黃原膠（Xanthan gum）是黃單胞桿菌（Xanthomonas campestris）發酵萌生的細胞外酸性雜多糖，也稱黃單胞多糖。早在1958年，美國Lilly等人已離合獲得一株四季豆黃單胞桿菌，可使淀粉轉化為水溶性的粘性多糖。美國農業部北方地區Peoria實驗室于60時代初首先用微有生命的物質發酵法取得了黃原膠。1961年，美國Kelco企業認為合適而使用野油菜黃單胞菌NRRLB-1459著手了黃原膠半工業化出產，主要用于油井的鉆井泥漿水和開采石油技術，1963年正式工業化出產，1969年，美國FDA準許黃原膠可用作食物添加劑。其后歐羅巴洲各國一個跟著一個準許黃原膠在食物工業中應用，1975年，黃原膠載入美中藥典，并揭曉了品質標準。1983年，聯手國世界衛生團體（WHO）和糧農團體（FAO）也準許黃原膠作為食物工業用牢穩劑、乳化劑、增稠劑。因為黃原膠歸屬有生命的物質高科技領域，到現在為止主要有美國、英國、法國、瑞士等少量幾個國度出產。

　　我國黃原膠的研討和出產開始走較晚，70時代后期才著手研討。中科院微有生命的物質研討所、山東食物發酵研討所、山東大學、南開大學均于80時代中期作別經過中試鑒定。1985年由張孝寬預設的煙臺微有生命的物質多糖廠率先在我國成功實現了黃原膠的工業化出產，出產的工業級黃原膠產品的品質與美國同類產品XC-Polymer相當。其主要技術指標—流改變性別甚至于優于美國產品。1986年經過省級鑒定，1988年獲國度科學技術進步提高獎。在這以后，我國又有多家公司投資黃原膠項目，因為黃原膠技術密布深重，工程化困難程度大，大部分沒有結果功，特別是發酵出產技術的研討和最后產品的離合提出取得技術抑制了我國黃原膠工業的進展。2000年十月，由張孝寬預設的黃河龍集團有生命的物質二程有限企業建成投入生產，黃原膠發酵和提出取得出產線所有成功實現徽標半自動扼制，經過出產實踐檢查驗看，黃原膠產質量量及生產資本達到國際先進水準，微記著我國第二代黃原膠出產技術已經成熟。

　　黃原膠的發酵出產依照操作形式可分為間歇式、流加式、半蟬聯式或蟬聯式。

　　間歇式出產是將菌種和營養物質一次參加發酵罐內施行培育，發酵結束抽取整個兒反響物的出產辦法。流加式是指先將一定量的培育液裝入發酵罐，隨著微有生命的物質細胞對培養基的不斷耗費，將新的營養成分不斷補給到發酵罐中，到反響終止后，抽取整個兒反響物。半蟬聯式是指在間歇式的基礎上，不所有抽取反響產物，剩下局部從新補給新的營養成分，再按間歇式操作的形式施行。蟬聯式是指將微有生命的物質菌種和營養物質蟬聯不停地參加到發酵罐內施行培育，并蟬聯不停地取動身酵產物，維持反響條件處于一種永恒固定狀況。

　　流加式與半蟬聯式無表面化長處可取，并會帶來操作復雜、染菌機緣增多、菌種老化等關鍵性問題。

　　蟬聯式具備設施利用率高節省消毒蒸汽的長處。但因為長時間的蟬聯培育難免雜菌污染，菌種自身異樣變化的有可能性較大。故在大規模工業出產中應用還存在很多艱難。

　　間歇式發酵出產工藝成熟靠得住，簡便，是到現在為止黃原膠工業出產中存在廣泛認為合適而使用的辦法。

　　另一方面，發酵罐是發酵工業最主要的出產設施，其選型與預設的合理與否，是發酵工程勝敗的關鍵。因為這個，選型與預設務必滿意特別指定的微有生命的物質培育、代射的需求，與最后產物的性能相適合。到現在為止黃原膠發酵罐普通認為合適而使用機械拌和式和氣升式兩種型式，在氣升式發酵罐中，營養物質與空氣的攪混是靠壓縮空氣的動量來成功實現的，因為空氣的單位品質細小，其動量遭受限止，剪切、循環有經驗較差，特別在黃原膠發酵的中后期營養物質黏性較大時更不舒服應。

　　機械拌和發酵罐是發酵工業的常用的罐型之一，在機械拌和發酵罐中發酵營養物質與空氣及微有生命的物質之間氣、液、固三相流體的動量、品質、卡路里傳交，是經過拌和器的運動來成功實現的。在拌和渦輪的近旁，因為剪應力使通入發酵罐的空氣散布成氣泡兒，并隨著液體的循環流動充分混合，以保障提供微有生命的物質成長、蕃息、代射所需求的氧氣氣，并在這種混合中不斷更新氣液界面，保障營養的不斷供應。氣泡兒的體積表決了氣液的接觸平面或物體表面的大小，剪切強度和循環量表決了氣泡兒散布程度與流體混合的平均狀況，混合過程都應確認拌和液體達到平均狀況的標準。從流動看，首先應防止死區。使罐內液體都能萌生對流運動施行循環。況且循環量要足夠大。但實踐及研討證實，流體混合還決定于于液體湍流廓張的程度，所以要求拌和器導致的液體湍流強度或剪切速度要大，但要求一種拌和器既具備頎長的循環流量，又要有頎長的湍流強度是比較艱難的。因為這個，依據不一樣的物料和產品，合理挑選拌和器的型式和合適的轉速及功率，是機械拌和預設的主要內部實質意義和關鍵。

　　黃原膠的出產屬高新技術范疇，相形其他發酵工程的最大差別是最后產物的粘度極高，況且在發酵過程中，物料的流改變性別發生了非常大的變動。在發酵的起初階段，發酵營養物質屬牛頓型流體，在一定的溫度下，發酵營養物質的粘度μ是未變的，不管拌和強度怎么樣變動，其剪切應力τ與速度梯度dv/dr成正比。而粘度μ為其比例系數，即τ＝μdv/dr。這與其他大部分數發酵營養物質的流體性能是沒有差別的。普通說來，此類培育液粘度低，流動性好，施行深層培育時，動量、品質、卡路里的傳交較為容易。但當培育過程進入了中后期，隨著營養物質培養基的耗費，黃原膠的出產菌—黃單胞桿菌的液體濃度以時間的對數關系迅疾增加，并向細胞壁外表分泌一層粘度極高的透感光材料質狀莢膜，莢膜雖不是細胞的關緊結構，但它是細胞外碳源和能量物質性貯藏事物，并能盡力照顧細胞免受外界背景的影響。黃單胞桿菌的莢膜是由五糖（2分子D-葡糖、2分子D-甘露糖、1分子D-葡糖醛酸）重復單元組成的酸性雜多糖。這種胞外多糖，就是我們所需求的產品—黃原膠。隨著黃原膠在黃單胞桿菌細胞外不斷的積累，發酵營養物質漸漸由牛頓型流體轉變為擬范性流體，并表達出極高的粘度。這種擬范性流體曲直牛頓流的一種。其流體的粘度不只是溫度的函數，并且在算學坐標系上，擬范性流體的剪應力和速度梯度的曲線是下彎的曲線式樣。在對數坐標系上，它每常在非常大的剪應力范圍內呈一直線關系，也就是說，擬范性流體的粘度值，隨拌和程度的鞏固而減損。而靜止寸粘度最大。這種變動的粘度值，一般稱為擬范性流體的表觀粘度。我們一般運用的發酵罐，其渦輪的直徑d與發酵罐直徑的比率普通大于1/3。若用于假范性流體營養物質的發酵，在葉輪近旁遭受剪應力最大處其粘度最小，而在葉輪波及不到的地區范圍，速度梯度隨著離去拌和渦輪的距離以指數函數迅疾減低，離拌和渦輪逾遠，剪應力的循環量將顯著減退。這時營養物質的流動由湍流狀況轉變為層流狀況。特別艱難的是，這種層流狀況也只能顯露出來在渦輪近旁，遠方的高粘物料將萌生死區，因為這個由拌和渦輪萌生的流身體大循環量及剪切效果將顯著減退，嚴重影響液體營養物質的動量、品質、卡路里的傳交效果，以致黃單胞桿菌顯露出來“氧氣限止”效應，而減低黃原膠的合成速度和產品的品質。為解決這個問題，到現在為止存在廣泛認為合適而使用加川軍原膠發酵罐的拌和葉輪、增長葉輪換速并增加通風量的辦法，表面化改善了發酵罐內的流體運動狀況，獲得了一定的效果。但因為發酵罐拌和葉輪的轉速是永恒固定的，在發酵前一階段，發酵罐內的微有生命的物質量少，耗氧氣量少，營養物質的黏性也低，較大的拌和葉輪和較高的拌和速度，定然耗費更多的能+羭縷，導致能量物質耗費。過高的剪切強度對發酵開始的一段時間微有生命的物質的成長蕃息也是不順利的。為不使發酵前一階段發酵功率的耗費和對有生命的物質培育的不好影響，拌和強度遭受一定的限止，顯露出來發酵前一階段拌和過強，發酵后期拌和不充足的現象。

　　、創造內部實質意義依據工程微有生命的物質黃單胞桿菌在發酵過程中不一樣階段對溶氧氣、傳質的需求，變更機械拌和的轉速，使其萌生的湍流強度和循環量與之相適合。防止了發酵前一階段的功率過大導致的能量物質耗費和發酵后期功率不充足導致的氧氣限止效應，可以表面化增長黃原膠產品的品質和轉化率，縮減發酵時間，節省電能。

　　要進一步增長發酵水準，一個科學的方法是從微有生命的物質成長和產物生成動力學原理動身，區別不一樣的發酵階段，尋覓菌體成長、基質耗費、產物生成三者有關連的一系列最佳發酵參變量（臨界值），該臨界值是認為合適而使用先進的檢驗測定和半自動扼制手眼，使發酵條件扼制最優化。發酵條件普通涵蓋營養物品類、液體濃度、比例，胚珠品質、數目以及發酵溫度、PH值、泡沫兒、溶解氧氣液體濃度、滲透壓等。在黃原膠發酵出產中，“氧氣限止”問題最為冒尖。氧氣是需氧氣微有生命的物質（涵蓋兼性厭氧氣微有生命的物質）成長所務必的一種難溶于水的營養物，培育液中微有生命的物質成長與氧氣的關系可經過溶解氧氣液體濃度和細胞呼吸強度來描寫。在發酵過程的不一樣階段或同一階段的不一樣一段時間，微有生命的物質對溶解氧氣的需要均不一樣。在成長為主階段，溶解氧氣液體濃度若在臨界值以下，溶解氧氣液體濃度增長，成長隨之加速，最終達到最大比成長效率，此時的溶解氧氣液體濃度就是成長為主階段的最佳溶解氧氣液體濃度（臨界值）。影響成長臨界氧氣液體濃度的因素有微有生命的物質的呼吸強度和微有生命的物質的數目兩個方面。那里面微有生命的物質的呼吸強度與菌種特別的性質、菌齡、營養物、溫度、代謝產物等相關。呼吸強度越高，成熟細胞的量數越多，其臨界氧氣液體濃度就越高。一樣，在產物生成的主階段，溶解氧氣耗費效率與產物生成效率有著平行關系，溶解氧氣液體濃度升高或減退，產物生成量也升高或減退。與產物轉化率最大值相對應的溶解氧氣液體濃度，便是這階段的最佳溶解氧氣液體濃度。只有將發酵液中溶解氧氣液體濃度始末保持在各一段時間的最佳液體濃度或臨界液體濃度以上，能力使成長或產物生成效率最大，氧氣不至于變成限止因素。

　　微有生命的物質的細胞膜是一種具備機體機能特別的性質的半滲透膜，能逆液體濃度梯度借鑒很多培養基。不過，氧氣以及水、碳酸氣等出進細胞里外卻是簡單的滲透效用，氧氣分子在細胞里外傳交的推動力是培育液中的溶解氧氣與細胞中氧氣含量之間的液體濃度差，因為這個管用地增長營養物質中溶解氧氣的液體濃度非常關緊。在機械拌和發酵罐中，溶解氧氣液體濃度與設施結構、營養物質性質以及通胸襟、功率耗費等操作條件相關。在實際出產中，機械拌和的轉速及其它條件是固定的，存在廣泛認為合適而使用變更通胸襟的辦法來施行調節溶解氧氣的液體濃度，固然該辦法是發酵扼制的一個十分便捷的務必手眼，但合適變更拌和轉速來調節溶解氧氣液體濃度的效果將會更好，特別對黃原膠為代表的擬范性高粘物料更為不可缺少。與增長通胸襟相形，增加拌和轉速雖能更好地增長溶解氧氣液體濃度，但轉速超過一定值，拌和速率不再增長，反倒會增加拌和功率的耗費。該創造的具體作法是依據黃原膠發酵在不一樣一段時間的獨特的地方，利用電氣或機械調速等辦法，合適調試發酵罐拌和葉輪的轉速，并配以合適的通風量，始末使營養物質中的溶解氧氣液體濃度扼制在各一段時間的臨界液體濃度左右。既保障黃單胞桿菌的成長代謝的需求，又能節省數量多的電能。

　　黃原膠發酵的開始的一段時間（成長階段），耗氧氣量決定于于微有生命的物質數目和菌體呼吸強度。在適合期，菌數少，耗氧氣量也少，可認為合適而使用較低的機械拌和轉速和較小的通胸襟，給黃單胞桿菌以平靜的背景。在對數生長時間，細胞數以時間的對數函數迅疾增加，呼吸強度也迅疾增加。此機會械拌和轉速和通風量應隨之增長，以供給最佳的溶解氧氣液體濃度，取得最大的比成長效率。在產物生成階段，黃單胞桿菌的液體濃度達到最大值，活菌數目趨于均衡，比成長效率幾乎等于零，呼吸強度基本維持最大。這時要使營養物轉化率最大或比產物生成效率最大，還應保障最大的比產物生成效率需求的相應最大溶解氧氣液體濃度。此時，一方面較高的有生命的物質量和較高的產物生成效率都需求較高的溶解氧氣液體濃度，另一方面，數量多生成的產物黃原膠，使營養物質黏性不斷升高，并由牛頓型流體轉變為擬范性流體，氣液界面阻力、液膜阻力增加，導致溶氧氣條件惡化。這時若一味地增加通胸襟，溶氧氣速率不再增加，而合適地增加機械拌和轉速，可增加流體湍流強度，增加氣液接觸平面或物體表面的大小，減低氣泡兒四周圍液膜阻力，使大小溶氧氣系數KLa值表面化增長，比天真地增長通胸襟更管用。

　　經過變更機械拌和的轉速，配以合適的通風比，供給微有生命的物質最佳的溶解氧氣液體濃度，可消弭氧氣限止效應的不好后果，增長黃原膠產品的轉化率和品質。

　　依據不一樣的發酵階段，變更發酵罐機械拌和的轉速，可防止發酵前一階段拌和功率的耗費以及發酵后期拌和功率的不充足，節省電能35％以上。

　　拌和轉速可以隨心調試，可盡力滿意微有生命的物質與營養物質、空氣三者之間的動量、卡路里、品質傳交的最佳條件，縮減發酵時間，增長設施利用率和勞動出產率。

　　具體實行形式

　　該創造的具體作法是依據黃原膠在不一樣發酵一段時間的獨特的地方，用傳感器將罐內有生命的物質反響的狀況改換為各種所需求的參變量并反饋到工業計算機施行處置，處置最后結果改換為扼制信號輸出到不一樣的扼制點。那里面關于溶氧氣的扼制點有以下兩個，經過交流變頻器扼制電機轉速，以合適調試發酵罐拌和葉輪的轉速；經過調節閥合適地扼制通風量。始末使營養物質中的溶解氧氣液體濃度扼制在各一段時間的臨界液體濃度左右。既保障黃單胞桿菌的成長代謝的需求，又能節省數量多的電能。

　　權益要求

　　一種黃原膠發酵新工藝，其特點標志是依據工程微有生命的物質黃單胞桿菌在發酵過程中不一樣階段對溶氧氣、傳質的需求，變更機械拌和的轉速，使其萌生的湍流強度和循環量與之相適合。

　　依據權益要求1所述的黃原膠發酵新工藝，其特點標志是依據黃原膠發酵在不一樣寸期的獨特的地方，利用電氣或機械調速辦法，合適調試發酵罐拌和葉輪的轉速，并配以合適的通風量，始末使營養物質中的溶解氧氣液體濃度扼制在各一段時間的臨界液體濃度左右。