黄原胶生产和应用
1 前言
黄原胶(Xanthangum),又称黄胶、汉生胶、黄单细胞多糖,野油菜黄单孢杆菌(Xanthomonascampestris)碳水化合物主要原料,经发酵工程生产种作用广泛微生物胞外多糖,简称XC
黄原胶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含有K、Na、Ca等盐混合物,其类型有:脱乙酰胺黄原胶、丙酮酸232黄原胶和与铬盐交联高触变性黄原胶等具有下特性:热水和冷水有好溶解性;有良好增粘性和悬浮能力,低浓度下具有较高粘度;有高稳定性,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,-4~93e范围内反复加热、冷冻,其粘度基本变;同多种物质(酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等)互配,具有令人满意兼容性;有良好触变性(剪切稀释能力)和假塑性(恢复能力);有良好分散作用、乳化稳定作用黄原胶和刺槐豆胶、瓜尔豆胶等半乳甘露聚糖配合使用时有极显著协同增效作用,显著提高粘度和耐盐稳定性,达用量少、成本低和提高使用效目
黄原胶广泛用于食品、石油、陶瓷、纺织、印染、医药、造纸、地矿、灭火、涂料、牙膏、化妆品等20多行业近年来,世界黄原胶生产国家经过断技术改造,其生产能力已达5万余t/a,工业级黄原胶价格3.5万~4.5万元/t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,5万~10万元/t,从外国进口工业级黄原胶约6万~7万元/t,食品级则15万元/t左右,见黄原胶市场广阔,前景看好,目前世界上生产规模大且用途极广泛微生物多糖
2 黄原胶生产
2.1 培养基
黄单孢杆菌产生黄原胶常用培养基:葡萄糖、蔗糖或淀粉等碳源,蛋白质、鱼粉、豆粉或硝酸盐氮源,加KH2PO4、MgSO4、CaCO3等无机盐和Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素,及生成促进剂谷氨酸、柠檬酸等
2.2 生产工艺
黄原胶生产包括发酵和提取两部分发酵工艺有连续法和间歇法,真正工业化间歇法实际过程:种子培养、种子扩大和发酵黄单孢杆菌生长过程吸收氧气,放出二氧化碳其生长温度2~35e,40e黄单孢杆菌停止生长提取工艺包括
(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溶性杂质,使黄原胶再含活性菌体细胞、影响产品质量溶性杂质和色素等,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 工业级黄原胶生产
工业级黄原胶提取方法般先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,种方法因发酵液含水量太高而消耗大量能量,产品纯度较低,且成品颜色较深,成本较高;另种方法用钙盐、铵盐等沉淀黄原胶,见图1
因其产品附加值低,市场用受限制,因此国内般发展食品级黄原胶
2.2.2 食品级黄原胶生产
食品级黄原胶提取方法,般用醇作沉淀剂,常用有甲醇、异丙醇、乙醇等低级醇由于提取选用乙醇,成本高,生产和应用受限制非醇法生产黄原胶有效地解决了问题其工艺流程:菌种种子罐内经分级培养,接种发酵罐,30e条件下,通气、搅拌,发酵时48~60h,放罐用稀盐酸调pH值2,黄原胶即沉淀下来,经脱水干燥得淡黄色成品此方法对提取设备及管道提出了苛刻要求,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,沉淀剂选择仍有待解决问题
3 黄原胶应用
3.1 黄原胶食品工业应用
黄原胶食品工业主要作增稠剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂,某些苛刻条例下(pH值3~9,温度80~130e),性能能基本稳定,明胶、CMC、海藻胶、胶等优越食品工业把应用于奶制品,奶酪、奶饮料、冰淇淋、酸奶等,起改善品质、增加稳定性、易香味释放、口感细腻清爽作用;用于汁饮料时能保持液体均匀、分层;加入啤酒,产泡丰富;沙拉调汁加入黄原胶,乳化稳定达年上;点心馅加入黄原胶因其假塑性而大大方便了加工过程,使产品发生胶体脱水收缩现象,保持松软润口许多食品添加剂耐高温,使其消毒成了大问题,而黄原胶没有种缺陷些副食品加工时,用黄原胶水溶液预处理对成品失水起着特殊保护作用,能达保湿保鲜效
3.2 黄原胶石油工业应用
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)、变性淀粉及些植物多糖(瓜尔胶、四菁胶等)有明显技术优势,增粘、增稠、抗盐、抗污染能力较强尤其海洋、海滩、高卤层和永冻土层钻井,防止井喷等有明显作用,低浓度黄原胶水溶液保持水基井液粘度、使钻井液有好悬浮性能,防止井壁坍塌、抑制地层井喷、便于切削下碎石排出井外,其性能远好于聚丙烯酰胺;黄原胶假塑使处于钻头附近黄原胶液由于高速旋转引起强剪切而表现出极低粘度,具有低磨阻特性,有利于节省能耗;由于黄原胶抗盐性、耐高温性,黄原胶液用于三次采油流变控制液提高10%上采收率目前国外约有30%~40%黄原胶用于钻井泥浆和三次采油
3.3 黄原胶其工业应用
黄原胶其行业也有广大市场,用作釉浆悬浮剂和粘结剂,被称陶瓷工业重大技术革新,并解决了烧制各种异型陶瓷技术难题用黄原胶作原料生产凝胶泡沫灭火剂,已用于森林扑火、有机溶剂及其化学品灭火黄原胶能用作灭虫剂、肥料悬浮剂喷洒期间能好控制其漂流和粘附,延长有效期,农用化学物质良好稳定剂黄原胶作水基油墨和乳化油墨悬浮剂和稳定剂,控制水渗透性和失水而保持均匀光泽黄原胶还用于胶体炸药、水溶性涂料、工业擦亮剂、除锈剂、湿法冶金增稠剂,药物、化妆品润滑剂,牙膏增稠剂,印染工业载色剂等