CN102206684A - 一种以薯干为原料发酵生产乳酸钙的工艺 - Google Patents

一种以薯干为原料发酵生产乳酸钙的工艺 Download PDF

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金海勇
黄小波
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Abstract

本发明涉及一种以薯干为原料发酵生产乳酸钙的工艺，采用薯干为原料，制成淀粉水解糖发酵液，接入经优化选育的乳酸菌种，以碳酸钙为中和剂，发酵48～72小时制成乳酸钙发酵液，经脱色、过滤、浓缩、制片、烘干、粉碎制成乳酸钙产品，工艺包括菌种选育、菌种扩大培养、薯干发酵液的制备、发酵及精制过程。本发明的有益效果是：采用高转化率的菌种并进行优化选育，以薯干为原料制取乳酸钙，整个生产过程中没有母液和固体废弃物排放，减少了将发酵液制成乳酸后再制取乳酸钙的过程，生产过程不使用粮食为原料，避免了工业生产与人争粮，其工艺简单、节能减排、产品收率高、生产成本低，适合大规模化生产。

Description

一种以薯干为原料发酵生产乳酸钙的工艺
技术领域
本发明属于乳酸钙生产技术领域，具体涉及一种以薯干为原料发酵生产乳酸钙的生产工艺。
背景技术
乳酸钙是一种钙营养强化剂，分子式为(C6H10O6·Ca)，由于乳酸钙分子中有一个不对称碳原子，所有存在左旋L-乳酸钙和右旋D-乳酸钙两种异构，工业品一般为L-乳酸钙(左旋)和DL-乳酸钙(消旋)，其外观均为白色粉末或颗粒，略苦味，易溶于水，用于食品、饮料、医药、饲料等领域，主要用作补充钙质，具有含钙高、易吸收、安全性好、适用范围广等优点，现有乳酸钙的生产主要方法有：
1、发酵结晶法。即先将大米或玉米等淀粉质原料经发酵制成乳酸钙发酵溶液，发酵液经过滤后，浓缩至20～40％浓度，然后在结晶槽中冷却，静置24小时以上，乳酸钙结晶后排放母液，将乳酸钙晶体后取出，然后经洗晶、烘干、粉碎，制成乳酸钙成品。这种方法制得的乳酸钙成本较低，但存与人争粮、质量不稳定、母液污染环境、结晶取晶费时费力、不便于连续生产等不足。
2、乳酸合成法。即先将大米或玉米等淀粉质原料发酵精制成乳酸产品，再用成品乳酸和碳酸钙中和反应，制成乳酸钙溶液，浓缩至50～65％浓度，过滤后在结晶槽中冷却，乳酸钙与母液形成整体结晶，将晶体取出，然后将乳酸钙结晶进行破碎、烘干、粉碎，制成乳酸钙成品。这种方法制取乳酸钙投资较省，但由于需要先将发酵液制成乳酸成品，而在乳酸生产过程中会产生大量废硫石膏固体废弃物，且乳酸钙结晶、取晶不能连续生产，存在成本较高、费时费力等不足。
目前国内外乳酸钙传统生产方法在节能、减排、降耗及提高品质方面都有显著缺陷。要满足生产力发展要求并提高产品的市场竞争力，乳酸钙生产须解决三方面的问题：一是选取高转化率的菌种，提高发酵收率；二是要采用新的工艺技术，促进节能减排增效；三是要提高产品品质，使乳酸钙质量符合先进标准要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述乳酸钙生产所存在的质量较差、费时费力、污染环境、成本高等问题和不足之处，而提供一种高效、经济、适应大规模生产的以薯干为原料发酵生产乳酸钙的工艺。
本发明技术方案是乳酸钙生产工艺采用薯干为原料，薯干经液化、糖化后制成淀粉水解糖发酵液，然后接入经优化选育的乳酸菌种，以碳酸钙为中和剂发酵48～72小时制成乳酸钙发酵液，再经脱色、过滤、浓缩、制片、烘干、粉碎制成乳酸钙产品，乳酸钙生产工艺包括菌种选育、菌种扩大培养、薯干发酵液的制备、发酵及精制过程，实现本发明方法和步骤如下：
1、菌种选用。本发明所述技术方案在生产L-乳酸钙时，选用的菌种为一种嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus，菌种编号：kaif6006)，菌种培养基组成为：5°Bé麦芽汁中加入酵母膏0.5％，无菌碳酸钙0.6％，琼脂1.5～2.0％，pH6.8；本发明所述技术方案在生产DL-乳酸钙时，选用的菌种为一种德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii subsp，菌种编号：kaif6004)，菌种培养基组成为：酪蛋白胨10.0g，牛肉膏10.0g，酵母粉5.0g，葡萄糖5.0g，乙酸钠5.0g，柠檬酸二胺2.0g，Tween801.0g，K2HPO42.0g，MgSO4·7H2O 0.2g，MnSO4·H2O 0.05g，CaCO320.0g，琼脂15.0g，蒸馏水1.0L，pH 6.8。
2、菌种扩大培养。将-18℃以下低温下保藏好的乳酸菌种取出，在室温下解冻，接入100ml乳酸菌种培养基中，在培养箱中保持温度48～50℃，发酵培养6小时后，加入适量CaCO3，使培养液pH值保持在5.5～6.0，发酵24～28小时，然后按以上步骤将菌种逐步扩大培养至500mL、3000mL、25L直至2000L菌种罐备用。
3、薯干发酵液的制备。将薯干原料粉碎至80目，在一定条件下进行液化、糖化，制成淀粉水解糖，水解糖浓度为10～15％，控制温度48～50℃，加入5％麦麸或豆粕，制成薯干发酵液。
4、乳酸钙发酵。将上述扩大培养制备的菌种接入上述发酵液中，接种量为15～20％，发酵温度为48～50℃，搅拌均匀，先静置发酵6～8小时，然后适量添加CaCO3中和，搅拌均匀，控制发酵液的pH值在5.5～6.0之间，发酵48～60小时，还原糖低于0.1％视为发酵终点，制得乳酸钙发酵溶液，发酵结束。
5、精制和浓缩。发酵结束后的制得的乳酸钙发酵液，用活性炭脱色后再经200nm级超滤膜过滤分离出菌体和大分子蛋白，再进行吸附、脱色、交换净化后，经5nm纳滤膜分离出残留的还原糖、色素和高价离子，制得乳酸钙溶液，然后将乳酸钙溶液浓缩至45～55％浓度。
6、制片、烘干和粉碎。将上述乳酸钙浓缩溶液在制片机上制成薄片，经带式烘干机干燥后进行粉碎制成乳酸钙成品。
根据本发明方法制成的乳酸钙符合以下质量指标：
  乳酸钙(C6H10O6·Ca)含量/(％)   99.6
  水溶解试验   澄清
  乳酸钙(五水合物)加热减量的质量分数/(％)   22.0～27.0
  游离酸和游离碱试验   中性
  挥发性脂肪酸试验   合格
  砷(As)的质量分数/(％)   ＜0.0002
  铅(Pb)的质量分数/(％)   ＜0.001
  重金属(以Pb计)的质量分数/(％)   ＜0.001
  镁碱金属的质量分数/(％)   0.3
  铁盐(以Fe计)的质量分数/(％)   ＜0.005
  氯化物(以Cl计)的质量分数/(％)   ＜0.05
  硫酸盐(以SO4计)的质量分数/(％)   ＜0.075
本发明的有益效果是：采用高转化率的菌种并进行优化选育，以薯干为原料制取乳酸钙，整个生产过程中没有母液和固体废弃物排放，减少了将发酵液制成乳酸后再制取乳酸钙的过程，生产过程不使用粮食为原料，避免了工业生产与人争粮，其工艺简单、节能减排、产品收率高、生产成本低，适合大规模化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
1、将低温下保藏好的一种嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus，菌种编号：kaif6006)取出，在室温下解冻，接入100ml乳酸菌种培养液中，菌种培养基组成为：5°Bé麦芽汁中加入酵母膏0.5％，无菌碳酸钙0.6％，琼脂1.5～2.0％，pH6.8。在培养箱中保持温度48～50℃培养6h后，加入适量CaCO3，使培养液pH值保持在5.5～6.0，发酵24～28小时，然后按以上步骤将菌种逐步扩大培养至500mL、3000mL、25L直至2000L菌种罐备用。
2、在50m3发酵罐中，加入3/4装罐量的经液化、糖化制成的薯干水解糖液，糖液浓度为15％，保持温度48～50℃，加入5％麦麸，制成待发酵液。
3、将菌种扩大培养至10m3的菌种罐，接入上述50m3发酵罐的发酵液中，控制发酵温度为48～50℃，搅拌均匀，先静止发酵8h，然后适量添加CaCO3中和，搅拌均匀，控制发酵液的pH值在5.5～6.0之间，发酵48～60小时，还原糖低于0.1％视为发酵终点，制得L-乳酸钙发酵溶液，发酵结束。
4、发酵结束后的制得的L-乳酸钙发酵液，用活性炭脱色后再经200nm级超滤膜过滤分离出菌体和大分子蛋白，再进行吸附、脱色、交换净化后，经5nm纳滤膜分离出残留的还原糖、色素和高价离子，制得L-乳酸钙溶液，然后将L-乳酸钙溶液浓缩至45～55％浓度。
5、将上述L-乳酸钙浓缩溶液在制片机上制成薄片，经带式烘干机干燥后进行粉碎制成L-乳酸钙成品。
实施例2：
1、将低温下保藏好的一种德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii subsp，菌种编号：kaif6004)取出，在室温下解冻，接入100ml乳酸菌种培养液中，菌种培养基组成为：酪蛋白胨10.0g，牛肉膏10.0g，酵母粉5.0g，葡萄糖5.0g，乙酸钠5.0g，柠檬酸二胺2.0g，Tween801.0g，K2HPO42.0g，MgSO4·7H2O0.2g，MnSO4·H2O 0.05g，CaCO3 20.0g，琼脂15.0g，蒸馏水1.0L，pH 6.8。在培养箱中保持温度48～50℃培养6h后，加入适量CaCO3，使培养液pH值保持在5.5～6.0，发酵24～28小时，然后按以上步骤将菌种逐步扩大培养至500mL、3000mL、25L直至2000L菌种罐备用。
2、在50m3发酵罐中，加入3/4装罐量的经液化、糖化制成的薯干水解糖液，糖液浓度为15％，保持温度48～50℃，加入5％豆粕，制成待发酵液。
3、将菌种扩大培养至10m3的菌种罐，接入上述50m3发酵罐的发酵液中，控制发酵温度为48～50℃，搅拌均匀，先静止发酵8h，然后适量添加CaCO3中和，搅拌均匀，控制发酵液的pH值在5.5～6.0之间，发酵48～60小时，还原糖低于0.1％视为发酵终点，制得DL-乳酸钙发酵溶液，发酵结束。
4、发酵结束后的制得的DL-乳酸钙发酵液，用活性炭脱色后再经200nm级超滤膜过滤分离出菌体和大分子蛋白，再进行吸附、脱色、交换净化后，经5nm纳滤膜分离出残留的还原糖、色素和高价离子，制得DL-乳酸钙溶液，然后将DL-乳酸钙溶液浓缩至45～55％浓度。
5、将上述DL-乳酸钙浓缩溶液在制片机上制成薄片，经带式烘干机干燥后进行粉碎制成DL-乳酸钙成品。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种以薯干为原料发酵生产乳酸钙的工艺，其特征是乳酸钙生产工艺采用薯干为原料，薯干经液化、糖化后制成淀粉水解糖发酵液，然后接入经优化选育的乳酸菌种，以碳酸钙为中和剂发酵48～72小时制成乳酸钙发酵液，再经脱色、过滤、浓缩、制片、烘干、粉碎制成乳酸钙产品，乳酸钙生产工艺包括菌种选育、菌种扩大培养、薯干发酵液的制备、发酵及精制过程。
2.根据权利要求1所述的方案，其特征是在生产L-乳酸钙时，选用的菌种为一种嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus，菌种编号：kaif6006)，菌种培养基组成为：5°Bé麦芽汁中加入酵母膏0.5％，无菌碳酸钙0.6％，琼脂1.5～2.0％，pH6.8；本发明所述技术方案在生产DL-乳酸钙时，选用的菌种为一种德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii subsp，菌种编号：kaif6004)，菌种培养基组成为：酪蛋白胨10.0g，牛肉膏10.0g，酵母粉5.0g，葡萄糖5.0g，乙酸钠5.0g，柠檬酸二胺2.0g，Tween801.0g，K2HPO4 2.0g，MgSO4·7H2O 0.2g，MnSO4·H2O 0.05g，CaCO3 20.0g，琼脂15.0g，蒸馏水1.0L，pH 6.8。
3.根据权利要求1所述方案，其特征是将-18℃以下低温下保藏好的乳酸菌种取出，在室温下解冻，接入100ml乳酸菌种培养基中，在培养箱中保持温度48～50℃，发酵培养6小时后，加入适量CaCO3，使培养液pH值保持在5.5～6.0，发酵24～28小时，然后按以上步骤将菌种逐步扩大培养至500mL、3000mL、25L直至2000L菌种罐备用。
4.根据权利要求1所述的方案，其特征是将薯干原料粉碎至80目，在一定条件下进行液化、糖化，制成淀粉水解糖，水解糖浓度为10～15％，控制温度48～50℃，加入5％麦麸或豆粕，制成薯干发酵液。
5.根据权利要求1所述的方案，其特征是将扩大培养制备的菌种接入薯干发酵液中，接种量为15～20％，发酵温度为48～50℃，搅拌均匀，先静置发酵6～8小时，然后适量添加CaCO3中和，搅拌均匀，控制发酵液的pH值在5.5～6.0之间，发酵48～60小时，还原糖低于0.1％视为发酵终点，制得乳酸钙发酵溶液，发酵结束。
6.根据权利要求1所述的方案，其特征是发酵结束后的制得的乳酸钙发酵液，用活性炭脱色后再经200nm级超滤膜过滤分离出菌体和大分子蛋白，再进行吸附、脱色、交换净化后，经5nm纳滤膜分离出残留的还原糖、色素和高价离子，制得乳酸钙溶液，然后将乳酸钙溶液浓缩至45～55％浓度，再将乳酸钙浓缩溶液在制片机上制成薄片，经带式烘干机干燥后进行粉碎制成乳酸钙成品。
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