专利名称：以聚氨酯泡沫塑料为惰性载体固态发酵生产黄原胶的方法
技术领域：
本发明涉及发酵工程领域，特别涉及一种利用聚氨酯泡沫塑料为载体的黄原 胶固态发酵技术。
背景技术：
黄原胶(Xanthangum)又名黄单胞菌多糖、汉生胶等，是黄单抱杆菌产生的胞 外杂多糖的统称。由于黄原胶具有良好的增稠性、假塑流变性、水溶性、悬浮性、 乳化稳定性、耐酸耐碱、抗盐、抗季、优良的兼容性等性能，其应用覆盖面多达 20多个行业。另外，黄原胶在采油、轻工业、印染、造纸、纺织、陶瓷、涂料、 医药等行业用途也相当大是世界上生产规模最大、用途最广的微生物多糖。美国 Kelco公司早在上个世纪60年代初即丌始了大量商业化生产黄原胶，目前其作为 新型优良的天然食品添加剂用途越来越广。
目前，黄原胶发酵常用通气式搅拌发酵，发酵后期粘度增高导致物料混合困 难及供氧不足。为了解决这个问题，人们想了很多办法，也开发了很多工艺。比 如，采用内循环或外循环空气上浮发酵法或在发酵液中添加油溶性溶剂和乳化剂 以降低其粘度，还有人开发了将微生物菌体生长和产胶分开进行的两步发酵法。 但是，由于黄原胶物理性质的特殊性，虽然供氧的问题有所改善但是相应的高能 耗仍然是不能避免的，同时，普通搅拌罐搅拌时还存在着剪切力对菌体的伤害。 从上个世纪六十年代开始，出现了一种新的固态发酵方式，就是所谓的惰性 载体固态发酵。这种发酵方式与一般的固态发酵不同之处在于传统固态发酵利 用的培养基是既充当固相，又为微生物生长提供营养。而惰性载体固态发酵釆用 的固相是惰性载体，营养基质的溶液吸附在载体表面作为微生物的营养来源。惰 性载体固态发酵较之传统的固态发酵以及液态发酵有着独特的优点。首先，惰性 载体固态发酵以气体作为连续相，在几乎不需要动力的情况下改善了溶氧。第二， 微生物保持自然的生长状态，不存在液态发酵中对菌体的剪切力破坏。第三，固
3液分离过程简单。第四，载体的性质稳定，回收方便，可重复使用。
在这样的背景下，我们开发了使用惰性载体固态发酵生产黄原胶的方法。主 要的原理是选择聚氨酯泡沫塑料作为载体，将营养溶液吸附在其表面，让微生物 在没有或者较少游离水的情况下在载体表面上生长和生产。
发明内容
针对上述问题，本发明使用了一种惰性载体固态发酵方式来解决法发酵过程 当中溶氧的困难。所谓惰性载体固态发酵就是将液态的发酵基质吸附在载体(聚 氨酯泡沫塑料)的表面，同时让微生物在没有或者较少游离水的情况下在载体表 面上生长和生产的发酵方式。发酵完毕后通过挤压载体得到发酵液。由于载体输 送多孔，给微生物提供了巨大的生长界面，同时由于没有游离的水存在，所以可 以在没有搅拌的情况下解决溶氧的问题。
本发明方法和步骤包括
A. 将野油菜黄单胞菌(^m^wmw7肌caw; e欲^ 1.1781)按照每毫升培养基 接入大约1.4"08个细胞的比例种接到发酵培养基当中，再将接种后的培养液与 载体按照10 15ml/g载体的比例混合，进行发酵。
B. 发酵结束后，挤压得到发酵液，通过分离提取得到黄原胶。载体经自来水 挤压清洗风干可重复使用。
其具体的工艺如下
按照接种量大约为每毫升培养基接入1.4"08个细胞的比例将菌种接到发酵 培养基当中，再将接过种的发酵培养基与载体按照10 15ml/g载体的比例混合， 搅拌挤压使之均匀，进行发酵培养。培养条件为温度25 35"C，培养时间36 72小时。发酵培养基成分为蔗糖4% 6%、 NH4NO30.1% 0.4%、酵母膏 0.05% 0.2%、轻质碳酸钙0.1% 0.2%。载体选择和处理方法为:载体使用聚氨 酯泡沫塑料；将洗净的聚氨酯泡沫塑料裁成边长为0.3 0.9cm的小方块，铺到 浅盘中，厚度为1 5cm。
本发明具有以下优点
(1)利用本发明的得到的产品符合GB—13886—92标准。其产胶率和碳 源的转化率与液态发酵相当。产胶浓度可达29.4%，碳源转化率可达69.1%(2) 在没有搅拌的情况下解决了发酵溶氧的问题。普通液态发酵生产黄 原胶时，发酵的后期，发酵液呈现假塑性流体的特征，即使高功率的搅拌，也往 往存在着溶氧难以达到的死区。而本发酵工艺中，载体疏松多孔，为微生物的生 长提供了巨大的界面。不需要搅拌就能解决发酵溶氧的问题，这不仅省去了搅拌 的能耗，还大大简化了设备。
(3) 所使用的载体为聚氨酯泡沫塑料，易得而且廉价，并能够重复使用。 本发明使用的载体具有廉价和重复使用的特点。 一批发酵完毕后，只要用自来水 反复挤压清洗载体，然后挤净吸附的水分，自然风干，就可以重复利用，所以不 会因为载体的使用带来成本的增加。 '
(4) 微生物以膜的方式生长在载体的表面,挤压时只有很少的菌体随发酵 液体流出，所以之后的分离提取简单。 一般生产黄原胶时，如果要除掉其中的菌 体，需要用水大量的稀释发酵液，然后离心分离沉淀。而本发明涉及的工艺中， 微生物是以微生物膜的形式长在载体的表面的，发酵结束后挤压得到发酵液时只 有很少的菌体一起被挤出。这就大大简化了提取的工艺。
(5) 以这种发酵方式的到的发酵液中黄原胶的浓度达到2.5%~3.5%，发 酵水平与国内液态发酵水平相当。
(6) 发酵结束后通过挤压就可以得到黄原胶发酵液，固液分离过程简单。
具体实施方式
实施例1:
用自来水配置液体发酵培养基，成分为蔗糖4%、 NH4NO30.1%、酵母膏 0.05%、轻质碳酸钙0.3%， 115"C20分钟灭菌。冷却后将按照接种量大约为每毫 升培养基接入1.4xl()S个细胞的比例将菌种接到发酵培养基当中。然后，接种后 的培养基在无菌浅盘中与裁成边长为0.3厘米的聚氨酯泡沫塑料方块按照10ml/g 的比例混合并搅拌均匀，装料高度为lcm。 3(TC静置培养72小时。发酵结束后 使用榨汁机挤出发酵液。通过两倍乙醇沉淀，过滤干燥得到黄原胶。其蔗糖的转 化率达69.1% '
5用自来水配置液体发酵培养基，成分为蔗糖6%、 NH4NO30.4%、酵母膏 0.2%、轻质碳酸钙0.2%, 115°C20分钟灭菌。冷却后将按照接种量大约为每毫 升培养基接入1.4"08个细胞的比例将菌种接到发酵培养基当中。然后，接种后 的培养基在无菌浅盘中与裁成边长为0.6厘米的聚氨酯泡沫塑料方块按照10ml/g 的比例混合并搅拌均匀，装料高度为5cm。 30。C静置培养48小时。发酵结束后 使用榨汁机挤出发酵液。通过两倍乙醇沉淀，过滤干燥得到黄原胶。其庶糖的转 化率达65.4%
实施例3:
.用自来水配置液体发酵培养基，成分为蔗糖5%、 NH4NO30.3%、酵母膏 0.1%、轻质碳酸钙0.15%， 115'C20分钟灭菌。冷却后将按照接种量大约为每毫 升培养基接入1.4"08个细胞的比例将菌种接到发酵培养基当中。然后，接种后 的培养基在无菌浅盘中与裁成边长为0.9厘米的聚氨酯泡沫塑料方块按照10ml/g 的比例混合并搅拌均匀，装料高度为3cm。 3(TC静置培养36小时。发酵结束后 使用榨汁机挤出发酵液。通过两倍乙醇沉淀，过滤干燥得到黄原胶。其蔗糖的转 化率达59.5%。
权利要求
1.以聚氨酯泡沫塑料为惰性载体固态发酵生产黄原胶的方法，其特征为将接种了野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris 1.1781)的发酵培养基与聚氨酯泡沫塑料载体混合进行发酵生产黄原胶。
2. 根据权利要求1中所述的以聚氨酯泡沫塑料为惰性载体固态发酵生产黄 原胶的方法，其特征为发酵过程包括按照接种量为每毫升培养基接入1.4x108 个细胞的比例将菌种接到发酵培养基当中，再将接过种的发酵培养基按照10 15ml/g载体的比例混合，搅拌挤压使之均匀进行发酵培养，培养条件为温度25 35°C，培养时间36 72小时。
3. 根据权利要求1所述的以聚氨酯泡沫塑料为惰性载体固态发酵生产黄原 胶的方法，其特征为发酵培养基成分包括蔗糖4。/。 6Q/。、NH4NO30.P/。 0.4c/。、 酵母膏0.05% 0.2%、轻质碳酸鈣0.1% 0.2%。
4. 根据权利要求1所述的以聚氨酯泡沫塑料为惰性载体固态发酵生产黄原 胶的方法，其特征在于载体使用聚氨酯泡沫塑料；载体的处理方法是将洗净的 聚氨酯泡沫塑料裁成边长为0.3 0.9cm的小方块，铺到浅盘中，厚度l 5cm。
全文摘要
本发明公开了一种以聚氨酯泡沫塑料为惰性载体固态发酵生产黄原胶的方法。主要步骤是，野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris 1.1781)种子液接到发酵培养基当中，将接种后的培养液与载体混合，并搅拌均匀25～35℃，培养36～72小时；发酵结束后，挤压得到发酵液，通过乙醇沉淀得到黄原胶；载体经自来水挤压清洗风干可重复使用。本方法解决了现行黄原胶通风搅拌发酵中能耗高溶氧困难的问题，而且载体可以重复使用，工艺和设备简单，生产成本低廉。
文档编号C12P19/04GK101638679SQ200810117640
公开日2010年2月3日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者张志国, 陈洪章 申请人:中国科学院过程工程研究所