一種微生物多糖－熱凝膠的提取工藝的製作方法

2023-11-11 04:27:52

專利名稱：：一種微生物多糖－熱凝膠的提取工藝的製作方法
技術領域：
：一種微生物多糖-熱凝膠的提取工藝，屬於生物工程
技術領域：
。
背景技術：
：熱凝膠又稱凝結多糖、熱凝多糖，英文名為Curdlan，於1964年由日本大阪大學的T.Harada在篩選可代謝各種石油組分的微生物時發現並加以研究。熱凝膠是一種新型的微生物胞外多糖，由糞產鹼桿菌(Alcaligenesfaecalisvar.myxogene)以碳水化合物為主要原料經發酵產生，其分子式為(C6H10O5)n，分子內由葡萄糖結構單元以β-1，3鍵連接。其化學結構如下所示熱凝膠是一種在中性條件下不溶於水的多糖。乾燥的熱凝膠是一種流動性極好的無嗅、無味的白色或灰白色粉末固體，在聚乙烯袋中密封可以長時間穩定保存，不會失去凝膠化特性。熱凝膠不溶於水、醇和大多數有機溶劑，但它在水中會發生溶脹，可以溶解在一定濃度的NaOH、磷酸三鈉等鹼性溶液中，在甲酸、二甲基亞碸、飽和尿素溶液或硫脲及25％碘化鉀中也是可溶的。加熱含有熱凝膠的水濁液形成兩種類型的凝膠，一種是加熱至60℃再冷卻至40℃以下形成的，這種凝膠是熱可逆的，其強度較低，性質介於瓊脂的脆性與明膠的彈性之間，因此被稱為低固定膠(low-setgel)；另外一種是加熱至85℃以上形成的，是熱不可逆的，加熱至120℃亦不融化，這種凝膠結構堅實並具有高彈性，它被稱為高固定膠(high-setgel)。熱凝膠在食品領域的應用主要是基於其第二種凝膠的特性。從發酵液中提取多糖有很多種方法，在實驗室裡，可經高速離心從稀釋的發酵液中除去細胞和其它不溶物，然後經透析將多糖大分子與低分子量的碳水化合物及無機鹽類分開。如需要較高的純度，則可用某些形式的離子交換和親和層析把多糖和其它微量生物大分子分開。但在工業生產中，這些方法是不實用的。從經濟學的觀點進行的可行性的研究指出，多糖產品的回收成本往往佔總生產成本的重要部分。
發明內容本發明的目的是提供一種微生物多糖-熱凝膠的提取工藝，以降低微生物多糖的生產成本，使其市場競爭力更強。本發明的技術方案一株糞產鹼桿菌(Alcaligenesfaecalis)WX-C12產熱凝膠的發酵液，經離心得沉澱，所得沉澱用鹼溶液溶解，離心除去菌體，上清液用鹽酸中和，中和所得膠狀沉澱用去離子水洗滌1～2次，然後離心或壓榨脫水，再用少量乙醇洗滌、乾燥、粉碎即得食品級熱凝膠產品；或所得沉澱用去離子水洗滌4次，然後用少量乙醇洗滌、乾燥、粉碎即得熱凝膠粗製品。發酵液經離心得沉澱，其工藝為3000～8000rpm，離心10～30min。發酵液離心所得沉澱用0.2～0.5NNaOH溶液溶解，所用鹼液體積為發酵液離心沉澱物體積的2～5倍。所得熱凝膠的鹼溶液用鹽酸中和，所用鹽酸量為中和鹼液所需的量，用少量乙醇洗滌，所用乙醇量為發酵液離心沉澱物體積的1～3倍。包括乾燥、粉碎在內的所有操作溫度不超過40℃。用去離子水洗滌溫度為0～10℃。本發明的有益效果本發明將熱凝膠產品按照不同用途分為粗製品和食品級，分別採用不同工藝進行提取。粗製品提取工藝過程未經鹼溶解，僅用水洗處理，因此熱成膠性能良好，但菌體未被除去，純度略低，但能滿足在飼料、建材、化工等方面的廣泛用途。食品級熱凝膠的提取採用酸鹼中和、乙醇洗滌的方法。提取所得熱凝膠的成膠性能受鹼液NaOH濃度的顯著影響，隨著NaOH濃度的增大，提取所得熱凝膠的成膠性能下降，本發明對鹼處理工藝進行優化，確定NaOH溶液濃度取0.2～0.5N比較合適，所用鹼液體積為發酵液離心沉澱物體積的2～5倍，採用此濃度的NaOH溶液可得到成膠性好、純度較高的產品。食品級熱凝膠可作為果凍、冷凍食品、減肥食品以及快餐、飲料、麵食和肉製品的添加劑，以改善這些食品的特性，在食品工業中有廣泛的用途。本發明不同於原有的對熱凝膠的鹼溶液用乙醇沉澱提取熱凝膠的工藝，可以大大節約乙醇用量降低成本，可以降低成本50％以上。還根據不同用途給出了粗製品和食品級熱凝膠的相應的提取工藝，目的也是為了最大限度的降低成本。圖1粗製品熱凝膠的提取流程示意圖。圖2食品級熱凝膠的提取流程示意圖。具體實施例方式實施例1.熱凝膠發酵液的製備菌株糞產鹼桿菌(Alcaligenesfaecalis)WX-C12江南大學生物工程學院生化工程實驗室保藏和提供，該菌株已在《無錫輕工大學學報》2001，20(4)，347～350公開。發酵培養基(g/L)葡萄糖50，酵母膏2，NH4Cl3.6，KH2PO42，MgSO4·7H2O0.5，無機鹽濃縮液10mL，pH7.0(其中無機鹽濃縮液FeCl31g，NaCl1g，CaCl21g，MnCl21g，1L去離子水)。利用9L發酵培養基，在15LBiostatC10-3機械攪拌罐上採用兩段法(菌體生長與產膠階段控制不同pH值)進行發酵，接種量5％，發酵罐攪拌轉速500rpm，通風量為13.5L/min，.表壓0.05MPa，發酵溫度30℃。調節pH值的NaOH溶液濃度為4N，鹽酸濃度為3N。菌體生長階段pH值控制在7.0左右，18h後將pH值調至5.6左右，直至發酵結束。發酵初始葡萄糖濃度50g/L，40h左右發酵液葡萄糖濃度降到9.7g/L，44h時補加360g葡萄糖，發酵培養90h下罐，測定熱凝膠產量35.9g/L。實施例2.熱凝膠發酵液的製備菌株和發酵培養基同實施例1。利用18L發酵培養基，接種量5％，在25L機械攪拌罐上採用兩段法(菌體生長與產膠階段控制不同pH值)進行發酵，發酵罐攪拌轉速300rpm，通風量為27L/min，表壓0.05MPa，發酵溫度30℃。菌體生長階段pH值控制在7.0左右，21h後將pH值調至5.6左右，直至發酵結束。發酵初始葡萄糖濃度50g/L，發酵培養43h發酵液中葡萄糖濃度降到10g/L以下，補加720g葡萄糖，79h發酵液中葡萄糖濃度再次降到10g/L以下，再次補加720g葡萄糖，發酵培養110h，熱凝膠產量43g/L。實施例3.食品級熱凝膠的提取取2L發酵液，離心棄去上清液，沉澱分別以不同NaOH濃度溶液進行溶解，離心除去菌體，所得熱凝膠的鹼溶液用鹽酸中和，中和所得膠狀沉澱用去離子水洗滌2次，然後壓榨脫水，再用少量乙醇洗滌、乾燥、粉碎即得食品級熱凝膠產品。乾燥產品配成2％懸濁液，經均質後，在90℃水浴中加熱10min成膠，採用英國的MicroStableSystem的TextureAnalyzer質構分析儀來測定凝膠強度。熱凝膠多糖純度用硫酸-蒽酮法測定。不同鹼濃度下提取所得熱凝膠的性質如表1所示表1不同鹼濃度下提取所得熱凝膠的性質低濃度NaOH溶液(＜0.2N)溶解發酵液離心沉澱物，提取得到的熱凝膠純度較低(表中未列出)，這是因為低濃度的NaOH溶液溶解熱凝膠，溶解液粘度比較大，菌體不容易離心除去，提取所得熱凝膠純度就較低。綜合凝膠強度和純度兩種指標，溶解發酵液離心沉澱物的NaOH溶液濃度取0.2～0.5N比較合適，所用鹼液體積為發酵液離心沉澱物體積的2～5倍。採用此濃度的NaOH溶液可得到成膠性好、純度較高的產品。實施例4.粗製品熱凝膠的提取取2L發酵液，於5000rpm，離心15min，得到沉澱用4℃去離子水離心洗滌四次，離心脫水，然後用乙醇洗滌，離心脫水，37℃真空乾燥，粉碎得到熱凝膠粗製品。產品性質如表2所示表2熱凝膠粗製品性質該提取工藝過程未經鹼溶解，熱凝膠分子三螺旋構象未被破壞，因此熱成膠性能良好，但菌體未被除去，純度略低。權利要求1.一種微生物多糖—熱凝膠的提取工藝，其特徵是一株糞產鹼桿菌(Alcaligenesfaecalis)WX-C12產熱凝膠的發酵液，經離心得沉澱，(a)所得沉澱用鹼溶液溶解，離心除去菌體，上清液用鹽酸中和，中和所得膠狀沉澱用去離子水洗滌1～2次，然後離心或壓榨脫水，再用少量乙醇洗滌、乾燥、粉碎即得食品級熱凝膠產品；(b)或所得沉澱用去離子水洗滌4次，然後用少量乙醇洗滌、乾燥、粉碎即得熱凝膠粗製品。2.根據權利要求1所述的提取工藝，其特徵是發酵液經離心得沉澱，其工藝為3000～8000rpm，離心10～30min。3.根據權利要求1所述的提取工藝，其特徵是其中的(a)所述所得沉澱用0.2～0.5NNaOH溶液溶解，所用鹼液體積為發酵液離心沉澱物體積的2～5倍。4.根據權利要求1所述的提取工藝，其特徵是其中的(a)所述所得熱凝膠的鹼溶液用鹽酸中和，所用鹽酸量為中和鹼液所需的量，用少量乙醇洗滌，所用乙醇量為發酵液離心沉澱物體積的1～3倍。5.根據權利要求1所述的提取工藝，其特徵是包括乾燥、粉碎在內的所有操作溫度不超過40℃。6.根據權利要求1所述的提取工藝，其特徵是去離子水洗滌溫度為0～10℃。全文摘要一種微生物多糖－熱凝膠的提取工藝，屬於生物工程
技術領域：
。本發明以一株糞產鹼桿菌產熱凝膠的發酵液，經離心得沉澱，所得沉澱用鹼溶液溶解，離心除去菌體，上清液用鹽酸中和，中和所得膠狀沉澱用去離子水洗滌1～2次，然後離心或壓榨脫水，再用少量乙醇洗滌、乾燥、粉碎即得食品級熱凝膠產品；或所得沉澱用去離子水洗滌4次，然後用少量乙醇洗滌、乾燥、粉碎即得熱凝膠粗製品。本發明不同於原有的對熱凝膠的鹼溶液用乙醇沉澱提取熱凝膠的工藝，可以大大節約乙醇用量降低成本。還根據不同用途給出了粗製品和食品級熱凝膠的相應的提取工藝，目的也是為了最大限度的降低成本。文檔編號C08B37/00GK1583801SQ20041004127公開日2005年2月23日申請日期2004年6月11日優先權日2004年6月11日發明者詹曉北,朱莉申請人:江南大學