现代农业科技２０１２年第９期 食品科学 高酰基结冷胶发酵生产工艺优化研究 杨冬月 朱萌萌李龙伟王念祥陆启明 （河南郸城财鑫糖业有限责任公司技术中心，河南郸城４７７１５０） 摘要通过单因素及正交试验对高酰基结冷胶的摇瓶发酵培养基进行了优化，得到了高酰基结冷胶生产工艺中的最佳发酵培养基配 方。结果表明：优化后的高酰基结冷胶发酵配方为：蔗糖２．７５％，鱼蛋白胨０．２５％，ＫＨ２Ｐ０４０．１０％，ＣａＣＯ３０．１２％。５０Ｌ罐发酵试验结果表明，发 酵液粘度为２００００ ｃｐ，纯胶收率达１．５５％以上。该结果可为提高高酰基结冷胶的产胶率提供参考。 关键词 高酰基结冷胶；发酵培养基；生产工艺；配方优化 中图分类号ＴＳ２０２．３ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—５７３９（２０１２）０９—０３６７—０２ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ａｃｙｌ Ｇｅｌｌａｎ Ｇｕｍ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉ０ｎ ＹＡＮＧ Ｄｏｎｇ－ｙｕｅ ＺＨＵ Ｍｅｎｇ－ｍｅｎｇ ＬＩ Ｌｏｎｇ－ｗｅｉ ＷＡＮＧ Ｎｉａｎ－ｘｉａｎｇ ＬＵ Ｑｉ－ｎ￣ｎｇ （Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｃａｉｘｉｎ Ｓｕｇａｒ Ｃｏ．Ｌｔｄ ｏｆ Ｄａｎｅｈｅｎｇ ｉｎ Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｄａｎｃｈｅｎｇ Ｈｅｎａｎ ４７７１５０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ａｃｙｌ ｇｅｌｌａｎ ｇｕｍ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ｏｆ ｓｈａｋｉｎｇ ｆｌａｓｋ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｃｙｌ ｇｅｌｌａｎ ｇｕｍ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏ￣ｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｌｌａｔ，ｏｐｔｉｍｕｍ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｆｏｒｍｕｌａ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｅ￣ｉｏｎ ｏｆ ｓａｅｅ￣ａｒｏｓｅ ｗａｓ ２．７５％，ｆｉｓｈ ｐｅｐｔｏｎｅ Ｗａｓ ０．２５％，ＫＨ２Ｐ０４ Ｗａｓ Ｏ．１０％，ａｎｄＣａＣＯ３ｗａｓ０．１２％．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ５０Ｌ ｃａｎｉｓｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｌｉｑｕｏｒｖｉｓｃｏｓｉｔｙｗａｓ ２００００ ｃｐ。ｐｕｒｅｇｕｍ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｄ １．５５％．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｒ ｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｕｍ—ｙｉｇｅｌｄｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｃｙｌ ｇｅｌｌａｎ ｕｍ．ｇ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｈｉｇｈ ａｃｙｌｇｅｌｌａｎｇｕｍ；ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｄｉｕｍ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｏｐｔｉｍａｌｆｏｒｍｕｌａ 结冷胶（Ｇｅｌｌａｎ Ｇｕｍ）是一种细胞外生物高分子多糖类 ＣＸ２１ＦＳ１，日本ＯＬＹＭＰＵＳ公司生产；精确到０．００１ ｇ的电子 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—２０１０ｔ２Ｊ。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 天平；精密酸度计，ＰＨＳ一３Ｃ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 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［３１，具有重要的商业价值。 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［４１，高酰基结冷胶生 产工艺研究方面，仅有张士楚等嗍、张禹等［司、王学刚等１７１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 三角瓶中，置恒温摇床培养，转速２６０ ｒ／ａｒｉｎ，温度（３０＋１）ｏＣ。 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）ｏＣ，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）ｏＣ，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—２０１０ｔ￣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、 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，ＫＣＩ，ＭｇＳ０４・７Ｈ２０，ＦｅＳＯ４・４Ｈ２０，ＣａＣＯ３，ＣａＣ１２，ＣａＳ０４・ 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 ２Ｈ２０，试剂均为分析纯。种子培养基：葡萄糖１．０％，ＮａＣ１ ０．５％，鱼蛋白胨０．６％，牛肉膏０．３％，ｐＨ值为７．ｏ￣７．２。发酵培 养基：蔗糖２．７５％，鱼蛋白胨０．２５％。磷酸盐０．１０％。 １．１Ｉ２供试仪器。ＨＩＱ一１５０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一３０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一Ⅱ型粘度计，美国Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ公司生产；电子显微镜， 作者简介收稿日期杨冬月（１９８４一），女，河南周口人，技术员。研究方向：生物 工程。 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ＫＨ２Ｐ０４、 ＭｇＳ０４・７Ｈ２０、ＦｅＳＯ４＂４Ｈ２０、ＫＣＩ、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、ＣａＣ１２、ＣａＳＯ４￣２Ｈ２０、Ｃａ（Ｎ０３）２・４Ｈ２０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。 ２０１２—０２—２９ １．２．４正交试验。根据高酰基结冷胶发酵条件单因素优化 ３６７ 食品科学 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 （３４）正交表进行正交试验（表１）。 表１高酰基结冷胶发酵培养基配方优化因素与水平 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。 表２不同碳源发酵结果 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。 表３不同氮源发酵结果 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＂７Ｈ２０。 表４不同无机盐发酵结果 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ＣａＣＯ，的效果最好，粗胶收率和发酵粘度 均最高，分别达到１．５２％￣ｎ １５ ９００ ｃｐ。 表５不同钙盐发酵结果 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：Ａ２Ｂ３Ｃ。Ｄ ，即鱼蛋白胨０．２５％，蔗糖２．７５％， ＣａＣＯ３０．１２％，ＫＨ２Ｐ０４０．１０％。 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）ｄｍｉｎ，ｐＨ ３６８ 现代农业科技２０１２年第９期 表６ （３ ）正交设计试验结果 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５Ｏ Ｌ发酵罐中的发酵液酸沉一乙醇一次脱色一均 质一调整ｐＨ值一均质一过滤一乙醇二次脱色一过滤一烘 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。 表７ ５Ｏ Ｌ发酵罐发酵生产结冷胶试验结果 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ＫＨ２ＰＯ４０．１０％，钙盐为 ＣａＣＯ，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＿ ｌ均能 达到相关要求标准。 ４参考文献 【１】ＤＯＮＡＩＪＤ Ｅ．ＰＳＺＣＺＯＬＡ．Ｇｅｌｌａｎ ｇｕｍ ｗｉｎｓ ＩＦＩ？，ｓ ｆｏｏｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ ａｗａｒｄ［Ｊ］．Ｆｏｏｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９３，４７（９）：９４—９６． 『２１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【Ｊｊ．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［Ｐ１．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—１ １－２５． 【８中华人民共和国卫生部．８］ＧＢ ２５５３５—２０１０食品添加剂结冷胶［ｓ］．北 京：中国标准出版社．２０１１． 【９】许怀远，任向妍，冯爱．高酰基结冷胶特性及应用研究进展咖．中国食 品添加剂，２０１０（５）：１８７—１９３． 【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【Ｊ１．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． 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