研究综述.docx

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研究综述

1 前言 

1.1产品简介

黄原胶（Xanthangum）,黄原胶是一种微生物多糖，亦称黄单胞多糖或汉生胶。

是应用较为广泛的食品胶。

又称黄胶、汉生胶、黄单细胞多糖,是野油菜黄单孢杆菌（Xanthomonascampestris）以碳水化合物为主要原料,经发酵工程生产的一种作用广泛的微生物胞外多糖,简称XC。

[1]相对分子质量约为2×106～2×107之间。

结构图[2]如下：

1.2发展历程及种类

黄原胶是50年代美国农业部北部地区研究所（NRRL）首先发现。

普通商品黄原胶是含有K、Na、Ca等盐的混合物,其它类型有:

脱乙酰胺的黄原胶、丙酮酸232黄原胶和与铬盐交联的高触变性黄原胶等。

1.3物理化学性质

黄原胶在热水和冷水中有很好的溶解性;有良好的增粘性和悬浮能力,在低浓度下具有较高的粘度;有很高的稳定性,耐酸碱、高盐环境,抗高温、低温冷冻,易生物降解,抗污染能力强,在-4~93e范围内反复加热、冷冻,其粘度基本不变;可同多种物质（酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等）互配,具有令人满意的兼容性;有良好的触变性（剪切稀释能力）和假塑性（恢复能力）;有良好的分散作用、乳化稳定作用[3]。

黄原胶和刺槐豆胶、瓜尔豆胶等半乳甘露聚糖配合使用时有极为显著的协同增效作用,可显著提高粘度和耐盐稳定性,达到用量少、成本低和提高使用效果的目的[4] [5]。

1.4生产用菌种的介绍 

本设计采用的菌种是黄单胞菌，他是一种好氧性细菌，呈直杆状，端生鞭毛运动，专性好氧。

[6]在培养基上可产生一种非水溶性的黄色色素（一种类胡萝卜素），其化学成分为溴芳基多烯，使菌落呈黄色。

所有的黄单胞菌都是植物病原菌，可引起植物病害。

水稻黄单胞菌引起水稻白叶枯病[7]，而导致甘蓝黑腐病的野油菜黄单胞菌，可作为菌种生产荚膜多糖，即黄原胶，它在纺织、造纸、搪瓷、采油、食品等工业上都有广泛的用途[8]。

2 黄原胶的生产 

2.1 培养基 

黄单孢杆菌产生黄原胶常用的培养基是:

以葡萄糖、蔗糖或淀粉等为碳源,以蛋白质、鱼粉、豆粉或硝酸盐为氮源,加KH2PO4、MgSO4、CaCO3等无机盐和Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素,以及生成促进剂谷氨酸、柠檬酸等。

 2.2 生产工艺 

黄原胶的生产包括发酵和提取两部分。

发酵工艺有连续法和间歇法,但真正工业化的是间歇法[9]。

实际过程是:

种子培养、种子扩大和发酵。

黄单孢杆菌在生长过程中吸收氧气,放出二氧化碳。

其生长温度为2~35e,40e黄单孢杆菌就停止生长。

黄原胶发酵生产工艺流程图：

图2黄原胶发酵生产工艺流程图

提取工艺包括[10]

（1）发酵液处理。

经离心法、过滤法、酶处理法、次氯酸盐氧化法、过滤及超滤浓缩法预处理除去菌体细胞和各种不溶性杂质,使黄原胶中不再含活性的菌体细胞、影响产品质量的不溶性杂质和色素等,并对发酵液进行浓缩。

（2）沉淀反应:

用钙盐、铝盐、季铵盐或酸沉淀法制取工业级精制品;用有机溶剂沉淀法制取食品级精制品。

（3）过滤沉淀物并进行洗涤。

（4）干燥、粉碎、筛分、成品包装。

 2.2.1 工业级黄原胶的生产 

工业级黄原胶的提取方法一般是先将发酵液进行灭菌处理,杀死活菌细胞,直接经喷雾干燥或滚筒干燥而制得[11],但这种方法因发酵液含水量太高而消耗大量的能量,产品纯度较低,且成品颜色较深,成本较高;另一种方法是用钙盐、铵盐等沉淀黄原胶。

因其产品附加值低,市场用受到限制,因此国内一般发展食品级黄原胶。

2.2.2 食品级黄原胶的生产 

食品级黄原胶的提取方法,一般用醇作为沉淀剂,常用的有甲醇、异丙醇、乙醇等低级醇。

由于后提取选用乙醇,成本高,生产和应用受到限制。

非醇法生产黄原胶有效地解决了这一问题。

其工艺流程为:

菌种在种子罐内经分级培养后,接种到发酵罐中,在30℃条件下,通气、搅拌,发酵时为48~60h,放罐后用稀盐酸调pH值为2,黄原胶即沉淀下来,经脱水干燥后得淡黄色成品[12]。

但此方法对提取设备及管道提出了苛刻的要求,同时需对含盐酸废水进行处理。

因此,国内食品级对黄原胶生产中,沉淀剂的选择仍是有待解决的问题。

工艺流程：

图3食品黄原胶生产工艺流程图

3 黄原胶的应用 

3.1黄原胶在食品中的应用 

3.1.1食品中应用分类

由于黄原胶有较好的温度稳定性与食品中其他组分的相容性和流变性，所以被广泛的用于各种食品中[7]。

（1）作为增稠稳定剂 

黄原胶作为增稠稳定剂应用于各种果汁饮料、浓缩果汁、调味料（如酱油、蚝油、沙扣调味汁）的食品中[13]。

（2）作为乳化剂 

黄原胶作为乳化剂用于各种蛋白质饮料、乳饮料等中，可防止油水分层、提高蛋白质的稳定性、防止脂肪上浮、防止蛋白质沉淀。

（3）作为填充剂和品质改良剂 

黄原胶作为稳定的高粘度填充剂，可广泛应用于蛋糕、面包、饼干、糖果等食品的加工，使食品具有更优越的保形性，延长其松软时间，使食品有更长的保质期，并获得比传统做法更好的口感[14] 。

 （4）作为乳化稳定剂      

黄原胶作为乳化稳定剂应用于冷冻食品，在冰淇淋、雪糕中应用可控制冰晶、抗融化、延长保存期、提高膨胀率等。

 （5）作为凝固剂     

黄原胶作为凝同剂用于果冻．赋予果冻软胶状态，加工填充物时，使果冻的粘度降低，从而节省劳动力并易于加工。

 3.1.2黄原胶的使用标准 

下表为GB 2760-2011 食品安全国家标准 食品添加剂使用标准

于2011年6月20日实施。

黄原胶 xanthan gum  CNS 号 20.009 INS 号 415  

功能  稳定剂、增稠剂  

GB 2760-2011 食品安全国家标准 食品添加剂使用标准[15]

食品分类号 

食品名称 

最大使用量/（g/Kg）

01.05.01 

稀奶油

按生产需要适量使用

 02.02.01.01 

黄油和浓缩黄油

5.0 

06.03.02.01

 生湿面制品（如面条、饺子皮、馄饨皮、烧麦皮）

10

06.03.02.02 

生干面制品 

4

11.01.02 

其它糖和糖浆（如红糖）

5.0 

12.09 

香辛料 

按生产需要适量使用

14.02.01 

果蔬汁（浆） 

按生产需要适量使用

3.2 黄原胶在石油工业中的应用 

黄原胶用于油田开发方面较之聚丙烯酰胺、CMC（羧甲基纤维素）、变性淀粉及一些植物多糖（如瓜尔胶、四菁胶等）有明显的技术优势,它的增粘、增稠、抗盐、抗污染能力较强。

尤其在海洋、海滩、高卤层和永冻土层钻井,防止井喷等有明显作用,低浓度的黄原胶水溶液就可保持水基井液的粘度、使钻井液有好的悬浮性能,这可防止井壁坍塌、抑制地层井喷、便于将切削下的碎石排出井外,其性能远好于聚丙烯酰胺[16];黄原胶的假塑使处于钻头附近的黄原胶液由于高速旋转引起的强剪切而表现出极低的粘度,具有低磨阻特性,有利于节省能耗;由于黄原胶的抗盐性、耐高温性,黄原胶液用于三次采油的流变控制液可提高10%以上的采收率。

目前国外约有30%~40%的黄原胶用于钻井泥浆和三次采油[17]。

3.3 黄原胶在其它工业中的应用 

黄原胶在其它行业中也有广大的市场,用它作为釉浆悬浮剂和粘结剂,被称为陶瓷工业的重大技术革新,并解决了烧制各种异型陶瓷的技术难题[18]。

用黄原胶作原料生产的凝胶泡沫灭火剂,已用于森林扑火、有机溶剂及其它化学品的灭火中。

黄原胶能用作灭虫剂、肥料的悬浮剂。

在喷洒期间能很好的控制其漂流和粘附,延长有效期,是农用化学物质的良好稳定剂。

黄原胶可作为水基油墨和乳化油墨的悬浮剂和稳定剂,控制水的渗透性和失水而保持均匀的光泽。

黄原胶还可用于胶体炸药、水溶性涂料、工业擦亮剂、除锈剂、湿法冶金的增稠剂,药物、化妆品的润滑剂,牙膏增稠剂,印染工业的载色剂等[19]。

4总结及展望

近年来,世界黄原胶生产国家经过不断的技术改造,其生产能力已达5万余吨/年,产品供不应求,价格一直比较坚挺,工业级黄原胶价格在3.5万～4.5万元/吨范围内波动,食品级则根据质量、供需双方情况波动幅度更大,为5万～10万元/吨。

黄原胶应用领域之广,价格之昂贵是许多其它微生物多糖所无法比拟的,国内外对需求市场潜力巨大,发展前景十分诱人。

伴随西部大开发和十五规划目标,国内黄原胶生产厂家将增至数十家,黄原胶生产将成为我国发酵领域的又一新兴产业[22] 。

参考文献 

[1]XX百科黄原胶[Z]. 2009-04-22

[2] 陈敏. 食品化学. 中国林业出版社.2008.1

[3] 里景伟主.微生物多聚糖黄原胶生产与应用[M].中国农业科技出版社,1995：

P56-68

[4] 吉武科，李振平．黄原胶的应用与发展前景[J]．中国食品添加剂，1994（4）：

27—30

[5]马天玲.黄原胶的生产应用及发展趋势[J].新疆石油科技 2007

（2）：

45-47

[6]李卫旗,姚恕.黄单孢菌R5产黄原胶的工艺条件研究［J］.微生物学杂志,1996：

23-25

[7] 《黄原胶菌种的诱变育种及优化培养》；张红艳、赵文娟；发酵科技通讯第34卷第2期2005年4月

[8] 《一种简单有效的黄原胶菌种保藏方法》；赵文娟、徐升运；工艺技术2005年

[9]吴思方.发酵工厂工艺设计概论，中国轻工业出版社，2010.6

[10] 《黄原胶发酵条件优化研究》；陈超，王君高，周喜燕，黄盟盟；中国酿造20总09第年第4期

[12] 《黄原胶发酵及提取工艺的优化研究》；杨瀑，张学欢，汪智姝，杨秋艳，温皓程，张永奎；《食品工业》2008年第6期

[12] 《两步发酵法生产黄原胶的研究》；华南理工大学学报（自然科学版）1999年6月

[13] 谭旖宁. 黄原胶的生物合成及其在食品工业中的的应用进展. 广东农业科学. 2010年第7期

[14] 《黄原胶在食品及其它工业上的应用》；吉式科 译；山东省食品发酵工业研究设计院,

[15] GB 2760-2011 食品安全国家标准 食品添加剂使用标准

[16]国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，1996

[17] 胡洪波,彭华松,张雪洪.生物工程产品工艺学[M].高等教育出版社,2006：

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[18] 《黄原胶的生产与市场》；张怀杰；（核工业第五研究设计院郑州市，45005

[19] 《黄原胶的开发应用现状》；聂凌鸿、周如金；粮油食品科技第12卷2004年第6期

[20]陈焕章.黄原胶的生产与应用.化学工业与工程.1996.13:

61-63

[21]赵兴春黄原胶的应用与发展前景食品工业科技1996.5:

72-76

[22] 聂凌鸿、周如金等黄原胶的特性、发展现状、生产及其应用中国食品添加剂.2003