛋白胨 0.5gA00mL，KH2PO40.4g/ 100mL，MgSO4 0.05g/100mL， FeSO4 0.025g/ 100mL，柠檬酸0.025g/100mL。在此条件下黄原胶 的产量达到29. 88g/L，粘度达到6002mPa • s。
(4)黄原胶因其优良的性能，近年来受到广 泛关注。我国对其研究开发起步较晚，产品质量 和产量还有较大空间。黄原胶产品质量与培养基 组成有密切关系，研究培养基组成对提高黄原胶 粘度及产量，有较为深远的意义，这方面有待进 _步深入研究。
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