CN111549080A - 一种丙酸锌的发酵生产工艺 - Google Patents

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王欣
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Abstract

一种丙酸锌的发酵生产工艺，将小麦粉和去离子水混合，pH调到3.8‑4.3，加热到50～55℃，加入真菌α‑淀粉酶，酶解，得到小麦酶解液；将产酸丙酸杆菌在种子培养基中培养，得到了种子液；将种子液接种到发酵培养基中，调节pH为5.2‑5.5，发酵200‑240h，得到发酵液，将发酵液离心，浓缩，冷冻干燥，得到丙酸锌。由于产酸丙酸杆菌在发酵过程中为产物抑制型，当发酵液中丙酸的产量过高会抑制菌体的增长，进而导致丙酸的产量降低，本发明在发酵过程中流加氧化锌水溶液，进而生成丙酸锌，提高了丙酸锌的产量，同时也提供了生产丙酸锌的新方法。

Description

一种丙酸锌的发酵生产工艺
技术领域
本发明涉及一种生产丙酸锌的方法，具体涉及一种丙酸锌的发酵生产工艺。
背景技术
随着石油资源的短缺以及环境污染问题越来越严重，传统通过石油化工合成的丙酸并不能满足人们对绿色防腐剂的要求，人们就利用丙酸杆菌生产丙酸，进而合成丙酸锌。由于丙酸杆菌生命力顽强，可以利用多种底物生产丙酸，而如今已经被广泛的应用于食品、制药等行业。
随着食品行业的快速发展，人们对绿色、健康的食品防腐剂的需求越来越高。丙酸锌之所以被广泛应用是丙酸(Propionic Acid)具有防腐功能，但丙酸的稳定性差，在储藏的过程中易损失，导致防腐效果不佳，因此一般以丙酸盐形式存在。锌是人体生命活动中所需要的一种微量元素，能够加速生长发育、改善味觉、防止感染和促进伤口愈合。丙酸锌作为一种食品防腐剂，丙酸锌是一种绿色防腐剂，即使给机体给予大剂量，丙酸会随着尿液排出，并不会在机体积累，而锌离子则被机体所吸收利用，故对机体并无毒性。丙酸锌作为一种防腐剂常用于糕点和面包等食品中，同时也能添加到动物饲料中起到杀菌和补锌的作用。因此制备具有补锌和防腐双重作用的丙酸锌就有了重要的意义。所以有必要提供一种新的丙酸锌的制备方法。
发明内容
本发明的目的为了解决现有的人们对绿色食品防腐剂的需求，提供一种丙酸锌的发酵生产工艺。
为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种丙酸锌的发酵生产工艺，包括以下步骤：
S1.将小麦粉和去离子水混合，得到混合液，将混合液的pH调到3.8-4.3，加热到50～55℃，再加入真菌α-淀粉酶，酶解，离心过滤，得到小麦酶解液；
S2.将产酸丙酸杆菌在种子培养基中培养，得到种子液；
S3.采用发酵培养基配制发酵培养基，然后将种子液接种到发酵培养基中，采用氨水调节pH为5.2-5.5，发酵200-240h，得到发酵液，将发酵液离心，浓缩，冷冻干燥，得到丙酸锌。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，小麦粉为100～200目。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，小麦粉和去离子水按照质量比1:(3～5)。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，采用乙酸将pH调到3.8-4.3。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，每升混合液中，真菌α-淀粉酶的加入量为1～3g；酶解时间为20～24h。
本发明进一步的改进在于，步骤S2中，种子液培养基包括乳酸钠和酵母粉，其中，乳酸钠的浓度为10-15g/L，酵母粉的浓度为7.5-15g/L。
本发明进一步的改进在于，步骤S2中，培养温度为30℃，培养时间为20-24h。
本发明进一步的改进在于，步骤S3中，每升发酵培养基中加入100mL的种子液。
本发明进一步的改进在于，步骤S3中，氨水的质量浓度为30～50％。
本发明进一步的改进在于，步骤S3中，发酵培养基中包括小麦水解液、酵母粉、玉米浆和氧化锌，并且小麦水解液浓度为：600-800mL/L，酵母粉浓度为10g/L，玉米浆浓度为10g/L，氧化锌浓度为50g/L。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明采用微生物发酵法生产丙酸锌，和传统的化学化工法生产丙酸锌相比，为了使得产物丙酸锌作为一种防腐剂，更加安全，在发酵培养基中，选用了更加绿色的小麦酶解液作为碳源。由于产酸丙酸杆菌在发酵过程中为产物抑制型，当发酵液中丙酸的产量过高会抑制菌体的增长，进而导致丙酸的产量降低，本发明在发酵过程中加入氧化锌水溶液，进而生成丙酸锌，提高了丙酸锌的产量，同时也提供了生产丙酸锌的新方法。
具体实施方式
下面将结合实例对本发明实例中的技术方案进行完整、清晰的描述。
本发明采用更为健康绿色的碳源-小麦作为原料，通过微生物发酵生产丙酸锌的方法，提供了一种生产丙酸锌的新思路。
本发明的一种丙酸锌的生产工艺方法，包括以下步骤：
S1.将小麦粉碎成粉末，过100～200目筛，称取小麦粉末放入的三角瓶中，小麦粉和去离子水按照质量比1:5～1:3混合，用乙酸将pH调到3.8-4.3，加热到50～55℃，再加入真菌α-淀粉酶，酶解时间为20～24h，离心过滤，得到小麦酶解液，即为碳源。
S2.产酸丙酸杆菌(Propionibacterium acidipropionici)的活化：产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)作为发酵菌株。配种子培养基，在121℃下灭菌20min，接种产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)于种子培养基中，放于30℃恒温培养箱中培养20-24h，即得到了种子液。
S3.产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)接种和发酵：配发酵培养基，其中发酵培养基中包括小麦酶解液。在121℃下灭菌20min，温度降至30～32℃，按照每升培养基中添加100mL的种子液，然后将产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)种子液接种到发酵培养基中，发酵开始用氨水调节pH为5.2-5.5，发酵时长为200-240h时后得到发酵液。
S4.将步骤S3完成后的发酵液离心去除菌体和杂质，取上清液进行浓缩，在进行冷冻干燥得到丙酸锌晶体。
进一步地，步骤S1中，在小麦粉和去离子水的混合体系中添加真菌α-淀粉酶的加入量为1～3g/L。
进一步地，步骤S2中，产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)保存于实验室中，种子液培养基：乳酸钠：10-15g/L，酵母粉：7.5-15g/L。
进一步地，步骤S2中，氨水的质量浓度为30～50％。
进一步地，步骤S3中，发酵培养基：碳源：小麦水解液：600-800mL/L，酵母粉：10g/L，玉米浆:10g/L，氧化锌：50g/L。
进一步地，步骤S4中上清液蒸发浓缩至原体积的2/5。
下面为具体实施例。
实施例1
本实例中以氧化锌粉末为锌源，小麦酶解液为碳源。
1)小麦原料的处理：将小麦粉碎成粉末，过100～200目筛，取小麦粉末400g放入三角瓶中，加入1.2L的去离子水，用乙酸将pH调到4，于50℃下加热1h，直至三角瓶中的混合物达到50℃，给混合液中加入1g/L(即每升混合液中加入真菌α-淀粉酶的量为1g)的真菌α-淀粉酶，50℃，酶解20h，得到小麦酶解液。小麦酶解液在121℃下灭菌20min。
2)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)的活化：产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)作为发酵菌株。配300mL种子培养基:乳酸钠：10g/L、酵母粉：7.5g/L，在121℃下灭菌20min，接种产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)于种子培养基中，放于30℃恒温培养箱中培养20h，即得到了种子液。
3)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)接种和发酵：利用产酸丙酸杆菌在5L的发酵罐中发酵制备丙酸，配3L的发酵培养基:小麦水解液：400mL/L，酵母粉：10g/L，玉米浆:10g/L，氧化锌：50g/L。将300mL产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)种子液加入到3L的发酵培养基中，发酵温度30℃，转速140r/min发酵开始时用氨水调节pH到5.2，发酵240h。
4)浓缩和冷冻干燥：将发酵液离心去除菌体和杂质，得到上清液，在40℃的温度下，将其进行蒸发浓缩，上清液蒸发浓缩至原体积的2/5，在进行冷冻干燥，析出丙酸锌晶体105g。
与现有化学法生成丙酸锌的技术相比，之前丙酸锌的产量为30.5g/L，丙酸锌的产量提高了12.8％
实施例2
本实例中以氧化锌粉末为锌源，小麦酶解液为碳源。
1)小麦原料的处理：将大米粉碎成粉末，过100目筛，取大米粉末400g放入三角瓶中，投入1.6L的去离子水，用乙酸将pH调到4，于50℃下加热2h，直至三角瓶中的混合物达到50℃，给混合液中加入2g/L(即每升混合液中加入真菌α-淀粉酶的量为2g)的真菌α-淀粉酶，50℃，酶解24h，得到大米酶解液。大米酶解液在121℃下灭菌20min。
2)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)的活化：产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)作为发酵菌株。配300mL种子培养基:乳酸钠：10g/L、酵母粉：7.5g/L，在121℃下灭菌20min，接种产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)于种子培养基中，放于30℃恒温培养箱中培养24h，即得到了种子液。
3)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)接种和发酵：利用产酸丙酸杆菌在5L的发酵罐中发酵制备丙酸，配3L的发酵培养基:小麦水解液：550mL/L，酵母粉：10g/L，玉米浆:10g/L，氧化锌：50g/L。将300mL产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)种子液加入到3L的发酵培养基中，发酵温度30℃，转速140r/min发酵开始时用氨水调节pH到5.2，发酵200h。
4)浓缩和冷冻干燥：将发酵液离心去除菌体和杂质，得到上清液，在40℃的温度下，将其进行蒸发浓缩，上清液蒸发浓缩至原体积的2/5，在进行冷冻干燥，析出丙酸锌晶体106g。
与现有化学法生成丙酸锌的技术相比，之前丙酸锌的产量为30.5g/L，丙酸锌的产量提高了13.6％。
实施例3
本实例中以氧化锌粉末为锌源，小麦酶解液为碳源。
1)小麦原料的处理：将大米粉碎成粉末，过100目筛，取大米粉末400g放入三角瓶中，投入2L的去离子水，用乙酸将pH调到4，于50℃下加热3h，直至三角瓶中的混合物达到50℃，给混合液中加入3g/L(即每升混合液中加入真菌α-淀粉酶的量为3g)的真菌α-淀粉酶，50℃，酶解21h，得到大米酶解液。大米酶解液在121℃下灭菌20min。
2)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)的活化：产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)作为发酵菌株。配300mL种子培养基:乳酸钠：10g/L、酵母粉：7.5g/L，在121℃下灭菌20min，接种产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)于种子培养基中，放于30℃恒温培养箱中培养22h，即得到了种子液。
3)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)接种和发酵：利用产酸丙酸杆菌在5L的发酵罐中发酵制备丙酸，配3L的发酵培养基:小麦水解液：650mL/L，酵母粉：10g/L，玉米浆:10g/L，氧化锌：50g/L。将300mL产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)种子液加入到3L的发酵培养基中，发酵温度30℃，转速140r/min发酵开始时用氨水调节pH到5.2，发酵220h。
4)浓缩和冷冻干燥：将发酵液离心去除菌体和杂质，得到上清液，在40℃的温度下，将其进行蒸发浓缩，上清液蒸发浓缩至原体积的2/5，在进行冷冻干燥，析出丙酸锌晶体108g。
与现有化学法生成丙酸锌的技术相比，之前丙酸锌的产量为30.5g/L，丙酸锌的产量提高了15.2％。
实施例4
1)小麦原料的处理：将小麦粉碎成粉末，过100～200目筛，取小麦粉末400g放入三角瓶中，加入1.2L的去离子水，用乙酸将pH调到3.8，于55℃下加热1h，直至三角瓶中的混合物达到55℃，给混合液中加入1g/L(即每升混合液中加入真菌α-淀粉酶的量为1g)的真菌α-淀粉酶，50℃，酶解22h，得到小麦酶解液。小麦酶解液在121℃下灭菌20min。
2)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)的活化：产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)作为发酵菌株。配300mL种子培养基:乳酸钠：10g/L、酵母粉：7.5g/L，在121℃下灭菌20min，接种产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)于种子培养基中，放于30℃恒温培养箱中培养20h，即得到了种子液。
3)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)接种和发酵：利用产酸丙酸杆菌在5L的发酵罐中发酵制备丙酸，配3L的发酵培养基:小麦水解液：400mL/L，酵母粉：10g/L，玉米浆:10g/L，氧化锌：50g/L。
将300mL产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)种子液加入到3L的发酵培养基中，发酵温度30℃，转速140r/min发酵开始时用氨水调节pH到5.5，发酵230h。
4)浓缩和冷冻干燥：将发酵液离心去除菌体和杂质，得到上清液，在40℃的温度下，将其进行蒸发浓缩，上清液蒸发浓缩至原体积的2/5，在进行冷冻干燥，析出丙酸锌晶体105g。
实施例5
1)小麦原料的处理：将小麦粉碎成粉末，过100～200目筛，取小麦粉末400g放入三角瓶中，加入1.2L的去离子水，用乙酸将pH调到4.3，于52℃下加热1h，直至三角瓶中的混合物达到52℃，给混合液中加入1.5g/L的真菌α-淀粉酶(即每升混合液中加入真菌α-淀粉酶的量为1.5g)，50℃，酶解24h，得到小麦酶解液。小麦酶解液在121℃下灭菌20min。
2)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)的活化：产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)作为发酵菌株。配300mL种子培养基:乳酸钠：10g/L、酵母粉：7.5g/L，在121℃下灭菌20min，接种产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)于种子培养基中，放于30℃恒温培养箱中培养20h，即得到了种子液。
3)产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)接种和发酵：利用产酸丙酸杆菌在5L的发酵罐中发酵制备丙酸，配3L的发酵培养基:小麦水解液：400mL/L，酵母粉：10g/L，玉米浆:10g/L，氧化锌：50g/L。将300mL产酸丙酸杆菌(P.acidipropionici)种子液加入到3L的发酵培养基中，发酵温度30℃，转速140r/min发酵开始时用氨水调节pH到5.5，发酵230h。
4)浓缩和冷冻干燥：将发酵液离心去除菌体和杂质，得到上清液，在40℃的温度下，将其进行蒸发浓缩，上清液蒸发浓缩至原体积的2/5，在进行冷冻干燥，析出丙酸锌晶体105g。

Claims (10)

1.一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将小麦粉和去离子水混合，得到混合液，将混合液的pH调到3.8-4.3，加热到50～55℃，再加入真菌α-淀粉酶，酶解，离心过滤，得到小麦酶解液；
S2.将产酸丙酸杆菌在种子培养基中培养，得到了种子液；
S3.采用发酵培养基配制发酵培养基，然后将种子液接种到发酵培养基中，采用氨水调节pH为5.2-5.5，发酵200-240h，得到发酵液，将发酵液离心，浓缩，冷冻干燥，得到丙酸锌。
2.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S1中，小麦粉为100～200目。
3.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S1中，小麦粉和去离子水按照质量比1:(3～5)。
4.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S1中，采用乙酸将pH调到3.8-4.3。
5.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S1中，每升混合液中，真菌α-淀粉酶的加入量为1～3g；酶解时间为20～24h。
6.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S2中，种子液培养基包括乳酸钠和酵母粉，其中，乳酸钠的浓度为10-15g/L，酵母粉的浓度为7.5-15g/L。
7.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S2中，培养温度为30℃，培养时间为20-24h。
8.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S3中，每升发酵培养基中加入100mL的种子液。
9.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S3中，氨水的质量浓度为30～50％。
10.根据权利要求1所述的一种丙酸锌的发酵生产工艺，其特征在于，步骤S3中，发酵培养基中包括小麦水解液、酵母粉、玉米浆和氧化锌，并且小麦水解液浓度为：600-800mL/L，酵母粉浓度为10g/L，玉米浆浓度为10g/L，氧化锌浓度为50g/L。
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