黃原膠(Xanthan gum)是由野油菜黃單胞菌或其它黃單胞菌屬的菌株以碳水化合物為主要原料經發酵 產生的一種胞外酸性水溶性多糖[1]。因其具有優良的提取理化性質[2]，從本世紀50年代后期發現以來，到60 年代初就開始進行商業性生產。本課題主要是在前人研究的基礎上，以提高黃原膠的產量為目的，通過對 培養基中碳源的組成，過程參數進行比較實驗和控制的研1究，對黃原膠提取過程進行優化，并且通過在小 型發酵罐中進行小試，為黃原膠的大規模工業生產提供參考，也為以后類似的研究打下一定基礎。
1實驗材料 1.1細菌從龍泉驛區十陵鎮菜園中采得十字花科植物油菜病變組織中篩選、誘變、馴化后得到的野油菜黃單胞 菌UV。
1.2基礎培養基表1基礎培養基 Table1 Basic mediumMedia typesmedium componentsPlate mediumsucrose, 20g； yeast extract, 1g； peptone, 5g； beef extract, 3g； agar, 20g； distilled water, 1000mL； pH7.0Seed mediumsucrose, 20g； yeast extract, 1g； peptone, 5g； beef extract, 3g ； water, 1000mL； pH7.0distilledFermentationmediumsucrose, 50g； peptone, 6g； K2HPO4，5g； MgSO4 ? 7H2O, citric acid, 1g； CaCO3，3g； distilled water, 1000mL； pH7.00.3g；2實驗內容與方法 2.1細菌生長曲線的測定在無菌條件下，將細菌從上一級培養基中接種到均勻新鮮的培養基后，由于營養成分充足，細菌會以 均分裂法進行繁殖，用血球計數板測定細菌細胞濃度。
2.2發酵工藝條件對產膠率的影響實驗利用單因素實驗確定黃原膠發酵的最適條件如發酵時間、碳源濃度、碳源組成[5]、接種量等。采用平 行實驗，在不同的實驗條件下，30°C，180r/mm搖瓶發酵。黃原膠提取方法：取一定量的黃原膠發酵液稀 釋3倍，加入2%的桂藻土，充分震蕩10min，4000r/min離心30min，烘干稱重。
2.3黃原膠提取的影響因素實驗從提取劑、醇用量、無機鹽成分[4]、發酵液稀釋倍數幾個方面優化黃原膠提取條件。
2.4黃原膠發酵小試在確定培養基組成和其他參數的基礎上，為了更好解決發酵過程中溶氧和參數控制的問題，在10L發 酵罐中進行小試。
3實驗結果與討論3.1細菌生長曲線的測定細菌從上一級培養基中接種到均勻新鮮的培養基后，由于營養成分充足，細菌會以均分裂法進行繁殖。 由圖1可看出，0-2.5h為細菌生長延遲期；2.5-15h左右為細菌對數生長期，細菌數在此階段増加非常明顯; 15-29h為細菌生長穩定期，此階段細菌數目基本保持不變；29h以后細菌進入衰亡期，隨著培養時間的延 長，培養液中活菌數目逐漸減少。
圖1細菌生長曲線 Fig.1 Bacterial growth curve3.2發酵過程中產膠率隨時間的變化由圖2可看出，黃原膠發酵是典型的Gadenll型，前期主要為細菌生長期，后期隨著細菌進入穩定生 長期，開始合成黃原膠。36-60h是黃原膠產膠的高峰期，此階段發酵液的產膠率迅速升高。60h后，膠產 量増加緩慢。
3.3發酵條件的影響3.3.1碳源濃度對產膠率的影響改變發酵培養基中的碳源蔗糖濃度，研究碳源濃度對野油菜黃單胞菌UV發酵產膠的影響[7]。由圖3 可看出，當蔗糖濃度小于6°%時，隨著蔗糖濃度的増加，產膠率升高；當蔗糖濃度高于6°%時，產膠率隨蔗 糖濃度的升高反而下降。這可能是由于當碳源濃度較低時，對于細菌生長和產膠都是不足的，因而提高碳 源濃度有利于細菌生長和產膠；當碳源濃度超過6%時，細菌繁殖旺盛，導致發酵液中細菌濃度過高，對 發酵過程中氧的消耗増加，限制了細菌產膠過程。所以當碳源濃度為6%時，產膠率最高。
2345678910碳源含量(w/v)/%圖3培養基中碳源含量對產膠率的影響 Fig.3 The effection of carbon source concentration of Xanthan Gum production3.3.2碳源組成對產膠率的影響在固定培養基中其他成分不變的基礎上，保持碳源濃度為6°%，改變蔗糖和淀粉含量，在30°C，180r/min 條件下發酵72h，研究碳源組成對黃原膠產膠率的影響[8]。由圖4可看出，細菌對蔗糖的利用優于淀粉。 從蔗糖和淀粉的組合可以看出，當淀粉含量在總碳量的66.7%時，產膠率最高。由此可以得到細菌對蔗糖 的利用優于淀粉，這可能是因為蔗糖是低聚糖，在發酵過程中能夠更快地水解為葡萄糖，滿足細菌的營養 需求。淀粉的存在可避免發酵液中葡萄糖濃度過高產生葡萄糖效應，抑制細菌生長。
3.3.3接種量對產膠率的影響接種量與黃原膠的產膠率之間存在明顯的關系，由圖5可以看出，當接種量為10%左右時，發酵的產膠率最高。
圖5接種量對產膠率的影響Fig.5 The effection of inoculum size of Xanthan Gum production3.4黃原膠提取的影響因素3.4.1醇種類對醇沉淀提取黃原膠的影響相對于傳統的使用單一有機溶劑作為沉淀劑，本實驗嘗試采用不通比例的乙醇和異丙醇的混合溶劑來 提取。將異丙醇和乙醇按照不同比例分別混合，比較其提膠率，醇種類對提取的影響如圖6所示。由圖6 可以看出，當醇用量一定的情況下，用混醇的提取效果明顯優于單獨使用乙醇或者異丙醇。提膠率隨著混 醇中乙醇的比例増加而増加，當乙醇：異丙醇=3: 1時，提取效果最好，繼續増加乙醇含量提膠率下降。 在乙醇中加入一定量的異丙醇可以提高提膠率，經分析可能是異丙醇與乙醇混合后改變了溶劑的極性，使 得有機溶劑更易降低黃原膠表面的介電常數，從而使得黃原膠更易沉淀析出。而提膠量不高的是由于本次 實驗使用的是發酵中期（40h)產膠率并不高的發酵液。
圖6不同比例混醇對提膠率的影響 Fig.6 The effection of mixing alcohol of Xanthan Gum extraction注：乙醇含量(°/。)=乙醇體積/(異丙醇體積+乙醇體積）
Note: ethanol content(%)=ethanol volum/( isopropyl alcohol volum +ethanol volum)
3.4.2醇用量對醇沉淀提取黃原膠的影響由圖7可看出，提膠率隨著醇用量的増加而提高，當醇量為發酵液體積3倍時提膠率最高，當醇量繼 續増加，提膠率降低。這個結果和傳統使用單一有機溶劑作為沉淀劑得到的結果不一致[3]，可能是由于加 入的異丙醇，水的含量也隨著醇量的増加而増加，致使黃原膠溶解増多，損失増大，降低了多糖的回收率。
3.4.3無機鹽對醇沉將各添加劑按等 30min (4000r/min)。
顯。由實驗結果還可 于 NaCl。
012345678醇用量/發酵液體積圖7不同醇用量對提膠率的影響 Fig.7 The effection of alcohol content of Xanthan Gum extraction淀提取黃原膠的影響;摩爾電荷加入己經預處理好的發酵液中[4]，加入混醇（乙醇：異丙醇=3: 1)，離心 實驗結果如圖8所示，添加5種無機鹽中，加入KNO3對于提膠率的提高效果最為明 得出，KCI和NaCI對提膠量的影響差別較小，但KCI對黃原膠的膠體凝聚效果明顯優3.4.4發酵液稀釋倍發酵72h后，發 而且還可能吸附部分圖8不同添加劑對提膠率的影響 Fig.8 The effection of different additives of Xanthan Gum extraction數對醇沉淀提取黃原膠的影響酵液十分粘稠，如果直接進行預處理，硅藻土不能將菌體、色素及其他雜質完全吸附， 導致損失。所以在預處理時，就要進行一定的稀釋，降低膠液的粘度。
0.0012345678910發酵液稀釋倍數圖9發酵液稀釋倍數對提膠率的影響Fig.9 The effection of dilution ratio of fermentation broth of Xanthan Gum extraction結果如圖9所示，稀釋倍數為2-5倍時，提膠量上升較為平緩，當稀釋倍數増大到5.5倍以后，提膠 量穩定在2.5%發酵液，稀釋至8倍，提膠量急劇降低。因此，稀釋倍數為5.5-7倍時提膠效果最優。
3.5發酵罐小試30在前期進行搖床實驗，確定培養基的組成和其他參數條件的基礎上，為了更好解決發酵過程中的溶氧 和參數控制的問題[6]，將發酵擴大到10L發酵罐中進行小試。
00圖10發酵過程中黃原膠的廣率、pH的變化 Fig.10 The production of Xanthan Gum and the change of pH in the fermentation process圖11發酵過程中轉速與溶氧量之間的關系 Fig.11 The relationgship between stirring speed and dissolved oxygen content由圖1和圖10可知，接種后0-4小時內菌體生長緩慢；4-15小時菌體生長進入對數生長期，這時細菌代謝非?；钴S，菌體大量繁殖，pH值開始下降，需不斷加堿以維持適合的pH值；20-24小時細菌進入 穩定期，菌體量不再上升；40小時左右菌體量開始下降。伴隨著菌體的生長，在生長期和穩定期產生了大 量的多糖。由圖11可看出，到了發酵中期發酵液溶氧很難増加，但對黃原膠的產率影響不大。Morame[9] 等人根據實驗也認為溶氧在20-90%范圍內對多糖產率沒有明顯影響。而且隨著黃原膠的產生，攪拌越來 越困難[10]，這是由于黃原膠溶液是一種典型的假塑性流體，即使是低濃度的黃原膠溶液也可形成高粘度、 非牛頓溶液[11]。
4結論(1) 通過單因素實驗確定，碳源濃度為6% (淀粉含量：蔗糖含量=2: 1)，接種量為10%時，細菌產膠率較高。
(2)提取黃原膠時，乙醇和異丙醇混合使用效果優于單獨使用乙醇或異丙醇。且當乙醇：異丙醇=3: 1時 提膠效果最好。
(3)加入無機鹽的提膠效果優于不添加任何鹽類；添加KNO3的提膠量增加了兩倍以上。
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