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黄原胶摇瓶发酵条件的优化研究

发布日期:2015-06-07 10:34:56
黄原胶是以玉米淀粉主要原料,由野油菜黄单胞菌或甘蓝黑腐病黄单胞菌发酵而产生的一种微生 物胞外多糖 .它是一种生物高分子聚合物,由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖酸、乙酸和丙酮所组成的 “五糖重复单位”聚合而成[2].因为黄原胶液具有悬浮性、假塑性、食用安全性和良好的配伍性,所以被广泛 地运用到食品医药、化妆品、钻井和陶瓷等行业[3,].黄原胶成品粘度高低是评价黄原胶品质好坏的重要 指标之一,黄原胶成品粘度的高低与发酵时的温度,pH,CaCO3添加量,摇瓶装液量,培养基组成以及后处 理等诸多因素有直接或间接关系[5,],作者在实际生产中研究了发酵条件对黄原胶的产量和成品粘度的 影响.
1材料方法
1.1菌种
甘蓝黑腐病黄单胞囷ZZ-1(Xanthomonos campestris ZZ-1),为河南天冠集团实验中心诱变囷种.
1.2培养基
1.2.1固体斜面培养基蔗糖20 g,牛肉膏3 g,酵母膏1 g,蛋白胨6 g,琼脂15 g,水1 000 mL,pH7.2. 1.2.2种子培养基蔗糖20 g,牛肉膏3 g,酵母膏1 g,蛋白胨6 g,水1 000 mL,pH7.2.
1.2.3发酵培养基玉米淀粉 45 g,蛋白胨 4 g, MgSO4.7H2O 0.02 g, K2HPO4 1 g,水 1 000 mL.
1.3优化方法
将培养的基本条件定为培养基发酵的起始条件,即温度30 °C,pH 7, CaCO3添加量为0%,三角瓶装料 量为20%和摇床转速200 •mm-1,在其它条件不变的情况下,改变其中一个条件,测定其所产黄原胶的成 品粘度,并与基本条件下发酵生产的黄原胶成品粘度进行比较.
1.4成品粘度测定方法
取成品黄原胶1 g,KCl 1 g,溶于98 g蒸馏水中,用机械搅拌装置搅拌1 h,采用NDJ-1型旋转粘度计, 用3号转子于25 C下进行测定,转速为60 •min-1.
2结果与分析
从图1和图2可以看出,培养基的起始pH值和CaCO3的添加量对发酵成品粘度有一定的影响.起始 pH值和CaCO3的添加量分别在7.2和0.30%时成品粘度较高,黄原胶质量较好.
黄原胶中丙酮酸含量的高低直接影响成品的粘度高低[7].由于在黄原胶发酵过程中有乙酸和丙酮酸 生成,因此pH值呈下降趋势.当pH值下降到一定程度时,不但会抑制黄单胞菌丙酮酸生成的代谢途径, 还会严重影响黄单胞菌的生长繁殖,还必须添加适量的CaCO3起缓冲作用.当发酵液的pH值过高时,虽 然有利于丙酮酸的生成,但是严重影响了发酵期黄单胞菌的大量繁殖.因此,发酵液的起始pH应保持中 性偏碱.
2.2发酵温度对成品粘度的影响
在其它条件一定的情况下,改变摇瓶发酵的温度进行实验,所得结果见图3,从图3可以看出,黄原胶 发酵的最适温度应为30 C.在该温度下较对照29 C有显著提高.
2.3装料量对成品粘度的影响
在其它条件一定的情况下,改变摇瓶发酵的装料量(装料系数依次为15%,20%,25%,30%,35%, 40%),测定其对黄原胶发酵的影响(图4).
从图4可以看出,随着三角瓶装料量的增加,成品粘度逐渐下降,主要是因为随着装料量的增加,发酵 液中的溶氧已不能满足发酵的需要.黄原胶的发酵属好氧发酵,其发酵液中溶氧越多,越有利于黄原胶中 丙酮酸的生成,导致成品的粘度也越高.而通过改变摇瓶装料量可有效地改变发酵过程中的溶氧,所以黄 原胶生产中必须通过加大通风量来提高溶氧.虽然15%的装料量成品粘度要高于20%的装料量,但考虑 到生产实际,选择20%作为最佳装料量.
图4摇瓶装料量对成品粘度的影响
图3培养温度对成品粘度的影响
2.4优化培养条件与基本培养条件的比较
从上述结果可以看出,在pH 7.2, CaC〇3 0.30%,培养温度30 °C,摇瓶装料量为20%的条件下对黄原 胶产胶发酵比较有利,与基本发酵条件对比的试验结果见表1.
从表1可以看出,2种培养条件下,
表1最适培养条件与基本培养条件下成品粘度的比较
培养条件温度/CCaCO3/ %装料量/%pH值成品粘度/cp
优化300.30207.21 410
基本290.00207.01 210
成品黄原胶的粘度差别比较大,用优化 条件进行发酵可将成品黄原胶的粘度提 高 16.53%.
3小结与讨论
1)通过实验,得到了黄原胶摇瓶发 酵的优化条件为pH 7.2, CaCO3 0.30%,培养温度30 °C,摇瓶装料量为20%,在此条件下进行发酵与基本 条件相对比,差异比较显著.
2)黄原胶的成品粘度不仅与发酵条件有关,还与培养基组成、碳源选择等有关,这方面还有待进一步 研究,不过由于黄原胶的成品粘度与发酵终了粘度不呈正相关关系,因此,直接研究发酵条件对黄原胶成 品粘度的影响更具有实际意义.
 
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