高透明黄原胶提取新工艺关键技术研究

赵兰坤，朱心双，王均成，周敬，杜鹏

（1.内蒙古阜丰生物科技有限公司，内蒙古呼和浩特010070；2.山东阜丰发酵有限公司，山东莒南276600）

高透明黄原胶提取新工艺关键技术研究

赵兰坤2，朱心双1，王均成1，周敬1，杜鹏1

（1.内蒙古阜丰生物科技有限公司，内蒙古呼和浩特010070；2.山东阜丰发酵有限公司，山东莒南276600）

针对NaOH影响高透明黄原胶结构导致产品质量及粘度降低，产生的碱性废水带来后续环保压力以及一价Na+电荷性偏弱增加乙醇用量等问题，采用CaCl2替代前者进行发酵预处理，降低了原材料消耗，提高了提取收率；针对超滤无法有效解决高粘度液体过滤效率低、设备投入高等问题，采用双酶法去除发酵液中残留的菌体蛋白等不溶物质，有效提高高透明黄原胶产品的纯度、透光度和粘度。采用盐式双酶法提取新工艺，有效降低了提取过程中酸碱和乙醇的消耗，减轻了后续环保处理压力，同时产品质量得到大幅度提升，平均收率达到86.11%，产品透光平均达到91%，较传统工艺收率提高了5.96%，透光提高了11.97%。

高透明黄原胶；酶解；提取

前言

高透明黄原胶是一种由假黄单胞菌属发酵产生的单胞多糖，其水溶液具有透明度高，增稠悬浮性能好，流变假塑性可控的特性。高透明黄原胶是黄原胶的升级产品，目前己在食品饮料、石油钻探、化妆品、洗涤剂、医药工业、农业生产等领域广泛应用。目前，高透明黄原胶产品分离提取的工艺方法主要有直接干燥法、超滤膜分离法、有机溶剂沉淀法和盐析沉淀法等，但在应用上都受到各自条件的制约。直接干燥法是采用滚筒干燥或者喷雾干燥等方法干燥发酵液，其工艺简单、操作方便、成本低廉，但不能去除色素和其中的有机物和无机物等杂质［1］。超滤膜分离方法是采用超滤对高透明黄原胶发酵液进行浓缩，可以大幅减少醇用量，高透明黄原胶的质量有所提高［2-5］，但建立大规模的工业化装置比较困难。有机溶剂沉淀法是目前工业上应用最多的一种提取高透明黄原胶的成熟方法，但该法需要使用大量醇，在回收醇过程中消耗大量能量，同时醇的损失不可避免，一方面污染环境，另一方面增加高透明黄原胶的生产成本［6］。盐析沉淀法是在醇析的过程中加入无机盐，从而减少在醇析过程中醇的用量，但该法在一定程度上影响高透明黄原胶的质量［7］。随着国际上对透明型黄原胶需求的逐渐增加，以及对产品质量要求的进一步提高，对透明型黄原胶生产新工艺关键技术的研究与开发，实现大规模工业化应用，对提升我国生物多糖产业在国际市场中的竞争力具有迫切而现实的意义。我公司通过比较不同的高透明黄原胶提取方法，最终采用盐式双酶法提取高透明黄原胶，利用该方法提取的高透明黄原胶制备工艺简单、操作方便、提取成本低、产率高、透光率高。

1　材料与方法

1.1材料

新鲜高透明黄原胶发酵液由内蒙古阜丰生物科技有限公司黄原胶车间提供；碱性蛋白酶与溶菌酶是由上海昆仑酶制剂公司生产的工业级酶制剂；乙醇是由公司内部蒸馏工序生产的食品级乙醇；钙盐是丰镇市富华氟化工有限公司生产的无水氯化钙。

1.2实验方法

1.2.1高透明黄原胶提取工艺路线

1）一次提取：在黄原胶发酵液中加入乙醇和钙盐，控制溶液中的乙醇浓度在50%～70%，利用单因素实验确定钙盐的最适添加量；2）双酶解法：利用单因素实验确定碱性蛋白酶和溶菌酶的添加量及维持时间；3）灭酶处理：经过双酶解的溶液加热至80～100℃，保温20～60 min，溶液冷却至40℃，再加入乙醇，控制溶液中的乙醇浓度在70%～90%，混合搅拌30～90 min进行二次提取；4）分离提纯：二次提取溶液通过过滤机进行固液分离，滤液直接进入一次提取工序，固体经干燥、粉碎后获得高透明黄原胶产品。

图1　盐式双酶法提取工艺路线

1.2.2钙盐用量的确定

在高透明黄原胶发酵液中加入乙醇和钙盐，控制溶液中的乙醇浓度在50%～70%，分别加入1、2、3、4、5、6、7、8 kg/m3的钙盐，测定不同钙盐浓度下高透明黄原胶的提取收率和溶液粘度，同时观察溶液中的不溶物。

1.2.3碱性蛋白酶、溶菌酶的维持时间和添加量确定

将稀释后的发酵液升温至65℃，并保温，调节pH值为5.5，然后加入碱性蛋白酶，确定碱性蛋白酶的最适添加量及维持时间。将碱性蛋白酶酶解溶液冷却至40℃，调节pH为9.5，然后加入溶菌酶，确定溶菌酶的最适添加量及维持时间。

1.3分析方法

1.3.1粘度测定

高透明黄原胶0.2%淡水粘度，0.2%高透明黄原胶水溶液1 200 r/min搅拌1 h，25℃，3号转子，60 r/min条件下用旋转式粘度计测定粘度。

1.3.2透光率测定

高透明黄原胶产品透光率，1%高透明黄原胶乙醇溶液静置90 s，利用725s型分光光度计在600 nm条件下进行测定。

1.3.3提取收率的计算

2　实验结果与讨论

2.1无水氯化钙添加量对高透明黄原胶提取效果的影响

钙盐添加量对高透明黄原胶提取效果的影响如表1所示。由表1可以看出，随着钙盐使用量的不断增加，高透明黄原胶收率不断提高。当无水氯化钙的使用量为5 kg/m3时，高透明黄原胶的提取收率达到86%，并且粘度达到最高；当无水氯化钙的使用量达到6 kg/m3时，开始有不溶物出现，原因是氯化钙不能彻底溶解，提取收率和粘度都开始下滑。因此，当无水氯化钙使用量为5 kg/ m3时，效果最佳。

表1　不同钙盐使用量对提取效果的影响表

2.2加酶量和维持时间对高透明黄原胶透光率的影响

2.2.1碱性蛋白酶对高透明黄原胶透光率的影响

碱性蛋白酶维持时间对高透明黄原胶透光率的影响如表2所示。发酵液升温至65℃，调节pH至5.5时以25万U/m3加入蛋白酶。从表2可以看出，单独采用碱性蛋白酶酶解菌体，作用时间3 h和4 h差别较小，为提高生产效率，在实际生产中，维持时间采用3 h。

表2　碱性蛋白酶酶解时间对高透明黄原胶产品透光的影响

碱性蛋白酶添加量对高透明黄原胶透光率的影响如表3所示。发酵液升温至65℃，pH 5.5时以25万U/m3加入碱性蛋白酶，并维持3 h。由1-9可见，随着碱性蛋白酶添加量的增加，高透明黄原胶产品透光率逐步增加，但添加量超过30万U/m3时，透光率提升效果不明显。为节约成本，按照30万U/m3添加碱性蛋白酶。

表3　碱性蛋白酶加量对高透明黄原胶产品透光的影响

2.2.2溶菌酶对高透明黄原胶透光率的影响

在发酵液温度40℃，pH 9.5条件下单独采用溶菌酶酶解菌体，由表4可见，作用时间6 h和7 h效果较好且差别较小，为提高生产效率，在实际生产中，维持时间采用6 h。

表4　溶菌酶酶解时间对高透明黄原胶产品透光的影响

如表5所示，随着溶菌酶添加量的增加，高透明黄原胶产品透光率逐步增加，但添加量超过65万U/m3时，透光率提升效果不明显。为节约成本，按照65万U/m3添加。

2.3钙盐及双酶法提取高透明黄原胶整体实验

按照上述取得的最佳条件，向发酵液中添加5 kg/m3的CaCl2，在发酵液温度65℃，pH 5.5的条件下添加蛋白酶30万U/m3，酶解3 h；在发酵液温度40℃，pH 9.5的条件下，添加溶菌酶65万U/m3并维持6 h，酶解全部完成后灭酶醇提。重复实验结果如表6所示。

表5　溶菌酶加量对高透明黄原胶产品透光的影响

表6　钙盐及双酶法提取高透明黄原胶产品实验结果

从重复实验结果来看，钙盐及双酶法提取高透明黄原胶工艺平均收率达到86.11%，产品平均透光率达到91%，较传统工艺产品收率和透光率均有大幅度提升。

3　结论

盐式双酶法提取高透明黄原胶，产品平均收率达到86.11%，透光率平均达到91%。较传统工艺收率提高了5.96%，透光率提高了11.97%，产品收率及品质提升十分明显。同时因新工艺使用钙盐取代氢氧化钠，不仅降低了原材料和能源的消耗，提高了提取收率，同时也减轻了后续环保处理压力。

因此，盐式双酶法提取新工艺的大力推广，必将促进高透明黄原胶乃至微生物多糖行业的迅速发展。采用新技术生产的高透明黄原胶产品，因其品质的大幅度提升必将在医药、化妆品、食品、三次采油等领域得到广泛应用。同时该工艺的推广将对生物高分子材料和高粘度生物发酵行业的进步及行业整体技术水平、竞争能力和系统创新能力的提高具有积极推动作用。

［1］莫锡荣，吴慧雄.薄层蒸发干燥法提取黄原胶的初步研究［C］.第三届全国农副产品综合利用化学学术会.1989.

［2］张国英，罗国华，秦彩云，等.黄原胶的发酵生产与提纯［J］.现代化工，2000，20（12）：32-34.

［3］LO Y M，YANG S T，MIN D B.Ultrafiltration of xanthan gum fermentation broth：Process and economic analyses［J］.Journal of Food Engineering，1997，31（2）：219-236.

［4］LO Y M，YANG S T，MIN D B.Kinetic and feasibility studies of ultrafiltration of viscous xanthan gum fermentation broth［J］. Journal of Membrane Science，1996，117（1-2）：237-249.

［5］刁虎欣，赵大健，邹翔，等.食品级黄原胶酶法脱蛋白及其主要性能的研究［J］.食品与发酵工业，1989，15（5）：47-52.

［6］刘清泉，童静苹，张恒义，等.食品级黄原胶的研制及应用［J］.山东食品与发酵，1990（4）：1-13.

［7］徐世艾.黄原胶的制备［J］.食品与发酵工业，2000，26（5）：56-61.

（责任编辑：朱小惠）

Purification of high transparent xanthan gum from fermentation broth

ZHAO Lankun2，Zhu Xinshuang1，WANG Juncheng1，ZHOU Jing1，DU Peng1
（1.Inner Mongolia Fufeng Biological Technology Co.，Ltd.，Hohhot 010070，China；2.Shandong Fufeng Fermentation Co.，Ltd.，Junan 276600，China）

Due to large volume of waste water discharge，ethanol consumption and low viscosity of xanthan gumwhen the fermentation broth was treated by NaOH，a new CaCl2pretreatment method was developed.To solve low ultrafiltration efficiency of high viscosity liquid and high equipment investment，couple enzymatic hydrolysis method was also employed to remove insoluble substances in fermentation broth and the purity，transmittance and viscosity of final product were improved. The new technology could effectively reduce the consumption of acid，base and ethanol，relieve the pressure of environmental protection facilities.The yield and transmittance of product reached 86.11%and 91%in average，which was increased by 5.96%and 11.97%compared with the traditional process，respectively.

xanthan gum；enzymatic hydrolysis；purification

TQ929

A

1674-2214（2015）03-0043-04

2015-06-26

赵兰坤（1975—），男，山东临沂人，工程师，山东阜丰发酵有限公司总经理，研究方向为生物发酵，E-mail：fufengyf@163.com.