CN104263765A - 一种直接发酵生产l-乳酸钠的方法及发酵培养基配方 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法及发酵培养基配方,将灭菌的发酵培养基的温度降至50-60℃,按5%-10%的接种量接种乳酸菌进行发酵,维持罐压0.02MP~0.03MP,用20%食品级的氢氧化钠维持pH5.0-5.5,发酵温度50~55℃。发酵结束指标为残糖为0,发酵终了乳酸钠产量为150g/l;经过8040型膜脱去糖及二价以上的金属,浓缩检验完全符合国标GB-25537-2010。本发明公开的方法减少了废水排放,无潜在的食品安全问题,能源消耗量较低,减少了生产步骤,降低生产成本,具备显著的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体涉及一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法,还涉及一种适用于直接发酵生产L-乳酸钠的方法的发酵培养基。
背景技术
L-乳酸钠可做乳化剂、保湿剂、风味改进剂、品质改进剂、抗氧化增效剂和pH调节剂被广泛应用于肉禽食品加工业,能增强风味、抑制食物内致病细菌的生长、延长产品货架期。
乳酸钠作为食品保鲜剂、调味剂、防冻剂、保湿剂等,已在部分国家替代苯甲酸钠作防腐剂应用于食品行业,它被美国食品与药品局认为“安全无毒物质”。
现有乳酸钠的生产有二种:一种是直接用乳酸合成,也就拿食品级乳酸直接和离子膜碱反应,生成乳酸钠,这样成本较高;另外一种,就是酯化法生产乳酸钠,把粗乳酸与甲醇经酯化精馏得到乳酸甲酯,再把离子膜碱和乳酸甲酯反应,生成乳酸钠和甲醇,精馏出甲醇;一方面,能源消耗较高,另外一方面,有甲醇分离不尽的潜在危险。
用葡萄糖直接发酵生产L-乳酸钠,是用葡萄糖做为发酵原料,通过调整辅料配方,用食品级氢氧化钠做为中和剂;发酵控制温度55度,PH控制在5.5;发酵终了产酸150g/l;经过8040型膜脱去糖及二价以上的金属,浓缩检验完全符合国标GB-25537-2010。用玉米或是淀粉制糖液发酵,同样用食品级氢氧化钠做中和剂,经8040膜脱糖,除二价以上金属离子,发现易炭化合物及色度均不合格,考虑可能是淀粉或玉米中蛋白及其玉米浆中的其它成份导致。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法,该方法缩短了目前生产乳酸钠的生产工序,降低了工业生产成本,同时可以减少污水排放。
本发明的另一个目的在于提供了一种适用于直接发酵生产L-乳酸钠方法的葡萄糖发酵培养基,利用该培养基进行发酵生产,获得的产品质量好,产量高。
为了实现以上目的,本发明采用如下技术措施:
一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法,包括将灭菌的发酵培养基的温度降至50-60℃,按5%-10%的接种量接种乳酸菌进行发酵,在发酵的过程中,维持罐压0.02MP~0.03MP,用20%(质量体积比)食品级的氢氧化钠维持pH 5.0-5.5,发酵温度控制在45~55℃。发酵结束指标为残糖为0,按常规方法进行纯化浓缩,即获得L-乳酸钠。
如上所述的方法,选用的发酵培养基为以下三种发酵培养基之一:
葡萄糖发酵培养基:葡萄糖230g/L,酵母粉0.06g/L,磷酸二氢钠0.04g/L,磷酸氢二钠0.04g/L,1.5×10-3g/L核黄素,1.0×10-3g/L蛋氨酸,硫酸铵1.5g/L;
玉米发酵培养基:200目的玉米粉230g/L;
淀粉发酵培养基:淀粉230g/L,1%(质量体积比)玉米浆。
所选的发酵培养基需经连消灭菌。所述连消灭菌室工业化生产中的一种灭菌方式,即将发酵培养基在115-120℃的温度下维持20-30min进行灭菌。
优选葡萄糖发酵培养基。
如上所述的方法,商品化的菌株均可完成本发明。
如上所述的方案中,乳酸菌优选德式乳酸杆菌Lactobacillus delbrueckii SZ01,CCTCC NO:M2014268。
如上所述的方案中,优选的L-乳酸钠的纯化浓缩方法具体如下:
1.陶瓷膜过滤:将发酵液用陶瓷膜进行过滤,除去发酵液中的菌体、多糖胶体及蛋白等大分子杂质,过滤陶瓷膜孔径为0.01-1.0μm。得到L-乳酸钠的清液。
2.脱色过滤:将含有乳酸钠的发酵液经过活性炭过滤、脱色。
3.pH调节:用20%的氢氧化钠调节pH值为7.0,以获得中性产品。
4.8040超滤膜过滤:料液在压力为1.0-2.0MPa,频率为30-50Hz,温度为18-28℃的条件下进行超滤膜过滤。
6、浓缩:降低压强,蒸馏除去多余水分,即得到乳酸钠产品。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:
1、本发明减少了废水排放,无潜在的食品安全问题,能源消耗量较低,产品符合或高于GB-25537-2010标准。
2、本发明明显的简化了L-乳酸钠的生产方法:
合成法工艺:玉米粉碎(淀粉)--调浆--制糖--灭菌发酵(氢氧化钙中和剂)--接乳酸菌种--发酵结束--脱色过滤--硫酸酸解--离子交换--浓缩--加氢氧化钠合成--浓缩至客户需要浓度。
酯化法工艺:玉米粉碎(淀粉)--调浆--制糖--灭菌发酵(氢氧化钙中和剂)--接乳酸菌种--发酵结束--脱色过滤--硫酸酸解--离子交换--脱水--加甲醇酯法--精馏甲酯--加氢氧化钠--水解脱醇--浓缩乳酸钠至客户需求。
葡萄发酵直接生产工艺:葡萄糖调浆(氢氧化钠中和剂)--灭菌发酵--脱色过滤--8040膜过滤--浓缩乳酸钠至客户需求浓度。
3、与传统工艺相比,生产成本更低
以生产1吨乳酸钠对比成本消耗:
附图说明
图1为一种利用葡萄糖直接发酵生产L乳酸钠的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例,进一步阐述本发明。下述实施例中所用的实验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到,下列实施例中未注明具体实验条件和方法,通常按照常规培养与分离方法得到。
实施例1:
一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法,其步骤如下:
1.发酵培养基:
选择葡萄糖发酵培养基:
发酵液配方为:葡萄糖230g/L,酵母粉0.06g/L,磷酸二氢钠0.04g/L,磷酸氢二钠0.04g/L,1.5×10-3g/L核黄素,1.0×10-3g/L蛋氨酸,硫酸铵1.5g/L。
葡萄糖采为西王集团生产的食品级结晶糖;
氢氧化钠为天源化工生产的离子膜烧碱(达到食品级);
酵母粉为安琪酵母股份有限公司的安琪酵母浸粉;
硫酸铵购自南京帝斯曼东方化工有限公司;
蛋氨酸和核黄素为试剂级。
2.发酵
待葡萄糖配料的温度降至55℃,按10%的接种量接种乳酸菌进行发酵,在发酵的过程中,维持罐压0.02MP,用20%的氢氧化钠维持pH 5.0-5.5,发酵温度控制在55℃。发酵结束指标为残糖为0,发酵周期为32h,发酵完成后L-乳酸钠的浓度是15%(质量体积比)。
所述的乳酸菌为德式乳酸杆菌SZ01,该德式乳酸杆菌(Lactobacillus delbrueckii)SZ01于2014年6月18日已在武汉大学中国典型培养物保藏中心保藏,保藏号CCTCC NO:M2014268,分类命名:德式乳酸杆菌Lactobacillus delbrueckii SZ01,地址:中国武汉武汉大学。
德式乳酸杆菌(Lactobacillus delbrueckii)SZ01为申请人从糖蜜中筛选,通过紫外诱变驯化得到,可以在温度为55℃,糖浓度为23%的条件下进行发酵生产L-乳酸,高温高糖条件下进行发酵能严格杜绝杂菌的污染,在工业化生产中具有很大的优势。以常规方案利用德式乳酸杆菌生产的L-乳酸,产量高达180-200g/L,光学纯度可以达到99.86%,发酵时间为30-35h,糖酸转化率达到95-98%。
活化过程如下:
德式乳酸杆菌SZ01的活化:将德式乳酸杆菌SZ01置于LB的培养平板上,于55℃条件下培养8h,活化;
德式乳酸杆菌的摇瓶种子培养:将活化的德式乳酸杆菌SZ01菌株取直径在1cm左右的菌落分别接种于装有100ml的种子培养基的250ml的三角瓶中,于150r/min,55℃条件下震荡培养,培养10h,摇瓶种子培养的pH达到4.5,菌体OD值可达到1.3,即可用于发 酵罐接种;
所述种子培养基组分及配方为:葡萄糖130g/L,硫酸铵4g/L,磷酸二铵2g/L。
3.纯化浓缩
1).陶瓷膜过滤:将发酵液用陶瓷膜进行过滤,除去发酵液中的菌体、多糖胶体及蛋白等大分子杂质,过滤陶瓷膜孔径为1.0μm。得到L-乳酸钠的清液。
2).脱色过滤:将含有乳酸钠的发酵液经过活性炭过滤、脱色。
3).pH调节:用20%的氢氧化钠调节pH值为7.0.以获得中性产品。
4).8040超滤膜过滤:料液在压力为2.0MPa,频率为50Hz,温度为28℃的条件下进行超滤膜过滤。
6).浓缩:降低压强,蒸馏除去多余水分,即得到乳酸钠产品。
按上述步骤制得的60%浓度的乳酸钠溶液其质量标准如下:
性状:无色或近乎无色的透明粘稠液体
旋光度:左旋|α|b25为99.86%
含量:60%
液性(pH):7.0
确认试验:呈钠盐、乳酸盐的定性反应
色号:20APHA
氯化物:0.03%
砷(以As计):2ppm
重金属(以pb计):8ppm
镁:1ppm
铁:1ppm
醛:5min内不呈暗褐色
甲醇、甲酯:≤0.025%
苹果酸盐、酒石酸盐及柠檬酸盐:液体澄明
挥发性脂肪酸盐:无脂肪酸味的臭气发生
实施例2:
利用不同的发酵培养基直接生产乳酸钠:
按照实施例1所述方法,检测以玉米粉为发酵原料,淀粉为发酵原料和本发明所述葡萄糖培养基为发酵原料,最终的产品情况。
玉米粉的培养基配方:200目的玉米粉230g/L
淀粉培养基配方为:淀粉230g/L,1%(质量体积比)玉米浆。
所述乳酸菌为德式乳杆菌SZ01。
其他条件或方法与实施例1相同。
检测发酵完成后L-乳酸钠的产量及产品质量。
发酵完毕后,利用玉米粉发酵得到的发酵液中L-乳酸钠的产量为130.54g/L,发酵周期为40h;利用淀粉发酵得到的发酵液中L-乳酸钠的产量为142.37g/L,发酵周期为40h;利用葡萄糖发酵的发酵液中L-乳酸钠的产量为149.65g/L,发酵周期为32h。
表1为将发酵后的乳酸钠溶液经过脱色过滤、8040超滤膜过滤脱糖和盐,然后浓缩至国标60%后进行检测得到的数据。
表1利用不同发酵培养基发酵获得的L-乳酸钠的产品质量指标
在试验过程中,用玉米粉发酵生产乳酸钠产品时,菌种生长状况良好,在经过了脱色过滤,8040膜过滤、浓缩后,经检验得到乳酸钠产品色度类似褐色;可能玉米中蛋白水解产生小分子氨基酸,浓缩受热产生美拉德反应。
用淀粉作为发酵原料时,菌种生长状况不佳;添加1%玉米浆做为营养补充,长势很好,但料液颜色发红,脱色,8040膜滤;依旧色度和钾离子超标、金属离子招标,可能是淀粉中的蛋白及玉米浆中的其他成分导致。
以葡萄糖为唯一原料做实验时,菌种几乎不生,可能缺乏生长因子。在经过两年的研究和实验,满足添加菌种营养成分不含有影响产品最终检测不合格物,获得了适用于本方法的发酵培养基配方:葡萄糖230g/L,酵母粉0.06g/L,磷酸二氢钠0.04g/L,磷酸氢二钠0.04g/L,1.5×10-3g/L核黄素,1.0×10-3g/L蛋氨酸,硫酸铵1.5g/L。
实施例3:
利用常规乳酸菌以葡萄糖发酵培养基直接发酵生产乳酸钠:
按照实施例1所述方法,检测以本发明所述葡萄糖培养基为发酵原料,最终的产品情况。
所述乳酸菌为重庆三恒生物公司菌株。在温度为45℃的发酵条件下进行发酵生产L-乳酸钠。发酵完毕后,发酵液中L-乳酸钠的产量为118.84g/L,发酵周期为40h。
其他条件或方法与实施例1相同。
检测发酵完成后L-乳酸钠的产量及产品质量。
按实施例1的步骤脱色、过滤、浓缩后制得的60%浓度的乳酸钠溶液其质量标准如下:
性状:无色或近乎无色的透明粘稠液体
旋光度:左旋|α|b25为99.52%
含量:60%
液性(pH):7.0
确认试验:呈钠盐、乳酸盐的定性反应
色号:45APHA
氯化物:0.05%
砷(以As计):5ppm
重金属(以pb计):10ppm
镁:2ppm
铁:2ppm
醛:5min内不呈暗褐色
甲醇、甲酯:≤0.025%
苹果酸盐、酒石酸盐及柠檬酸盐:液体澄明
挥发性脂肪酸盐:无脂肪酸味的臭气发生
美拉德反应:出现美拉德反应
由上述乳酸钠溶液的标准可以看出,用一株普通乳酸菌利用本发明所述葡萄糖培养基进行发酵直接生产L-乳酸钠,所得的乳酸钠的质量标准基本符合国标。但是相比于利用德式乳杆菌进行发酵时,生产的L-乳酸钠的旋光度低,色号也较高。但都符合乳酸钠的生产标准。
Claims (4)
1.一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法,包括将灭菌的发酵培养基的温度降至50-60℃,按5%-10%的接种量接种乳酸菌进行发酵,在发酵的过程中,维持罐压0.02 MP~0.03MP,用20%食品级的氢氧化钠维持pH 5.0-5.5,发酵温度控制在45~55℃,发酵结束指标为残糖为0,按常规方法进行纯化浓缩,即获得L-乳酸钠。
2.一种用于权利要求1所述方法的发酵培养基,其配方为:葡萄糖230 g/L,酵母粉0.06g/L,磷酸二氢钠0.04g/L,磷酸氢二钠0.04g/L,1.5×10-3g/L核黄素,1.0×10-3g /L蛋氨酸,硫酸铵1.5g/L。
3.一种用于权利要求1所述方法的发酵培养基,为以下二种发酵培养基之一:
玉米发酵培养基:200目的玉米粉230 g/L;
淀粉发酵培养基:淀粉230 g/L,1%玉米浆。
4.根据权利要求1所述的方法,所述的乳酸菌为:德式乳杆菌Lactobacillus delbrueckii SZ01,CCTCC NO:M2014268。
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