一种丙酸钙的生产方法

技术领域

本发明涉及生物化工领域，具体涉及一种丙酸钙的生产方法。

背景技术

丙酸钙作为一种常见的食品防腐剂，不仅具有优异的防腐保鲜功能，在食品生产过程中其溶解性能好、有效钙含量高的特点也使丙酸钙相比于传统防腐剂对人体更加有益。目前，丙酸钙的主要制备工艺还是以丙酸和钙源直接化合制备为主，该工艺不仅生产消耗高，同时具有环境污染的风险；另一方面，生物发酵法制备丙酸钙的制备工艺已有报道，该方法以发酵法制备丙酸，在此基础上加入钙源从而制备丙酸钙。然而，该方法其因发酵生成的丙酸往往容易抑制发酵菌的后续产酸及合成丙酸钙，导致生产效率无法保证；通过该方法制备的丙酸钙产品也存在纯度较低的缺点。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种丙酸钙的生产方法，该方法具有制备效率高，操作步骤简单以及产品纯度高的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种丙酸钙的生产方法，包括以下步骤：

(1)将产酸菌株经常温培养后接种至发酵培养基进行发酵，得发酵混合物A；所述发酵的过程通过调节pH在7～2.5实现控制丙酸生成速率；

(2)将步骤(1)所得发酵混合物A经灭菌、过滤及纳滤浓缩后，加入氢氧化钙水溶液进行反应，待反应完全后将混合液浓缩、干燥，即得固体丙酸钙。

本发明所提供的丙酸钙的生产方法与传统发酵法制备丙酸钙相比，通过在控制发酵菌在发酵过程中的pH，保证发酵菌在的生长、生产及衰老过程中都能保证最佳的产酸量；同时，通过中和反应时的pH再确定钙源的添加量，相比于直接将钙源加入培养基一步培养生产丙酸钙的做法，可有效减少因反应原料过多或过少对最终产品纯度造成影响。所述方法操作步骤简单，对生产仪器需求低，生产成本低且生产产率高，最终得到丙酸钙产品含水量低，有效成分≥90％。

优选地，所述产酸菌株为乳酸杆菌。乳酸杆菌作为一种分布广泛且兼具需氧和厌氧特性的菌源，不仅繁殖速度快，生长成本低，同时其分泌物可一定程度上地抑制其他菌株的生长，可有效保障其发酵生成的丙酸的纯度。

优选地，步骤(1)所述培养的培养基包含葡萄糖和蛋白胨，所述培养基中产酸菌株的接种量为培养基质量的10～20％。通过所述培养基及接种量进行产酸菌株的培养，可保证其繁殖速度及生长活性。

优选地，步骤(1)所述培养的温度为25～35℃，压力为0.02～0.04MPa，时间为22～26h。在所述培养条件下产酸菌株可保持较高的繁殖活性，同时不会造成菌落间相互抑制。

优选地，步骤(1)所述培养的过程中每6～10h对菌种进行搅拌，每次搅拌的时间为4～6min，其余时间静置培养。通过不定时地搅拌可保证培养环境中各处均保持有氧状态，同时避免产酸菌株的分泌物聚集对菌落的繁殖产生抑制。更优选地，所述培养过程实施在线pH检测及间隔取样检测，以保证培养环境中酸碱性环境稳定且无杂菌污染。待pH维持在4.5～5.5且检测无杂菌时才可接种至发酵培养基中进行发酵。

优选地，步骤(1)所述发酵培养基包含葡萄糖、酵母膏和蛋白胨，所述发酵培养基中产酸菌株的接种量为发酵培养基质量的10～20％，所述发酵的周期为240h，温度为25～35℃。所述发酵基体及发酵条件下可有效保证产酸菌株进行充足地繁殖及生产丙酸，同时不会由于丙酸浓度过高而抑制其生产效率。

更优选地，步骤(1)所述发酵根据发酵周期分为四个阶段，所述四个阶段分别控制发酵培养基的pH：第一阶段为0～72h，pH控制在6.8～7；第二阶段为72～144h，pH控制在5～6；第三阶段为144～192h，pH控制在4～5；第四阶段为192～240h，pH控制在2.5～3.5。在整个发酵周期中，发明人根据产酸菌株的繁殖及生产丙酸规律，严格控制各个阶段的pH，可有效保障产酸菌株在其快速生长期、产酸活跃期以及生长衰老期均可以保持稳定的产酸量，避免生产的丙酸抑制其菌株繁殖，同时保证其发酵生产效率。

更优选地，所述发酵的过程实施间隔抽样检测，所述检测的项目为发酵培养基中各类酸的含量(包括丙酸、乳酸、乙酸及琥珀酸)，间隔的时间为24h。通过间隔抽样检测可有效知悉发酵环境中的pH及各类产酸的浓度，从而针对性地控制酸碱度。

优选地，步骤(1)所述调节pH通过添加葡萄糖水溶液或者氢氧化钠水溶液进行。通过所述温和的添加剂进行pH的调节可避免对菌株繁殖和产酸产生不利影响。更优选地，所述葡萄糖水溶液中葡萄糖的质量含量为35～45％，氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的质量含量为20～30％。

优选地，步骤(2)所述灭菌的温度为120～130℃，压力为0.1MPa，时间为25～35min。通过所述优选条件下的灭菌过程可有效灭活产酸菌株及额外外来菌株，避免后续生产带来污染。

优选地，步骤(2)所述过滤的温度为60～70℃，所述使用陶瓷膜进行，所述陶瓷膜的孔径为200～500nm。通过所述陶瓷膜进行过滤可有效将发酵液中未被消耗的发酵培养基及灭活的菌种进行过滤，使溶液中的目标固形物纯度更高。

优选地，步骤(2)所述纳滤浓缩的浓缩倍数为3～5，所述纳滤浓缩后的浓缩液含固量为20～30％。通过将灭活过滤后的滤液中多余的水分去除，可将溶液中的有效成分含量提高，进一步提高最终制备的丙酸钙产品的纯度。

优选地，步骤(2)所述氢氧化钙水溶液中氢氧化钙的质量含量为20～30％。更优选地，所述氢氧化钙水溶液中氢氧化钙的质量含量为25％。通过限定所述溶液中氢氧化钙的含量，不仅可避免原料不足或过多导致最终产品的纯度，同时可保持反应溶液的体积量适中，避免实际生产过程受反应容器的限制。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种丙酸钙的生产方法，该方法通过在产酸菌株发酵过程中严格控制发酵环境中的pH，从而保证菌株在生长周期的各个阶段都能维持稳定的产酸速率，保证其生产效率；所述产酸经过过滤浓缩后与特点含量的氢氧化钙反应最终生成丙酸钙，不仅可避免因原料过多或过少造成浪费，同时可充分保证最终产品的产率和纯度。

具体实施方式

若无特别说明，本发明实施例和对比例中所用原料均购自市场，所使用的制备仪器均为市购的普通型号。

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。

本发明所使用的培养基为海博生物有限公司生产的乳酸杆菌培养基；所使用的发酵培养基为海博生物有限公司生产的糖发酵培养基。

实施例1

本发明所述的丙酸钙的生产方法的一种实施例。

所述一种丙酸钙的生产方法，包括以下步骤：

(1)将培养基经过121℃、0.1MPa的条件下灭菌30min后，以15％接种量接种乳酸杆菌菌种并在30℃，0.02～0.04MPa的条件下培养24h，同时每8h对菌种进行搅拌，每次搅拌的时间为5min，其余时间静置培养并实时检测培养基pH和间隔抽检杂菌污染情况。待pH维持在4.5～5.5且无杂菌污染时按15％的接种量接种至含有发酵培养基的发酵罐中，在30℃进行发酵240h，得发酵混合物A；所述发酵过程根据发酵周期分为四个阶段，所述四个阶段分别通过25％氢氧化钠水溶液控制pH：第一阶段为0～72h，pH控制在6.8～7；第二阶段为72～144h，pH控制在5～6；第三阶段为144～192h，pH控制在4～5；第四阶段为192～240h，pH控制在2.5～3.5。所述期间实施间隔抽样检测，所述检测的项目为发酵培养基中各类酸的含量(包括丙酸、乳酸、乙酸及琥珀酸)，间隔的时间为24h。

(2)将步骤(1)所得发酵混合物A经121℃，0.1MPa下灭菌30min、在65℃以450nm孔径陶瓷膜过滤后，维持pH在2.5～3下纳滤浓缩4倍至含固量为25％时，在45℃下加入25％氢氧化钙水溶液进行反应，待反应完全后将混合液浓缩、干燥，即得固体丙酸钙。

经计算，该批次过滤产生5000kg乳酸菌渣，菌种培养情况好；共使用8600kg氢氧化钙作为原料生产10000kg的固体丙酸钙产品，产品产率高；经检测，所述产品的有效成分达92％，含水量仅为3％，产品纯度较高。

实施例2

本发明所述的丙酸钙的生产方法的一种实施例。

所述一种丙酸钙的生产方法，包括以下步骤：

(1)将培养基经过121℃、0.1MPa的条件下灭菌30min后，以20％接种量接种乳酸杆菌菌种并在25℃，0.02～0.04MPa的条件下培养22h，同时每10h对菌种进行搅拌，每次搅拌的时间为6min，其余时间静置培养并实时检测培养基pH和间隔抽检杂菌污染情况。待pH维持在4.5～5.5且无杂菌污染时按20％的接种量接种至含有发酵培养基的发酵罐中，在25℃进行发酵240h，得发酵混合物A；所述发酵过程根据发酵周期分为四个阶段，所述四个阶段分别通过40％葡萄糖水溶液控制pH：第一阶段为0～72h，pH控制在6.8～7；第二阶段为72～144h，pH控制在5～6；第三阶段为144～192h，pH控制在4～5；第四阶段为192～240h，pH控制在2.5～3.5。所述期间实施间隔抽样检测，所述检测的项目为发酵培养基中各类酸的含量(包括丙酸、乳酸、乙酸及琥珀酸)，间隔的时间为24h。

(2)将步骤(1)所得发酵混合物A经130℃，0.1MPa下灭菌35min、在70℃以250nm孔径陶瓷膜过滤后，维持pH在2.5～3下纳滤浓缩5倍至含固量为25％时，在45℃下加入30％氢氧化钙水溶液进行反应，待反应完全后将混合液浓缩、干燥，即得固体丙酸钙。

经计算，该批次过滤产生5200kg乳酸菌渣，菌种培养情况好；共使用8400kg氢氧化钙作为原料可生产9800kg的固体丙酸钙产品，产品产率高；经检测，所述产品的有效成分达90％，含水量仅为4％，产品纯度较高。

实施例3

本发明所述的丙酸钙的生产方法的一种实施例。

所述一种丙酸钙的生产方法，包括以下步骤：

(1)将培养基经过121℃、0.1MPa的条件下灭菌30min后，以10％接种量接种乳酸杆菌菌种并在35℃，0.02～0.04MPa的条件下培养26h，同时每6h对菌种进行搅拌，每次搅拌的时间为4min，其余时间静置培养并实时检测培养基pH和间隔抽检杂菌污染情况。待pH维持在4.5～5.5且无杂菌污染时按10％的接种量接种至含有发酵培养基的发酵罐中，在35℃进行发酵240h，得发酵混合物A；所述发酵过程根据发酵周期分为四个阶段，所述四个阶段分别通过30％氢氧化钠水溶液控制pH：第一阶段为0～72h，pH控制在6.8～7；第二阶段为72～144h，pH控制在5～6；第三阶段为144～192h，pH控制在4～5；第四阶段为192～240h，pH控制在2.5～3.5。所述期间实施间隔抽样检测，所述检测的项目为发酵培养基中各类酸的含量(包括丙酸、乳酸、乙酸及琥珀酸)，间隔的时间为24h。

(2)将步骤(1)所得发酵混合物A经120℃，0.1MPa下灭菌25min、在60℃以500nm孔径陶瓷膜过滤后，维持pH在2.5～3下纳滤浓缩3倍至含固量为25％时，在45℃下加入20％氢氧化钙水溶液进行反应，待反应完全后将混合液浓缩、干燥，即得固体丙酸钙。

经计算，该批次过滤产生4800kg乳酸菌渣，菌种培养情况好；使用8600kg氢氧化钙作为原料可生产12000kg的固体丙酸钙产品，产品产率高；经检测，所述产品的有效成分达90％，含水量仅为4％，产品纯度较高。

实施例4

本实施例与实施例1的差别仅在于，步骤(1)所述发酵罐中乳酸杆菌的接种量为25％

经计算，该批次过滤产生4200kg乳酸菌渣，菌种培养情况一般；共使用使用7900kg氢氧化钙作为原料可生产9000kg的固体丙酸钙产品，产品产率较低；经检测，所述产品的有效成分达87％，含水量仅为5％，产品纯度较高。

实施例5

本实施例与实施例1的差别仅在于，步骤(1)所述发酵罐中乳酸杆菌的接种量为5％

经计算，该批次过滤产生4000kg乳酸菌渣，菌种培养情况一般；使用7600kg氢氧化钙作为原料可生产8500kg的固体丙酸钙产品，产品产率较低；经检测，所述产品的有效成分达88％，含水量仅为5％，产品纯度较高。

实施例6

本实施例与实施例1的差别仅在于，步骤(2)所述发酵过程根据发酵周期分为两个个阶段，所述两个阶段分别通过25％氢氧化钠水溶液控制pH：第一阶段为0～144h，pH控制在7～5；第二阶段为144～240h，pH控制在5～2.5。

经计算，该批次过滤产生4500kg乳酸菌渣，使用7000kg氢氧化钙作为原料可生产8100kg的固体丙酸钙产品，产品产率较低；经检测，所述产品的有效成分达87％，含水量仅为5％，产品纯度较高。

实施例7

本实施例与实施例1的差别仅在于，步骤(2)所述发酵过程通过25％氢氧化钠水溶液控制pH：第一阶段为0～144h，pH控制在7～2.5。

经计算，该批次过滤产生3700kg乳酸菌渣，菌种培养情况较差；使用6200kg氢氧化钙作为原料可生产7500kg的固体丙酸钙产品，产品产率低；经检测，所述产品的有效成分达83％，含水量仅为6％，产品纯度一般。

实施例8

本实施例与实施例1的差别仅在于，步骤(2)所述纳滤浓缩的倍数为2倍，浓缩后所述含固量为50％。

经计算，该批次过滤产生5000kg乳酸菌渣，菌种培养情况好；使用8500kg氢氧化钙作为原料可生产12000kg的固体丙酸钙产品，产品产率较高；经检测，所述产品的有效成分达81％，含水量为9％，产品纯度较低。

实施例9

本实施例与实施例1的差别仅在于，步骤(2)所述陶瓷膜的孔径为600nm。

经计算，该批次过滤产生6000kg乳酸菌渣，菌种培养情况好；使用8800kg氢氧化钙作为原料可生产14000kg的固体丙酸钙产品，产品产率较高；经检测，所述产品的有效成分达80％，含水量为5％，产品纯度较低。

对比例1

本对比例与实施例1的差别仅在于，步骤(1)所述发酵过程不添加试剂控制pH。

经计算，该批次过滤产生3200kg乳酸菌渣，菌种培养情况差；使用5700kg氢氧化钙作为原料可生产7200kg的固体丙酸钙产品，产品产率低；经检测，所述产品的有效成分达88％，含水量为4％，产品纯度较高。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。