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高酰基结冷胶发酵生产工艺优化研究

   日期:2012-02-28     浏览:1738    评论:0    
核心提示:经少动鞘脂单胞菌发酵后的发酵液,未经脱酰基处理所得到的即为高酰基结冷胶,而直接加热加碱脱去酰基的为低酰基结冷胶。 近年来,国内低酰基结冷胶性能大部分已达到美国Kelco水平,而对高酰基结冷胶研究较少[4],高酰基结冷胶生产工艺研究方面,仅有张士楚等[5]、张禹等[6]、王学刚等[7]专利3篇。笔者通过对结冷胶发酵配方的优化改进,筛选出一种适合生产高酰基结冷胶的发酵配方,为其规模化生产奠定了一定的基础。
  
  结冷胶(Gellan Gum)是一种细胞外生物高分子多糖类物质,以葡萄糖等单糖或双糖为原料,以少动鞘脂单胞菌为产生菌,经特定的生物发酵制成[1]。我国在1996年批准其作为食品增稠剂、稳定剂使用,2011年发布实施了结冷胶国家标准GB25535-2010[2]。经少动鞘脂单胞菌发酵后的发酵液,未经脱酰基处理所得到的即为高酰基结冷胶,而直接加热加碱脱去酰基的为低酰基结冷胶。作为一种新型的微生物胞外多糖,高酰基结冷胶具有生产周期短、不受地理环境和气候条件的限制、理化性质独特、安全无毒等优势,且其凝胶性能优越,在食品、制药、化工等领域有着广泛的应用前景[3],具有重要的商业价值。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3202666.htm
近年来,国内低酰基结冷胶性能大部分已达到美国Kelco水平,而对高酰基结冷胶研究较少[4],高酰基结冷胶生产工艺研究方面,仅有张士楚等[5]、张禹等[6]、王学刚等[7]专利3篇。笔者通过对结冷胶发酵配方的优化改进,筛选出一种适合生产高酰基结冷胶的发酵配方,为其规模化生产奠定了一定的基础。 
1材料与方法 
1.1试验材料与仪器 
1.1.1供试材料。菌种:结冷胶菌种G11.3-9(实验室保藏)。试剂:豆粉(自制)、牛肉膏、蔗糖、鱼蛋白胨、葡萄糖,乳糖,KH2PO4,KCl,MgSO4·7H2O,FeSO4·4H2O,CaCO3,CaCl2,CaSO4·2H2O,试剂均为分析纯。种子培养基:葡萄糖1.0%,NaCl 0.5%,鱼蛋白胨0.6%,牛肉膏0.3%,pH值为7.0~7.2。发酵培养基:蔗糖2.75%,鱼蛋白胨0.25%,磷酸盐0.10%。 
1.1.2供试仪器。HIQ-150型生物摇床,武汉江城生物科技有限公司生产;微生物发酵罐,江苏科海生产;LS-30型立式压力蒸汽灭菌器,上海博讯实业有限公司医疗设备厂生产;DV-Ⅱ型粘度计,美国Brookfield公司生产;电子显微镜,CX21FS1,日本OLYMPUS公司生产;精确到0.001 g的电子天平;精密酸度计,PHS-3C型,上海大普仪器有限公司生产;均质机;质构仪,BROOKFIELD CT3型。 
1.2试验方法 
1.2.1培养方法。①种子液制备。取实验室保藏的结冷胶菌种菌悬液0.5 mL,接入装有100 mL种子培养基的250 mL三角瓶中,置恒温摇床培养,转速260 r/min,温度(30±1)℃。②发酵摇瓶培养。取5 mL活化好的种子液,接入装有100 mL发酵培养基的500 mL三角瓶中,转速为260 r/min,温度为(30±1)℃,于摇床中培养。③发酵罐培养。装培养基40 L于50 L发酵罐,温度(30±1)℃,pH值7.0~7.2,接种量5%(v/v),调节空气流量和转速控制溶氧,为控制pH值,过程添加20%NaOH溶液。 
1.2.2测定方法。①发酵液粘度测定。除有说明外,在25 ℃,4号转子,30 r/min条件下测定;②还原糖测定(GB50097-85);③胶体收率测定。采用乙醇沉淀法。④胶体纯度测定参见GB 25535-2010[8]胶体性能测其悬浮性能以及弹性。 
1.2.3单因素试验。①碳源。分别用葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖、可溶性淀粉作为碳源,其他组分相同,制成发酵培养基进行摇瓶发酵培养,60 h后测定发酵液粘度、胶体收率、胶体性能,确定最佳碳源。②氮源。分别用豆粉、豆饼粉、鱼蛋白胨、玉米浆、鱼蛋白胨作为氮源,其他组分相同,制成发酵培养基进行摇瓶发酵培养,60 h后测定发酵液粘度、胶体收率、胶体性能,确定最佳氮源。③无机盐。分别用KH2PO4、MgSO4·7H2O、FeSO4·4H2O、KCl、Na2HPO4作为无机盐,其他组分相同,制成发酵培养基进行摇瓶发酵培养,60 h后测定发酵液粘度、胶体收率、胶体性能,确定最佳无机盐。④钙盐。分别用CaCO3、CaCl2、CaSO4·2H2O、Ca(NO3)2·4H2O作为钙盐,其他组分相同,制成发酵培养基进行摇瓶发酵培养,60 h后测定发酵液粘度、胶体收率、胶体性能,确定最佳钙盐。 
1.2.4正交试验。根据高酰基结冷胶发酵条件单因素优化试验结果,选出最佳的碳源、氮源、无机盐、钙盐,设计4因素3水平正交试验,选用L9(34)正交表进行正交试验(表1)。 
2结果与分析 
2.1发酵培养及优化 
2.1.1碳源。如表2所示,以蔗糖、葡萄糖作为碳源,结冷胶的发酵粘度均较高,分别达到17 300、15 300 cp,粗胶收率均较高,分别达到1.65%和1.59%,说明蔗糖是结冷胶发酵的最佳碳源,葡萄糖次之。 
2.1.2氮源。结冷胶产生菌在以鱼蛋白胨作为氮源时,如表3所示,其胶体的发酵粘度及粗胶收率明显高于其他氮源,故结冷胶发酵最佳氮源为鱼蛋白胨。 
2.1.3无机盐。KH2PO4作为无机盐时,如表4所示,结冷胶的发酵粘度及粗胶收率均最高,分别达到18 000 cp和1.64%,其次是MgSO4·7H2O。 
2.1.4钙盐。在结冷胶发酵培养基中加入各种钙盐,结果如表5所示,以加入CaCO3的效果最好,粗胶收率和发酵粘度均最高,分别达到1.52%和15 900 cp。 
2.1.5正交试验。正交试验结果如表6所示。由表6可知,影响结冷胶发酵因素的顺序为B>A>D>C。得出的结冷胶发酵最佳配方为:A2B3C3D1,即鱼蛋白胨0.25%,蔗糖2.75%,CaCO3 0.12%,KH2PO4 0.10%。 
2.2发酵罐试验 
利用摇瓶优化得到的发酵配方在50 L发酵罐中发酵生产结冷胶,发酵罐温度30 ℃,搅拌速度(120~250)r/min,pH值控制在7.0~7.2,如有必要,加入氢氧化钠溶液调整;发酵结果如表7所示。 
利用50 L发酵罐中的发酵液酸沉→乙醇一次脱色→均质→调整pH值→均质→过滤→乙醇二次脱色→过滤→烘干,胶体收率比粗胶收率普遍低0.15%~0.20%,但纯度、悬浮性能、胶体弹性均能达到要求标准。 
3结论 
通过高酰基结冷胶发酵生产工艺优化研究,试验得到的高酰基结冷胶最佳发酵培养基配方为:氮源为鱼蛋白胨0.25%,碳源为蔗糖2.75%,无机盐为KH2PO4 0.10%,钙盐为CaCO3 0.12%,粗胶收率可以达到1.75%,胶体纯收率可达1.55%,理化指标、微生物指标、悬浮性能、胶体弹性[9-13]均能达到相关要求标准。 
4参考文献 
[1] DonALD E.PSZCZOLA.Gellan gum wins IFT''s food technology industrial achievement award[J].Food Technology,1993,47(9):94-96. 
[2] 朱姝宾,李龙伟,陆启明,等.结冷胶在悬浮饮料体系中的应用研究[J].湖南农业科学,2011(19):86-88. 
[3] 孟岳成,邱蓉.高酰基结冷胶(HA)特性的研究进展[J].中国食品添加剂,2008(5):45-49. 
[4] 李龙伟,朱姝宾,李锦,等.高酰基结冷胶工艺研究[J].现代农业科技,2011(18):352-355. 
[5] 张士楚,周大庆.透明高酰基结冷胶及其制法[P].中国,200910052217. 6.2010-09-08. 
[6] 张禹,张国沛.高酰基结冷胶的后提取方法[P].中国,200510012415. 1.2005-03-25. 
[7] 王学刚,吴荣明,章志明,等.一种高酰基结冷胶的后提取方法[P].中国,200910143908.7.2009-11-25. 
[8] 中华人民共和国卫生部.GB 25535-2010食品添加剂结冷胶[S].北京:中国标准出版社,2011. 
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[10] 孟岳成,卢晶,江一菲,等.高酰基结冷胶的溶胶和凝胶特性研究及结构初步分析[J].食品科学,2010(13):65-68. 
[11] 梁涛,徐晓琴,黄金,等.低酰基结冷胶提取工艺研究[J].食品工业科技,2011(10):368-372. 
[12] 梁涛,徐晓琴,黄金,等.结冷胶发酵液微滤除菌工艺[J].食品与发酵工业,2011,37(6):92-97. 
[13] 胡桂萍,刘波,朱育菁,等.微生物食用胶——结冷胶的研究新进展[J].福建农业学报,2011,26(6):1123-1128. 
 
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