黄原胶(Xanthan gum)是以碳水化合物为主要底物， 由甘蓝黑腐黄单胞菌或野油菜黄单胞菌发酵而成的一种 酸性胞外杂多糖|1]。因其独特的分子结构而具有独特的流 变性、良好的水溶性、对热酸碱的稳定性、与各种盐类的相 溶性等许多优异的理化性能，已被广泛应用于食品、饮 料、化妆品、洗涤剂、陶瓷、石油开采、化工涂料、森林灭火 等30多种行业[2]。黄原胶是一种增粘性能极好的物质，尤其 在发酵后期表现出典型的非牛顿性流体特性，从而影响到 发酵后期的氧传递，因而出现供氧不足，使发酵无法继续 进行，限制了其产量的进一步提高|3]。人们开始尝试新的 发酵工艺(如胞外酶发酵、双液相发酵、固定化发酵等[4)， 但没有取得令人满意的结果。利用油水乳化体系发酵，水 相中的黄原胶浓度较高，但整个体系体积庞大且后续处理 工艺更加复杂|5。

固态发酵具有节水、节能的独特优势，且没有废液产 生，属于清洁生产技术，在食品工业、酶制剂等领域受到重 视|6]，STREDANSKY M等[7]对用固态发酵生产微生物多 糖的可行性进行了研究，证明可用啤酒糟作为基质生产微 生物多糖。本试验采用固态发酵方法，研究培养基组分、基 质含水率、培养时间及培养基厚度对黄原胶产量的影响。

1材料与方法 1.1菌种

野油菜黄单胞菌(Xanhomonascampestis):本实验室

保藏。

1.2培养基

固体培养基：蔗糖2g，蛋白胨0.5g，酵母粉0.2g，琼脂 2g,水 100mL。

种子培养基:蔗糖2g蛋白胨0_5g酵母粉0.2g水100mL。

发酵培养液：蔗糖5g，蛋白胨0.5g，0.3g，碳酸钙0.3g， 磷酸二氢钾0.5g，硫酸镁0.25g，硫酸亚铁0.025g，柠檬酸 0.025g，水 100mL。

1.3 试验方法 1.3.1平皿培养

取$9cm的培养皿，倒入25mL固体培养基，30C培养4d~8d〇 1.3.2啤酒糟处理

啤酒糟(取自江苏食品职业技术学院啤酒实训中心） 用自来水洗涤2次，烘干后备用。

1.3.3发酵条件研究

培养基组成的研究:分别以葡萄糖、麦芽糖、乳糖和淀 粉代替发酵培养基中的碳源，固态发酵生产黄原胶的研究，进行发酵培养，并做空白对 照，确定最佳的碳源。在发酵培养基中加入0.5%氮源，即 蛋白胨、酵母粉、硝酸铵、硫酸铵，乙酸铵和黄豆饼粉进行 发酵培养，确定最佳的氮源。

基质含水率的研究：称取10g啤酒糟，加入10mL、 15mL、20mL、30mL、40mL的液体培养基搅拌均匀，搅匀后 的固态培养基转入250mL三角瓶中，121°C灭菌15min，接 

-黄原胶的产® +蔗糖转化率

 

5 0 5 0 5 7 7 66(5

0 I ■■■— • _ 了―T , ■  50

20304050607080

蔗糖浓度/ (g* L1)

图2蔗糖浓度对黄原胶产鼉的影响 Figure 2. Effect of sucrose concentration on xanthan gum production

研究报告

中国酿造

2010年第8期 总第221期 • 73 •

种后进行培养。

1.4菌体和多糖的检测

1.4.1平皿培养液菌体和黄原胶含量的检测

在平皿培养的粘液用铲子铲起，不要刮破琼脂表面。 用蒸馏水稀释后，在25000gx条件下超速离心20min。细胞 沉淀用蒸馏水冲洗2次，70°C干燥至恒定重量。上清液加入 2倍体积的酒精，室温条件下搅拌30min然后过滤掉酒 精，再加入1倍体积的酒精搅拌过滤，得到黄原胶置于烘箱 中，60C烘干至恒重。

1.4.2固态发酵中黄原胶含量的检测

向固态发酵物中加5倍体积的蒸馏水，250r/min振荡 2h后，在4000gx条件下离心10min，然后在25000xg条件下 超速离心20min。黄原胶的沉淀干燥同1.4.1所述。

2结果与分析

2.1 琼脂表面培养结果

在实验中，琼脂表面培养野油菜黄单胞菌被用于评估 固态发酵在胞外多糖的生产上的潜力。固态发酵生产黄原胶的研究，琼脂表面形成的 粘液用于检测黄原胶和细胞的产量。 琼脂平皿上黄原胶 产量随蔗糖浓度和培养时间变化见表1。4d后细胞生长几 乎完全停止，而黄原胶的产量持续增长。高糖浓度对细胞 生长和聚合物合成有明显抑制作用。黄原胶占粘液的比 例几乎是常数，培养时间和培养基中糖浓度对其影响 不大，为3°%3.5%。这种情况表明，在饱和条件下，黄原胶 分子粘液中的浓度不超过35g/L。这可能也表明固态发酵 生产黄原胶的产量。琼脂平皿培养的pH值变化不大。这可 能就是固态发酵生产有利地方，毕竟pH值控制是不容易 实现的。

表1琼脂平皿上黄原胶产量随蔗糖浓度和培养时间的变化 Table 1. Production of xanthan gum by X. campestrison agar plates

初始蔗 糖浓度/ (g_L-)培养时 间/d单个平 皿上的 粘液/g单个平 皿上的菌 体量/mg单个平皿 上的黄原 胶/mg黄原胶 产率/ (g*kg-)pH值

2049.3631.233335.65.85

4049.0627.532335.65.74

8045.326.918635.15.77

10045.219.716631.95.73

15043.5517.712735.85.36

20810.8233.936633.86.48

40810.3332.236535.36.08

8089.0627.530133.26.02

10088.5626.626931.46.18

15085.1621.415630.26.21

2.2 碳源和氮源对黄原胶产量的影响

碳源和氮源对细菌产黄原胶影响显著[8]，不同的碳源 (包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖和淀粉)对黄原胶产量的 影响见图1。由图i可见，蔗糖和葡萄糖被证明是最适合生 产黄原胶的碳源，考虑蔗糖为碳源时产量优于葡萄糖，选 择蔗糖为碳源进行碳源浓度实验，结果见图2。随着蔗糖 浓度的增加，黄原胶产量也随之提高，蔗糖浓度为80g/L 时，黄原胶的产量达43.5g/L转化率为54.4%;但当蔗糖浓 度为50g/L时，黄原胶的产量达36.5g/L，转化率为73%。即 高浓度的蔗糖时转化率下降，选择蔗糖的浓度为50g/L。

 

葡萄糖蔗糖麦芽糖乳糖淀粉

图1碳源对黄原胶产量的影响 ffect of carbon sources on xanthan gum production

•80

 

图3氮源对黄原胶产看的影响

Figure 3. Effect of nitrogen sources on xanthan gum production

不同氮源对黄原胶产量的影响见图3。由图3可见，酵 母粉和黄豆饼粉是最适合生产黄原胶的氮源，固态发酵生产黄原胶的研究，从工业生 产角度看，黄豆饼粉比酵母粉便宜，选择黄豆饼粉为生产 氮源。此外，使用氮源进行固态发酵实验未发现酸化现象， 即浸出液的pH值为6.8~7.2，而液体深层培养过程中，pH 

Research Report

China Brewing 

0

!

值变化大，产量随pH值变化影响较大[9]。

2.3基质含水率对黄原胶产量的影响

水是发酵的主要媒质，基质含水量是决定固态发酵 成功与否的关键因素之一|10]。由图4可见，随着基质含水率 的增加，黄原胶产量也随着增加，这可能是由于随着基质 含水量的增加，提高了反应体系的水活度，从而有利于营 养物质的输送和菌体的生长，提高黄原胶的产量。但当含 水量过大时，由于基质空隙率以及颗粒表面水膜的增厚， 严重降低了菌体对氧的吸收以及二氧化碳的排出。此外 也不利于发酵热散发，进而影响菌体的生长，最终导致黄 原胶产量下降。基质含水量为75%%时黄原胶的产量最高， 为 35.3g/kg。

 

505560 6570758085

基质含水率％

图4基质含水率对黄原胶产量的影响 Figure 4. Effect of the water content of substrate on xanthan gum production

2.4培养基厚度对黄原胶产量的影响

(bof /攻^枭空班

 

246810

培养基哼度/cm

图5培养基厚度对黄厣胶产置的影响 Figure 5. Effect of substrate layer thickness on xanthan gum production

培养基厚度是固态发酵的重要参数之一，在圆柱形 容器中加入固态发酵基质，考察培养基厚度对黄原胶产量 的影响，结果见图5。随着培养基厚度增加，黄原胶产量下 降，当培养基厚度超过6cm时，固态发酵生产黄原胶的研究，黄原胶的产量急剧下降，可 能由于黄单胞菌是好氧性的微生物，随着培养基厚度增 加，物料间存在氧气梯度问题，微生物的生长和代谢受到 阻碍，使黄原胶产量下降。

2.5 发酵时间对黄原胶产量的影响

发酵终点对提高产物的生物量有非常重要的意义。 在发酵过程中，产物的浓度是变化的，一般产物高峰生产 阶段时间越长，生产率也越高，但到一定时间时，产率提高 减缓，甚至下降。因此无论是获得菌体还是代谢产物，微 生物发酵都有一个最佳时间阶段。由图6可见，初期可能 是黄单胞菌生长期，2d后，黄原胶的产量开始变快，到第5d 时达到最大，为35.3g/kg，此后黄原胶的产量没有明显变化，

40

35

30

&025

20

15

 

IQ

5

〇

2345678

培养时N/d

图6发酵时间对黄原胶产量的影响 Figure 6. Effect of fermentation time on xanthan gum production

因此最佳培养时间为5d。

3结论

(1)琼脂表面培养证实固态发酵法生产黄原胶的潜 力，黄原胶的产率为3%~3.5%。

(2)利用啤酒糟为基质，补充发酵培养液，可用于黄原 胶的发酵生产。以蔗糖、黄豆饼粉为原料，啤酒糟与培养 液比例为1:3时，培养厚度不超过6cm的条件下发酵5d,黄 原胶的产量达到最大，为35.3 g/kg。