一种丙酸钙的制备方法与流程

1.本发明涉及一种食品添加剂的制备技术领域，具体地涉及一种丙酸钙的制备方法。


背景技术：

2.丙酸钙经世界卫生组织(who)和联合国粮农组织(fao)批准使用的安全可靠的食品与饲料用添加剂，是食品工业、饲料加工、药物制剂以及护肤品等方面的一种安全、高效、广谱的抗菌防霉剂。
3.丙酸钙对霉菌、酵母菌及细菌等具有广泛的抗菌作用，应用广泛，且安全有效。其具有优异的防腐保鲜功能，溶解性能好，使用方便，有效钙含量高的特点，使丙酸钙相比于传统防腐剂对人体更加有益。丙酸钙与其它脂肪酸一样可以通过代谢被人畜吸收，并供给人畜必需的钙，这一优点也是其它防霉剂所无法相比的。
4.丙酸钙目前生产有两种主要方式：生物发酵法生产丙酸制备丙酸钙和有机化学氧化合成生产丙酸制备丙酸钙。
5.生物发酵法由于安全可靠、成本低、原料简单易得稳定等优势已成为生产丙酸钙主要方式，目前主要以葡萄糖为底物或甘油为发酵底物经丙酸杆菌发酵制备丙酸，再通过加入钙源制备丙酸钙溶液，经雾化干燥制备丙酸钙粉剂成品。生物发酵法制备丙酸遇到的问题主要体现在发酵过程中产生的丙酸不能及时分离出，即使在发酵过程中添加碱，以中和丙酸，但是丙酸根仍然存在与发酵液中，对后续的丙酸菌的生长繁殖及持续发酵造成很大影响，导致产率低，纯度低，成本高等问题；另外目前的生物发酵法发酵结束后需要将含丙酸的发酵液经微滤膜(陶瓷膜等)去除菌丝体等杂质，再经纳膜浓缩、蒸馏出丙酸后，再加入钙源生成丙酸钙。该工艺复杂，雾化干燥工艺能耗大，蒸馏后的废液中丙酸残留高，造成生产成本高，生产周期长等问题。
6.化学合成法生产丙酸设备投入大，能耗高，其中的催化剂价格昂贵，污染大，需要使用乙烯、乙醇等易燃易爆的有机试剂原料，生产安全性要求高，成本高。


技术实现要素：

7.为解决以上的技术问题，本发明提供1、一种丙酸钙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.s1：将活化后产丙酸杆菌进行斜面培养并制备成初始菌悬液；
9.s2：制备初始培养基，其中，培养基包括2％的葡萄糖、1％的蔗糖、2.5％蛋白胨、5.15％酵母抽提物、89.35％的饮用水，其中培养基的ph值为7.0～8.0；
10.s3：将初始菌悬液置于初始培养基中进行培养得到丙酸杆菌菌悬液；
11.s4：将丙酸杆菌菌悬液置于发酵罐中并加入发酵培养基进行发酵得到发酵产丙酸，其中，发酵培养基包括10％的葡萄糖、1％蛋白胨、2％酵母抽提物、0.1％的na2hpo4、0.1％mgso4 7h2o、0.05％吐温80、86.75％的饮用水或纯化水，其中，发酵培养基ph为7.0～
8.0；
12.s5：将发酵产丙酸采用阴离子渗透膜滤出丙酸根经阴离子并与氢氧化钙反应得到丙酸钙溶液；
13.s6：将丙酸钙溶液进行进行蒸发结晶得到丙酸钙结晶
14.进一步地，所述蛋白胨为大豆蛋白。
15.其中，在s4中，发酵时长为144h，在发酵过程中，每发酵12h，对发酵液以10转/min速度进行搅拌10mins。
16.其中，发酵48h及96h后定量流加无菌的50％葡萄糖水溶液，并使用2％的氢氧化钠调整发酵ph至7.0～8.0。
17.在s5中，利用物料泵将发酵液泵送至渗透扩散装置中丙酸扩散渗透室,进料速度控制在每小时发酵液体积的1/8，扩散渗透室压力控制在0.4～0.8mpa，同时渗透扩散装置的丙酸接受室通入0.1％氢氧化钙溶液，速度为每小时发酵液体积的1/16，发酵液经扩散室时，丙酸根经阴离子交换渗透膜在渗透压和泵压的作用下，渗透扩散至另一侧的氢氧化钙溶液中，生成丙酸钙溶液。
18.其中，经过经过渗透后留在扩散渗透室的发酵液返回发酵罐继续发酵产丙酸。
19.进一步地，所述阴离子扩散渗透膜为季铵盐型阴离子交换膜，孔径100da～300d。
20.在s6中，透析出的丙酸钙溶液调节ph10～11，经精滤除浊使丙酸钙溶液澄清；使用反渗透膜将澄清的丙酸钙溶液浓缩至15％以上，转真空蒸发浓缩结晶，其中，真空蒸发至浓度40％以上，真空压力-0.06～-0.08mpa，温度60℃～80℃；加入适量的成品丙酸钙结晶体，继续真空蒸发丙酸钙溶液，至98％以上的丙酸钙结晶析出。
21.进一步地，将析出的丙酸钙结晶平铺，于70～80℃真空烘干30分钟，经粉碎后得到丙酸钙晶体粉末。
22.本发明的有益效果是：
23.本发明采用常规的以葡萄糖为底物，通过产丙酸丙酸杆菌发酵，生产丙酸。在发酵过程中，定期通过将发酵液泵入扩散透析装置，定期将发酵液中的丙酸通过阴离子交换膜的扩散作用、对流传质、离子迁移专递、泵压的作用透析到另一侧的0.1％的氢氧化钙溶液中，直接生成丙酸钙。发酵过程中产生的丙酸能定时通过渗透膜从发酵液中分离，从根本上解决了丙酸对发酵液中菌种的影响，同时增加了丙酸的发酵收率和纯度。
24.最终得到丙酸钙和氢氧化钙混合料液的后处理工艺简单，经精滤使丙酸钙溶液澄清，经反渗透膜浓缩，再经真空蒸发结晶烘干后得到成品，整个蒸发过程都在真空状态蒸发，蒸发温度60℃～80℃低，能耗低，产品纯度高，收率高，相比目前工艺中的微滤、膜浓缩、蒸馏出丙酸、再加氢氧化钙或碳酸钙反应生产丙酸钙、精滤澄清后雾化干燥等多步工艺，本专利工艺更简单。
25.本发明采用小麦和玉米淀粉为来源的葡萄糖为底物进行发酵生产丙酸钙，能让本发明专利生产的丙酸钙产品更符合天然食品以及欧美清洁标签的要求。
附图说明
26.图1是本发明具体实施例的所采用装置部分结构示意图。
27.图2是本发明具体实施例的所采用渗透扩散装置结构示意图。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
29.一种丙酸钙的制备方法，包括以下步骤：
30.s1：将活化后产丙酸杆菌(中国微生物菌种保藏管理中心cgmcc编号：1.2230)进行斜面培养并制备成初始菌悬液；
31.s2：制备初始培养基，其中，培养基包括2％的葡萄糖、1％的蔗糖、2.5％蛋白胨(优选用大豆蛋白)、5.15％酵母抽提物、89.35％的饮用水，其中培养基的ph值为7.0～8.0；
32.s3：将初始菌悬液置于初始培养基中进行培养得到丙酸杆菌菌悬液；本实施例中优选采用三级培养；具体地情况如下：
33.一级：将斜面培养的优选菌种制备成5ml的菌悬液，分别接种至6只灭菌后500ml培养基中，30℃厌氧培养24h。
34.二级：将优选的4只500ml一级种子液共2l接种至小型种子罐50l的灭菌的培养基中，30℃厌氧培养24h。
35.三级：将50l二级种子液l接种至种子罐500l灭菌的培养基中，30℃厌氧培养24h，得到三级产丙酸丙酸杆菌菌悬液500l。
36.s4：将丙酸杆菌菌悬液置于发酵罐中并加入发酵培养基进行发酵得到发酵产丙酸，其中，发酵培养基包括10％的葡萄糖、1％蛋白胨(优选用大豆蛋白)、2％酵母抽提物、0.1％的na2hpo4、0.1％mgso4 7h2o、0.05％吐温80、86.75％的饮用水或纯化水，其中，发酵培养基ph为7.0～8.0；其中，发酵时长为144h，在发酵过程中，每发酵12h，对发酵液以10转/min速度进行搅拌10mins。在发酵过程中，定期慢速搅拌一是确保菌种对葡萄糖的消化利用更充分，二是发酵过程中，有可能局部丙酸的产生速率较快，导致局部ph下降速度快，影响后续的菌种的持续繁殖生长，所以需要定期搅拌，确保发酵液的均匀和发酵效率。
37.其中，发酵48h及96h后定量流加无菌的50％葡萄糖水溶液，并使用2％的氢氧化钠调整发酵ph至7.0～8.0。
38.s5：将发酵产丙酸采用阴离子渗透膜滤出丙酸根经阴离子并与氢氧化钙反应得到丙酸钙溶液；
39.具体地，在s5中，见图1和2，利用物料泵将发酵液泵送至渗透扩散装置中丙酸扩散渗透室(进料方向由下至上),进料速度控制在每小时发酵液体积的1/8，扩散渗透室压力控制在0.4～0.8mpa，同时渗透扩散装置的丙酸接受室通入0.1％氢氧化钙溶液(方向由上至下和发酵液方向相反)，速度为每小时发酵液体积的1/16，发酵液经扩散室时，丙酸根经阴离子交换渗透膜在渗透压和泵压的作用下，渗透扩散至另一侧的氢氧化钙溶液中，生成丙酸钙溶液。
40.具体地，经过经过渗透后留在扩散渗透室的发酵液返回发酵罐继续发酵产丙酸；
41.具体地，所述阴离子扩散渗透膜为季铵盐型阴离子交换膜，孔径100da～300d。
42.s6：将丙酸钙溶液进行进行蒸发结晶得到丙酸钙结晶。
43.具体地，在s6中，透析出的丙酸钙溶液调节ph10～11，经精滤除浊使丙酸钙溶液澄清；使用反渗透膜将澄清的丙酸钙溶液浓缩至15％以上，转真空蒸发浓缩结晶，其中，真空蒸发至浓度40％以上，真空压力-0.06～-0.08mpa，温度60℃～80℃；加入适量的成品丙酸
钙结晶体，继续真空蒸发丙酸钙溶液，至98％以上的丙酸钙结晶析出。
44.在实际生产中，通常进行三次透析，具体操作如下：
45.①
第一次扩散渗析：发酵40h后，利用物料泵将发酵液泵送至渗透扩散装置中的丙酸扩散渗透室(进料方向由下至上)，进料流量控制在600～700l/h，扩散室压力控制在0.6mpa；同时丙酸接受室通入0.1％氢氧化钙溶液(方向由上至下和发酵液方向相反)，温度30℃，流量为300～350l/h。扩散渗析丙酸8h；在线监控丙酸钙和氢氧化钙的混合液的ph值，低于9时，及时补充适量20％氢氧化钙乳液至储液罐中，持续搅拌，使储液罐混合液ph维持在10～11，同时进行冷却水降温，保持储液罐混合液温度维持在28℃～32℃；
46.②
第一次流加葡萄糖：发酵48h，第一次扩散渗析结束后，快速流加经0.22um精滤除菌后的50％葡萄糖水溶液1000l；并使用2％的氢氧化钠调整发酵ph至7.0～8.0；流加时，以10转/min的速度慢速搅拌，使发酵液均匀，流加结束，关闭搅拌，继续发酵产丙酸。
47.③
第二次扩散渗析：发酵88h后，按照
①
步流程进行第二次扩散渗析8h。
48.④
第二次流加葡萄糖：发酵96h第二次扩散渗析结束后，按照步骤
②
最后一次流加无菌的50％葡萄糖水溶液1000l。
49.⑤
第三次扩散渗析：发酵144h后，按照步骤
①
进行扩散渗析；反复透析24h，约循环3倍发酵液体积的量，将80％以上的丙酸分离出发酵液；
50.⑥
用1000l纯化水替代氢氧化钙和丙酸钙的混合液做为丙酸接受液，降低流速为步骤
①
氢氧化钙溶液流速的1/8。按照步骤
①
流程再次反复透析24h，约循环3倍发酵液体积的量，适当调节压力至0.8mpa，增加泵压的作用，使丙酸根更容易透过交换膜。按此步骤可将发酵液中残留的丙酸降低至0.1％以下。
51.⑦
将步骤
①
\
③
\
⑤
的循环透析液约8000l及第
⑥
步纯化水的透析液约2000l透析液混合，总体积约10000l,丙酸钙浓度约6～8％，用氢氧化钙调节ph至10～11。
52.进一步地，将析出的丙酸钙结晶平铺，于70～80℃真空烘干30分钟，经粉碎后得到丙酸钙晶体粉末。
53.本发明的有益效果在于：
54.1)本发明采用常规的以葡萄糖为底物，通过产丙酸丙酸杆菌发酵，生产丙酸。在发酵过程中，定期通过将发酵液泵入扩散透析装置，定期将发酵液中的丙酸通过阴离子交换膜的扩散作用、对流传质、离子迁移专递、泵压的作用透析到另一侧的0.1％的氢氧化钙溶液中，直接生成丙酸钙。发酵过程中产生的丙酸能定时通过渗透膜从发酵液中分离，从根本上解决了丙酸对发酵液中菌种的影响，同时增加了丙酸的发酵收率和纯度。
55.2)最终得到丙酸钙和氢氧化钙混合料液的后处理工艺简单，经精滤使丙酸钙溶液澄清，经反渗透膜浓缩，再经真空蒸发结晶烘干后得到成品，整个蒸发过程都在真空状态蒸发，蒸发温度60℃～80℃低，能耗低，产品纯度高，收率高，相比目前工艺中的微滤、膜浓缩、蒸馏出丙酸、再加氢氧化钙或碳酸钙反应生产丙酸钙、精滤澄清后雾化干燥等多步工艺，本专利工艺更简单。
56.3)本发明采用小麦和玉米淀粉为来源的葡萄糖为底物进行发酵生产丙酸钙，能让本发明专利生产的丙酸钙产品更符合天然食品以及欧美清洁标签的要求。
57.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、
等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。