产黄原胶发酵培养基的优化工艺研究

产黄原胶发酵培养基的优化工艺研究杨健，姚笛，王颖，于长青，王长远，高玉荣（黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）摘要：本实验研究不同培养基成分及不同添加量的碳源、氮源等营养物质对黄原胶产量及其黏度的影响。

在其他营养物质一定的情况下，利用单因素实验分别对培养基中碳源、氮源、无机盐等进行了初步筛选，得到的最佳碳源是玉米淀粉，氮源是豆饼粉，加入磷盐、镁盐、钙盐等有利于黄单胞菌的生长及其代谢产物-黄原胶的分泌。

最后利用正交实验确定了碳源、氮源、碳酸钙的最佳添加量。

结果表明：玉米淀粉5%，豆饼粉0.5 %，碳酸钙0.4%时，黄原胶产率可达3.44 %，黏度达19.26 mm2/s。

关键词：黄原胶；发酵；培养基；优化文章篇号：1673-9078(2011)8-935-937Optimization of the Fermentation Medium for Producting Xanthan GumYANG Jian, YAO Di, WANG Ying, YU Chang-qing, WANG Chang-yuan, GAO Yu-rong(College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China) Abstract: The effects of different media composition and different amounts of carbon, nitrogen and other nutrients on the production of xanthan gum and viscosity were studied. The best carbon and nitrogen sources were corn starch and soybean powder, respectively. The addition of phosphate, magnesium and calcium enhanced the growth of Xanthomonas and the secretion of its metabolite-xanthan gum. The addition contents of carbon, nitrogen and CaCO3 were optimized by orthogonal experiment: cornstarch 5%, soybean powder 0.5%, CaCO3 0.4.%, under these conditions, Xanthan gum yield was 3.45 % and viscosity of fermentation broth was 19.26 mm2/s.Key words: xanthan gum;fermentation; culture medium; Optimization;黄原胶（Xanthan gum）又称黄胶、汉生胶，是一种自然多糖和重要的生物高聚物，它是由五糖单位重复构成，主链与纤维素相同，即以β-1,4糖苷键相连的葡萄糖构成，三个相连的单糖组成其侧链[1,2]。

黄原胶具有良好的增粘性和悬浮能力，有很高的稳定性，耐酸碱、高盐环境，抗高温、低温冷冻，易生物降解，抗污染能力强；可同多种物质（酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等）互配，具有令人满意的兼性，并有良好的触变性和假塑性；有良好的分散作用和乳化稳定作用[2]。

黄原胶已广泛用于食品、石油、陶瓷、纺织、印染、医药、造纸、地矿、灭火、涂料、牙膏、化妆品等20多个行业，是目前世界上生产规模最大且用途极为广泛的微生物多糖[4~5]。

上世纪50年代中期美国农业部北部研究中心Jeanne等人发现了黄原胶，它的生产菌是野油菜黄单胞杆菌NRRLB-1459，此后研究发现甘蓝黑腐病黄单胞杆菌、锦葵黄单胞杆菌、胡萝卜黄单胞杆菌、木薯萎蔫病黄胞菌、美人蕉枯叶黄单胞杆菌等都能产黄原胶。

我国收稿日期：2011-04-20基金项目：黑龙江省教育厅科技研究项目（11551324）通讯作者：姚笛（1980-），女，硕士，讲师，研究方向为食品微生物与生物技术 黄原胶研究起步于20世纪70年代末，随着黄原胶工业化生产技术日趋完善，尤其是生物技术的发展使黄原胶的发酵产率、发酵液胶浓度等指标大大提高，发酵周期大大缩短。

随着人们对黄原胶功效的深入了解，寻求有利于黄单胞菌生产高产量、高黏度黄原胶的培养基，就显得尤为重要[6]。

黄原胶在工业上主要是以淀粉为碳源，以鱼粉、豆饼粉为氮源，由野油菜黄单胞杆菌经好氧深层发酵而得到含黄原胶的发酵液，发酵液可通过酶降解和硅藻土吸附提纯，用超滤技术浓缩提纯发酵液，然后用乙醇析出浓缩液中的黄原胶[7]。

发酵培养基不仅影响黄原胶的产量而且对产物的质量也有一定的作用[8]。

本实验目的是确定产黄原胶发酵培养基的最佳碳源、氮源、无机盐等营养因素，然后优化各项营养物质的添加量以达到对产黄原胶发酵培养基的优化，通过小规模的发酵试验，以期达到对黄原胶的大规模工业化生产提供理论参考。

1 材料与方法1.1 实验材料1.1.1 菌种野油菜黄单胞杆菌(Xanthomonas campestris 10258)，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。

9359361.1.2 主要试剂牛肉膏、蛋白胨、酵母粉等购自青岛海博有限公司；玉米淀粉购自大庆展华生化科技有限公司；蔗糖、95%乙醇、KH 2PO 4、MgSO 4、CaCO 3等为天津市大茂化学试剂厂分析纯。

1.1.3 主要仪器电子分析天平：JD100-3B ，沈阳龙腾电子有限公司；电热恒温培养箱：RP-9082型，上海森信实验仪器有限公司；电热手提式压力灭菌锅：YXCE.SG41.280A 型，上海医用核子仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱：DGG-9070A 型，上海森信实验仪器有限公司；恒温震荡培养箱：HGCE-F160型，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；黏度计：DV-E ，欣锐仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法1.2.1 培养基[9,10]配制（1）斜面培养基：蔗糖20 g ，牛肉膏5 g ，蛋白胨3 g ，酵母粉1 g ，琼脂20 g ，蒸馏水1 L 。

（2）种子培养基：蔗糖20 g ，牛肉膏05 g ，蛋白胨3 g ，酵母粉1 g ，蒸馏水1 L 。

（3）摇瓶发酵培养基：玉米淀粉45 g ，豆饼粉3 g ，碳酸钙3 g ，磷酸二氢钾5 g ，硫酸镁2.5 g ，硫酸亚铁0.25 g ，柠檬酸0.25 g ，蒸馏水1 L ，pH 值7.0。

1.2.2 菌种培养 1.2.2.1 斜面培养[11]将保存的野油菜黄单胞杆菌转接到斜面培养基上进行活化，30 ℃恒温培养28 h ，取出后4 ℃冰箱保存。

1.2.2.2 液体种子培养将活化的野油菜黄单胞杆菌接入装有50 mL 种子培养基的250 mL 摇瓶中，28 ℃、180 r/min 培养24 h ，刚起黏即停止，颜色黄棕色，无异味。

1.2.2.3 摇瓶发酵将种子液以5 % (V/V )的接种量接入装有50 mL 发酵培养基的250 mL 三角瓶中，28 ℃、180 r/min ，发酵周期为72 h 。

1.2.3 单因素实验分别选择不同的碳源（蔗糖、葡萄糖、淀粉），氮源（豆饼粉、蛋白胨、鱼粉蛋白胨）和无机盐作为变量因素，配制不同的摇瓶发酵培养基，将野油菜黄单胞杆菌的种子液接种于摇瓶发酵培养基中，28 ℃、180 r/min 发酵72 h 。

测定各组发酵液粘度，提取黄原胶并称重，计算黄原胶产率，进行比较分析，初步筛选最优组分。

1.2.4 正交试验在上述单因素法所得结果的基础上采用正交试验设计优化黄原胶发酵培养基配方。

以优化的碳源（玉米淀粉）、氮源（豆饼粉）、无机盐（碳酸钙）三个因素为发酵因素，每因素选3个水平，按照表1设计9组摇瓶发酵培养实验，分别测定该9种不同培养基条件下黄原胶的产率和发酵液的粘度。

正交试验的因素水平表见表1。

表1 因素水平编码表Table 1 The code table of factor and level水平因素A 玉米淀粉/%B 豆饼粉/%C 碳酸钙/%1 4 0.4 0.2 2 5 0.5 0.33 60.6 0.41.2.5 黄原胶的提取[12]及产量的测定取发酵液50 mL ，加入2倍体积的95%乙醇，室温下搅拌30 min ，使二者充分混匀，过滤去除乙醇，再加入发酵液1倍体积的乙醇搅拌过滤，将得到的黄原胶置于烘箱中60 ℃烘至恒重，精密天平称量，得黄原胶的质量(g)。

黄原胶产量的计算公式如下：黄原胶产量=黄原胶质量(g)/发酵液体积(mL)×100%1.2.6 黏度的测定采用涂氏黏度计进行粘度的测定，测定发酵液流出的时间，其粘度计算公式为：t = 0.154 μ+11 (t<23s)式中：t-液体流出时间（s ）；μ-运动粘度（mm 2/s ）2 结果与分析 2.1单因素实验结果2.1.1 最佳碳源的选择图1 不同碳源对黄原胶发酵的影响Fig.1 Effect of different carbon source on xanthan gumfermentation不同碳源对黄原胶产率和粘度的影响如图1，由图1可知，该菌利用玉米淀粉的能力优于蔗糖和葡萄糖，产率达2.82%，粘度达16.96 mm 2/s 。

以淀粉为碳源时，黏度与以蔗糖为碳源时发酵液的黏度相差不大，但以玉米淀粉为碳源时产率最高，对粘度和产率二项指标综合考虑，加之玉米淀粉来源广且价格低初步选择的玉米淀粉为最佳碳源。

2.1.2 最佳氮源的选择图2 不同氮源对黄原胶发酵的影响Fig.2 Effect of different nitrogen source on xanthan gumfermentation不同氮源对黄原胶产率和粘度的影响如图2，由图2可知，当氮源为豆饼粉时，摇瓶培养液的黏度和黄原胶的产率均高于其它两种氮源，产率达2.63%，粘度达16.24%。

因此，该菌利用豆饼粉的能力高于蛋白胨和鱼粉蛋白胨，初步确定豆饼粉作为该菌的最优氮源。

2.1.3 无机盐对黄原胶生产的影响图3 不同CaCO3含量对黄原胶发酵的影响Fig.3 Effect of different CaCO3 contents on xanthan gumfermentation将菌液分别接种于不加或添加0.5% KH2PO3及0.25%的MgSO4培养基中发酵，观察到黄原胶产率自2.03%提高到2.53%，发酵液粘度从13.78 mm2/s增至15.24 mm2/s，说明加入磷盐和镁盐有利于黄单胞菌的生长及其代谢产物的分泌。