植酸钙的制备方法
阅读说明：本技术 植酸钙的制备方法 (Preparation method of calcium phytate ) 是由 由文颖 卢金帅 王国成 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明属于生物化工技术领域,具体涉及一种植酸钙的制备方法。将脱脂米糠和根瘤菌加入到LB液体培养基中发酵,得到发酵液；发酵液离心后取上清液,将上清液喷洒到碱性物质上,搅拌,得到混合液；混合液过滤,得到沉淀；沉淀经洗涤、干燥得到植酸钙。本发明试剂消耗小、成本低,制得的植酸钙产品的回收率高、纯度高,回收率可达99％以上,纯度可达93％以上。(The invention belongs to the technical field of biochemical engineering, and particularly relates to a preparation method of calcium phytate. Adding defatted rice bran and rhizobium into an LB liquid culture medium for fermentation to obtain fermentation liquor; centrifuging the fermentation liquor, taking supernatant, spraying the supernatant onto alkaline substances, and stirring to obtain a mixed solution; filtering the mixed solution to obtain a precipitate; washing and drying the precipitate to obtain the calcium phytate. The method has the advantages of low reagent consumption and low cost, and the prepared calcium phytate product has high recovery rate and high purity, wherein the recovery rate can reach more than 99 percent, and the purity can reach more than 93 percent.)
技术领域
本发明属于生物化工
技术领域
，具体涉及一种植酸钙的制备方法。背景技术
植酸钙是植酸的钙盐，广泛分布于植物体中，是植物种子的主要成分，能保护种子在贮存时不受氧化而无损失，谷类种皮(如米糠)和豆类中含量较高。植酸钙是一种重要的化工原料，在日用化工、医药工业、食品工业等都有重要的应用。例如，食品行业中用于酒类酵母培养时，替代磷酸钾可以使酵母增殖乙醇成分增加味道变得更加芳醇；油脂工业上可用来精制高纯度的植物食用油提高精炼率；印刷和感光材料工业中可用于制备平板减感液和用于制备预感光的正性感光平板；医药行业中精制植酸钙制成的内服药品能促进人体的新陈代谢，恢复体内磷的平衡且有补脑、治疗神经炎、神经衰弱及小儿佝偻病等效用。此外，工业生产中，液体植酸钙可以不经过烘干直接用于生产肌醇，也可以经洗涤后用弱酸除去植酸钙中大部分钙镁离子，再进行离子交换制取植酸。近年来，由于植酸钙有着广泛的用途和较高的经济价值，国内外食品行业以及医药行业对植酸钙的需求迅速增加，世界各国都在加大研究和开发力度。
目前，植酸钙的生产普遍采用酸碱中和沉淀法和树脂吸附法。酸碱中和沉淀法是用盐酸等强酸浸泡原料，然后用氢氧化钙或氢氧化钠等碱性溶液中和沉淀，得到植酸钙产品。酸碱中和沉淀法存在着提取率低、试剂消耗量大、成本高、污染大等缺点。而树脂吸附法是原料经过树脂吸附后，用盐酸等强酸洗脱，得到洗脱液，洗脱液用氢氧化钙等碱性试剂中和，得到沉淀，沉淀过滤、烘干，得到植酸钙产品。树脂吸附法工艺复杂，生产成本高，在生产过程中吸附树脂易堵塞会使植酸钙的收率下降，而且吸附树脂需要大量的人工和时间来清洗，工作效率较低。
中国专利CN 103242362 A公开一种膜技术制备高纯度植酸钙的生产方法，具体操作步骤如下：(1)将脱脂米糠粉碎酸浸；(2)框板过滤，得到合并滤液；(3)超滤，收集得到的膜透过液和截留液；(4)加入饱和石灰水、氢氧化钠溶液中和，收集两种沉淀液；(5)微滤，收集截留液得到两种液体植酸钙；(6)干燥，得到两种固体植酸钙。此专利中仍然需要用到大量的酸试剂进行酸浸，试剂消耗量大，污染严重，膜需要定期清洗，工作效率低。
中国专利CN 104045665 A公开一种菲汀的分离纯化方法，包括如下步骤：取有机磷含量0.6％的玉米浸泡水119m3，经速流罐沉降10小时；吸附：上清液进入装有7吨处理好的阴离子交换树脂，树脂型号D315，树脂与废水的吸附比例范围1:17，上样流速控制在每小时3倍柱体积；解析洗脱：用压缩空气吹净残留在柱子内的玉米水，反方向进1倍柱体积自来水，配制，6.5％的盐酸以每小时2倍柱体积的速度洗脱树脂，洗脱时间3小时，再用压缩空气吹净柱子内的洗脱液，用1倍柱体积自来水清洗树脂，混合得到洗脱液；中和：用氢氧化钙配制16％的悬浊液，逐步调节洗脱液至pH7；板框过滤分为两级，一级压滤是将菲汀混合液中的菲汀固形物初步分离出来，初级滤液回收用于配制洗脱剂、中和剂；经一级压滤分离出的菲汀用3倍清水再次洗涤后送入二级压滤，分离出比较纯净的菲汀。此专利中树脂需要用大量的盐酸进行洗脱，盐酸消耗量大且污染环境，树脂需要定期清洗，费时费力。
中国专利CN 107298693 A公开一种高纯度植酸钙镁的制备方法，包括以下步骤，取米糠和水按照一定比例进行混合，搅拌充分；向米糠和水的混合液内加入高纯度盐酸，使其混合液的PH保持在一定值内，并将混合液进行萃取；向萃取得到的液体中加入用于去除蛋白、淀粉、灰分和糖类的添加剂，然后将液体经过过滤和离子交换过滤得到高纯度植酸稀溶液；向高纯度植酸稀溶液中加入高纯度钙镁氧化物或高纯度钙镁氢氧化物进行反应，并加入高纯度碳酸钠水溶液进行PH调节；反应后溶液经过压滤、洗涤和干燥即得高纯度植酸钙镁固体。此专利中需要用到大量的盐酸，环境污染严重；而且为了除去蛋白、淀粉、灰分、糖类等杂质还需要额外加入添加剂来进行处理，步骤繁琐，成本高。
目前，亟需提供一种试剂消耗小、成本低、污染小的植酸钙的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种植酸钙的制备方法，具有试剂消耗小、成本低、污染小的特点，制得的植酸钙产品回收率高、纯度高。
本发明所述的植酸钙的制备方法是将脱脂米糠和根瘤菌加入到LB液体培养基中发酵，得到发酵液；发酵液离心后取上清液，将上清液喷洒到碱性物质上，搅拌，得到混合液；混合液过滤，得到沉淀；沉淀经洗涤、干燥得到植酸钙。
所述的脱脂米糠的目数为40-60目。
所述的根瘤菌为菜豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌或相思根瘤菌中的一种。
所述的根瘤菌为活化后的根瘤菌；活化后的根瘤菌的制备方法是将根瘤菌接种到LB固体培养基中斜面培养，然后再接种到LB液体培养基中摇床培养，即得。
所述的根瘤菌的接种量为2-4％。
所述的脱脂米糠和LB液体培养基的配比为1：10-15，脱脂米糠以g计，LB液体培养基以ml计。
所述的发酵温度为28-30℃，发酵时间为4-8天。
所述的碱性物质为纳米氧化钙或纳米氢氧化钙。
所述的混合液过滤是当混合液的pH为6.5-7.0时进行过滤。
所述的洗涤为用去离子水洗涤1-3次。
所述的干燥温度为60-80℃。
本发明所述的植酸钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)将脱脂米糠粉碎后，过40-60目筛，得到处理后的脱脂米糠；
(2)将根瘤菌接种到LB固体培养基中，28-30℃斜面培养4-5天；然后再接种到LB液体培养基中，在28-30℃、128-130r/min条件下，摇床培养3-5天，得到活化后的根瘤菌；
(3)将步骤(1)得到的处理后的脱脂米糠和步骤(2)得到的活化后的根瘤菌加入到LB液体培养基中发酵，得到发酵液；
(4)发酵液离心后取上清液，将上清液持续喷洒到碱性物质上，搅拌，得到混合液；
(5)当混合液的pH为6.5-7.0时，停止加入上清液及停止搅拌，过滤，得到沉淀；
(6)沉淀经洗涤、干燥得到植酸钙。
步骤(5)中当混合液的pH为6.5-7.0时，如果还存在剩余的上清液未进行处理，剩余的上清液可以通过以下两种方式处理：
第一种：当混合液的pH为6.5-7.0时，向混合液中补加碱性物质提高混合液的pH，再将剩余的上清液加入到混合液中，继续搅拌；重复上述步骤直至上清液全部加完，过滤，得到沉淀。
第二种：剩余的上清液重复步骤(4)及步骤(5)直至上清液全部加完，得到的所有沉淀合并，合并后的沉淀经洗涤、干燥得到植酸钙。
现有技术中通常采用盐酸等无机强酸对原料进行浸提，盐酸等试剂的消耗量大，生产成本高而且大量使用盐酸等无机强酸也会对环境造成影响，生产过程中产生的大量含盐酸的废水处理难度大、处理成本高。而且随着酸浸过程的持续进行，盐酸等无机强酸逐渐被消耗掉，浸提效率逐渐降低，最终导致制得的植酸钙产品的回收率偏低。原料中含有的蛋白质等杂质在生产过程中无法有效去除，大大降低了植酸钙产品的纯度。
由于根瘤菌发酵时能释放大量的氢离子及分泌多种有机酸，所以本发明通过根瘤菌发酵时分泌的大量氢离子及多种有机酸对脱脂米糠进行浸提。
本发明采用发酵产生的氢离子和有机酸进行浸提，无需加入盐酸等无机强酸进行浸提，有效避免了无机酸浸提的污染问题。而且根瘤菌在发酵过程中会持续分泌氢离子和有机酸，使得发酵液中氢离子和有机酸始终保持在高浓度的水平，浸提效率高，浸提效果好，最终制得的植酸钙产品的回收率高。
根瘤菌分泌的氢离子及有机酸不仅使得发酵液的pH大幅度降低，而且还使得脱脂米糠中含有的蛋白质变性沉淀，后续通过离心除去蛋白质，最终产品的纯度大大提高。
植酸钙在pH比较低时溶解度比较大，在pH高时溶解度比较低，甚至不溶，所以现有技术中通常是向酸浸提液中加入氢氧化钙等碱性物质进行中和沉淀，但是为了提高pH使植酸钙能够有效的沉淀出来就需要加入大量的氢氧化钙等碱性物质来中和酸浸提液中存在的盐酸等无机强酸，碱性物质的消耗量大，生产成本增加。而且加入氢氧化钙等碱性物质对酸浸提液进行中和时，pH是从低到高逐渐上升，当pH﹥5时植酸钙即可沉淀析出。现有技术中一般将pH调节到5-6即将沉淀过滤分离，但是酸浸提液中仍然存在部分植酸，这些植酸未以植酸钙的形式被有效的提取出来，导致植酸钙产品的回收率大大降低；而为了使植酸钙能充分沉淀，就需要继续加入大量的氢氧化钙等碱性物质来继续提高pH，碱性物质的消耗量增大，生产成本显著增加。
本发明中将上清液直接喷洒到碱性物质上，使上清液始终处于碱性环境下进行中和，沉淀更加完全。而且本发明的碱性物质采用纳米氧化钙或纳米氢氧化钙，纳米氧化钙或纳米氢氧化钙具有较高的比表面积、溶解度高、粒径小、反应活性大，能够与上清液充分中和沉淀。
本发明的有益效果如下：
(1)由于根瘤菌兼具分泌氢离子和多种有机酸的能力，所以本发明采用根瘤菌发酵产生的氢离子和有机酸对脱脂米糠进行浸提，既有效避免了盐酸等试剂的大量使用，又避免了无机酸的使用产生的环境污染问题。
(2)本发明采用根瘤菌发酵的方式对脱脂米糠进行浸提，浸提效率高，浸提效果好，发酵过程环保无污染。
(3)本发明通过将上清液直接喷洒到碱性物质上，使得到的混合液的pH始终维持在较高的范围内，中和沉淀更加充分完全。
(4)纳米级的氧化钙或纳米级的氢氧化钙相较于常规的氧化钙或氢氧化钙具有更高的比表面积且溶解度高、粒径小、反应活性大，本发明采用纳米级的氧化钙或纳米级的氢氧化钙能够与上清液更加充分的中和沉淀。
(5)本发明试剂消耗小、成本低，制得的植酸钙产品的回收率高、纯度高，回收率可达99％以上，纯度可达93％以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例中所用的根瘤菌均为市售产品，菜豆根瘤菌为菜豆根瘤菌BMZ070303(宁波明舟生物科技有限公司)，苜蓿根瘤菌为苜蓿根瘤菌AS1.166 M010(上海烜雅生物科技有限公司)，相思根瘤菌为相思根瘤菌BK-J65630(上海帛科生物技术有限公司)。
实施例1
(1)将脱脂米糠粉碎后，过60目筛，得到处理后的脱脂米糠，测定脱脂米糠中植酸钙含量为12％；
(2)将菜豆根瘤菌BMZ070303接种到LB固体培养基中，28℃斜面培养5天；然后再接种到LB液体培养基中，在28℃、130r/min条件下，摇床培养5天，得到活化后的菜豆根瘤菌；
(3)将步骤(1)得到的处理后的脱脂米糠1kg和步骤(2)得到的活化后的菜豆根瘤菌加入到LB液体培养基12L中28℃发酵6天，得到发酵液，其中，活化后的菜豆根瘤菌的接种量为3％；
(4)发酵液离心后取上清液，将上清液持续喷洒到18g纳米氢氧化钙上，搅拌，得到混合液；
(5)当混合液的pH为7.0时，停止加入上清液及停止搅拌，过滤，得到沉淀；
(6)剩余的上清液重复步骤(4)及步骤(5)直至上清液全部加完，得到的所有沉淀合并；
(7)合并后的沉淀用去离子水洗涤2次，80℃干燥得到植酸钙125.68g；植酸钙的纯度为95.1％，植酸钙的回收率为99.6％。
实施例2
(1)将脱脂米糠粉碎后，过40目筛，得到处理后的脱脂米糠，测定脱脂米糠中植酸钙含量为9.6％；
(2)将苜蓿根瘤菌AS1.166 M010接种到LB固体培养基中，30℃斜面培养4天；然后再接种到LB液体培养基中，在30℃、128r/min条件下，摇床培养4天，得到活化后的苜蓿根瘤菌；
(3)将步骤(1)得到的处理后的脱脂米糠1kg和步骤(2)得到的活化后的苜蓿根瘤菌加入到LB液体培养基10L中30℃发酵4天，得到发酵液，其中，活化后的苜蓿根瘤菌的接种量为2％；
(4)发酵液离心后取上清液，将上清液持续喷洒到15g纳米氢氧化钙上，搅拌，得到混合液；
(5)当混合液的pH为6.5时，停止加入上清液及停止搅拌，过滤，得到沉淀；
(6)剩余的上清液重复步骤(4)及步骤(5)直至上清液全部加完，得到的所有沉淀合并；
(7)合并后的沉淀用去离子水洗涤3次，60℃干燥得到植酸钙100.77g；植酸钙的纯度为94.6％，植酸钙的回收率为99.3％。
实施例3
(1)将脱脂米糠粉碎后，过50目筛，得到处理后的脱脂米糠，测定脱脂米糠中植酸钙含量为10.2％；
(2)将相思根瘤菌BK-J65630接种到LB固体培养基中，29℃斜面培养4天；然后再接种到LB液体培养基中，在29℃、129r/min条件下，摇床培养3天，得到活化后的相思根瘤菌；
(3)将步骤(1)得到的处理后的脱脂米糠1kg和步骤(2)得到的活化后的相思根瘤菌加入到LB液体培养基15L中29℃发酵8天，得到发酵液，其中，活化后的相思根瘤菌的接种量为4％；
(4)发酵液离心后取上清液，将上清液持续喷洒到12g纳米氧化钙上，搅拌，得到混合液；
(5)当混合液的pH为6.8时，停止加入上清液及停止搅拌，向混合液中补加12g纳米氧化钙，再将剩余的上清液加入到混合液中，继续搅拌；重复上述步骤直至上清液全部加完，过滤，得到沉淀；
(6)沉淀用去离子水洗涤1次，70℃干燥得到植酸钙108.09g；植酸钙的纯度为93.8％，植酸钙的回收率为99.4％。
对比例1
(1)酸浸：脱脂米糠粉碎后经过40目筛子，称取2kg，按1：10加入水，用0.2mol/L盐酸调节pH至3.0，加热至40℃，保持恒温并不断搅拌，维持2.5h；
(2)框板过滤：将酸浸液冷却后，用框板滤布挤压过滤，先用100目滤布过滤两次，再用200目滤布过滤两次，收集滤液，洗涤滤渣3次，合并滤液；
(3)超滤：将合并滤液用JY-SUF60膜设备进行超滤分离，选择500A°孔径超滤膜，在0.2MPa压力条件下，对合并滤液通过超滤膜分离；膜分离过程中适时加入适量水进行透析以增加透过液的量，分3批次适时加入合并滤液总量30％的水，收集得到的膜透过液和截留液；
(4)中和：分别向膜透过液和截留液中边搅拌边加入新鲜的饱和石灰水，调节pH，当pH＝6.0时，改用15％的氢氧化钠溶液，调节pH至7，此时溶液分层，上层为稻草色，下层为乳白色沉淀，用饱和氯化钙溶液检测上层清夜中是否有游离的植酸根离子，静置2h，之后排出上清液，收集两种沉淀液；
(5)微滤：将两种沉淀液分别用JY-SMF300微滤膜设备进行微滤分离，微滤膜孔径5μm，压力为0.2MPa，收集截留液得到两种液体植酸钙；
(6)干燥：将分离得到的两种液体植酸钙，采用红外干燥箱在70℃下干燥得两种植酸钙，称重。膜透过液得到固体植酸钙100.4g，纯度为82.87％，截留液得到固体植酸钙12.8g，纯度为69.36％，按脱脂米糠原料计算植酸钙干品的得率为12.5％。
对比例2
(1)将脱脂米糠粉碎后，过60目筛，得到处理后的脱脂米糠，测定脱脂米糠中植酸钙含量为12％；
(2)1kg脱脂米糠用浓度为20％的盐酸溶液室温下搅拌浸泡8小时，浸泡同时加入10g尿素，浸泡完毕后过滤，得到滤液，其中，脱脂米糠与盐酸溶液的配比为1：9，脱脂米糠以g计，盐酸溶液以ml计；
(3)向滤液中加入石灰乳中和，搅拌，调节pH至7.0，过滤，得到沉淀，沉淀80℃烘干得到植酸钙125.33g，植酸钙的纯度为78.8％，植酸钙的回收率为82.3％。
对比例3
(1)将脱脂米糠粉碎后，过60目筛，得到处理后的脱脂米糠，测定脱脂米糠中植酸钙含量为12％；
(2)1kg脱脂米糠用浓度为20％的盐酸溶液室温下搅拌浸泡8小时，浸泡同时加入10g尿素，浸泡完毕后过滤，得到滤液，其中，脱脂米糠与盐酸溶液的配比为1：9，脱脂米糠以g计，盐酸溶液以ml计；
(3)将滤液持续喷洒到18g纳米氢氧化钙上，搅拌，得到混合液；
(4)当混合液的pH为7.0时，停止加入滤液及停止搅拌，过滤，得到沉淀；
(5)剩余的滤液重复步骤(3)及步骤(4)直至滤液全部加完，得到的所有沉淀合并；
(6)合并后的沉淀用去离子水洗涤2次，80℃干燥得到植酸钙129.73g；植酸钙的纯度为80.2％，植酸钙的回收率为86.7％。
对比例4
(1)将脱脂米糠粉碎后，过60目筛，得到处理后的脱脂米糠，测定脱脂米糠中植酸钙含量为12％；
(2)将菜豆根瘤菌BMZ070303接种到LB固体培养基中，28℃斜面培养5天；然后再接种到LB液体培养基中，在28℃、130r/min条件下，摇床培养5天，得到活化后的菜豆根瘤菌；
(3)将步骤(1)得到的处理后的脱脂米糠1kg和步骤(2)得到的活化后的菜豆根瘤菌加入到LB液体培养基12L中28℃发酵6天，得到发酵液，其中，活化后的菜豆根瘤菌的接种量为3％；
(4)发酵液离心后取上清液，向上清液中加入石灰乳中和，搅拌，调节pH至7.0，过滤，得到沉淀；
(5)沉淀用去离子水洗涤2次，80℃干燥得到植酸钙122.73g；植酸钙的纯度为92.4％，植酸钙的回收率为94.5％。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一步法催化合成L-肌肽的方法