CN111543575A - 一种可用于食品冷冻的防冻液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及食品储存技术领域，公开了一种可用于食品冷冻的防冻液，以每100mL水的添加量计，包括以下组分：柠檬酸0.1‑0.5g，醋酸钠12‑25g，甘油25‑50g，氯化钠1‑5g，磷酸二氢钾5‑10g，鼠李糖脂0.1‑10g。本发明防冻液中的主要成分均为食品级材料等，不燃烧、无毒、几无腐蚀性，且含有鼠李糖脂，可有效降低防冻液的冰点以及在低温下的流动性，冰点可至少低至‑40℃。

Description

一种可用于食品冷冻的防冻液
技术领域
本发明涉及食品储存技术领域，尤其涉及一种可用于食品冷冻的防冻液。
背景技术
由于乙二醇沸点高，挥发性小，热稳定性好等特点，现国内外95％以上的防冻液均采用乙二醇的水基型配方，目前汽车的防冻液多为此类，一般应用浓度在50％，冰点可以降低到-40℃左右。但是在应用到食品冷冻包装生产上时，由于大部分防冻液成分非国家规定的食品添加剂类型，使用中会有风险。同时，乙二醇浓度过高，在低温下(-40℃)，流动性变差，很容易氧化并且腐蚀性强，无法应用在食品冷冻包装上，因此亟需一款可以应用在食品外包装冷冻的防冻液。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可用于食品冷冻的防冻液，本发明防冻液中的主要成分大多为食品级材料等，鼠李糖脂安全性也已经得到了美国FDA认证，不燃烧、无毒、几无腐蚀性，且含有鼠李糖脂，可有效降低防冻液的冰点以及在低温下的流动性，冰点可至少低至-40℃。
本发明的具体技术方案为：一种可用于食品冷冻的防冻液，以每100mL水的添加量计，包括以下组分：
柠檬酸0.1-0.5g，
醋酸钠12-25g，
甘油25-50g，
氯化钠1-5g，
磷酸二氢钾5-10g，
鼠李糖脂0.1-10g。
本发明防冻液中的主要成分均为食品级材料等，不燃烧、无毒、几无腐蚀性，冰点可至少低至-40℃。本发明防冻液以乙酸钠和甘油为主(几乎所有原料皆为国家规定食品添加原料)，相比同等冷却温度的乙二醇系防冻液，体系材料更少，低温流动性更好，同时采用了食品级配方，应用范围更广。
特别地，本发明在防冻液中特别添加有鼠李糖脂，本发明团队发现将鼠李糖脂应用于食品防冻液中，可有效降低防冻液的冰点以及在低温下的流动性。
在本发明的防冻液体系中，鼠李糖脂使得有机和无机的试剂得到更好的融合，在低温下性质稳定，提高了低温下的流动性。同时经过测定，使用50％浓度的鼠李糖脂冰点为-50℃，所以添加一定量鼠李糖脂后可有效降低冰点。
作为优选，所述防冻液以每100mL水的添加量计，包括以下组分：
柠檬酸0.2-0.4g，
醋酸钠15-20g，
甘油35-40g，
氯化钠2-4g，
磷酸二氢钾7-8g，
鼠李糖脂3-6g。
作为优选，所述鼠李糖脂由产鼠李糖脂的菌株发酵所得的鼠李糖脂发酵液经分离后获得。
作为优选，所述鼠李糖脂发酵液的制备方法包括以下步骤：
1)将产鼠李糖脂的菌株以1-3％的比例接入种子培养基中进行扩大培养，得到种子菌发酵液；
2)将种子菌发酵液以4-5％的接种量接种于灭菌后的发酵罐培养基中；所述发酵罐培养基中含有鱼油、樟树油和棕榈油中的至少一种；
3)对发酵过程中的pH值进行分段控制，同时补充加入碳源，经通气发酵得到鼠李糖脂发酵液。
本发明采用鱼油、樟树油、棕榈油作为发酵培养基的主要成分，通过分段pH控制和分批补料发酵，可显著缩短发酵时间，提高产品得率，发酵结束发酵液中鼠李糖脂的浓度为120-127g/L，生产工艺简单且易于实现。能够解决传统鼠李糖脂发酵技术存在的生产成本高、发酵规模小、产品得率低等问题，实现了中试发酵水平上低成本制备鼠李糖脂的目标。
本发明采用鱼油、樟树油、棕榈油作为发酵培养基主要成分，其中，选用鱼油的原因在于：1、浙江舟山或者沿海有大量的废弃物，可以产生大量鱼油，获取成本比较低，粗鱼油成本在5元1公斤以下，比玉米油等植物油价格都要低；2、鱼油发酵后清澈透明，呈橙红色，产品形态比较好。可以大规模的生产发酵。3、目前应用鱼油做鼠李糖脂的几乎没有。采用樟树油的原因在于：用樟树油做鼠李糖脂后产品透明易分离，并且目前还几乎没有用樟树油做鼠李糖脂的研究。采用棕榈油的原因在于：棕榈油饱和性脂肪酸含量高，导致在发酵时氧化较少，不会产生异味。同时目前应用棕榈油产鼠李糖脂的研究较少。
作为优选，所述产鼠李糖脂菌株为铜绿假单胞菌，其命名为zs1.1，已在2019年12月09日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC19110，微生物分类命名为铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa。
本发明从舟山海域油污泥中筛选出了一株高产鼠李糖脂的铜绿假单胞菌，该菌株具有异常出色的产表面活性剂鼠李糖脂能力，在经过发酵后鼠李糖脂的产量可达到127g/L，显著高于已发现的其他同类菌株，因此能够显著提高鼠李糖脂的量产能力。
另一方面，微生物产的鼠李糖脂事实上并不是一种单一结构式的物质，而是由很多种同族结构组成的混合物，其结构式中亲水基团一般由1～2分子的鼠李糖环构成，憎水基团则由1～2具有不同碳链长度的饱和或不饱和脂肪酸构成。对于饱和/不饱和脂肪酸的区别在于其碳链上是否含有碳碳双键(碳碳双键越多则不饱和度越高)。脂肪酸中的碳碳双键通常为顺式几何构型，这使得不饱和脂肪酸的烃链有约30°的弯曲，干扰它们堆积时有效地填满空间，结果降低了范德华相互反应力，使脂肪酸的熔点随其不饱和度增加而降低，同时流动性也随不饱和度的增加而相应增加。而与其他菌株相比，本发明上述菌株发酵所产的鼠李糖脂中不饱和脂肪酸比例更高，从而能够使得防冻液具有很好的低温流动性。
作为优选，步骤1)中：所述种子培养基为矿物盐培养基MSM，且含有质量体积比为1-3％的酵母粉。
作为优选，步骤1)中：扩大培养的条件为：在25-35℃环境下，摇床转速15-200r/min，培养7-8h。
作为优选，步骤2)中：所述发酵罐培养基中含有：鱼油和/或樟树油和/或棕榈油35-45g/L，NaNO35.0-5.5g/L，NH4NO32.5-3.0g/L，Na2PO48-12g/L，KH2PO47-8g/L，MgSO4·7H2O0.2-0.4g/L，CaCl29.5-10.5g/L，微量元素溶液2.5-2.5mL/L，酵母粉0.3-0.7g/L；所述微量元素溶液中含有：FeSO4·7H2O 15-20g/L；ZnSO4·7H2O 2.5-3.5g/L；MnSO4·2H2O 2.5-3.5g/L。
作为优选，步骤2)中：发酵罐培养基的培养基初始pH值调节为6.5-7.5，转速250-350rpm，溶氧量40-50％，罐压0.03-0.05mPa。
作为优选，步骤3)中：在发酵后的前24h内控制pH值为7.0-8.0，在发酵24h后将pH控制在6.0-6.5之间；在发酵24h后开始补加碳源，在20-30h、40-50h、70-80h时分别补加0.8-1.2wt％、1.5-2.5wt％、1.5-2.5wt％的碳源；所述碳源鱼油、樟树油和棕榈油中的至少一种。
本发明在前期将pH控制在7左右，能够使菌株快速生长，后期控制pH在6.0-6.5，可提高鼠李糖脂的产率。
作为优选，步骤3)中：发酵总时间为90h以上。
作为优选，所述鼠李糖脂由产鼠李糖脂的菌株发酵所得的鼠李糖脂发酵液经分离、高山被孢霉二次发酵、二次分离后获得。
为了进一步提升防冻液的低温流动性，本发明通过对一次发酵所得的鼠李糖脂进行二次发酵，本发明利用高山被孢霉这一能够将饱和脂肪酸转化为不饱和脂肪酸的真菌微生物，对鼠李糖脂进行二次发酵处理，在二次发酵过程中，脂肪酸脱饱和体系由微粒体膜结合的细胞色素b5、NADH-细胞色素b5还原酶和脱饱和酶组成，在饱和脂肪酸的碳链上生成碳碳双键，从而转化为不饱和脂肪酸，提升产物中不饱和脂肪酸的比例。而如前文所述，对于脂肪酸来说，其不饱和度越高，那么其熔点就越低、流动性就越好。因此经过二次发酵的鼠李糖脂具有更低的熔点以及更好的低温流动性。
作为优选，所述高山被孢霉二次发酵的方法包括：将分离所得的鼠李糖脂制备为pH为6-8的液体培养基，将高山被孢霉以0.1-1wt％的接种量接种于液体培养基中，在20-30℃下二次发酵1-3天。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
(1)本发明防冻液中的主要成分均为食品级材料等，不燃烧、无毒、几无腐蚀性，冰点可至少低至-40℃。本发明防冻液以乙酸钠和甘油为主(几乎所有原料皆为国家规定食品添加原料)，相比同等冷却温度的乙二醇系防冻液，体系材料更少，低温流动性更好，同时采用了食品级配方，应用范围更广。
(2)本发明在防冻液中特别添加有鼠李糖脂，本发明团队发现将鼠李糖脂应用于食品防冻液中，可有效降低防冻液的冰点以及在低温下的流动性。
(3)本发明从舟山海域油污泥中筛选出了一株高产鼠李糖脂的铜绿假单胞菌，该菌株具有异常出色的产表面活性剂鼠李糖脂能力，在经过发酵后鼠李糖脂的产量可达到127g/L，显著高于已发现的其他同类菌株。且该菌株发酵所得的鼠李糖脂混合物最为食品防冻液时，效果相对于其他菌株产的鼠李糖脂要更好。
(4)本发明通过优化发酵工艺以解决传统鼠李糖脂发酵技术存在的生产成本高、发酵规模小、产品得率低等问题，本发明具有产品得率高、生产成本低、工艺易于实现等特点。
(5)本发明通过对鼠李糖脂的二次发酵处理，可提高一次发酵产物鼠李糖脂中的不饱和脂肪酸的比例，从而进一步降低防冻液的冰点并改善防冻液在低温下的流动性。
附图说明
图1为本发明防冻液与纯水对不锈钢片的腐蚀效果对比照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
总实施例
一种可用于食品冷冻的防冻液，以每100rnL水的添加量计，包括以下组分：
柠檬酸0.1-0.5g，
醋酸钠12-25g，
甘油25-50g，
氯化钠1-5g，
磷酸二氢钾5-10g，
鼠李糖脂0.1-10g。
作为优选，所述防冻液以每100mL水的添加量计，包括以下组分：
柠檬酸0.2-0.4g，
醋酸钠15-20g，
甘油35-40g，
氯化钠2-4g，
磷酸二氢钾7-8g，
鼠李糖脂3-6g。
作为优选，所述鼠李糖脂由产鼠李糖脂的菌株发酵所得的鼠李糖脂发酵液经分离后获得。
一种含有鼠李糖脂的发酵液的制备方法，包括以下步骤：
1)将产鼠李糖脂的菌株以1-3％的比例接入种子培养基中进行扩大培养，得到种子菌发酵液。
2)将种子菌发酵液以4-5％的接种量接种于灭菌后的发酵罐培养基中；所述发酵罐培养基中含有鱼油、樟树油和棕榈油中的至少一种。
3)对发酵过程中pH值的进行分段控制，同时补充加入碳源，经通气发酵得到含有鼠李糖脂的发酵液。
作为优选，一株高产鼠李糖脂的铜绿假单胞菌，所述铜绿假单胞菌命名为zs1.1，已在2019年12月09日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC 19110，微生物分类命名为铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa。
作为优选，步骤1)中，所述种子培养基为矿物盐培养基MSM，且含有质量体积比为1-3％的酵母粉。扩大培养的条件为：在25-35℃环境下，摇床转速150-200r/min，培养7-8h。
作为优选，步骤2)中，所述发酵罐培养基中含有：鱼油和/或樟树油和/或棕榈油35-45g/L，NaNO35.0-5.5g/L，NH4NO32.5-3.0g/L，Na2PO48-12g/L，KH2PO47-8g/L，MgSO4·7H2O0.2-0.4g/L，CaCl29.5-10.5g/L，微量元素溶液2.5-2.5mL/L，酵母粉0.3-0.7g/L。微量元素溶液中含有：FeSO4·7H2O 15-20g/L；ZnSO4·7H2O 2.5-3.5g/L；MnSO4·2H2O 2.5-3.5g/L。
作为优选，步骤2)中，发酵罐培养基的培养基初始pH值调节为6.5-7.5，转速250-350rpm，溶氧量40-50％，罐压0.03-0.05mPa。
作为优选，步骤3)中：在发酵后的前24h内控制pH值为7.0-8.0，在发酵24h后将pH控制在6.0-6.5之间；在发酵24h后开始补加碳源，在20-30h、40-50h、70-80h时分别补加0.8-1.2wt％、1.5-2.5wt％、1.5-2.5wt％的碳源；所述碳源鱼油、樟树油和棕榈油中的至少一种。发酵总时间为90h以上。
作为优选，所述鼠李糖脂由产鼠李糖脂的菌株发酵所得的鼠李糖脂发酵液经分离、高山被孢霉二次发酵、二次分离后获得。
作为优选，所述高山被孢霉二次发酵的方法包括：将分离所得的鼠李糖脂制备为pH为6-8的液体培养基，将高山被孢霉以0.1-1wt％的接种量接种于液体培养基中，在20-30℃下二次发酵1-3天。
具体实施例
一、鼠李糖脂的获取
配制种子培养基：矿物盐培养基(MSM)+2％酵母粉(质量体积比)，取甘油管中的铜绿假单胞菌zs1.1以2％的比例接入种子培养基，在30℃，摇床转速180r/min的条件下，培养7h。
配制发酵培养基：鱼油15g/L、樟树油15g/L、棕榈油10g/L，NaNO35.43g/L，NH4NO32.56g/L，Na2PO4 10g/L，KH2PO47.7g/L，MgSO4·7H2O 0.3g/L，CaCl210.01g/L，微量元素溶液3mL/L(FeSO4·7H2O 18g/L；ZnSO4·7H2O 3.0g/L；MnSO4·2H2O 3.0g/L)，酵母粉0.5g/L。
在50L罐中装入30L发酵培养基，调节培养基初始pH值为7，采用立式原位灭菌。初始条件为：转速300rpm，溶氧量45％，罐压0.04mPa左右。
将扩培后的种子菌发酵液以4.5％的接种量接种于灭菌后的发酵罐培养基中，进行通气发酵。
在发酵前期(前24h)控制pH值为7.0-8.0之间，在发酵中后期(24h)将pH控制在6.0-6.5之间。
在发酵24h后开始补料，在24h、48h、72h时分别补加1％、2％、2％的碳源(鱼油、樟树油和棕榈油)。共发酵96h。
通过排油圈法测定发酵液中鼠李糖脂产量：鼠李糖脂作为表面活性剂具有亲水亲油两性基团可以用排油圈法进行检测，直接测定鼠李糖脂活性。经检测，发酵结束发酵液中鼠李糖脂的浓度为127g/L。
二、防冻液的制备及性能测试
按以下配方分别配制防冻液：
按以下配方分别配制防冻液：
Figure BDA0002445929320000071
其中，第4组的经过二次发酵处理：将分离所得的鼠李糖脂与高山被孢霉的常规液体培养基制备为pH为7的液体培养基，将高山被孢霉以0.5wt％的接种量接种于液体培养基中，在25℃下二次发酵2天，分离后得到目标产物。
防冻性能测试：
对编号1-8组的防冻液进行低温粘度(mPa/S)测试，结果如下：
组号 0℃ -5℃ -10℃ -25℃ -40℃
1 5.1 7.2 8.0 14.2 19.4
2 5.8 7.9 9.5 16.7 21.3
3 5.5 7.7 8.6 14.9 19.8
4 5.2 7.5 8.4 14.5 19.5
5 5.8 8.0 9.1 15.2 20.3
6 6.5 7.4 10.2 15.3 21.9
7 7.8 9.9 11.4 15.5 25.6
8 8.2 10.3 12.4 16.1 26.7
9 - - - -- -
测试方法：采用粘度大小表示流动性的好坏，粘度越大，流动性越差。粘度采用乌氏粘度计测定，恒温水浴的温度波动控制在±0.1K，液体流过粘度计毛细管的时间由精度为0.01s的电子数字秒表读取。
从上述结果中可以看出，本发明与等冰点的防冻液相比，粘度同等温度下要低，同时随着物质成分含量的增加、温度的降低会导致粘度增加。但添加了鼠李糖脂后，粘度明显降低，流动性增强。同时，应用二次发酵后同含量的鼠李糖脂，粘度降低，流动性增强。并且相较于其他菌株发酵所得的鼠李糖脂(第5组)，效果更佳。
防腐蚀性能试验：
将第3组的防冻液与纯水分别放入含有不锈钢片的烧杯中放置3个月，结果如图1所示，左边烧杯为防冻液对不锈钢片防腐蚀效果，右边为水，通过对比发现，左边烧杯中的不锈钢片基本没有发生锈蚀，而右边的不锈钢片则发生严重锈蚀，可知本发明防冻液能够起到显著的防腐效果。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种可用于食品冷冻的防冻液，其特征在于：以每100mL水的添加量计，包括以下组分：
柠檬酸0.1-0.5g，
醋酸钠12-25g，
甘油25-50g，
氯化钠1-5g，
磷酸二氢钾5-10g，
鼠李糖脂0.1-10g。
2.如权利要求1所述的防冻液，其特征在于：以每100mL水的添加量计，包括以下组分：
柠檬酸0.2-0.4g，
醋酸钠15-20g，
甘油35-40g，
氯化钠2-4g，
磷酸二氢钾7-8g，
鼠李糖脂3-6g。
3.如权利要求1所述的防冻液，其特征在于：所述鼠李糖脂由产鼠李糖脂的菌株发酵所得的鼠李糖脂发酵液经分离后获得。
4.如权利要求3所述的防冻液，其特征在于：所述鼠李糖脂发酵液的制备方法包括以下步骤：
1）将产鼠李糖脂的菌株以1-3%的比例接入种子培养基中进行扩大培养，得到种子菌发酵液；
2）将种子菌发酵液以4-5%的接种量接种于灭菌后的发酵罐培养基中；所述发酵罐培养基中含有鱼油、樟树油和棕榈油中的至少一种；
3）对发酵过程中的pH值进行分段控制，同时补充加入碳源，经通气发酵得到鼠李糖脂发酵液。
5.如权利要求3或4所述的防冻液，其特征在于：所述产鼠李糖脂菌株为铜绿假单胞菌，其命名为zs1.1，已在2019年12月09日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC 19110，微生物分类命名为铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa。
6.如权利要求4所述的防冻液，其特征在于：步骤1）中：
所述种子培养基为矿物盐培养基MSM，且含有质量体积比为1-3%的酵母粉；和/或
扩大培养的条件为：在25-35℃环境下，摇床转速15-200r/min，培养7-8h。
7.如权利要求4所述的防冻液，其特征在于：步骤2）中：
所述发酵罐培养基中含有：鱼油和/或樟树油和/或棕榈油35-45g/L，NaNO3 5.0-5.5g/L，NH4NO3 2.5-3.0g/L，Na2PO4 8-12g/L，KH2PO4 7-8g/L，MgSO4•7H2O 0.2-0.4g/L，CaCl29.5-10.5g/L，微量元素溶液2.5-2.5mL/L，酵母粉0.3-0.7g/L；所述微量元素溶液中含有：FeSO4•7H2O 15-20 g/L；ZnSO4•7H2O 2.5-3.5 g/L；MnSO4•2H2O 2.5-3.5 g/L；和/或
发酵罐培养基的培养基初始pH值调节为6.5-7.5，转速250-350rpm，溶氧量40-50%，罐压0.03-0.05mPa。
8.如权利要求4所述的防冻液，其特征在于：
步骤3）中：
在发酵后的前24h内控制pH值为7.0-8.0，在发酵24h后将pH控制在6.0-6.5之间；在发酵24h后开始补加碳源，在20-30h、40-50h、70-80h时分别补加0.8-1.2wt%、1.5-2.5wt%、1.5-2.5wt%的碳源；所述碳源鱼油、樟树油和棕榈油中的至少一种；和/或
发酵总时间为90h以上。
9.如权利要求3所述的防冻液，其特征在于：所述鼠李糖脂由产鼠李糖脂的菌株发酵所得的鼠李糖脂发酵液经分离、高山被孢霉二次发酵、二次分离后获得。
10.如权利要求9所述的防冻液，其特征在于：所述高山被孢霉二次发酵的方法包括：将分离所得的鼠李糖脂制备为pH为6-8的液体培养基，将高山被孢霉以0.1-1wt%的接种量接种于液体培养基中，在20-30℃下二次发酵1-3天。
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