黄原胶的生产应用及发展趋势：
黄原胶的生产应用及发展趋势，本世纪50年代以来，采用发酵工艺技术生产的 多种微生物多糖产品一直是微生物行业研究的热门 课题，现已有多种微生物多糖产品具备工业生产化规 模。黄原胶就是其中最具有代表性的一种。
黄原胶(xanthan gum)又称为汉生胶。于20世纪 50年代由美国农业部的北方研究室发现，它是由葡 萄糖、甘露糖和葡萄糖醛酸组成的一种微生物胞外杂 多糖,分子量200>404^00>404,浅黄色至白色粉末，稍 带臭味，以碳水化合物为主要原料（如玉米、淀粉等）， 经生物发酵工程培养、乙醇提取、干燥、粉碎而得到 的。黄原胶独特的分子结构决定它卓越的理化性能, 如良好的增稠性、触变性、乳化性、假塑性等。它还有 一个重要的特性是能够与其他多聚糖产生交互作用 导致黏度增加，同时又是一种经反复确认的无毒安 全的绿色物质，因此成为食品工业中广泛使用的第一 种细菌多糖和目前国际上性能最优越的生物胶之一。 20世纪80年代以后，生物工程技术对黄原胶的发展 起了重大的推进作用，基因工程、酶工程、发酵工程技 术的更新、膜分离等分离技术的发展使黄原胶的应用 价值得到了更充分的展示。
2黄原胶的分子结构和理化性能
2.1黄原胶的分子结构
黄原胶是由D—葡萄糖、D—甘露糖、D—葡萄糖 醛酸、乙酸和丙酮酸组成的五糖重复单元”结构聚合 体，分子摩尔比为28 3 2 1.7 0.51i 63,相对分子量 在2>406-50>406之间。黄原胶分子的一级结构是由 氐1，4键连接的D—葡萄糖基主链与三糖单位的侧 链组成，其侧链由D—甘露糖和D—葡萄糖醛酸交替
连接而成。
黄原胶除拥有规则的一级结构外，还拥有二级结 构，经X-射线衍射和电子显微镜观测，黄原胶分子 间靠氢键作用而形成规则的螺旋结构。双螺旋结构之 间依靠微弱的作用力而形成网状立体结构，这独特的 的三级结构，使它在水溶液中以液晶形式存在。
2.2黄原胶的理化性质
黄原胶是采用天然物质为原料，经发酵精制而成 的生物高聚物，其无毒、食用安全、易溶于水，是目前 集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体，性能最优越的生物 胶。黄原胶在水溶液中呈多聚阴离子,具有独特的理 化性质。具体表现为：
(1)黄原胶易溶于冷水和热水，在很低的浓度下 仍具有较高的粘度，如1%浓度的粘度相当于明胶的 100倍左右，增稠效果显著；
(2)黄原胶具有独特的抗剪切、抗稀释性能，且
◎ 1根据石油行业专家预测，在我国黄原胶具有巨大
这种变化是可逆的，使黄原胶成为一种高效的乳化稳 定剂；
(3)有很高的稳定性，耐酸碱、耐盐，抗高温、低温 冷冻，抗生物酶解，抗污染能力强；
(4)可与多种物质(酸、碱、盐、表面活性剂、生物 胶等）互配，具有满意的兼容性；
(5)有良好的分散作用和乳化稳定作用。1983年 联合国粮农组织的世界卫生组（FAO/WHO)所属食品 添加剂专家委员会已正式批准其为安全食品添加剂， 而且对添加量不作任何限制。
3国内外黄原胶的发展现状
黄原胶项目属生物工程高技术产业，技术密集程 度高，工程化难度大，主要有美国、法国、奥地利、瑞 士、中国等少数国家生产。
目前国外的黄原胶工业化生产技术日趋完善，尤 其是生物技术的发展使黄原胶的发酵产率、糖转化 率、发酵液胶浓度等指标大大提高，发酵周期大大缩 短。目前世界上黄原胶生产最高水平已达到：50m3单 罐发酵年产量200-240t;淀粉投料浓度由4%-5%提 高到8%-9%;发酵黄原胶浓度已达到5%左右；原料 多糖转化率接近80%;发酵周期由72-96h缩短为 48-52h。日前国外对黄原胶的研究热点则是针对黄原 胶的发酵反应动力学和代谢网络分析，从各个角度阐 述黄原胶的高产机理，并在此基础上改进工艺，以提 高产品产量和质量。
我国黄原胶的研究和生产起步较晚，到80年代 中期，中科院微生物研究所、山东食品发酵研究所、南 开大学分别通过中试鉴定。1985年张孝宽设计的烟 台微生物多糖厂率先在我国实现了黄原胶的工业化 生产，产品质量与美国同类产品XC- Polymer相当，其 主要技术指标流变性甚至优于美国产品。之后我国又 有许多企业投资黄原胶项目，由于黄原胶生产技术较 为特殊和复杂，至今获得显著经济效益的企业很少， 尤其是发酵技术和最终产品的分离提取技术制约了 我国黄原胶工业的发展。2000年10月，由张孝宽负 责研发的具有现代国际先进水平的黄原胶第二代技 术工程建成投产，独创的黄原胶变速发酵新工艺、全 封闭连续自动提取干燥生产线、生物培养基无水节能 高温连消机组等一系列高新技术顺利通过生产实践 的检验，标志着我国黄原胶工业生产技术达到了一个 新的水平。目前国内对黄原胶的研究主要集中在培养 基配方和工艺改进方面，以提高产品质量。 的潜在市场，仅石油钻井和三次采油对黄原胶的需求 量在10X04t/a以上。随着黄原胶市场竞争的加剧，价 格竞争已经不可避免，而动力成本在总成本中占有很 大比例，因此与热电项目的合作已经成为发展趋势， 同时热电公司作为热电平衡项目上马黄原胶项目，具 有很强的成本优势；另外在产量不断增加的同时，产 品质量应有更明显的改观，在其产业化的过程中，有 关生产工艺的规范化、生产过程的质量控制、产品的 质量指标、检测方法等方面，都存在一些不容忽视的 问题，值得研究探讨。
4黄原胶的生产
经过半个世纪的发展，黄原胶的生产工艺日趋成 熟，底物转化率60%-70%。黄原胶的生产应用及发展趋势，黄原胶的生产受到菌种、 培养基、培养条件(温度，pH值，溶氧量等)、反应器类 型、操作方式（连续式或间歇式）等多方面因素的影 响。
4.1菌种
黄原胶发酵的菌种一般采用野油菜黄单胞菌（亦 名甘蓝黑腐病黄单胞菌），此外，菜豆黄单胞菌（X. phaseoli)、锦葵黄单胞菌（X.malvacearum)和胡萝卜黄 单胞菌(X.carotae)亦可作为发酵菌种。
4.2培养基
发酵法生产黄原胶理想的培养基是葡萄糖、蔗糖 或淀粉等为碳源；蛋白质、鱼粉、豆粉或硝酸盐为氮 源；加 KH2P〇4、MgS〇4、Ca2C〇3 等无机盐和 Fe2+、Mn2+、 Zn2+等微量元素，以及生成促进剂谷氨酸、柠檬酸等， 将pH值调为7.0。
4.3黄原胶的生产工艺
黄原胶的生产包括发酵和提取两部分。发酵工艺 有连续法和间歇法，工业化生产工艺所采用的是间歇 法。实际过程是：种子发酵、种子扩大和发酵。
4.3.1 发酵工艺
国内生产黄原胶常用的工艺流程与国外相同，但 发酵罐为标准型通用反应器，通常后处理采用的是乙 醇沉淀方法；生产工艺为：菌种一摇瓶一发酵罐一发 酵液一热压式真空一脱水喷雾一干燥一成品包装。国 外采用的生产工艺为：菌种一摇瓶一种子罐一发酵 罐一发酵液一后处理一烘干一粉碎一成品包装；发酵 罐为专用搅拌式反应器，目前也逐步改为气升式发酵 罐，以减少能耗，后处理采用的是物理脱水与化学沉 淀相结合的办法。
在生产过程中，由于细菌分泌出的黄原胶包裹在Na+则不会引起沉淀，因而，加入含低盐浓度的有机试shing House. All rights reserved.
细胞的周围，妨碍了营养物质的运输，影响了菌种的 生长。因此发酵接种阶段，除增加细胞的浓度外，还应 尽量降低黄原胶的产量，这样就需多步接种（每步接 种时间必须控制在7h以下，以免黄原胶生成），接种 体积一般为反应器中料液体积的5%40%，接种的次 数应随发酵液体积增大而增多，其中发酵液中的成分 配比也是影响产量的重要因素之一。碳源（一般为葡 萄糖或蔗糖）的最佳浓度为2%4%，过大或过小都会 降低黄原胶的产量；氮源的形式可以是有机化合物， 也可以为无机化合物，为了提高黄原胶产量，应选择 温度在3143反应器的类型及通氧速率、搅拌速率 等应根据生产条件而定。从发酵液中回收黄原胶产品 的成本较高，由于高浓度的黄原胶的存在，所以增加 了提取操作的难度；因此需先做稀释处理、细胞的沉 淀、黄原胶的沉淀、脱水、干燥、研磨等操作。
4.3.2提取工艺
4.3.2.1硅藻土过滤-超滤-醇析提取黄原胶法
硅藻土过滤是一种较好的黄原胶发酵液预处理 方法，将黄原胶发酵液等倍稀释，黄原胶的生产应用及发展趋势，硅藻土用量为初始 黄原胶发酵液的1%。此时黄原胶收率为98%;超滤浓 缩优化工艺条件为：采用UFM-4超滤膜，进料流量 Q=100L/h(膜面流速2.46m/s)，操作压力0.2MPa，黄原 胶浓缩液终浓度60g/L左右；醇析最佳工艺条件为： 采用95%的工业乙醇作为醇析溶剂，pH=5.5, 95%工 业乙醇用量为黄原胶超滤浓缩液体积的1.2倍。
4.3.2.2酶处理法
成本较高；化学试剂易导致pH值的变化，从而 降低产品中的丙酮酸含量。
4.3.2.3巴氏灭菌法
此法由于温度较高，可提高黄原胶的溶解度，并 在一定程度上降低了溶液的粘度，利于随后的离心或 过滤。但要注意温度不能过高，使其发生降解，一般维 持在80430C，加热10-20min，pH值控制在6.3〜 6.9,过滤前需要稀释，稀释剂一般为水、酒精或含低 浓度盐的酒精。
4.3.2.4黄原胶沉淀分离的工艺
沉淀黄原胶的方法有加盐、加入可溶于水的有机 溶剂（如乙醇、异丙基乙醇）等，或将这两种方法综合 运用。加入有机溶剂不仅可降低溶液粘度和增加黄原 胶的溶解度，还可洗脱杂质（如盐、细胞、有色组分 等），但单独加入有机溶剂量太大，成本太高。加入盐 离子可降低黄原胶的极性从而降低其水溶性，且加入 盐的离子强度越高效果越明显，如Ca2+，Al3+等，加入
剂是目前较为通用的方法。
具体的提取工艺与产品的应用范围有关，如用于 采油，则需除去微粒（如细胞体）以免阻塞孔道；黄原胶的生产应用及发展趋势，食品 级的黄原胶则需脱除所有的菌体和杂质，如应用于纺 织业等则要求相对宽松的多。
5国内外黄原胶的应用情况
黄原胶良好的增稠性、独特的抗剪切、稀释性质、 理想的乳化稳定性，对酸、碱、热、反复冻融的高度稳 定性，以及对人体的无毒害等许多优良性能，在食品、 石油工业及日用品工业等领域应用范围非常广泛。国 内大约有45%的黄原胶作为食品级销售，40%作为石 油级销售，15%用于农药、饲料、日化、环保等行业。
5.1石油行业
在石油工业中，其强假塑性，低浓度的黄原胶水 溶液就可保持钻井液的粘度控制其流变性能，因而在 高速转动的钻头部位粘度极小，节省了动力，而在相 对静止的钻孔部位却保持高粘度，从而防止井壁坍 塌。优良的抗盐性和耐热性，广泛应用于海洋、高盐层 区等特殊环境的钻井，可用作采油驱油剂，提高采油 率。由于价格因素，我国石油行业只有渤海油田及内 陆的中原、胜利、塔里木油田等一些中外合资钻井泥 浆公司用黄原胶，但随着经济的发展，市场需求会逐 渐加大。
5.2食品工业
黄原胶是食品中广泛应用，主要作为乳化剂、粘 合剂、悬浮剂、耐盐、耐酸增稠剂等。黄原胶是面粉制 品中重要组成部分，在高温下具高稳定性，能维持烘 烤食品的湿度，延长面粉制品的贮存期；在饮料中能 使一些不溶成分充分悬浮，保持良好的外观形态，增 加口感清爽等作用；还可配制成为含亚硝酸盐的保鲜 剂，有效的延长生菜和水果的贮藏寿命。此外黄原胶 作为抗氧化剂在食品工业中发挥巨大的作用。
5.3黄原胶在其他领域中的应用
黄原胶在陶瓷、搪瓷、玻璃、医药、农药、印染、牙膏、香料、化妆品、胶粘剂和消防等行业中也有广阔的用途。黄原胶在牙膏中可改善膏体状态便于灌装；代替粘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；应用于印染工业，作为水基油墨和乳化油墨的悬浮剂和稳定剂，控制水的渗透性和失水，可保持均匀的光泽可控制浆的流变性质，防止染料的迁移，使图纹清晰；在医药工业中黄原胶用于多种悬浮剂、乳化剂和增稠剂中，如用在维生素乳化剂中可以避免因温度升降引起的分层；另外黄原胶易溶 于冷水，黄原胶的生产应用及发展趋势，使溶液易于配置。用黄原胶作原料生产的凝 胶泡沫灭火剂,用于森林灭火。黄原胶还可用于胶体 炸药、水溶性涂料、工业擦亮剂、除锈剂、湿法冶金的 增稠剂等。
6结论
人们对黄原胶的发现以及长达半个世纪对其结 构功能进行的大量研究，引发了人类对微生物多糖优 良的性质的强烈好奇。据估计，全世界对黄原胶的需 求量每年以10%的速度增长，从世界石油组织分析结 果显示，石油行业钻井和三次采油方而需要黄原胶达 90>404-i00>104t/a。随着国内黄原胶生产工艺的改 进，生产成本逐渐降低，将使我国的黄原胶产品在国 际市场上有较强的竞争力，市场份额将会不断扩大。
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