五水乳酸钙发酵生产工艺课程设计.docx
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1、摘 要乳酸钙(Calcium lactate)是一种优良的补钙剂,具有促进骨骼及牙齿的钙化形成、维持神经与肌肉的正常兴奋性和降低毛细血管通透性等作用。因其溶解度较小,一般仅供口服给药。口服吸收慢,在体内过程与氯化钙相似。除此之外,乳酸钙的用途非常广泛,除了用于药品,还可用于食品添加剂,或者饲料添加剂等1。本次设计采用发酵法,选用德氏乳杆菌发酵L-乳酸与石灰乳反应生成乳酸钙的方法,设计年产量2000吨的乳酸钙发酵工厂。关键词:乳酸钙;德氏乳杆菌;发酵法目 录第一章 绪论.11.1乳酸钙的概况.11.2乳酸钙的性质.1 1.3 乳酸钙的用途2 1.4 发酵法制备乳酸钙.3第二章 生产工艺52.1
2、工艺流程52.2 工艺原理6第三章 工艺平衡计算113.1 设计生产任务113.2 培养基成分113.3 糖化及发酵工段113.4 提取工段15致 谢17参考文献.18第一章 绪论1.1乳酸的概况乳酸钙,分子式:CH3CH(OH)COO2Ca5H2O 分子量:308.3 。为白色颗粒或粉末,无异味,口尝味苦。微有风化性,易溶于热水,不溶于乙醇、乙醚和氯仿。具有溶解度高、溶解速度快、生物利用率高、口感好,广泛应用于乳制品、饮料、食品保健品等领域。精密称取供试品约0.3g,加水100mL加热使溶解,放冷,加氢氧化钠试液15mL与钙紫红素指示剂0.1g,用乙二胺四醋酸二钠滴定液(0.05%)滴定至溶
3、液由紫红色转变为纯蓝色1。根据现代婴幼儿生理特征及饮食习惯,研制出科学喂养宝宝的含复合益生元成份的“乳酸钙葡萄糖”,产品采用最优质的特级无水葡萄糖为原料,特别添加乳酸钙,锌,铁等多种维他命营养素,以最新的科学结合先进生产工艺精制而成,口味清甜,冲饮方便,是年轻父母首选的婴幼儿新一代理想营养食品3。1.2乳酸的性质分子式:C6H10CaO6化学式:2(C3H5O3).CA分子量:218.22上游原料:L-乳酸、氢氧化钙、氢氧化钙、乳酸、乳酸、碳酸钙、碳酸钙储运特性:库房通风低温干燥毒性分级:中毒可燃性危险特性:热分解辛辣刺激烟雾类别:有毒物质1.3 乳酸钙的用途乳酸钙的用途非常广泛,除了用于药品
4、,还可用于食品添加剂,或者饲料添加剂等。1.3.1 乳酸钙的药用作用根据乳酸钙的用药说明,乳酸钙主要是用于预防和治疗钙缺乏症(如手足抽搐症、骼发育不全、佝偻病)或者小儿、哺乳期或者孕期妇女的钙盐补充。也用于慢性肾衰竭患者的低钙血症,还可用于过敏性疾病及结核病的辅助治疗。乳酸钙通过口服的形式吸收缓慢,口服本药后约 1/3 在肠道吸收,吸收随年龄增加而减少;当机体有缺钙症或饮食中钙含量低时,或者机体处于妊娠期和哺乳期时,钙吸收量明显增高。钙可分泌进汗液、唾液、乳汁或者胆汁等。正常人体血清钙浓度为 2.252.50 mmol/L( 911 mg/dL),在人体中还有甲状旁腺激素、降钙素、维生素 D
5、的活性代谢物用以维持血钙含量的稳定性。血浆中约 45%钙与血浆蛋白结合,大部分没有被吸收的钙都经过粪便排出体外,大约占总钙量的 80%,剩下的经过肾脏排出体外。1.3.2 乳酸钙作为食品添加剂钙盐一般都稍带苦味和鸡蛋味。Tordoff 提出过各种钙盐的详细感官检验的报告。乳酸钙和氯化钙等比较时,苦味感觉不比其他盐低,但阈值高。阈值是人们对某种物质感到味觉的最低浓度,通常是以被检测物质中半数的味觉感受浓度所表示,这是呈味度所表示的指标之一,该值越高,表示越难以呈现苦味。乳酸钙作为食品添加剂可以改善食品的口味,或者作为营养强化剂。有相关报道证明乳酸钙添加到某些食物中去的确有增强其营养价值的作用。1
6、.3.3 乳酸钙作为饲料添加剂在动物饲养业中经常需要往饲料中添加一些营养物质,以满足动物的营养需求,也可能是为了改善饲料的性质和作用等,这些被添加入饲料中的微量无害物质的总和被称为饲料添加剂。对于水分含量高的饲料或者贮藏于高温、高湿条件下的饲料,可以用到防霉剂,而乳酸钙就是一种防霉剂,同时它还可以改善某些动物的消化吸收,有些动物需要在饲料中添加一些钙剂,例如在蛋鸡的饲料中就需要添加一些钙质,保证蛋壳的正常硬度。因此乳酸钙被广泛应用于饲料行业中。1.4.1 发酵法制备乳酸钙1.4.1.1 菌种选育能用来进行乳酸发酵的菌株主要有霉菌中的根霉属(Rhizopus)和细菌中的乳杆菌属(Lactobac
7、illus)、芽孢杆菌属(Bacillus)和部分链球菌属(Streptoccoccus)。早在1884年Eijkmann指出,根霉所产生的酸可能为乳酸,1901年Chrzaszz证明了这一结论。福井研究发现,产L(+)-乳酸较多的根霉菌种有:黑根霉(Rhizopus nigrican)、爪 哇 根 霉 ( Rhizopus.jaranicus ) 、 小 麦 曲 根 霉 ( Rhizopus.frifici ) 、 华 根 霉(Rhizopus.chinensis)、甘薯根霉(Rhizopus.batata)、米根霉(Rhizopus.oryzae)、结节 根 霉 ( Rhizopus.no
8、dosus ) 、 日 本 根 霉 ( Rhizopus.japonicus ) 、 东 京 根 霉(Rhizopus.fonkinensis)、高温根霉(Rhizopus.thermosus)、少根根霉(Rhizopus.arrhizus)、美丽根霉(Rhizopus.elegens)等十多种。 细菌发酵生产乳酸的菌种主要是乳杆菌属,现在研究的比较多的有鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus),它是属于同型乳酸发酵,每个葡萄糖分子可以生产两分子的乳酸,且都是L型的,对葡萄糖的转化率也比较高,它的研究已经成为相关领域的研究热点之一。另外还有很多其他能进行乳酸发酵的菌株,乳
9、杆菌属主要有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、唾液乳杆菌(Lactobacillus salivarius)、嗜热乳杆菌(Lactobacterium thermophilum)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、清酒乳杆菌(Lactobacillus sake)、嗜淀粉乳杆菌(Lactobacillus amylophilus)、德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)、植物乳杆菌(Lactobacillus Plantarurn)等。芽孢肝菌属主要为凝结芽孢杆菌属(Bacillus coagulans),链球菌属有
10、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)。1.4.1.2 发酵类型发酵法原料主要是葡萄糖、淀粉等糖质碳源,经由微生物发酵而得到中间产物乳酸。目前主要有根霉属和细菌中的乳酸菌属这两类应用最为广泛。按发酵过程糖类的代谢过程和产物的不同,可将乳酸发酵分为三种类型:同型乳酸发酵(Homofermentation)、异型乳酸发酵(Heterofermentation)和混合酸发酵(Mixed acid fermentation)。发酵法制备乳酸钙可分开为两个阶段,第一阶段是微生物中间代谢产物乳酸的富集,这一阶段有三种不同的类型。 同型乳酸发酵这类发酵只有乳酸这唯一的代谢产物,碳
11、源的代谢途径是糖酵解(EMP 途径),首先将葡萄糖转化成丙酮酸,然后在乳酸脱氢酶的作用下还原成乳酸。在这个途径中,1 mol 葡萄糖生产 2 mol 的乳酸,其理论转化率为 100%。但是实际生产中不可能有 100%的转化率,因为微生物还有些其他的生理活动需要消耗碳源,因此转化率达到 80%便可认为是同型乳酸发酵异型乳酸发酵这种代谢主要是磷酸戊糖途径(HMP 途径),葡萄糖被分解为 5-磷酸核酮糖,然后依次经由一系列酶催化生产乳酸,代谢途径见图 1.2。不过这种途径 1 分子葡萄糖最终只能生产 1 分子乳酸,另外有 1 分子乙醇、1 分子 CO 2 和 1 分子 ATP。因此这种发酵方式的最大
12、转化率为 50%。本次发酵利用同型乳酸发酵,因其转化率高,不产生其他副产物,方便提取,节约成本第二章 生产工艺2.1 工艺流程原料菌种灭菌糊化种子罐(二级种子)摇瓶培养(一级种子)发酵罐糖化碳酸钙浓缩过滤、脱色结晶、干燥成品 图2-1 乳酸钙发酵工艺流程2.2 工艺原理2.2.1 预处理(糊化)淀粉在常温下不溶于水,但当水温至53以上时,淀粉的物理性能发生明显变化。淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性,称为淀粉的糊化(Gelatinization)。生淀粉在水中加热至胶束结构全部崩溃,淀粉分子形成单分子,并为水所包围而成为溶液状态。由于淀粉分子是链状甚至分支状,彼此牵扯,结果形成具有粘
13、性的糊状溶液,这种现象称为糊化。淀粉糊化温度必须达到一定程度,不同淀粉的糊化温度不一样,同一种淀粉,颗粒大小不一样,糊化温度也不一样,颗粒大的先糊化,颗粒小的后糊化。按淀粉质量比20%与水混合制成淀粉浆。用5% Na2CO3调节pH=6.26.3,加入5%CaCL2溶液,于90-95加热,并不断搅拌,淀粉浆由开始糊化直至完全成糊。 2.2.2 糖化糖化的方法,视要求产物的甜度以及相应的理化性质而定,基本上分为三类。糖化酸法酸法系以无机酸作催化剂,使淀粉水解,先生成中间产物糊精、麦芽糖等类低聚糖寡糖,最终生成葡萄糖等单糖。有批量作业的加压罐法和连续作业的管道法。糖化酶法酶法系采用淀粉酶进行淀粉的
14、水解。淀粉先经液化酶液化生成糊精等中间产物,再经糖化酶糖化生成麦芽糖以至葡萄糖。这样,由于全用酶水解故称全酶法。用液化酶和糖化酶,也称双酶法。糖化酸酶结合法酸酶结合法系采用酸法液化,酶法糖化,互相结合的方法。由淀粉糖化制取的产品为淀粉糖品。通常以水解程度或糖化程度,按葡萄糖当量计值(简称DE值)为淀粉糖品的特征指标。淀粉糖品有糖浆、糖浆粉、结晶糖等。除高纯度结晶糖品外,多为各以葡萄糖、麦芽糖或果糖等为主的混合糖品。可直接作甜味剂食用,或用作食品工业的配料,作医药工业中工业发酵的糖原基料。本次设计选取双酶法,使用液化酶和糖化酶。本次设计采用同步糖化发酵技术,是将糊化液直接通入发酵罐中,并向其中添
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