一種液體可得然膠及其生產方法與流程

本發明屬于可得然膠工業化生產
技術領域：
，具體涉及一種液體可得然膠及其生產方法。
背景技術：
：可得然膠(Curdlan)是一種以葡萄糖、蔗糖等糖類為原料由土壤桿菌(Agrobacteriumsp.)等微生物發酵而生產的高分子聚合物。它是一種由葡萄糖結構單元以β-1,3-糖苷鍵連接而成的直鏈多糖。由于它具有在加熱條件下形成凝膠的獨特性質，又被稱為熱凝膠，在臺灣地區被稱為卡德蘭膠。其對人體安全無毒，不溶于水但可溶于堿性溶液而形成粘稠狀溶液。可得然膠作為食品添加劑被廣泛應用于食品工業，可改善產品的持水性、粘彈性、穩定性，提高產品的口感。此外，在飼料、醫藥、建材以及石油開發等領域也具有良好的應用前景。目前全球范圍內主要發酵生產廠家為日本武田麒麟公司，國內主要生產企業有山東中科生物科技股份有限公司，泰興市一鳴生物制品有限公司目前可得然膠粉末雖然已經實現規模化生產，并在食品加工行業獲得廣泛應用。但在生產及應用中還存在很多問題：1)生產成本高及性能下降問題：發酵過程本身就是高能耗的工序，且提取過程中需要除雜沉淀，然后大量的有機溶劑酒精萃取，接著干燥，粉碎等加工步驟，工序繁雜，導致成本上升，且導致可得然膠的成膠性能損失較大，因可得然膠是熱敏感性膠體，溫度太高不利用可得然膠性能的穩定，正因為這樣也導致可得然膠的干燥溫度不能超過55℃，烘干效率低，造成了可得然膠的生產周期長，繼而導致生產成本上升；2)安全防護：在生產和使用過程中可得然膠粉末制劑，容易擴散，導致車間環境變惡劣，設備難以清洗；操作空間充斥粉塵，防護困難，可得然膠粉末被人體吸入后，引發過敏性反應，會損害操作人員的呼吸道器官，出現高燒、肺炎、休克等癥狀，對操作人員健康產生很大危害，目前為止，工廠里已經多次發生可得然膠粉末污染，引起咳嗽、發燒等過敏變態反應癥狀的事件；3)包裝問題：可得然膠粉制劑采用真空包裝，在抽真空時粉末容易吸入設備，造成一定損失；4)應用方面：眾所周知，可得然膠是一種不溶于水的微生物多糖，在生產應用過程中一般需要對產品加入一定的水進行高速斬拌，形成稍粘稠液體方可使用，若不斬拌或斬拌不均勻會使可得然膠性性能降低很多，發揮不了它應起的作用，且粉末制品在投料過程中會有粉塵飛揚，污染生產設備及環境。而目前并沒有液態的微生物膠作為市售產品，普遍認為相對于固體(例如粉末狀)微生物膠，液態或半固態的微生物膠面臨變質較快、存儲不穩定以及性能較差等問題。技術實現要素：針對上述現有技術，為解決目前可得然膠產品生產成本高且生產過程中產品凝膠性能損失較大，且應用有機溶劑存在很大的安全隱患，且由于產品粉狀生產過程有較多粉塵污染及產品損耗，且應用過程中復水步驟麻煩等問題，提供了一種液體可得然膠及其生方法。一種液體可得然膠的生產方法，包括以下步驟：堿溶：將稀釋后的可得然膠發酵液加入堿，攪拌混勻使其形成充分的堿性溶液；沉降除雜：將堿溶步驟中的混合溶液與絮凝劑混合，此時形成固液分層，待上清液的吸光度A值為0.5～0.7時，該上清液用于進行下一步驟；調節pH：調節沉降除雜步驟中上清液的pH值至4.0-5.0±0.02，此時可得然膠呈凝膠狀析出，以凝膠混合液形式存在；脫鹽及超濾濃縮：將凝膠混合液采用超濾膜進行脫鹽及超濾濃縮，形成脫鹽后的質量濃度(固含)為20％～30％的可得然膠的混合溶液；除菌：向所述質量濃度(固含)為20～30％的可得然膠的混合溶液中加入殺菌消毒劑和/或經過膜過濾除菌后，得到液體可得然膠。所述堿溶步驟中，所述可得然膠發酵液為本領域技術人員能夠常規得到的，是指含有葡萄糖等組分的培養基經過微生物發酵得到的發酵液。本發明的可得然膠發酵液可以由現有技術中的多種方法制備得到，例如：以糞產堿菌為出發菌株，用接種環挑取少許生長良好的菌落接種于斜面培養基上，30℃恒溫培養3天。經活化后的菌種，再接入種子培養基中，30℃培養20小時，按照2.5％接種量添加到發酵培養基中，30℃培養72小時，得到可得然膠發酵液。然后測定發酵終點可得然膠的得率，加水稀釋至1.8％-2.5％(w/w)，得到稀釋后的可得然膠發酵液。所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，加入堿的質量為可得然膠發酵液質量的1.5-2.0％(w/w)。所述沉降除雜步驟中，為了更好地使菌體和不溶性雜質沉降，所述混合溶液中絮凝劑的含量為0.2～0.5％(w/w)。所述絮凝劑選自聚丙烯酰胺、膨潤土、硅藻土中的一種或者任意幾種。所述吸光度A值是利用紫外分光光度計在600nm條件下測定的數值。為達到上清液的吸光度A值為0.5～0.7，所述沉降除雜的沉降時間為36～48h。本發明的沉降除雜時的沉降溫度為25～37℃。本發明的技術創新點一是通過摸索沉降過程中上清液的吸光度A值，來確定產品提取的時間從而確定產品純度。所述調節pH步驟中，將pH調節至4.0-5.0±0.02的原因一是：若中和至6.0-7.50產品呈中性可得然膠主要成分是多糖極易被微生物利用，使產品在短時間內壞掉。把產品的pH控制在4.0-5.0±0.02此時產品呈弱酸性，微生物不易利用從而抑制細菌的滋生起到殺菌的作用，且可以保證產品的性能不被破壞，后期經多次無菌水循環洗滌，完全可以將產品的pH洗至6.0-7.5。中和過程中通過控制中和液的pH來控制提取過程中外來微生物的帶入，從而延長產品的保存時間。這是得到高性能液體可得然膠的技術創新點之一。所述脫鹽劑超濾濃縮步驟中，具體的步驟為：將所述凝膠混合液加入無菌純凈水洗滌，利用超濾膜過濾濃縮，控制操作溫度在37℃以下，濾出液外排，濃縮過程中不斷向濃縮液中添加無菌純凈水循環多次洗滌，當電導率降為500～1000μs/cm時，停止添加無菌純凈水，并繼續濃縮至可得然膠最終質量濃度(固含)在20％～30％(w/w)。該質量濃度是指可得然膠液體的固形物含量在20～30％(w/w)，液體中的固形物含量可采用重量法進行測定：將可得然膠液體經蒸發烘干后，不揮發的固形物殘留于器皿中，用稱量法測定。根據脫鹽效果來講，所述超濾膜的截留分子量為5000-15000D。所述純凈水是經臭氧殺菌消毒過的無菌純凈水。所述除菌步驟中，從殺菌效果和后期應用中允許使用量來講，所述殺菌消毒劑的質量為其加入濃縮后溶液質量的0.4～0.5％(w/w)(優選0.5％)，其殺菌消毒劑為過氧化氫和膠質銀離子的混合物，兩者的質量比例為1:1～2(優選為1：1)。所述殺菌消毒劑的加入時機最好是：濃縮的最后一步，因為后期在處理的過程中會有帶入雜菌的危險，因此在最后一部進行加消毒劑和/或進行膜過濾。從除菌的效果來看，所述膜過濾的孔徑為0.1～0.2微米。優選的，除菌可采用過氧化氫和膠質銀離子的混合物；為了具有更好的除菌效果，殺菌消毒劑和膜過濾可以結合使用。在所述除菌步驟的基礎上，包括包裝步驟，具體是：采用無菌灌裝或其他相關的液體及半固體包裝工藝。本發明還提供一種采用上述方法制備得到的液體可得然膠，該液體可得然膠的為白色液體，其中，固形物含量為20-30％(w/w)；液體的密度為1.3～1.8g/cm2(優選1.5g/cm2)；粘度為60～100mPa.s(優選80mPa.s)；以液體可得然膠中每克固形物計，所述液體可得然膠含量(以無水葡萄糖含量計)為96％以上(優選96％～97％)，灰分含量為0.1％～1.6％(w/w)(優選0.1～0.5％)，總氮含量為0.20～0.25％。當該范圍的可得然膠固形物含量的以液體存在時，液體性質非常穩定；實驗驗證，當固形物含量大于30％時，液體性質不穩定，容易出現染菌或沉淀的現象，從而造成可得然膠的性能顯著降低。所述固形物含量的測定方法為：將液體可得然膠經蒸發烘干后，不揮發的固形物殘留于器皿中，用稱量法測定。所述液體可得然膠含量的測定方法參照GB28304-2012中A.4，其中，在計算時將所述樣品換算為液體可得然膠的固形物。該液體可得然膠的凝膠強度達到1220-1580g/cm2，測定方法參照GB28304-2012中A.3，其中，其中，在計算時將所述樣品換算為液體可得然膠的固形物。所述灰分和總氮含量的測定，均是在計算時將樣品換算成為液體可得然膠的固形物。本發明中的液體可得然膠成膠的方法之一是：攪拌均勻后放入沸水浴中10min，在冷水中冷卻至室溫(25～37℃)，即可成為凝膠。使用方法是：可直接與其他原料進行攪拌混合，例如實施例6中在面包中的應用。上述技術方案中的一個技術方案具有如下有益效果：(1)本發明的技術創新點一是通過摸索沉降過程中上清液的吸光度A值，來確定產品提取的時間從而確定產品純度。二是中和過程中通過控制中和液的pH來控制提取過程中外來微生物的帶入，從而延長產品的保存時間。三是后期產品除菌防腐劑的選擇以及膜過濾除菌方法的使用。通過對以上三點的控制，得到了一種新的產品類型-液體可得然膠，并且意外發現該液體可得然膠的的儲存穩定性好，并且具有較高的凝膠強度，可以較好的替代粉末狀的可得然膠，具有一定的商業推廣價值。(2)該方法得到的是一種可得然膠含量(固含)在20-30％(w/w)的液體產品，當該范圍含量的可得然膠以液體存在時，液體性質非常穩定。該類型產品的出現可以解決目前可得然膠生產過程中大量使用有機溶劑酒精，使可得然膠的成本居高不下，且有效了避免了可得然膠再生產過程中使用酒精的各種安全隱患。且可以有效的減少可得然膠性能(凝膠強度)在后期干燥、粉碎造成的損失，有效的使可得然膠的性能最優化。該法得到的產品凝膠強度達到1220-1580g/cm2以上，這一結果遠遠的高于可得然膠粉劑的凝膠性能。另外，經過試驗驗證，本發明中的液體可得然膠產品在常溫(25～37℃)儲存270天后，其各個指標均合格，說明儲存穩定性非常好。附圖說明圖1：沉降時間與各參數的曲線圖。圖2：不同pH對產各參數的影響。圖3：本發明可得然膠的生產工藝流程圖。具體實施方式以下實施例是為了更好地理解本發明，本發明的權利包括但不限于以下實施例敘述的內容，任何根據本行業的常規知識所做的修訂和改進均不影響本發明的權利。本發明中產品的凝膠強度的的測定參照GB28304-2012；灰分的測量參照GB5009.4；總氮的測量參照微量凱氏定氮法GB/T609；可得然膠(以無水葡萄糖計)含量測定參照GB28304-2012。實施例1可得然膠發酵液制備使用微生物發酵法，該微生物發酵法為本領域技術人員可常規得到，具體如下：以糞產堿菌為出發菌株，用接種環挑取少許生長良好的菌落接種于斜面培養基上，30℃恒溫培養3天。經活化后的菌種，再接入種子培養基中，30℃培養20小時，按照2.5％接種量添加到發酵培養基中，30℃培養72小時，得到可得然膠發酵液，發酵液經以下步驟處理得終產品，流程如圖3所示。(1)堿溶：取可得然膠發酵液，將得率加水稀釋至1.8％-2.5％(w/w)，得到可得然膠稀釋液，然后加所述可得然膠稀釋液質量的1.5％氫氧化鈉，不斷攪拌使其完全溶解，得粘稠均勻的堿溶液。(2)沉降除雜：向堿溶液中加入絮凝劑，絮凝劑的濃度在0.2％-0.5％，攪拌混勻后靜置沉降除雜，沉降時間為36-48h，控制溫度在25～37℃；所述絮凝劑選自聚丙烯酰胺、膨潤土、硅藻土中的一種或者任意幾種；(3)中和沉淀：上述沉降完成后，形成固液分層，測定上清液吸光度A值，待A值在0.5-0.7時，進行固液分離，得到的澄清液體為可得然膠堿溶液，加入稀鹽酸中和至4.0-5.0±0.02，得可得然膠凝膠溶液；(4)脫鹽及超濾濃縮：將上述凝膠混合液加入無菌純凈水洗滌，利用超濾膜過濾濃縮，控制操作溫度在37℃以下，濾出液外排，濃縮過程中不斷向濃縮液中添加無菌純凈水循環多次洗滌，當電導率降為500～1000μs/cm時，停止添加無菌純凈水，并繼續濃縮至可得然膠最終質量濃度(固形物含量)在20-30％(w/w)以上；(5)除菌：在純凈水洗滌最后一次時加入適量的殺菌消毒劑A物質，并采用0.1-0.22μm膜過濾除菌，無菌灌裝；(6)包裝：采用無菌灌裝或其他相關的液體及半固體包裝工藝。(7)得產品指標如表1。該液體可得然膠的密度為1.5g/cm2左右；粘度為80mPa.s左右。表1終產品指標由表1可得，本實施例制備得到的液體可得然膠的各項指標合格，以及在常溫(25～37℃)條件下儲存270天后，各項指標均合格，以上看出得出的液體的可得然膠產品穩定很好。實施例2可得然膠發酵液制備使用微生物發酵法，該微生物發酵法為本領域技術人員可常規得到，具體如下：以糞產堿菌為出發菌株，用接種環挑取少許生長良好的菌落接種于斜面培養基上，30℃恒溫培養3天。經活化后的菌種，再接入種子培養基中，30℃培養20小時，按照2.5％接種量添加到發酵培養基中，30℃培養72小時，得到可得然膠發酵液，發酵液經以下步驟處理得終產品。(1)堿溶：取可得然膠發酵液，膠含量加水稀釋至1.8％-2.0％然后加1.5％液堿，不斷攪拌使其完全溶解，得粘稠均勻的堿溶液。(2)沉降除雜：向堿溶液中加入絮凝劑，絮凝劑的濃度在0.2％-0.5％，攪拌混勻后靜置沉降除雜，沉降時間為36-48h，控制溫度在25～37℃；所述絮凝劑選自聚丙烯酰胺、膨潤土、硅藻土中的一種或者任意幾種；(3)中和沉淀：上述沉降完成后，形成固液分層，測定上清液吸光度A值，待A值在0.65時，進行固液分離，得到的澄清液體為可得然膠堿溶液，加入稀鹽酸中和至pH4.80，得可得然膠凝膠溶液；(4)脫鹽及超濾濃縮：將上述凝膠混合液加入無菌純凈水洗滌，利用超濾膜過濾濃縮，控制操作溫度在37℃以下，濾出液外排，濃縮過程中不斷向濃縮液中添加無菌純凈水循環多次洗滌，當電導率降為500～1000μs/cm時，停止添加無菌純凈水，并繼續濃縮至可得然膠最終質量濃度在20％以上；(5)除菌：在純凈水洗滌最后一次時加入適量的殺菌消毒劑A物質，并采用0.1-0.22μm膜過濾除菌，無菌灌裝；(6)包裝：采用無菌灌裝或其他相關的液體及半固體包裝工藝。(7)得產品指標如表2。該液體可得然膠的密度為1.6g/cm2左右；粘度為90mPa.s左右。表2終產品指標由表2可得，本實施例制備得到的液體可得然膠的各項指標合格，以及在常溫(25～37℃)條件下儲存270天后，各項指標均合格，以上看出得出的液體的可得然膠產品穩定很好。實施例3沉降上清液的吸光度A值的確定方法同實施例1，區別在于沉降時間和吸光度A值不同。可得然膠發酵液經稀釋堿溶，后加絮凝劑沉降，沉降結束的終點我們通過測定堿溶上清液的吸光度A值來確定，從而使產品的提取統一性及產品的指標穩定性。具體通過測定不同沉降時間OD600的A值來測定凝膠強度、灰分(GB5009.4)、總氮(微量凱氏定氮法GB/T609)、可得然膠含量(以無水葡萄糖計)(GB28304-2012)；以申請號為201410089577.4中的實施例1中制備得到的粉末作為對照，具體數據如表3、圖1。表3沉降數值與產品指標由表3和圖1可以看出，隨著沉降時間的增加產品的灰分、總氮逐步的降低，產品的含量透明度逐步上升，產品的凝膠強度先上升后下降，綜合考慮A值在0.5-0.7之間，沉降時間36-48h產品的各項指標均能優于對照組，且生產周期相對較短利于成本的降低。當A值在0.3以下時產品的總氮、灰分、含量均好，但產品的凝膠強度下降較快尤其體現在產品的凝膠性能韌性方面，原因是由于可得然膠長時間的在堿性溶液中破壞了起內部的空間結合結構，因此產品的性能下降快。因此我們在生產中會采用A值在0.5-0.7之間開始提取，此時的沉降時間一般在36-48h左右。實施例4中和過程中pH的控制方法同實施例1，區別在于中和沉淀時中和終點的pH不同。酸堿中和pH至7.0左右會有凝膠析出，但通過繼續加稀鹽酸調節不同的pH以尋找既不影響產品性能，又能起到一定的抑菌作用的合適pH。通過測定產品的凝膠強度及酸堿中和液放置一定時間下的菌落總數，具體數據如表4、圖2表4不同pH對菌落總數的影響由表4和圖2可以看出，隨著中和pH的降低產品的菌落總數、成品pH逐步減低，而產品的凝膠強度隨著pH的降低是先上升后下降。綜合分析來看中和pH在4.0-5.0菌落總數最少產品的指標最好，因此我們確定的pH在4.0-5.0±0.02是最佳的選擇。實施例5產品除菌防腐劑的選擇在產品除菌方面除了上述提到的通過過程中控制雜菌污染外，還有就是通過后期無菌水洗滌，并采用0.1-0.22μm超濾膜過濾除菌，另外還考察過其他的防腐殺菌劑(0.05％苯甲酸、0.1％苯甲酸鈉、0.02％尼泊爾復合酯、0.03％乳酸鏈球菌素)按照表5中依次加入，對照分別為1：未加任何防腐劑，2：未加防腐劑但采用0.1-0.22微米膜過濾無菌灌裝；實驗樣品開放條件下裝入PET不透明的瓶子，置常溫下放置270天，參照GB4789.2-2010《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定》、GB4789.3食品安全國家標準《食品微生物學檢驗大腸菌群計數》、GB28304-2012《食品添加劑可得然膠國家標準》。實驗結果如表5。表5不同殺菌防腐措施數據表由表3數據說明，食品防腐劑在法規允許添加量的條件下，均可以有效抑制微生物繁殖，但有些防腐劑對產品的凝膠性能影響較大且生產過程中使用較麻煩，且客戶均比較反感添加防腐劑的產品，因此選用安全無殘留的進口殺菌劑A，或者在工藝上采用0.1-0.2微米膜過濾除菌后無菌灌裝，或者采用兩者相結合的工藝。實施例6液體可得然膠產品與粉狀產品在面包中的應用效果對比將實施例1中制得的液體可得然膠產品，常溫(25～37℃)放置270天后，測定其成膠1400g/cm2。用于面包烘烤制作中，以申請號為201410089577.4中的實施例3中制備得到的粉末作為對照2，該樣品的具體配方及工藝如表6表6液體可得然膠在面包制品中的應用面包制作完成后，通過計算及儀器測定面包的比容、硬度、內聚性、彈性、膠粘性等指標。具體結果如表7。表7液體可得然膠在面包制品中的應用結果測定項目液體可得然膠制品1粉末可得然膠制品2未加可得然膠制品3面包比容(m3/kg)4.864.624.23硬度(g/cm2)4.064.254.38內聚性0.560.400.25彈性6.686.25.86膠黏性1.631.731.80咀嚼性12.6511.2810.56由表7可以看出，液體可得然膠在面包制品中的應用效果由于粉末可得然膠效果，且能很好的保持面包的蓬松度，口感綿軟彈性好不黏牙。且在使用過程中液體的簡單不需要提前水溶預制，簡化了生產步驟，從效果上看完全能替代粉末產品，具有一定的商業推廣價值。實施例7液體可得然膠在素鮑魚中的應用將實施例2中制得的液體可得然膠產品，常溫放置270天后測定凝膠強度1480g/cm2，用于素鮑魚制品生產中，對照組A以申請號為201410089577.4中的實施例3中制備得到的粉末作為對照，對照組B以日本武田麒麟生產的可得然膠制品(批次：20150320，凝膠強度為660g/cm2)，對照組C以泰興市一鳴生物制品有限公司生產的產品(批次：20150401，凝膠強渡為643g/cm2)以制作2000g為例：表8液體可得然膠在素鮑魚中的應用(單位為g)按照上述配方制作完素鮑魚后，測定其終產品的硬度，彈性，色澤，質地(有無氣孔)，口感，及冷凍后狀態。具體數據如表9表9液體可得然膠素鮑魚應用數據從表9可以看出，液體可得然膠的性能完全可以滿足制作素鮑魚的要求，且制作出的素鮑魚口感外觀均稍優于粉末產品，且在應用過程中不許斬拌預制減少了生產步驟節約時間及成本，因此可以替代粉末狀產品，具有一定的商業推廣價值。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3