黄原胶是一种微生物胞外多糖，它广泛 应用于食品、医药、日化、石油等工业tu。80 年代初以来，我国黄原胶工业从无到有，并取 得了较大的发展。

 

黄原胶生产对原料要求较高》在我尔主 要碳塬是精制淀粉，氮源是豆粉和鱼粉蛋白 胨等a国外主要以玉米淀粉水解糖浆为硪 瘫，氮源以无机氮为主，辅以少量的植棱F蛋 白。梢制的营养缀分在高温灭菌过程中更容 易被玻坏，最常见的破坏诈用是氨基酸与还 原糖起羰气反应产生类黑色素的褐变诈用^ 培养基褐变时对黄旗胶发酵危害极大，轻则 影响发酵液的外观、发酵转化率和终产品色 泽，重则抑制黄单胞菌 (Xanthomonas )的生长，使发W彻底失败。

 

我国目前的黄原胶生产厂大都采用传统 方法，在发酵_中对培养基进行实罐灭菌，在 发薄嫌中实施对成熟醪液中活菌体热杀菌。 这是逾成我国黄原胶产品顔色偏深、粘度偏 低，食品级产晶卫生往往无法达标的根本原 因之一，租搏了国产黄康胶与国外产品在广 量上竞争。国外有关公司在黄原胶发酵培养 基和成熟醪液灭菌方面有独特的技术，但因 涉及商业性生产间题，未f有公开发表。

 

本文介绍了 2种实用新技术;（1>工&规 棋的黄原胶发酵培养基连续灭菌技术;(2)工 业规模连续杀灭黄原胶发酵成熟醪中黄单胞 菌的新技术a前者使碳源、气源彻底分开灭 菌，有效地通制了灭菌过程的褐变作用，更好 地保存了培养液的营养成分;后者利用黄原 胶醪液剪切变稀的流动特性，髙温变稀冷却 还原的受热特性，高温、快速、连续杀灭醪中 的黄单胞菌，同时使多糖性能因热处理而得 到改蕃。黄原胶的工业生产实践证明，来用 以上2项新技术，能显着提高灭菌效率，有效 地提高发酵转化率，使终产品的活菌含量降 低，达到食品级产品卫生指标，并使产品色泽 变浅、变亮，提高产品惑官质童。

 

1培养基连续灭菌技术1.1工艺流程田工艺流程如图1所示。

 

1.2工艺_作要点(1)向碳源配料桶1中加入液化好的淀 粉洛液，开动搅捽，加入轻质碳酸钙，加水调 整体积至刻度，待料温上升，调好pH,最后加 入消泡剂；_氮漯配料桶2中加入a粉和鱼 粉蛋白胨等，开动搅拌Ji水调整体积至刻 度，待料温上升，调奸pH,最后加入消泡剂。 U)打开喷射加热器4进蒸气阀门，空消连续 灭菌系统，尾气由阈D排出或送入1的盘 管，预热1中冷料；空消时系统表压为0.2MPa,空消时间为30min。（3)1中料液 预热至601C左右，系统空消充分后，开动往 复粟3,将1中料液送入连续灭菌系统，同时 开大蒸气，微微启开阀D;待阀D排出热料 液，观察料温T3，开阔E将灭菌料液切换进 预先灭好菌的发酵罐中，同时打开螺旋板换 热器的冷却水进水阀F，关闭阀D,打开阀C, 将热冷凝水泵入1、2的盘管，预热1、2中冷 料。（4)调节往复泵转速，进蒸气量和冷却水 流量使连续灭菌系统很快稳定。稳定状态 T，Ti = 135t：、T2 = 130C、T3 = 35t：c(5)l 中料液灭菌完毕，先加一定量水并维持系统 稳定，待1中水即将打完，将往复泵进料口切 向2,继续给氮源灭菌。灭菌结束后，关闭阀 F, —批次251料液灭菌大约需1.5h。

 

1.3讨论1.3.1培养基连续灭菌理论培养基灭菌过程既要杀灭杂菌孢子又要 保存薷养成分，实验证明，微生物的热死过程 符合一级化学反应动力学方程，即：-dc/d? = Kc(1)

 

dlnK/dT = AE/RT2(2)

 

式中o杂菌浓度；K:热死速比;^￡:活化 能；R,通用气体常数;了：温度;反 应时间营养物质的受热破坏反应也可看做符合 一级反应规律，由于处杂菌：> 处：营养[2]，而(2)式指出4E越大，了的变也对K影响越 大，因此将T提高会加速杂菌孢子的死亡， 而营养物质热破坏速度增加很小，同时由于 提髙r会使灭菌时间显着缩短，总的结果是达 到了灭菌要求而营养成分破坏量大为减少。

 

依据上述理论，连续灭菌工艺将灭菌温 度由实罐灭菌的1201C提高至135*0 ;灭菌保 温时间由实罐灭菌的30min缩短至7min;实 罐灭菌需要较长的加热和冷却时间，连续灭 菌培养基流经喷射加热器瞬时加热至预定温 度，流经螺旋板换热器时瞬时冷却至发酵温 度。

 

1.3.2连续灭菌能有效道制褐变作用采用连续灭菌技术能使碳源、氮源彻底 分开灭菌，能有效地抑制美拉德反应，减少褐 变作用。观察发现，连续灭菌后的培养液颜 色比实罐灭菌后培养液颜色浅得多，基本上 维持连续灭菌前液化淀粉和碳酸钙混合液的 颜色，而实罐灭菌后培养液呈棕红色，培养基 灭菌时产生的色素直接带入产品。应用连续 灭菌工艺的成熟发酵醪色泽比实罐灭菌工艺 所得发酵醪色泽浅，在同样的后提取条件下， 前者所得产品更白更亮。表1是连续灭菌与 实罐灭菌两种工艺所得发酵结果的比较。 1.3.3连续芡菌系统穗定可靠连续灭菌系统加热器为特制文丘里管式 喷射加热器，保温灭菌部分是由60 m长的维 持管和2只瘦髙的维持罐构成，充分考虑了 培养基返混这一不利因素，使培养液在管道 中的流型接近活塞流，保证了灭菌彻底性。 多批发酵实践证明，除明显的机械故障和操 作失误，连续灭菌可靠性很高，采用连续灭菌 工艺的33 m3大罐发酵成功率明显髙于采用 实罐灭菌工艺的3 m3种子罐，33 m3大罐发 酵成功率接近100%, 3 m3种子罐有时会因 实消过头或不彻底造成不长菌和污染倒罐， 成功率在70%左右。

 

若在连续灭菌系统引入自动控制技术，表1连续灭菌和实罐灭菌工艺对黄琢胶发_的彩响连消工艺 ! 33 w3气升式发酵罐数据 i! 实消工艺3 m3气升式发綍罐数据批号时间h风量WM多糖含量S/L粘度-Pa-a成品1 色泽1时间h风量VVM多*翕惫g/L粘度P&*s成品色泽■721-0.8258.0白721：14307.96贫揭72i：0.9308.8黄白721:1-4307.0褐65i-i,o3Si2.5白721:1-53$9.5黄683510.0白*粘度测定：NDJ-1型粘度计，3对转子，60 r/min。

 

系统会更加稳定可靠，具体操作时K要通过 调节阀控制蒸气流量、冷却水流量，变频器控 制泵的流量，就可使系统稳定，从而更加显示 出连续灭菌高效、可靠等方面的优点。

 

2成熟发酵醪的连续灭菌技术2,1工艺津程图工艺流程如图2所示。

 

图2连续杀灭黄单胞菌工艺流程图1-灭菌前醪液5￡罐；2,4,6-单艨杆蒹；3-BR4J-45乎板换热器<加热)；5-BE4J-UC乎板换热器(保温 7-BR4J-100平板换热器<冷却}i 8-灭菌后醪液贮绉；-不同位置泡度计2.2工艺搡作要点黄原胶分子间靠气键形成双股或多股螺(1)打开醪液贮罐1进蒸气阀给系统空旋的刚性结构w。备溶液湛度升高时，分子消，空消系统表压0.2MPa,时间20min。（2)内热运动加剧，氢键结合力减弱，嫘旋结构松给1罐进料，再打开螺杆泵2将醪液送入平弛，温度升高至一定范围，缧旋结构完全解板加热器3,开大3的加热蒸气，调节2泵转体，构象发生变化，多糖分子变成柔软的长纤速和回流，控制指示在1101C。（〗)打开4维;冷却时多糖分子重新聚合，但重新聚合成泵和6泵，调节两泵的囬流，同时打开换热器的多糖分子螺旋结构与原来的不一致，特别7的冷却水并调节其流量，控制T2 = 108X：，是多糖分子媒旋结构之间的空间位阻减小，T3 = 40t：，并使连消系统稳定。一批次20结构更紧密，所以受热处理之后多糖的流变m3醪液灭菌大约需1.5 h。性能得到改善。图3为质量分数2.8%的黄2.3讨论原胶醪液加热和冷却过程表观粘度变化曲2.3.1黄康股经短时间高温处玫流变性能线[4]。另外，我们发现，热处理温度在95?

 

得到改晷105C表观粘度提高最明显w(见表2)。但考虑到杀菌效果，我们选择105 ~ 1101C为醪 液连续灭菌温度范围《杀灭黄单胞菌;另一方面，黄原胶本身是热敏 性物质，若为彻底杀菌而升高温度和延长杀 菌时间，又会严重影响产品的色泽、溶解性 能、流变性能，甚至引起黄原胶热降解，50s0溢度图3加热与冷却过程黄康胶 醪液粘度变化曲线表2不同温度热处理对黄通胶醪液粘度影喃热处理溢度热处理10 min立即冷却，在 S I_F_ 薄轱度(IVO尿始霱液10.38510.89511.610511,51219*7133明显变薄2,3.2选择平板换热器能利用醪液特性高 故灭埔成熟发酵醪中含有大量活菌体，黄单胞 菌（Xas法并肺JSS casipe对rfs )是一#植_病 原菌，虽然不是人体致病菌，但食用后会对人 体产生不良影响，因此，国际上对食品级黄原 胶产品活菌数有严格规定（如美国FCC1981 和FA01986),我国也规定每g食品级黄原 胶千粉活细菌数不超过10000个[61?通常 60X：就可使黄单胞菌失活，但黄原胶是黄单 胞菌的荚膜多糖，牢牢地附在菌体表面，保护 菌体少受外界环境温度影响s表现在醪液的 加热灭菌上，就给工业生产带来了难题，一方0 100 200 抑切速率/s-1图4某批发薄及h表观粘度 与剪切速率关系曲线我们结合连续灭菌理论和黄原胶剪切 变稀的流变特性(如图4所示),选择单蜾杆 泵做为醪液连续灭菌的动力，选择板式换热 器做为连续灭菌的加热器、维持器和冷却器， 选择适当的板片组合，构成醪液的流道，在满 足灭菌时间的条件下，尽量加快醪液在板间 的流速，提高对醪液的剪切速率，使醪液表观 粘度降低，强化传热，提高杀苗效率〇

 

在加热段，选择(6 X 9)/(1 x 54>的板组 合，使醪液在板间流速达0.15 m/s,呈湍流流 态，考虑国产板式换热器搡作压力一般<0.3 ，每级换热器之间串进一台缧杆泵，并在 设计流道时考虑高粘醪液阻力造成的压降， 以免换热板在髙压下胀开泄漏;在保温段，利 用醪液本身热量进行热交换，为保证保温时 间7 min，醪液流道较长，阻力较大，操诈时要 调节螺杆泵回流比，使之逐步进入稳定状态。 我们选择(18 X 7)八18 x 7)板组合，醪液在板 间流速达0.2 tn/s,呈高度湍流状态;在冷却 段，同样选择(18 X 7)八18 x 7)的板组合，调 整冷却水流童，很方便迪将灭菌后的醪液冷 却至下工段要求的温度(401：多批醪液的灭菌实践证明，用平板式换 热器连续灭菌，醪液在系统中经过的时间为 15 min左右，10SC保温时间仅7 min,醪液受 热褐变得到了有效地抑制，外观顔色不会加 深;经过连续灭茴热处理后，成品的流变性能 得到了 一定程度上的改善;灭菌效果很好，灭 酋后，若后续工序不带杂菌，终产品能达到食 品级产品对黄单胞菌的活菌数要求^3结语发酵培养基连续灭菌理论上的优点早就 海人们所知，但过去由于仪器控制手段落后， 操作人员水平为隹等撅因，其灭菌可靠性遭 到怀疑，在我国仅在酒精生产、酵母生产等不 易染杂菌的发酵产品上应用。现在自动控制 仪表可靠性有了很大提髙，我们将这种连续 灭菌技术应用于黄原胶工业生产，证实该技 术高效快捷、操作方便、稳定可靠，灭菌效果 好，特别是能使碳、氮分开灭菌，对提高产品 广童有效，并且能解决大型非机轳搅拌反应 器的培养基灭菌问题。

 

黄康胶发酵醪的后处理技术是我国黄原 胶生产厂的樽弱环节，不少黄原胶广的产品 达不到食品级产品的卫生指标，外观色泽也 比不上国外产品。热杀灭醪中黄单胞菌是影 响产品色泽和卫生指标的关键技术，我们在 连续灭菌理论指导下，设计出以平板式换热 器主体的连续灭菌系统，利用黄原胶剪切变 稀的流变行性，能高效快速杀灭黄单胞菌而 不影响终产品质量，并且能使黄原胶构象发 生有益变化，在一定程度上改善黄原胶流变 特性。

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