【文章內(nèi)容簡介】 0。鏈形寇氏桿菌(kurthiacatenoform)(ser)黃色短桿菌(ile+SGR)*賴氨酸黃色短桿菌(AECR)乳糖發(fā)醇短桿菌(AECR+ser或AECR+Ade+Gu)谷氨酸棒桿菌(AECR+Leu或AECR+met或AECR+Ala)蘇氨酸大腸桿菌(met+var)、大腸桿菌W(DAP_+met+ile_)鳥氨酸谷氨酸棒桿菌(Cit_)、黃色短桿菌(Cit或Arg)亮氨酸黃色短桿菌(ile+met+Tar)酪氨酸　　　　氨酸棒桿菌(Phe+Pu) *營養(yǎng)缺陷型，R：抗性。 菌種的擴大培養(yǎng) ↓ 淀粉質(zhì)原料→糖化→中和、脫色、過濾→培養(yǎng)基調(diào)配→接種→發(fā)酵→提取(等電點法、離子交換法等)→谷氨酸→谷氨酸Na→脫色→過濾→干燥→成品 4）發(fā)酵生產(chǎn)工藝 ①培養(yǎng)基成分 碳源：碳源是構(gòu)成菌體和合成谷氨酸的碳架及能量的來源。由于谷氨酸產(chǎn)生菌是異養(yǎng)微生物，因此只能從有機物中獲得碳素，而細胞進行合成反應(yīng)所需要能量也是從氧化分解有機物過程中得到的。實際生產(chǎn)中以糖質(zhì)原料為主。培養(yǎng)基中糖濃度對谷氨酸發(fā)酵有密切的關(guān)系。在一定的范圍內(nèi)，谷氨酸產(chǎn)量隨糖濃度的增加而增加。 氮源：氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比對谷氨酸發(fā)酵有很大影響。大約85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌體。谷氨酸發(fā)酵需要的氮源比一般發(fā)酵工業(yè)多得多，一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比為100：~，谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：15~21。 無機鹽：是微生物維持生命活動不可缺少的物質(zhì)。其主要功能是：構(gòu)成細胞的組成成分；作為酶的組成成分；激活或抑制酶的活力；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的滲透壓；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的氧化還原電位。起著調(diào)節(jié)微生物生命活動的作用。發(fā)酵時，使用的無機離子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等陽離子和PO4SO4Cl－等陰離子，其用量如下： KH2PO4%~%； K2HPO4%~%； %~%； %~%； MnSO4..4H2O%~%。 生長因子：凡是微生物生命活動不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有機物質(zhì)都稱為生長因子。生長因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族維生素的一種，又叫維生素H或輔酶R。糖質(zhì)為碳源的谷氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是生物素缺陷型，也就是說這些細菌本身都不能合成生物素。生長素的作用是影響代謝途徑；影響細胞的滲透性。 生長因子含量的多少，與生產(chǎn)有著十分密切的關(guān)系。實際生產(chǎn)中通過添加玉米漿、麩皮、水解液、糖蜜等作為生長因子的來源，來滿足谷氨酸產(chǎn)生菌必須的生長因子。 ②培養(yǎng)基 a斜面培養(yǎng)基 葡萄糖%牛肉膏%蛋白胨%氯化鈉%瓊脂%pH~ 121℃滅菌30min(傳代和保藏斜面不加葡萄糖)。 b一級種子、二級種子及發(fā)酵培養(yǎng)基 一級種子葡萄糖%尿素%KH2PO4%%玉米漿~pH 二級種子水解糖%尿素%玉米漿~K2HPO4~%%pH 發(fā)酵培養(yǎng)基水解糖12~14%尿素~%玉米漿%KCl%Na2HPO4%pH ③發(fā)酵條件的控制 a溫度 谷氨酸發(fā)酵前期(0~12h)是菌體大量繁殖階段，在此階段菌體利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)來合成核酸、蛋白質(zhì)等，供菌體繁殖用，而控制這些合成反應(yīng)的最適溫度均在30~32℃。在發(fā)酵中、后期，是谷氨酸大量積累的階段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脫氫酶的最適溫度在32~36℃，故發(fā)酵中、后期適當(dāng)提高罐溫對積累谷氨酸有利。 bpH值 發(fā)酵液的pH影響微生物的生長和代謝途徑。發(fā)酵前期如果pH偏低，則菌體生長旺盛，長菌而不產(chǎn)酸；如果pH偏高，則菌體生長緩慢，發(fā)酵時間拉長。~，而在發(fā)酵中、~。 c通風(fēng) 在谷氨酸發(fā)酵過程中，發(fā)酵前期以低通風(fēng)量為宜；發(fā)酵中、后期以高通風(fēng)量為宜。實際生產(chǎn)上，以氣體轉(zhuǎn)子流量計來檢查通氣量，即以每分鐘單位體積的通氣量表示通風(fēng)強度。另外發(fā)酵罐大小不同，所需攪拌轉(zhuǎn)速與通風(fēng)量也不同。 d泡沫的控制 在發(fā)酵過程中由于強烈的通風(fēng)和菌體代謝產(chǎn)生的CO2，使培養(yǎng)液產(chǎn)生大量的泡沫，不僅使氧在發(fā)酵液中的擴散受阻，影響菌體的呼吸和代謝。給發(fā)酵帶來危害，必須加以消泡。消泡的方法有機械消泡(耙式、離心式、刮板式、蝶式消泡器)和化學(xué)消泡(天然油脂、聚酯類、醇類、硅酮等化學(xué)消泡劑)兩種方法。 e發(fā)酵時間 不同的谷氨酸產(chǎn)生菌對糖的濃度要求也不一樣，其發(fā)酵時間也有所差異。一般低糖(10%~12%)發(fā)酵，其發(fā)酵時間為36~38h，中糖(14%)發(fā)酵，其發(fā)酵時間為45h。 黃原膠 概況 黃原膠(XamthanGum)別名漢生膠，又稱黃單胞多糖，是國際上70年代發(fā)展起來的新型發(fā)酵產(chǎn)品。它是由甘蘭黑腐病黃單胞細菌(Xanthomonascampestris)以碳水化合物為主要原料，經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來越廣泛。 國際上，黃原膠開發(fā)及應(yīng)用最早的是美國。美國農(nóng)業(yè)部北方地區(qū)Peoria實驗室于60年代初首先用微生物發(fā)酵法獲得黃原膠。1964年，美國Merck公司Keco分部在世界上首先實現(xiàn)了黃原膠的工業(yè)化生產(chǎn)。1979年世界黃原膠總產(chǎn)量為2000t，1990年達4000t以上。在美國，黃原膠年產(chǎn)值約為5億美元，僅次于抗生素和溶劑的年產(chǎn)值，在發(fā)酵產(chǎn)品中居第3位。 我國對黃原膠的研究起步較晚，進行開發(fā)研究的單位，如南開大學(xué)、中科院微生物研究所、山東食品發(fā)酵研究所等，均已通過中試鑒定。目前全國有煙臺、金湖、五連等數(shù)家黃原膠生產(chǎn)廠，年產(chǎn)在200t左右，主要用作食品添加劑。我國生產(chǎn)黃原膠的淀粉用量一般在5%左右，發(fā)酵周期為72~96h，產(chǎn)膠能力30~40g/L，與國外比較，生產(chǎn)水平較低。隨著黃原膠生產(chǎn)和應(yīng)用范圍的進一步發(fā)展，目前北京、四川、鄭州、蘇州、山東等地都有黃原膠生產(chǎn)新廠建成，預(yù)示著我國的黃原膠生產(chǎn)將呈現(xiàn)一個新的局面。 黃原膠的分子結(jié)構(gòu)及其性質(zhì) 1）黃原膠的分子組成 黃原膠是以5分子糖為一單元，由與此相同的單元聚合而成的高分子多糖物質(zhì)。每一單元由2分子葡萄糖，2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸組成。其主鏈由β葡萄糖通過1，4糖苷鍵相連而成的2分子葡萄糖為單元，其結(jié)構(gòu)與纖維素結(jié)構(gòu)相同，相間在葡萄糖的C3上連有2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸構(gòu)成側(cè)鏈。在側(cè)鏈上有丙酮酸及竣酸側(cè)基。因其側(cè)鏈含酸性基團，在水溶液中呈多聚陰離子，構(gòu)成黃原膠的三級立體結(jié)構(gòu)：帶陰離子的側(cè)鏈纏繞主鏈形成螺旋結(jié)構(gòu)，分子間靠氫鍵形成雙股螺旋，而雙股螺旋結(jié)構(gòu)間又是靠微弱的非共價鍵維系，形成規(guī)則的超級接合帶狀的螺旋聚合體”。 2）黃原膠的性質(zhì) ①典型的流變特性 隨著剪切速率增加，因膠狀網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，導(dǎo)致粘度降低，膠液變稀，但一旦剪切力消失，粘度又可恢復(fù)，因而使黃原膠具有良好的泵送和加工性能。利用這種特性在需要添加增稠劑的液體中加入黃原膠，不僅液體在輸送過程中容易流動，而且靜止后又能恢復(fù)到所需要的粘度，因此被廣泛應(yīng)用于飲料行業(yè)。 ②低濃度時的高粘性 含2%~3%黃原膠的液體，其粘度高達3~。黃原膠的高粘性使其具有廣闊的應(yīng)用前景，但同時又給生產(chǎn)上的后處理帶來麻煩。 ③耐熱性 黃原膠在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)(98~90℃)粘度幾乎無變化。黃原膠即使在130℃的高溫下保持36min后冷卻，溶液的粘度也無明顯變化。在經(jīng)多次冷凍融化循環(huán)后，膠液的粘度并不發(fā)生改變。在高溫條件下若添加少量電解質(zhì)如0。5%NaCI，可穩(wěn)定膠液的粘度。 ④耐酸、堿性 黃原膠水溶液的粘度幾乎與pH值無關(guān)。這一獨特性質(zhì)是其他增稠劑如竣甲基纖維素(CMC)等所不具備的。 ⑤相容性及溶解性 黃原膠可與絕大部分的常用食品增稠劑溶液溶混，特別是與藻酸鹽類、淀粉、卡拉膠、瓜膠溶混后，溶液的粘度以疊加的形式增加。 黃原膠易溶于水，不溶于醇、酮等極性溶劑。在非常廣的溫度、pH和鹽濃度范圍內(nèi)，黃原膠很容易溶解于水中，其水溶液可在室溫下配制，攪動時應(yīng)盡可能減少空氣混人。如果將黃原膠預(yù)先與一些干物質(zhì)如鹽、糖、味精等混勻，然后用少量水濕潤，最后加水?dāng)嚢?，這樣配制出的膠液其性能更好。 ⑥分散性及保水性 黃原膠是食品添加劑中優(yōu)良的懸浮劑和乳化穩(wěn)定劑。黃原膠對食品具有良好的保水、保鮮作用。 黃原膠的生產(chǎn) 1）工藝流程 菌種的擴培→發(fā)酵原料配比→發(fā)酵→發(fā)酵條件控制→分離→提純→干燥 2）菌種 黃原膠生產(chǎn)有廣泛的微生物來源，黃單胞菌屬的許多種類菌株都能產(chǎn)生黃原膠。目前，國內(nèi)外用于生產(chǎn)黃原膠的菌種大多是從甘蘭黑腐病病株上分離到的甘蘭黑腐病黃單胞菌，也稱野油菜黃單胞菌。另外生產(chǎn)黃原膠的菌種還有菜豆黃單胞菌(X.phaseoli)、錦葵黃單胞菌(X.Malvacearum)和胡蘿卜黃單胞菌(X.carotae)等。我國目前已開發(fā)出的菌株有南開0山大1500L4和L5。這些菌株一般呈桿狀，革蘭氏染色陰性，產(chǎn)莢膜。在瓊脂培養(yǎng)基平板上可形成黃色粘稠菌落，液體培養(yǎng)可形成粘稠的膠狀物。 3）發(fā)酵培養(yǎng)基 黃原膠發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源一般是糖類、淀粉等碳水化合物。在黃單胞菌菌體內(nèi)酶的作用下，6糖苷鍵被打開，形成直鏈多糖，經(jīng)進一步轉(zhuǎn)化，最終變成產(chǎn)物黃原膠。氮源一般以魚粉和豆餅粉為主。另外，還添加一些微量無機鹽，如鐵、錳、鋅等的鹽類。特別是輕質(zhì)碳酸鈣以及NaH2PO4和MgSO4，它們對黃原膠的合成有明顯的促進作用。 例如南開大學(xué)的南開01菌種所使用的搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基如下：玉米淀粉4%，%，%，自來水配制。在大罐生產(chǎn)中將魚粉蛋白胨改成魚粉直接配料，其他原料不變。國外用作黃原膠發(fā)酵的碳源多數(shù)是葡萄糖。 4）發(fā)酵 ①搖瓶發(fā)酵 搖瓶發(fā)酵條件：接種量1%~5%，旋轉(zhuǎn)式搖床轉(zhuǎn)速220r/min，培養(yǎng)溫度28℃，發(fā)酵72h左右。發(fā)酵結(jié)束，黃原膠產(chǎn)酸能力為20~30g/L，對碳源的轉(zhuǎn)化率在60%~70%。 ②工業(yè)化生產(chǎn) 接種量為5%~8%。由于培養(yǎng)基的高粘度，黃原膠生產(chǎn)屬高需氧量發(fā)酵，需大通風(fēng)量，一般為1~（m3min)。發(fā)酵溫度為25~28℃。碳源的起始濃度一般在2%~5%。 黃原膠的收率取決于碳、氮源的種類和發(fā)酵條件。目前收率一般在起始糖量的40%~75%。黃單胞菌容易利用有機氮源，而不易利用無機氮源。有機氮源包括魚粉蛋白胨、大豆蛋白胨、魚粉、豆餅粉、谷糠等。其中以魚粉蛋白胨為最佳，它對產(chǎn)物的生成有明顯的促進作用，%~%。在氮源濃度較低時，隨氮源濃度的提高，細胞濃度也增加，黃原膠的合成速率加快，黃原膠得率也相應(yīng)提高。起始氮源在中等濃度時，細胞濃度和黃原膠的合成速率均有提高，發(fā)酵時間被縮短，但黃原膠的得率卻降低，這是因為細胞生長過快，使用于細胞生長及維持細胞生命的糖量增加，用于合成黃原膠的糖反而減少，導(dǎo)致黃原膠得率下降。如果采用發(fā)酵后期流加糖的方法，使糖濃度始終維持在一定的水平，那么，由于補加的糖只用于細胞維持生命及合成黃原膠，而沒有生長的消耗，從而得率就可比間歇發(fā)酵有較大提高。若起始氮源的濃度再提高，雖然細胞濃度有所增加，但黃原膠得率及合成速率卻降低了。其主要原因是氧限制，高濃度細胞隨著發(fā)酵的進行，發(fā)酵液粘度不斷增大，體積傳質(zhì)系數(shù)降低，造成氧供應(yīng)能力逐漸下降，合成速率變慢，得率降低。 ~，這有利于初期的細胞生長和后期的黃原膠合成。 5）黃原膠的分離提取 黃原膠通常由玉米淀粉輔以氮源及微量元素經(jīng)微生物發(fā)酵后制得。發(fā)酵醪中除含黃原膠(3%左右)外，還有菌絲體、未消耗完的碳水化合物、無機鹽及大量的液體。其中菌絲體等固形物占20%，水溶性無機鹽占10%。如果菌絲體等固形物混雜在黃原膠成品中，會造成產(chǎn)品的色澤差、味臭，從而限制了黃原膠的使用范圍。因此黃原膠的分離提取，其目的在于按產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格的要求將發(fā)酵醪中的雜質(zhì)不同程度地除去，通過純化、分離、濃縮和干燥等手段獲得成品。黃原膠成品分食品級、工業(yè)級和工業(yè)粗制品3種。 ①溶劑沉淀法 先將發(fā)酵液用6mol/LHCI酸化，然后加入工業(yè)酒精使黃原膠沉淀。過濾后沉淀物先后用工業(yè)酒精和10%KOH洗滌，過濾，沉淀物干燥后進行粉碎，經(jīng)過篩制得成品。本法由于直接用HCl和工業(yè)酒精