黄原胶生产工艺及发展现状的可行性研究报告

第一节   黄原胶的定义

黄原胶又称黄胶、汉生胶，黄单胞多糖，是一种由假黄单胞菌属发酵产生的单孢多糖，由甘蓝黑腐病野油菜黄单胞菌以碳水化合物为主要原料，经好氧发酵生物工程技术，切断1，6-糖苷键，打开支链后，在按1，4-键合成直链组成的一种酸性胞外杂多糖。 1952年由美国农业部伊利诺斯州皮奥里尔北部研究所分离得到的甘蓝黑腐病黄单胞菌，并使甘蓝提取物转化为水溶性的酸性胞外杂多糖而得到（可行性研究报告）。

黄原胶是由糖类经黄单胞杆菌发酵，产生的胞外微生物多塘。由于它的大分子特殊结构和胶体特性，而具有多种功能，可作为乳化剂、稳定剂、凝胶增稠剂、浸润剂、膜成型剂等，广泛应用于国民经济各领域。

第二节 黄原胶的生产工艺

（一）生产工艺

保藏菌种→斜面活化→摇瓶种子(或茄瓶培养) →一级种子扩大培养→二级种子扩大培养→发酵罐发酵→发酵液→提取→干燥→粉碎→包装→成品

 黄原胶在工业上主要是以玉米淀粉为碳源，以鱼粉、豆饼粉为氮源，用CaC03为pH调节剂，并在一定量的消泡剂存在下，野油菜黄单胞杆菌经好氧深层发酵而得到多糖含量在25g／L左右的发酵液。发酵温度为28℃，控制一定的通风比。发酵时间大约为72h左右，产量最高可达28g／L，发酵液粘度最高可达9Pa.s左右。为解决发酵后期发酵液粘度大、溶解氧水平低等问题，并针对黄单胞菌是一种较为脆弱的菌体，李卫期等人研究结果表明，增加发酵罐的高径比值为3～4，适当减少搅拌桨叶直径，减少挡板数目或不设挡板，有利于黄原胶的发酵。根据国外黄原胶的双液相发酵和连续发酵研究，在国内间歇发酵的基础上，许喜林等研究了采用两步法发酵合成黄原胶的方法。第1步是利用黄单胞菌发酵，采用了较小量的碳源及低的碳氮比，终止时间控制在25h．此时可获得较大的生物量及胞外酶，而不生成黄原胶，以有利于胞外酶的分泌和菌体的分离；第2步胞外酶发酵采用了无氮培养条件，且因发酵液中不含菌体省去了稀释和分离菌体的工序，可降低生产成本，黄原胶的产率高于单纯菌体发酵。胡德亮等在研究发酵的过程中，在产胶初期，添加一种表面活性剂，而在发酵进行36h后，补加20％的水分，可使产胶率提高15％。

（二）分离提纯

1.预处理工序

由于黄原胶发酵液具有较高的粘度使后处理非常困难，其中菌体细胞的去除是提取工艺的一大障碍。预处理工序主要去除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、不溶性杂质和色素等。方法有过滤法、离心法、酶降解法和次氯酸盐氧化法。

李时岩等用硅藻土过滤可除去发酵液中大部分的菌体细胞，用中空纤维内压超滤法对黄原胶进行提纯和浓缩，可除去发酵液中悬浮的不溶性固体、可溶性离子物质和大部分色素，将黄原胶质量浓度从25g／L提高至 87g／L。

2.沉淀分离

黄原胶的沉淀分离一般采用乙醇、异丙醇沉淀法。工业上典型的沉淀方法是钙盐工业乙醇沉淀法。在黄原胶发酵液中加入终质量浓度为15g／L的钙盐如Ca(0H)2和CaCl2，充分混合后，逐步加入8g／L的Na0H，再搅拌30min，可形成黄原胶钙盐复合沉淀物；将沉淀物压榨脱水、并充分打碎成块状物，加入终质量浓度为500 g／L的工业乙醇，用HCl调pH至1.5～2.0，搅拌30min，经过滤或离心可得到黄原胶沉淀物；在该沉淀物中再加入300 g／L的工业乙醇，用NaOH调pH至中性，经过滤或离心、烘干、粉碎和过筛可得到黄原胶的产品.

其他类似方法有低级醇沉淀法、铝盐异丙醇沉淀法和季铵盐甲醇沉淀法。

第三节 黄原胶的市场现状及存在问题

我国对黄原胶的开发研究始于二十世纪六十年代，虽然起步较晚，但我国科技工作者依靠自己的智慧和力量，在无任何资科供借鉴的情况下，毅然从自然界中筛选出黄原胶生产菌株，并研制开发出高附加值的发酵产品——黄原胶，并于八十年代投入商业化生产。上世纪九十年代中期国内黄原胶生产厂家已星罗棋布，诸如山东的中轩、江苏的金湖、河北新台、甘肃顺兴、河南天冠都相继建成投产。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。

由于我国在黄原胶领域起步较晚，尤其是黄原胶的应用领域开发研究较晚，致使国内生产厂家不能根据用户需求生产不同规格的黄原胶。同时其应用领域也受到极大限制，致使国内黄原胶生产厂家普遍存在规模过小的特点。这种小规模的黄原胶生产，不能发挥其巨大的规模效益，只能加速黄原胶市场的无序竞争，不利于企业自身的资金积累和滚动发展。同时各生产厂家只顾眼前利益．而忽视了黄原胶生产的开发应用和技术创新，从而也使黄原胶的质量在近几年几乎徘徊不前。

针对上述情况，为了扩大黄原胶在国际市场的份额，拓宽黄原胶在工业领城的应用，减小特种用户对特种规格黄原胶的进口量，对黄原胶的开发应用进行研究已刻不容缓。

（二） 国内黄原胶发展存在的不足

 自八十年代以来，黄原胶的需求量正以每年10%的速度递增，其应用领域之广是许多其它微生物多糖甚至是其他一些亲水胶体所无法比拟的。

目前我国黄原胶生物合成的研究进展迅速，不但从自然界中筛选出黄单胞菌株，还能从黄单胞菌株本身出发，经过物理的或化学方法处理，诱变出一些产色基因受到抑制或根本不能表达的菌株。同时，也能通过发酵过程代谢调控、新型反应器的应用、细胞固定化等措施来解决目前生产中存在的质量低下问题。

 八十年代未期，溶氧和染菌是困扰我国黄原胶工业化生产的两大难题。随着新发酵罐的发明和染菌问题的解决，黄原胶也就进入了产业化阶段。但随着生产规模的扩大和市场的拓展，黄原胶的质量问题就日益凸现出来。通过对国内外产品的化验分析和有关部门的查新证明，国产黄原胶与美国的Kelco公司产品有六大差别：黄原胶色泽较深；成品胶凝不够均匀；不同批次间比重不一；溶解性较差；成品粘度较低，且耐热、遇酸碱的稳定性较差；成品的灰分、含氮量略高；微生物指标偏高。当然产生黄原胶成品质量问题的原因是多方面的，诸如原科的选择、原科的合理配比、菌种选育、发酵工艺、后处理工艺、生产设备等都会影响其质量问题。但目前影响国内黄原胶质量的因素是菌种问题、发酵工艺和后处理工艺三个方面。 

 当然，我国在黄原胶研究领域也存在着一些盲区，比如，丙酮酸是黄原胶侧链的一个组成部分，它的存在可以赋予黄原胶许多优良性能。黄原胶分子中的丙酮酸含量会影响其分子的空间排列，从而引起黄原胶溶液的粘度、耐温性和分子量的变化。此外，丙酮酸还是黄原胶合成水平的一个重要标志，其含量的高低直接显示出黄原胶合成的情况以及发酵条件的控制情况，但丙酮酸的确切作用还不清楚，许多方面的实验还仅仅处于探索阶段。

另外，由于黄原胶应用覆盖面广，更需要研制针对不同领域的系列产品以适应市场需求。在国外，黄原胶常常是与其它胶类复合使用的，厂家一般针对用途起出不同的商品名。价格也有较大的差异。国内厂家这方面做的不是太清楚。用户常常分不清是复配产品还是纯黄原胶，这样容易造成市场混乱。按照商标法规定，应该在商标上明确所含成分。同样的产品在价格上也不应该有太大的差距。这样，对厂家、用户都是有益无害的.

从目前国内产销情况看，每年生产的几千吨黄原胶，大多用于食品工业，其它工业领域的应用仅限于石油等行业，占总的市场份额不大。而在国际市场上，黄原胶不仅在食品工业中有着广泛的应用，在石油钻探、三次采油、纺织、印染、陶瓷加工、涂料、炸药、湿法冶金、医药、农药、化妆品等行业中都有着广泛的应用。与国外的黄原胶应用于十几个行业几十种产品相比，我们在应用方面的差距很大，所以应用潜力是巨大的。究其原因，主要是在应用开发方面投入的资金、技术力量不够。国外一般的大型企业都有专门的研究发展中心，针对当前及潜在的市场进行长期、不间断的研究，并不断有适销对路的新产品投放市场。为此，充足的资金和研究开发技术力量是必不可少的。

世界上生产黄原胶的国家和地区有10余个。我国自70年代以末黄原胶工业也从无到有，迅速发展起来。目前黄原胶的生产主要以淀粉、淀粉水解糖浆为底物，由黄单胞杆菌发酵制得。黄原胶广泛应用于食品、医药、日化、石油等20余个行业，有30～40个品种。近30年来，对黄原胶的需求量年均增长5.7％，它已成为世界上生产规模最大、用途较广的微生物多糖。美国Kelco公司是是世界黄原胶生产者先驱，代表国际黄原胶发展方向．其黄原胶产品有以下几个明显优点：产品手感较粗，有沙粒状，在水中极易分散，水溶性好，色泽较浅，粘度较高达2500cp，热稳定性强。该公司早在60年代初即开始了大量商业化生产黄原胶。

华东理工大学食品添加剂和配料研究组认为,对于黄原胶的市场，应该是巨大的。特别是食品工业以外的领域，需要我们去积极开发和引导使用。比如石油工业等。切不可在现有的市场上无序竞争，不合理降价，使生产企业利益都受到不同程度的损失，对黄原胶产业化的健康发展是十分不利的。尽管如此，黄原胶的发展前景仍十分诱人。

第四节 黄原胶的未来前景

由于黄原胶应用覆盖面广，更需要研制针对不同领域的系列产品以适应市场需求。在国外，黄原胶常常是与其它胶类复合使用的，厂家一般针对用途起出不同的商品名。价格也有较大的差异。国内厂家这方面做的不是太清楚。用户常常分不清是复配产品还是纯黄原胶，这样容易造成市场混乱。按照商标法规定，应该在商标上明确所含成分。同样的产品在价格上也不应该有太大的差距。这样，对厂家、用户都是有益无害的。其次，由于对国内外市场和产业的技术水平不清楚，不少企业盲目上马，无节制地扩大生产能力，对外冲击国际市场时，各生产厂无序竞争；对内争夺已有市场时，竟相压价，导致整个产业利润滑坡，发展困难。 

我国应加强黄原胶在医药学方面的研究 ， 深入探讨黄原胶的药理作用 ， 把黄原胶应用 于各食品中 ， 增加食品的附加值 ； 同时随着高分子技术的发展更广泛地研究黄原胶与其 它食品胶的增效作用 ，了解其作用机理 ，找出性质更优良应用更广泛的复合胶 。

 

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