阅读说明：本技术 一种丙酸锌的发酵生产工艺 (Fermentation production process of zinc propionate ) 是由 龚国利 王欣 田露 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：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。(A fermentation production process of zinc propionate comprises mixing wheat flour and deionized water, adjusting pH to 3.8-4.3, heating to 50-55 deg.C, adding fungal alpha-amylase, and performing enzymolysis to obtain wheat enzymolysis solution; culturing acid-producing propionibacterium in a seed culture medium to obtain a seed solution; inoculating the seed liquid into a fermentation culture medium, adjusting the pH value to 5.2-5.5, fermenting for 200-240h to obtain fermentation liquid, centrifuging, concentrating, and freeze-drying the fermentation liquid to obtain the zinc propionate. The propionibacterium acidovorans is product-inhibited in the fermentation process, and the increase of thalli can be inhibited when the yield of propionic acid in fermentation liquor is too high, so that the yield of propionic acid is reduced.)

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。