一種透明型高醯基結冷膠的提純方法

2023-10-11 22:09:54

一種透明型高醯基結冷膠的提純方法
【專利摘要】本發明屬於微生物多糖結冷膠生產【技術領域】，公開了一種透明型高醯基結冷膠的提純方法，包括發酵，過濾，絮凝沉澱，再次絮凝，壓榨乾燥以及廢物利用等步驟。本發明還提供了一種生產透明型高醯基結冷膠的複合菌液。本發明提純方法可以提高高醯基結冷膠的產量和透明度，較少了原料浪費，而且無汙染，實現了變廢為寶。
【專利說明】一種透明型高醯基結冷膠的提純方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微生物【技術領域】，尤其涉及一種透明型高醯基結冷膠的提純方法。
【背景技術】
[0002]結冷膠(GellanGum)是美國Kelco公司20世紀80年代開發的一種微生物食用膠。繼黃原膠之後kelco公司開發的又一新型微生物胞外多糖，其凝膠性能比黃原膠更為優越。它是由假單腦桿菌伊樂藻屬(Pseudomonaseloden)在中性條件下，以葡萄糖為碳源，硝酸銨為氮源及一些無機鹽所織成的培養基中，經有氧發酵而產生的細胞外多糖膠質，是一種新型的全透明的凝膠劑。結冷膠是由四個糖分子依次為D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-葡萄糖、L-鼠李糖通過糖苷鍵連接而成的高分子糖類化合物，其中第一個葡萄糖分子是以β_1，4糖苷鍵連接。由於結冷膠具有優越的凝膠性能，其被廣泛的應用在食品領域，如奶製品、果肉飲料、果醬製品、布丁果凍及麵包填料等，也應用在非食品領域中，如牙膏、藥物的緩慢釋放、微生物培養基等。結冷膠應用在奶製品中，將結冷膠加熱到70°C?75°C可直接水合於奶中，在酸性奶製品中加入此種水溶膠充當膠體保護劑，可以消除奶製品中的蛋白質絮凝及口感的作用；用於糖果中，可給產品提供優越的結構和質地，並縮短澱粉軟糖膠體形成的時間；結冷膠加入到餅乾製品中可以減少飽和脂肪酸的用量，並改良餅乾的層次，使餅乾具有良好的疏鬆度；結冷膠也可替代果膠製備果醬和果凍，也能用於糕點和水果餡餅填料中；在肉製品和蔬菜類的加工過程中，添加結冷膠可彌補產品的口味不足，使其具有清爽的品味特點。
[0003]按照結冷膠多糖分子中乙醯基的含量通常將結冷膠產品分為兩種:一種是低醯基結冷膠，通過對高醯基結冷膠作脫醯基或部分脫醯基處理得到，水化後在陽離子 作用下易形成脆性凝膠；另一種是高醯基結冷膠，即天然結冷膠，水化後易形成粘彈性凝膠。高醯基結冷膠根據透明度可分為透明型和非透明型，主要由菌體碎片、雜質蛋白和多糖的殘餘量的多少導致透明程度。
[0004]CN200910143908公開了一種從結冷膠發酵液中提取高醯基結冷膠的方法，該方法只針對非透明型高醯基結冷膠，而該工藝存在很多技術缺陷，例如，該工藝使用了包括丙酮、乙醚或正己烷等在內的多種非極性溶劑洗滌結冷膠纖維，不僅對操作人員健康有損害，而且容易造成生產事故，並且該工藝製備的結冷膠純度較低。如何開發一種結冷膠的產量高、透明度高以及工業能耗低的綠色提純工藝實現有技術急待解決的技術問題。

【發明內容】

[0005]為了克服現有技術的不足，提高高醯基結冷膠的產量和透明度，節省原料以及生產工藝中的廢物回收利用，本發明提供了一種透明型高醯基結冷膠的提純方法，包括以下製備步驟:
[0006]第一步，發酵:將混合菌液(少動鞘脂單胞菌液和短小芽孢桿菌液重量比為8: 1，兩種菌液中菌體的濃度均為I X IO8個/ mL)按照8% (體積比)的接種量接入種子罐中進行培養，在溫度為30°C，PH值7.2的條件下，培養24小時得到液體A，然後按液體A:發酵罐培養基為1: 10的體積比例轉入發酵罐中培養，溫度30°C，PH值7.2，培養時間72小時，得到發酵液；其中，種子罐培養基的組分為:蔗糖25g，蛋白腖5g，硫酸銨4.0g，酵母膏
3.0g,朽1檬酸3.5g,碳酸I丐2.0g,蒸懼水IOOOml ;發酵罐培養基的組分為:鹿糖40g,蛋白腖8g,磷酸二氫鉀3g,朽1檬酸2.5g,碳酸韓2.0g,硫酸鎂lg，蒸懼水IOOOml ；
[0007]第二步，過濾:在第一步獲得的發酵液內同時加入硅藻土和氣相二氧化矽的混合物，邊添加邊攪拌，攪拌lOmin，攪拌速度為IOOr / min，然後用板框過濾，分別收集過濾後的濾液和菌體；其中所述混合物的添加量為發酵液重量的0.5%，所述硅藻土和氣相二氧化矽的質量比為3: I ;所述氣相二氧化矽的比表面積為200m2 / g以上；
[0008]第三步，絮凝沉澱:向第二步得到的濾液中加入2?3倍體積的70%?90%乙醇，混合均勻，絮凝結冷膠；然後經膜過濾除去廢液，得到絮凝結冷膠；並且低溫旋轉蒸發回收廢液中的乙醇後，得到液體B;將上述絮凝結冷膠重新分散和溶解於水，得到結冷膠液體，然後加入結冷膠液體體積6%?7%的氯化鈉溶液，沉澱析出結冷膠；
[0009]第四步，再次絮凝:將第三步析出的結冷膠按照Ig結冷膠:100ml水的的比例重新溶於水中，得到結冷膠液體，然後加入佔結冷膠液體2倍體積的80%乙醇，混合均勻，然後經膜過濾除去廢液，得到絮凝結冷膠；
[0010]第五步，壓榨乾燥:將第四步得到的絮凝結冷膠經螺杆式壓榨機，去除多餘的水分，得溼品結冷膠；然後將溼品結冷膠乾燥、粉碎即得透明型高醯基結冷膠；
[0011]第六步，廢物利用:將第二步獲得的菌體以及第三步獲得的液體B混合得到混合溶液，然後往混合溶液中添加玉米粉、高梁粉、豆渣以及麥麩，邊添加邊攪拌至糊狀；最後通入蒸汽升溫至110°C，蒸餾15分鐘；然後將蒸餾物烘乾、粉碎後，添加硫酸鋅、維生素E以及綠原酸，混合均勻，獲得豬飼料；其中，玉米粉、高粱粉、豆渣以及麥麩分別佔混合溶液質量的和1%，硫酸鋅、維生素E以及綠原酸分別佔混合溶液質量的萬分之一。
[0012]本發明還公開了一種生產透明型高醯基結冷膠的複合菌液，其由少動鞘脂單胞菌液和短小芽孢桿菌液按照重量比為8: I混合而成，兩種菌液中菌體的濃度均約為IXlO8個 / mL。
[0013]本發明使用的少動鞘脂單胞菌和短小芽孢桿菌為本領域常用的菌株，優選少動鞘脂單胞菌 Sphingomonas paucimobilis (ATCC31461,參見 J Ind MicrobiolBiotechnol.20020ct ；29(4): 170-6.)和短小芽孢桿菌(Bacillus pumilus) (ATCC27142,參見 Journal of Food Protectionl995, Volume58, Number4)。
[0014]本發明取得的有益效果主要如下:
[0015]通過多次試驗和研究，開拓性地在少動鞘脂單胞菌發酵中添加了短小芽孢桿菌，使得短小芽孢桿菌能夠有效地降解少動鞘脂單胞菌產生的各類酸性物質，並且使得發酵液始終維持在弱鹼性條件下，保持少動鞘脂單胞菌發酵效果維持在較高的狀態，提高了結冷膠的產量；適當地提高短小芽孢桿菌的比例可以提高結冷膠的透明度，但是對結冷膠的產量會有一定的影響；
[0016]少動鞘脂單胞菌發酵產生結冷膠的最佳pH為7.2左右，但是在發酵過程中會產生多種酸性物質，包括羥基丁酸等，類酸性物質容易摻雜在結冷膠中而不容易被析出，造成結冷膠的透明度下降，而短小芽孢桿菌通過與少動鞘脂單胞菌的協同共生，促進了結冷膠的生成，並且降低了結冷膠中各類酸性物質的含量，提高了結冷膠的純度和透明度；
[0017]發酵液中無需添加pH調節劑，減少了原料的浪費，節約了成本；提純過程中減少了現有技術中其他提取方法使用的各類化學物質，避免了將化學物質帶入到結冷膠中；
[0018]在後序處理過程中本發明採用反覆多次乙醇絮凝提純的方式避免了多價金屬陽離子的使用，從而避免了結冷膠成品摻入過多的雜質，保證了結冷膠的純度和透明度，提純過程中所用的乙醇可以回收再利用，降低了生產成本；
[0019]在提純結冷膠的過程中，對菌體蛋白、大分子多糖等進行了回收，避免了此類物質的廢液對環境造成的汙染；同時，獲得了營養豐富的菌體蛋白飼料，變廢為寶，增加經濟效益；同時實現了結冷膠提純過程綠色環保，幾乎無廢水外排，料液組分充分利用。
【具體實施方式】
[0020]以下將採用具體的實施例來對本發明作進一步的解釋，但是不應當看作是對本發明創新精神的限制。
[0021]實施例1
[0022]一種透明型高·醯基結冷膠的提純方法，包括以下製備步驟:
[0023]第一步，將混合菌液(少動鞘脂單胞菌液(ATCC31461)和短小芽孢桿菌液(ATCC27142)重量比為8: 1，兩種菌液中菌體的濃度均為IX IO8個/ mL)按照8% (體積比)的接種量接入種子罐中進行培養，在溫度為30°C，PH值7.2的條件下，培養24小時得到液體A，然後按液體A:發酵罐培養基為1: 10的體積比例轉入發酵罐中培養，溫度30°C，PH值7.2，培養時間72小時，得到發酵液；其中，種子罐培養基的組分為:蔗糖25g，蛋白腖5g,硫酸銨4.0g,酵母膏3.0g,朽1檬酸3.5g,碳酸I丐2.0g,蒸懼水IOOOml ;發酵罐培養基的組分為:蔗糖40g，蛋白腖Sg，磷酸二氫鉀3g，檸檬酸2.5g，碳酸鈣2.0g，硫酸鎂lg，蒸餾水IOOOml ；
[0024]第二步，在第一步獲得的發酵液內同時加入硅藻土和氣相二氧化矽的混合物，邊添加邊攪拌，攪拌IOmi n，攪拌速度為IOOr / min，然後用板框過濾，分別收集過濾後的濾液和菌體；其中所述混合物的添加量為發酵液重量的0.5%，所述硅藻土和氣相二氧化矽的質量比為3: I ;所述氣相二氧化矽的比表面積為200m2 / g以上；
[0025]第三步，向第二步得到的濾液中加入2?3倍體積的70%?90%乙醇，混合均勻，絮凝結冷膠；然後經膜過濾除去廢液，得到絮凝結冷膠；並且低溫旋轉蒸發回收廢液中的乙醇後，得到液體B ;將上述絮凝結冷膠重新分散和溶解於水，得到結冷膠液體，然後加入結冷膠液體體積6%?7%的飽和氯化鈉溶液，沉澱析出結冷膠；
[0026]第四步，將第三步析出的結冷膠按照Ig結冷膠:100ml水的的比例重新溶於水中，得到結冷膠液體，然後加入佔結冷膠液體2倍體積的80%乙醇，混合均勻，然後經膜過濾除去廢液，得到絮凝結冷膠；
[0027]第五步，將第四步得到的絮凝結冷膠經螺杆式壓榨機，去除多餘的水分，得溼品結冷膠；然後將溼品結冷膠乾燥、粉碎即得透明型高醯基結冷膠；
[0028]第六步，將第二步獲得的菌體以及第三步獲得的液體B混合得到混合溶液，然後往混合溶液中添加玉米粉、高粱粉、豆渣以及麥麩，邊添加邊攪拌至糊狀；最後通入蒸汽升溫至110°C，蒸餾15分鐘；然後將蒸餾物烘乾、粉碎後，添加硫酸鋅、維生素E以及綠原酸，混合均勻，獲得豬飼料；其中，玉米粉、高粱粉、豆渣以及麥麩分別佔混合溶液質量的6%，5%，2%和1%，硫酸鋅、維生素E以及綠原酸分別佔混合溶液質量的萬分之一。
[0029]實施例2
[0030]實施例1製備的透明型高醯基結冷膠的性能參數:
[0031]對照組:僅採用少動鞘脂單胞菌發酵生產結冷膠，其他步驟同實施例1 ;實驗組為實施例1製備的結冷膠。對照組高醯基的分子量為164萬道爾頓，實驗組的結冷膠的平均分子量在166萬道爾頓。
[0032]透光率的測定:稱取0.5樣品，加蒸餾水100ml，將燒杯置於80攝氏度水浴中，樣品溶解後加入2.7%的氯化鈣溶液2ml，補充蒸發水量至原體積，趁熱將膠溶液傾入比色皿，立即放入20攝氏度的恆溫箱中放置15分鐘，用分光光度計在497nm處測定透光率，用蒸餾水對照。
[0033]粘度測定方法:常溫下，4號轉子，30r / min條件測定。
[0034]膠體純度參加GB25535-2010。
[0035]膠體彈性試驗操作步驟參見:李龍偉等，現代農業科技2011年第18期。
[0036]
【權利要求】
1.一種透明型高醯基結冷膠的提純方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟:發酵，過濾，絮凝沉澱，再次絮凝，壓榨乾燥以及廢物利用。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法具體包括以下步驟: 第一步，發酵:將混合菌液按照8%的接種量接入種子罐中進行培養，在溫度為30°C，PH值7.2的條件下，培養24小時得到液體A，然後按液體A:發酵罐培養基為1: 10的體積比例轉入發酵罐中培養，溫度30°C，PH值7.2，培養時間72小時，得到發酵液；其中，種子罐培養基的組分為:鹿糖25g,蛋白腖5g,硫酸銨4.0g,酵母膏3.0g,朽1檬酸3.5g,碳酸隹丐2.0g，蒸餾水IOOOml ;發酵罐培養基的組分為:蔗糖40g，蛋白腖Sg，磷酸二氫鉀3g，檸檬酸2.5g,碳酸I丐2.0g,硫酸鎂Ig,蒸懼水IOOOml ； 第二步，過濾:在第一步獲得的發酵液內同時加入硅藻土和氣相二氧化矽的混合物，邊添加邊攪拌，攪拌lOmin，攪拌速度為IOOr / min，然後用板框過濾，分別收集過濾後的濾液和菌體；其中所述混合物的添加量為發酵液重量的0.5%，所述硅藻土和氣相二氧化矽的質量比為3:1; 第三步，絮凝沉澱:向第二步得到的濾液中加入2?3倍體積的70%?90%乙醇，混合均勻，然後經膜過濾除去廢液，得到絮凝結冷膠；並且低溫旋轉蒸發回收廢液中的乙醇後，得到液體B ;將上述絮凝結冷膠重新分散和溶解於水，得到結冷膠液體，然後加入佔結冷膠液體體積6%?7%的飽和氯化鈉溶液，沉澱析出結冷膠； 第四步，再次絮凝:將第三步析出的結冷膠按照Ig結冷膠:100ml水的的比例重新溶於水中，得到結冷膠液體，然後加入佔結冷膠液體2倍體積的80%乙醇，混合均勻，然後經膜過濾除去廢液，得到絮凝結冷膠； 第五步，壓榨乾燥:將第四步得到的絮凝結冷膠經螺杆式壓榨機，去除多餘的水分，得溼品結冷膠；然後將溼品結冷膠乾燥、粉碎即得透明型高醯基結冷膠；第六步，廢物利用:將第二步獲得的菌體以及第三步獲得的液體B混合得到混合溶液，然後往混合溶液中添加玉米粉、高粱粉、豆渣以及麥麩，邊添加邊攪拌至糊狀；最後通入蒸汽升溫至110°C，蒸餾15分鐘；然後將蒸餾物烘乾、粉碎後，添加硫酸鋅、維生素E以及綠原酸，混合均勻，獲得豬飼料；其中，玉米粉、高梁粉、豆渣以及麥麩分別佔混合溶液質量的和1%，硫酸鋅、維生素E以及綠原酸分別佔混合溶液質量的萬分之一。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第一步中的混合菌液由少動鞘脂單胞菌液和短小芽孢桿菌液按照重量比為8: I混合而成，所述少動鞘脂單胞菌液或所述短小芽孢桿菌液菌液中菌體的濃度均為I X IO8個/ ml。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述少動鞘脂單胞菌為少動鞘脂單胞菌(Sphingomonas paucimobilis) ATCC31461,所述短小芽抱桿菌為短小芽抱桿菌(Bacilluspumilus)ATCC27142。
【文檔編號】A23K1/00GK103436587SQ201310374567
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】郭英熙, 肖勇, 莊會華, 莊景華 申請人:新疆阜豐生物科技有限公司