1986年赵大健等[4]从甘蓝黑腐病斑中 分离出甘蓝黑腐病黄单胞菌N. K-01，经培 养后，分别接种到摇瓶和发酵罐中发酵，黄原 胶产量可分别达28 ~ 30g/ L和22. 4g/ L,淀 粉的转化率分别是70%和55%。N.K-01菌 利用玉米淀粉作碳源产生黄原胶的能力高于 葡萄糖，且连续10代未出现小菌落而使发酵 能力降低，这与Candmus[5]的报道有2方面 不同：（1) NRRL B-1459甘蓝黑腐病黄单胞 菌在长期传代后会蜕变为小菌落，使黄原胶 

 

的产量和丙酮酸的含量均大大降低;谷氨酸 等生成促进剂对N. K-01菌无促进作用，而 对NRRL B-1459菌有促进作用；此外用常规 的紫外线或其它化学诱变处理往往得不到高 产菌株，反而容易形成失去胶荚膜的粗造型 菌落。

江伯英用野油菜黄单胞菌接种在4% 的淀粉培养基中，15h后能使淀粉完全液化，

发酵48h能产生23 ~ 29g/ L黄原胶。

鉴于采用淀粉为底物的黄原胶发酵液在 用低级醇提取时会发生剩余淀粉和黄原胶同 时沉淀的现象，影响产品的质量，刘秀芳 等1从萝卜的黑色病斑中分离出了一种L4 菌株，其最佳的碳源是蔗糖、黄原胶产量 21. 23g/L、发酵液粘度高达6.547Pa°s;在最 佳的发酵条件下，黄原胶产量可达28g/L以 上、发酵液粘度高达14~16Pa、[8]。王修垣 等^在2t中试罐上研究了 L4菌株的发酵工 艺，将L4菌种经培养后按5 %的接种量转入 2 t发酵罐，装料1. 3 t,搅拌转速为180 r/min，发酵72h，所得发酵液的粘度在8Pa°s 以上、最高达12 Pa、底物的平均转化率是 62 45%。后来11q在20 t的工业罐中，以蔗 糖为底物，装料10 ~ 15 t,搅拌转速为160 r/min,发酵液的粘度为7 ~ 9. 5 Pa °s，多糖对 底物的平均转化率是61. 6%。

刁虎欣等[11_ 12]考察了影响野油菜黄单 胞菌的发酵因素，发现碳源和无机盐是影响 黄原胶分子质量大小的最显著因素，最佳的 碳源是蔗糖和玉米淀粉的混合物，最佳的无 机盐是轻质碳酸轉，它可作为缓冲剂，调节发 酵过程的pH,其解离出的Ca2+可作为聚合 酶的促进因子，提高聚合酶的活性，提高黄原 胶的聚合度和分子质量。丙酮酸含量是黄原 胶产品的一项重要的指标，碳源、氮源和摇瓶 振荡速度是影响黄原胶丙酮酸含量的极显著 因素。

李卫旗等[13]将甘蓝黑腐病黄单胞菌 XC-82. 5进行了改良，获得了诱变株R5,用 蔗糖作碳源时黄原胶的产量是31.35g/L、发血 酵液粘度是21 Pa。s发酵周期可缩短至64 h最佳的无机盐是碳酸钙，用菜油取代PPE 作为消泡剂可使摇瓶染菌率从90%降为

8%。

由于采用菌体发酵时存在发酵后期因高 粘而造成供氧不足的困难，许喜林等[14]研究 了采用两步法发酵合成黄原胶的方法，第1 步是利用黄单胞菌发酵采用了较小量的碳 源及低的碳氮比，终止时间控制在25 h此时 可获得较大的生物量及胞外酶，而不生成黄 原胶，以有利于胞外酶的分泌和菌体的分离；

第2步胞外酶发酵采用了无氮培养条件，且 因发酵液中不含菌体省去了稀释和分离菌体 的工序，可降低生产成本，黄原胶的产率高于 单纯菌体发酵。

Pinches等[15以第2代大菌落NRRL BL1459 S4-LII为菌种，培养基中除了碳源、 氮源外，还加入了许多盐类(磷酸二氢钾、硫 酸钾、硫酸镁、氯化钙、柠檬酸、氯化铁)和微 量元素(如硫酸锌、硫酸铜、硫酸锰、钼酸钠、 碘化钾、硼酸）以更有利于黄原胶的产量和 质量;分别以L-谷氨酸、蛋白胨为氮源，发现 L-谷氨酸作氮源时发酵后期容易出现供氧 不足、氮源耗尽的问题，而蛋白胨作氮源时不 会出现这种现象;此外还发现一般情况下黄 原胶的发酵过程由氮源控制。

Peters 等:261 将 N RRL BL1459 S4-LII 经 培养后、接种发酵合成黄原胶，培养基中也加 入了多种盐类和微量元素，发酵过程中靠自 动滴加4%的盐酸或10%的氢氧化钠来保持 pH=7. 0。

Suh等m研究发现采用葡萄糖作碳 源，氯化铵作氮源(加入量分别是50g/L和2 g/L)其它条件同Peters等[26]时，发酵过程 由氮源控制。

可以看出，国内的研究集中在菌种和发 酵方法上，而国外则对影响黄原胶产量、质量 和效益的氮源、盐类、微量元素等因素作了大 量的研究，优化了生产工艺、提高了产品质。

1 2分子结构

1975年Jansson等[18]发现黄原胶的主 链由两个D-葡萄糖分子经(1—4)核苷键 连接构成线性的纤维素结构，主链上的每个 D-葡萄糖分子有一条“由两个D-甘露糖分 子和一个葡萄糖醛酸分子组成”的侧链，有的 侧链还有乙酸和丙酮酸，由于侧链含有酸性 基团，因此黄原胶在水溶液中呈现多聚阴离 子特性。黄原胶分子的带电荷侧链反向缠绕 纤维素主链，形成类似棒状的1级钢性结 树19];黄原胶分子间靠氢键形成双股的2级 螺旋立体结构[20];双股螺旋结构间靠微弱的 非共价键结合，排列成整齐的“超级接合带 状’的3级螺旋聚合结构[21];在极稀《 1%) 的水溶液中，不加热时黄原胶呈现典型的四 级菊花状聚集结构[12]。

王德润等[22]用透射电镜研究了单个黄 原胶分子形貌，用扫描电镜研究了温度、超声 波和浓度等因素对黄原胶分子形貌的影响， 证明黄原胶分子由40余个亚基组成了右手 双螺旋结构。他们用GPC方法[3研究了在 水溶液中黄原胶的构象，发现黄原胶在水溶 液中多以缔合态存在、少量以单分子态存在， 在缔合态和分子态之间存在动态平衡，缔合 态为多分子分段两两缔合呈右旋双螺旋构 象。赵大健等[4]采用纸层分析证明N. K-01 黄原胶含葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、丙酮 酸和乙酸5种组分，用气相色谱法证明N. K- 01黄原胶多糖由葡萄糖、甘露糖和葡萄糖醛 酸3种单糖组成，N. K-01黄原胶的红外谱 分析图谱与美国黄原胶红外分析图谱相同， 证明它们有相同的化学组成，用电泳分析发 现N. K-01黄原胶不含蛋白质，用特性粘度 法算得N. K-01黄原胶的相对分子质量是 241000。王德润等[22根据透射电镜的研究 结果，计算出黄原胶的相对分子质量是6X 106~25X 106,用光散射法^3]测定的黄原胶 是 2 36X 106。

2黄原胶的发酵动力学和发酵工程

发表的资料较少，且多为实验室的动力学研 究，国内的研究很少。

黄原胶发酵工艺多为间歇式，1972年 Silan等[24]研究了连续发酵工艺，发现黄原 胶的得率是稀释速率的函数，当稀释速率是 0. 15h^时，黄原胶的最高得率是0. 84g/h/ kg葡萄糖的转化率由间歇发酵时的60%提 高到连续发酵时的80 %以上。

赵大健等[4]在0. 2m3的2级种子培养 罐和1. 2m3的中试发酵罐中，采用两层6直 叶圆盘涡轮搅拌，4块标准挡板，单管通气。 可通过加大搅拌桨直径和搅拌转速，来提高 溶氧速度。

Galindo等[25研究表明，在低浓度和中 等浓度的黄原胶液中，通气时的搅拌功耗下 降较小，气含率较高，而在高浓度的黄原胶液 (0.35g/L)中，通气功耗下降很多、且有严重 的不稳定现象。

Zhao等：1q在中试规模的黄原胶发酵罐 中，用大直径的rushton桨取代小桨，结合转 速的控制，使功耗及发酵周期大幅度下降，传 热系数増加一倍以上。

Pinches等：15]在发酵罐中采用3层6直 叶圆盘涡轮搅拌，黄原胶的制备，用NRRL BL1459 S4-L II 为菌种的黄原胶发酵中对生物量、黄原胶浓 度、葡萄糖浓度和溶氧浓度分别建立了数学 模型，并进行了发酵过程模拟。

?:这方面国外进行了充分的研究，但公开血等別在19 m3的发酵罐中分别

Peters等別在发酵罐中采用3层inter- mig桨搅拌，当通入空气时由于发酵后期发 酵液粘度很大，若转速低于6.67s 1会发生 供氧不足的现象，降低了黄原胶的产量和分 子量;若保持总气量不变、通入部分纯氧，则 供氧能力明显増加，黄原胶的浓度也増加(即 使转速很低)，因此供氧量(尤其发酵后期)是 影响黄原胶产量和质量的重要因素，可从工 艺和工程两方面克服供氧不足的问题。此外 电镜分析发现在罐中发酵情况与摇瓶发酵不 完全相同，带搅拌的罐中发酵时菌体表面不 存在粘液层。 

采用4层直叶圆盘涡轮、4层Ecato公司的 prochem maxflo Ts型揽拌奖或3层A315奖 进行搅拌，发现采用直叶圆盘涡轮时混合最 差，通气后搅拌效率最低。

Kawase等28]研究了搅拌釜内黄原胶发 酵液中混合时间，发现由于粘度的増加使混 合时间増加很大，且气体分散也影响了液相 混合，并提出了混合时间的模型。

此外，Pons等f 29]在鼓泡塔中研究了黄 原胶的发酵过程及模型化问题，发现同样功 耗时鼓泡塔中氧的混合和传递情况比搅拌釜 中好得多;采用Pinches等[15]的微分方程数 学模型，对发酵过程进行了模拟，与实验结果 吻合较好。Suh # M研究了鼓泡塔和气升 式反应器中黄原胶的发酵过程，发现气升式 反应器中氧传递速率满足不了菌体生长的要 求，导致黄原胶的生产速率较低，发酵周期很 长。由于黄原胶发酵后期粘度很大，加上发 酵液是有屈服应力的假塑性流体，使发酵罐 中溶氧、混合和传递很困难，需要很高的能 耗，而对鼓泡塔的研究发现，同一横截面上可 达瞬间混合均匀，因此利用鼓泡塔进行黄原 胶发酵有很大的优势。他们利用发酵罐中黄 原胶发酵的数学模型对发酵过程进行了模 拟，结果与实验值吻合较好。

3黄原胶的后处理

由于黄原胶发酵液具有较高的粘度使后 处理非常困难，其中菌体细胞的去除是提取 工艺的一大障碍。

3. 1预处理

该工序主要去除菌体细胞和各种不溶性 杂质，使黄原胶中不再含活性的菌体细胞、影 响产品质量的不溶性杂质和色素等。由于黄 原胶发酵液的粘度很高，因此各种后处理方 法均需将原始发酵液稀释至0. ~0. 5Pa、

以利于菌体细胞和杂质的去除以及黄原胶的 沉淀。

(1)离心法[18]。采用高速离心机，在 16,67s-1下30min可去除菌体细胞和不溶 性杂质。

(2 )过滤法。将发酵液加热至 120 °C，用〇. 45 ~ 1. 2um的微孔滤膜过滤，或 用硅藻土吸附的方法进行过滤，或用NaCl 溶液将黄原胶液进行适当的稀释，在95 °C下 搅拌2h,然后加入体积分数为2X 1(T6 ~ 2 5X 10^4的K2SO4凝结剂，再在95 °C下搅 拌2h,最后在75°C下过滤。

(3)酶降解法29]。将黄原胶发酵液，加 入体积分数为3X 10-4的碱性蛋白酶（如枯 草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌 和短小芽孢杆菌产生的酶)，用1mol/L的 NaOH调pH至9. 0,在30°C下保存4h,然后 加入1 mol/L的NaOH使pH升至12 0,再 在30 °C下保存3h。该法只去除菌体细胞。

(4)次氯酸盐氧化法18]。将发酵液加 入体积分数为20%的含6%的次氯酸钠溶液 漂白剂，用NaOH将pH调至11. 5,搅拌反应 2 5h,再用HCl将pH调至5. 7。

(5)过滤-超滤浓缩法。李时岩等[31]用 硅藻土过滤可除去发酵液中大部分的菌体细 胞，用中空纤维内压超滤法对黄原胶进行提 纯和浓缩，可除去发酵液中悬浮的不溶性固 体、可溶性离子物质和大部分色素，将黄原胶 浓度从2 5%提高到8. 7 %。

3. 2沉淀法

()低级醇沉淀法^9]。常用的低级醇 有甲醇、乙醇、异丙醇等。在沉淀过程中加入 终浓度为0. 2% ~ 1%的一价盐如KCl或 NaCl时，由于一价阳离子可与黄原胶侧链的 聚阴离子结合，消除黄原胶分子表面的电荷， 促进它在醇溶液中的沉淀，可降低醇的用量。 主要的工艺流程如图1所示。

(2)钙盐-工业乙醇沉淀法t18]。黄原胶的制备，在黄原 胶发酵液中加入终质量分数为1. 5%的钙盐 (如Ca(OH )2和CaCl2),充分混合后，逐步加 入终质量分数为0. 8%的NaOH,再搅拌30 min,可形成黄原胶钙盐复合沉淀物;将沉淀 物压榨脱水、并充分打碎块状物，加入终体积 分数为50 %的工业乙醇,用HCl调pH至

 

图1低级醇沉淀法工艺流程

1. 5 ~ 2 0,搅拌30min,经过滤或离心可得到

黄原胶的沉淀物;在该沉淀物中再加入30% 体积分数的工业乙醇，用NH4OH调pH至中 性，经过滤或离心、烘干、粉碎和过筛可得到 黄原胶的产品。

(3)铝盐-异丙醇沉淀法。流程基本与 钙盐-工业乙醇沉淀法相同，但最佳的低级醇 是异丙醇，所用的铝盐有AlCb、AlAc3和 Al(NO3)3 等。

(4)季铵盐-甲醇沉淀法[30。十六烷基 三甲基氯化铵或溴化铵（QAC)能与黄原胶 生成QAC-黄原胶复合沉淀物，再用含0. 2% KCl的甲醇溶液洗去QAC,再经过滤、烘干、 粉碎和过筛可得黄原胶产品。

4黄原胶的性能和应用

4.1黄原胶的性能[315 19]

黄原胶的多级分子结构使其具有多种如 下优异的特性。

()黄原胶液即使浓度很低也具有很高 的粘度，如0. 1%的黄原胶水溶液的粘度约 为 1 Pa°s

(2)黄原胶的溶液粘度耐酸碱抗生物 酶降解；

(3)黄原胶的溶液粘度抗盐，此外当黄 原胶的浓度大于0.35%时，加入0. 01% ~ 1 %的一价金属盐可使其粘度増加；

(4)黄原胶溶液具有良好的假塑性；

()黄原胶溶液具有很好的悬浮能力和 乳化能力；

(6)黄原胶溶液在一4 ~ 93 °C范围内反

4 2黄原胶的应用[1832~35]

()在能源开发、地质矿产部门的应用。 低浓度的黄原胶水溶液就可保持水基钻井液 的粘度、使钻井液有好的悬浮性能，这可防止 井壁坍塌、抑制地层井喷、便于将切削下的碎 石排出井外，其性能远好于聚丙烯酰胺;黄原 胶的假塑性使处于钻头附近的黄原胶液由于 高速旋转引起的强剪切而表现出极低的粘 度，具有低磨阻特性，有利于节省能耗；由于 黄原胶的抗盐性、耐高温性等，使在海洋、海 滩、高卤层以及水冻土层等区域的钻井作业 中采用黄原胶液作为泥浆増稠剂时可节省长 途输送淡水的费用；黄原胶的制备，黄原胶液用于3次采油 的流变控制液可提高10%以上的采收率。 目前国外约有30% ~40%的黄原胶用于钻 井泥浆和3次采油。

复加热..冷冻.其粘度基本不变。（）在其它行业的应用。黄原胶的应用

(2)在食品工业的应用。由于黄原胶液 的悬浮性、假塑性、理化稳定性、食用安全性 和良好的配伍性，使它在食品行业有广泛的 应用，可作为稳定剂、乳化剂、増稠剂、分散剂 和品质改良剂等，如在饮料中可悬浮果肉、并 保持良好的罐装性，在冷冻食品与冰淇淋中 可控制冰晶、抗融化、延长保存期、提高膨胀 率等，在肉制品中可増加持水性、提高出品 率、延长货价期、抑制淀粉的回生，在蛋糕中 可使蜂窝组织均匀、质体松软、延长松软时 间、富有弹性和良好的保湿性，在乳制品中可 増加粘度、防止脂肪上浮、提高热稳定性，在 罐装蔬菜中可降低脱水率、抗酸败、延长储藏 期等，在果酱中不折砂、酱体细腻均匀、涂抹 性好、不结块等。 

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7刘秀芳，王修垣，崔文华等.微生物学报，^

覆盖面己达30多个行业，除了钻井液和食品 添加剂外，还用于陶瓷、搪瓷玻璃、医药、农 药、印染、香料、化妆品、胶粘剂、消防等行业， 如使用黄原胶代替黏土作为釉浆悬浮剂和粘 结剂，使陶瓷和搪瓷产品的釉面平整、光亮、 滋润，产品合格率提高了 40%并降低了烧 结温度、减少了烧成遍数，降低了琅粉用量， 改善了劳动环境;又如利用黄原胶研制成功 的凝胶型抗溶泡沫灭火剂，避免了普通金属 皂抗溶灭火剂必须在使用时相混、输送管道 长不能超过200米的限制。

5建议

从国外黄原胶行业的发展趋势和国内黄 原胶的研究现状来看，黄原胶的制备，要提高我国的黄原胶 生产工艺水平，需要加强对下列课题的研究:

(1)开发适合高粘非牛顿系的新型高效 的机械搅拌式发酵反应器，提高生产强度和 产品质量；

(2)开发新型的分离提取方法，降低分 离提取的能耗和成本；

()开展黄原胶发酵动力学的研究，建 立发酵过程的数学模型，对生产过程和产品 质量进行自动控制；

(4)増加黄原胶产品的规格，研究黄原 胶的使用方法；

()通过对黄原胶进行化学改性等方 法，进一步拓展黄原胶产品的市场。