一種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣及其制備方法，所述活性碳酸鈣的制備方法包括以下步驟：在發(fā)酵液體系中，有機(jī)酸鈣鹽與含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，或有機(jī)酸鈣鹽與能產(chǎn)生碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生成提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣。本發(fā)明制備的活性碳酸鈣的顆粒形狀為球形或梭形，粒度(D50)為1～20微米，顆粒內(nèi)部的晶核尺寸為10～200納米；且含有有機(jī)氮和多糖類物質(zhì)。作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于有機(jī)酸的發(fā)酵，可以提高產(chǎn)酸速率和菌體濃度，并且制備成本低廉。
【專利說明】
一種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]碳酸鈣是有機(jī)酸發(fā)酵生產(chǎn)中一種常用的酸堿調(diào)節(jié)劑，其優(yōu)點(diǎn)是廉價(jià)易得。此外，鈣鹽的存在對某些有機(jī)酸在發(fā)酵液中的積累非常有利。
[0003]目前，有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)中使用的碳酸鈣都是由含碳酸鈣的礦石粉碎而得，例如石灰?guī)r、大理石等。作為有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)中的酸堿調(diào)節(jié)劑，傳統(tǒng)的粉碎法生產(chǎn)的碳酸鈣的不足是:粒徑較大，pH調(diào)節(jié)能力弱，形狀不規(guī)則且密度較大，影響發(fā)酵菌體的活性和濃度，使產(chǎn)酸速率降低，發(fā)酵時(shí)間增長。
[0004]碳酸鈣的生產(chǎn)方法還有碳化法、復(fù)分解法等，可以生產(chǎn)不同粒徑、形貌的高質(zhì)量碳酸鈣，但一般是用于橡膠、塑料等的填充劑，沒有將其用于有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)的酸堿調(diào)節(jié)劑， 如果將其用做酸堿調(diào)節(jié)劑則成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，該活性碳酸鈣顆粒內(nèi)的晶核小，顆粒粒徑小，真實(shí)密度小，是一種活性碳酸鈣；與可用作橡膠、油墨、塑料填充劑的納米碳酸鈣相比，該碳酸鈣還含有有機(jī)氮，作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于有機(jī)酸的發(fā)酵， 可以提高產(chǎn)酸速率(單位時(shí)間單位體積的產(chǎn)酸速度，g ? L 1 ? h 4和菌體濃度，并且制備成本低廉。
[0006]為了能達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0007]—種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，該活性碳酸鈣在發(fā)酵液體系中制備，其主要化學(xué)成分為碳酸鈣，該活性碳酸鈣的顆粒呈球形或梭形，其粒度(D50)為1?20 微米，顆粒內(nèi)部的晶核尺寸為10?200納米，并且該活性碳酸鈣還含有有機(jī)氮和多糖類物質(zhì)。
[0008]優(yōu)選地，所述有機(jī)氮為氨基酸、肽、小分子蛋白質(zhì)及核酸中的一種或幾種，其總有機(jī)氮含量為〇.02%?0.4%之間，其中氨基酸態(tài)氮的含量為0.01 %?0.16%之間。
[0009]優(yōu)選地，所述的多糖類物質(zhì)為有機(jī)酸發(fā)酵微生物產(chǎn)生的組成其細(xì)胞壁的多糖類物質(zhì)、有機(jī)酸發(fā)酵微生物分泌的胞外多糖中的一種或多種，其含量為0.2%?1.2%。
[0010]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該活性碳酸鈣含有的氮元素在有機(jī)酸發(fā)酵過程中是逐步釋放的，這些氮源隨著有機(jī)酸與碳酸鈣的中和反應(yīng)釋放到發(fā)酵液中，這部分氮源的作用有兩個(gè)，一個(gè)是有利于提高菌體濃度，另一個(gè)是能夠提高現(xiàn)有菌體的活性，提高其將糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸的速率。
[0011]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該活性碳酸鈣還含有少量的多糖類物質(zhì)，這部分多糖類物質(zhì)是從發(fā)酵液中帶入，是發(fā)酵菌體產(chǎn)生的多糖類物質(zhì)。依照相似相容的原理，這部分多糖類物質(zhì)能夠?qū)l(fā)酵菌體吸附到該活性碳酸鈣顆粒的表面，隨著被吸附菌體產(chǎn)生的有機(jī)酸與碳酸鈣的反應(yīng)，碳酸鈣顆粒上就產(chǎn)生了孔洞結(jié)構(gòu)，如圖7所示，這些孔洞中的發(fā)酵菌體產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠立即被碳酸鈣反應(yīng)掉，該活性碳酸鈣顆粒內(nèi)的氮源也就被釋放，被發(fā)酵菌體吸收后獲得較高的產(chǎn)酸速率，因此發(fā)酵菌體在此類孔洞中能夠獲得較優(yōu)越的微觀環(huán)境。
[0012]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備方法，在發(fā)酵液體系中，尤其是含有機(jī)酸鈣鹽的發(fā)酵液，利用有機(jī)酸鈣鹽與含碳酸根和/ 或碳酸氫根(碳酸根和/或碳酸氫根指的是碳酸根，或碳酸氫根，或碳酸根和碳酸氫根)的物質(zhì)之間進(jìn)行反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了合成提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣材料，并可通過控制制備條件對這種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。
[0013]上述活性碳酸鈣的制備方法包括以下步驟:
[0014]在發(fā)酵液體系中，使有機(jī)酸鈣鹽與含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)反應(yīng)，或有機(jī)酸鈣鹽與能產(chǎn)生碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生成提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣；
[0015]其中，碳酸根和/或碳酸氫根與鈣離子的摩爾比(該處含義為碳酸根與鈣離子的摩爾比，或碳酸氫根與鈣離子的摩爾比，或碳酸根和碳酸氫根的總和與鈣離子的摩爾比) 為1.2?0.9:1，反應(yīng)的溫度控制在20?40 °C，反應(yīng)時(shí)間為30?600min。并可通過制備條件對這種能夠提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的促進(jìn)產(chǎn)酸效果進(jìn)行調(diào)控。
[0016]優(yōu)選地，所述有機(jī)酸鈣鹽為一元有機(jī)酸鈣鹽、二元有機(jī)酸鈣鹽、三元有機(jī)酸鈣鹽中的一種或多種。
[0017]更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述一元有機(jī)酸鈣鹽為乳酸鈣或丙酮酸鈣，所述的二元有機(jī)酸鈣鹽為蘋果酸鈣、丁二酸鈣，所述三元有機(jī)酸鈣鹽為檸檬酸鈣。
[0018]優(yōu)選地，所述的發(fā)酵液體系是指含有機(jī)酸鈣鹽的發(fā)酵液，包括但不限于含有機(jī)酸鈣鹽的呈澄清狀態(tài)的發(fā)酵液和含有有機(jī)酸鈣鹽固體的呈懸濁液狀態(tài)的發(fā)酵液。
[0019]本發(fā)明中，所述含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)為含銨離子的碳酸鹽、含銨離子的碳酸氫鹽、含鈉離子的碳酸鹽、含鈉離子的碳酸氫鹽、含鉀離子的碳酸鹽和含鉀離子的碳酸氫鹽中一種或多種。進(jìn)一步地，所述含銨離子的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽為化學(xué)純的碳酸銨，或工業(yè)級的碳酸銨，或碳酸氫銨與氨水的混合物，或二氧化碳與氨水的混合物。
[0020] 所述的含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)(也稱為“沉淀置換劑”)是指溶解度大于碳酸鈣的碳酸鹽或碳酸氫鹽，或能夠生成碳酸根和/或碳酸氫根的混合物；更具體的是指可溶性的碳酸鹽或碳酸氫鹽，或能夠生成碳酸根和/或碳酸氫根的混合物，包括但不限于銨(或鈉，或鉀)的碳酸鹽或碳酸氫鹽。例如化學(xué)純的碳酸銨，或工業(yè)級的碳酸銨(一般為碳酸氫銨與氨基酸銨的混合物)，或碳酸氫銨與氨水的混合物，或二氧化碳與氨水的混合物等。
[0021]所述的含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)體系的形態(tài)為:含碳酸根和/或碳酸氫根物質(zhì)的水溶液，或含碳酸根和/或碳酸氫根物質(zhì)固體的飽和溶液，或含碳酸根和/ 或碳酸氫根物質(zhì)的固體。
[0022]所述的有機(jī)酸鈣鹽和含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)的加入順序?yàn)?可以將有機(jī)酸鈣鹽流加或分批加入到含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)中；也可以將含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)流加或分批加入到有機(jī)酸鈣鹽中；還可以將適量的有機(jī)酸鈣鹽和含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)一次性混合后進(jìn)行反應(yīng)。
[0023]所述的有機(jī)酸鈣鹽與含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)的反應(yīng)過程需要適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)傳質(zhì)的手段，例如攪拌、振蕩、超聲混合等，可以是間歇式的攪拌或連續(xù)式的攪拌。
[0024]本發(fā)明提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備是在一定的容器中進(jìn)行的， 該容器可以是無蓋敞口的容器，也可以是有蓋密閉的容器；可以是具有溫度、PH、攪拌等參數(shù)精密控制功能的容器，也可以是僅有盛放功能的簡單的容器。
[0025]制備提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的一個(gè)典型過程如下:(1)量取去除菌體的乳酸鈣濃度為160g/L的發(fā)酵液3.0L，倒入制備容器(容積為5.0L的發(fā)酵罐)中，設(shè)置溫度為30°C，攪拌轉(zhuǎn)速為100r/min ; (2)待溫度穩(wěn)定后，通過補(bǔ)料系統(tǒng)將4.0mol/L的碳酸銨溶液580mL加入制備容器中，完全加入后將制備容器密閉，此時(shí)開始計(jì)時(shí)；(3)保持溫度30°C和攪拌轉(zhuǎn)速為100r/min，經(jīng)過120min反應(yīng)完成；(4)采用抽濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣。
[0026]制備提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的另一典型過程如下:(1)取含乳酸鈣400g的發(fā)酵液2.0L，其中部分乳酸鈣為固體，倒入制備容器(容積為5.0L的敞口攪拌罐)中，反應(yīng)溫度為室溫(約20°C )，攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)定為160r/min ; (2)待攪拌穩(wěn)定后，將180g 碳酸銨固體加入到制備容器中，此時(shí)開始計(jì)時(shí)；(3)保持?jǐn)嚢柁D(zhuǎn)速為160r/min，經(jīng)過180min 反應(yīng)完成；(4)采用抽濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣。
[0027]制備提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的再一個(gè)典型過程如下:(1)乳酸鈣發(fā)酵完成后，將罐溫升至60°C并保持30min將菌體滅活，降至30°C后保持此溫度，其中含有乳酸鈣發(fā)酵液3.6L，乳酸鈣濃度為180g/L，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為lOOr/min ; (2)待溫度穩(wěn)定后， 通過發(fā)酵罐的通氣系統(tǒng)將氨氣和二氧化碳?xì)怏w同時(shí)通入發(fā)酵液中；(3)使二氧化碳的總吸收量為3.0mol，通過通入的氨氣調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH為7.6?8.0,在此過程中保持溫度 30°C和攪拌轉(zhuǎn)速為100r/min，二氧化碳的吸收時(shí)間為300min，通氣結(jié)束后再經(jīng)過60min反應(yīng)完成；(4)采用離心法的方法(低轉(zhuǎn)速短時(shí)間離心，利用碳酸鈣顆粒和菌體之間的密度差別較大的特性，將碳酸鈣顆粒與菌體分離)進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣。
[0028]所述的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備條件會影響其粒徑、顆粒內(nèi)的晶核尺寸等特征。也就是說，可以通過改變相應(yīng)的制備條件來調(diào)控該提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒徑、顆粒內(nèi)的晶核尺寸。
[0029]影響提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒徑的主要因素是攪拌轉(zhuǎn)速。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著制備過程中攪拌轉(zhuǎn)速的提高，制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣顆粒的粒徑減小。例如，在其他條件相同的情況下，攪拌轉(zhuǎn)速分別為50r/min，100r/min和 200r/min的條件下制備得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)分別為4.521ym，2.463 ym和1.994ym，d(0.5)的物理意義是:粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，(D50)也叫中位徑或中值粒徑。
[0030]影響提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒徑的另一因素是沉淀置換劑的濃度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著沉淀置換劑濃度的提高，制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣顆粒的粒徑逐漸減小。例如，在其他條件相同的情況下，使用2.0m〇l/L的碳酸銨溶液作為沉淀置換劑制備的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為 26.729 ym ;使用3.84mol/L的碳酸銨溶液作為沉淀置換劑制備的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為12.729 ym;而使用固體碳酸銨作為沉淀置換劑制備的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為5.612 ym。
[0031]影響提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒徑的再一因素是發(fā)酵液中有機(jī)酸鈣的濃度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著制備體系中有機(jī)酸鈣含量的提高，制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣顆粒的粒徑逐漸減小。例如，在其他條件相同的情況下，使用12%的乳酸鈣懸濁液制備的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為10.126 ym; 使用20%的乳酸鈣懸濁液制備的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為 8.628 ym ;使用28 %的乳酸鈣懸濁液制備的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為6.221 ym ;使用含水40%的乳酸鈣固體制備的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為2.221 ym。
[0032]影響提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒徑的還一因素是制備體系中有機(jī)物的含量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在同樣的制備條件下，使用乳酸鈣溶液制得的碳酸鈣的粒度 (D50)為12.165 ym ;使用含乳酸鈣的除菌發(fā)酵液(含有色素、糖類物質(zhì)等)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度(D50)為5.612 ym;使用含乳酸鈣的未除菌發(fā)酵液(含有菌體、色素、糖類物質(zhì)等)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的粒度 (D50)為 3.128 ym。
[0033]影響提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸的主要因素是制備體系中碳酸根濃度增加的速率。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在同樣的制備條件下，使用溶液狀態(tài)的沉淀置換劑(例如碳酸銨溶液一次性加到足量，制備體系中碳酸根的進(jìn)入量從〇到100%的時(shí)間為幾分鐘)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸大約為150nm?250nm ;使用固體狀態(tài)的沉淀置換劑(例如碳酸銨固體一次性加到足量，從加入到溶解完全需要一定的時(shí)間，即制備體系中碳酸根的進(jìn)入量從0到100%的時(shí)間約為十幾分鐘)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸大約為40nm? 60nm ;使用氣體狀態(tài)的沉淀置換劑(例如將順3和C0 2通入有機(jī)酸鈣的體系中，制備體系中碳酸根的進(jìn)入量從〇到100%的時(shí)間約為幾個(gè)小時(shí))制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸大約為l〇nm?20nm。本發(fā)明優(yōu)選制備體系中碳酸根的進(jìn)入量從0到100%的時(shí)間10分鐘以上，此條件下可以得到晶核尺寸較小的碳酸鈣固體，有助于發(fā)酵過程中產(chǎn)酸速率的提高。
[0034]影響提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸的另一因素是制備體系中有機(jī)物的含量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在同樣的制備條件下，使用乳酸鈣溶液制得的碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸大約為800nm?llOOnm ;使用含乳酸鈣的除菌發(fā)酵液(含有色素、 糖類物質(zhì)等)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸大約為 60nm?80nm;使用含乳酸鈣的未除菌發(fā)酵液(含有菌體、色素、糖類物質(zhì)等)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的顆粒內(nèi)的晶核尺寸大約為15nm?25nm。
[0035]影響提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的氮元素和多糖類物質(zhì)的因素是制備體系中有機(jī)物的含量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在同樣的制備條件下，使用乳酸鈣溶液制得的碳酸鈣的氮元素和多糖類物質(zhì)的含量均為〇 ;使用含乳酸鈣的除菌發(fā)酵液(含有色素、糖類物質(zhì)等)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的碳酸鈣的氮元素和多糖類物質(zhì)的含量分別為0.06%和0.8%;使用含乳酸鈣的未除菌發(fā)酵液(含有菌體、色素、糖類物質(zhì)等)制得的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的氮元素和多糖類物質(zhì)的含量分別為〇.31% 和 1.12%〇
[0036]與常規(guī)碳酸鈣相比，使用提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)酸工藝中的酸堿調(diào)節(jié)劑時(shí)，能夠使產(chǎn)酸速率(單位時(shí)間單位體積的產(chǎn)酸速度， g ? L 1 ? h 4提高30 %?60%，發(fā)酵時(shí)間也大幅縮短，菌體濃度也有所增加。
[0037]所述的常規(guī)碳酸鈣是指當(dāng)前有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)中使用的碳酸鈣，主要是由含碳酸鈣的礦石粉碎而成。
[0038]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑的發(fā)酵過程中，影響產(chǎn)酸速率的主要因素有碳酸鈣顆粒的粒徑、顆粒內(nèi)的晶核尺寸、氮元素含量和多糖類物質(zhì)的含量，其規(guī)律是碳酸鈣顆粒粒徑和顆粒內(nèi)的晶核越小，則產(chǎn)酸速率越大；氮元素和多糖類物質(zhì)的含量越高，產(chǎn)酸速率越大。碳酸鈣顆粒的粒徑和顆粒內(nèi)的晶核越小，其比表面積越大，也就是說反應(yīng)面積越大，產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠更快的被轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)酸鈣鹽，發(fā)酵體系的pH越能夠保持穩(wěn)定，發(fā)酵微生物的微環(huán)境也就越好，因此能夠保持較高的生物活性，保持較高的產(chǎn)酸速率。
[0039]使用提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑還能夠使菌體濃度提高。與常規(guī)碳酸鈣相比，提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣粒徑小，密度小，顆粒更加圓潤，相同條件下對菌體的碰撞、研磨作用小，所以能夠保持較高的菌體濃度。
[0040]此外，使用含有有機(jī)酸鈣鹽的發(fā)酵液與沉淀置換劑反應(yīng)，生成的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣中還含有少量的有機(jī)物，主要是有機(jī)氮。在進(jìn)行有機(jī)酸發(fā)酵過程中， 隨著碳酸鈣顆粒的溶解，這些有機(jī)物被緩慢釋放，能夠促進(jìn)菌體的生長，提高菌體的活性， 增加有機(jī)酸的產(chǎn)酸速率。
[0041]本發(fā)明還提供了上述活性碳酸鈣在微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸中的應(yīng)用，具體可以為包括以下步驟:
[0042]在微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸中，將此活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑加入發(fā)酵體系中， 其中含有的碳酸鈣與微生物產(chǎn)生的有機(jī)酸進(jìn)行反應(yīng)，生成有機(jī)酸鈣鹽，從而能夠調(diào)節(jié)微生物發(fā)酵有機(jī)酸體系的pH ;與常規(guī)碳酸鈣相比，此活性碳酸鈣還能夠?qū)l(fā)酵體系的pH值維持在較高水平，此外，其中含有的有機(jī)物還能夠促進(jìn)菌體生長和菌體活性，能夠?qū)⒂袡C(jī)酸的生產(chǎn)速率提高30 %?60%。
[0043]本發(fā)明具有的有益效果是:在一定條件下，使有機(jī)酸鈣鹽與含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)反應(yīng)，得到提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣沉淀顆粒；該碳酸鈣顆粒具有粒徑小、顆粒內(nèi)的晶核小、密度小、含有及少量有機(jī)物的特點(diǎn)；將該碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于有機(jī)酸的發(fā)酵中可大幅提高有機(jī)酸的產(chǎn)酸速率，縮短發(fā)酵時(shí)間，使菌體濃度也有所增加；是鈣鹽法乳酸清潔生產(chǎn)工藝的副產(chǎn)物，制備成本低?！靖綀D說明】
[0044]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的活性碳酸鈣的微觀形貌圖；
[0045]圖2為圖1中顆粒內(nèi)的晶核的微觀形貌圖；
[0046]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的活性碳酸鈣的微觀形貌圖；
[0047]圖4為圖3中顆粒內(nèi)的晶核的微觀形貌圖；
[0048]圖5為本發(fā)明實(shí)施例5制備的活性碳酸鈣的微觀形貌圖；
[0049]圖6為圖5中顆粒內(nèi)的晶核的微觀形貌圖；
[0050]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2使用后的碳酸鈣顆粒的微觀形貌 [0051 ]圖8為本發(fā)明實(shí)施例6制備的活性碳酸鈣的粒徑分布圖；
[0052]圖9為對比例1中常規(guī)碳酸鈣的微觀形貌圖；
[0053]圖10為圖9中顆粒內(nèi)的晶核的微觀形貌圖；
[0054]圖11為本發(fā)明的活性碳酸鈣與常規(guī)碳酸鈣的pH維持能力的對比圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0055]下面以附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0056]實(shí)施例1
[0057]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的乳酸鈣濃度為 170g/L的發(fā)酵液6.6L，倒入容積為10.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為30°C，攪拌轉(zhuǎn)速為110r/ min ;待溫度穩(wěn)定后，通過發(fā)酵罐的補(bǔ)料系統(tǒng)將4.0mol/L的碳酸銨溶液1350mL加入制備容器中，一次性完全加入后將制備容器密封；保持溫度22°C和攪拌轉(zhuǎn)速為110r/min，經(jīng)過 600min后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約468g。
[0058]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為梭形(如圖 1所示)，粒度(D50)為3.2 y m，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為100nm(如圖2所示)，經(jīng)測定密度為2.41g/mL，總有機(jī)氮含量為0.05 %，多糖含量為0.7 %。
[0059]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 55h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為124g/L，產(chǎn)酸期(15h?55h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到 2.85g/L ? h，表示菌體濃度的0D62。達(dá)到14.36〇
[0060]實(shí)施例2
[0061]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的乳酸鈣濃度為 220g/L的發(fā)酵液4.1L，倒入容積為7.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為36°C，攪拌轉(zhuǎn)速為200r/ min ;待溫度穩(wěn)定后，加入碳酸銨固體496g，其碳酸根與鈣離子的摩爾比為1.2:1.0,然后將加料口密封；保持溫度36°C和攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min，經(jīng)過30min后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約400g。
[0062]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為球形，粒度 (D50)為1.67 ym，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為40nm，經(jīng)測定密度為2.28g/mL，總有機(jī)氮含量為0.04 %，多糖含量為0.68 %。
[0063]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 50h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為128g/L，產(chǎn)酸期(15h?50h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到2.95g/L ? h〇
[0064]使用后的活性碳酸鈣顆粒上就產(chǎn)生了孔洞結(jié)構(gòu)，如圖7所示，這些孔洞中的發(fā)酵菌體產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠立即被碳酸鈣反應(yīng)掉，該活性碳酸鈣顆粒內(nèi)的氮源也就被釋放，被發(fā)酵菌體吸收后獲得較高的產(chǎn)酸速率，因此發(fā)酵菌體在此類孔洞中能夠獲得較優(yōu)越的微觀環(huán)境。
[0065]實(shí)施例3
[0066]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取未除菌體的乳酸鈣濃度為 190g/L的發(fā)酵液4.7L，倒入容積為7.0L的發(fā)酵罐中，該發(fā)酵罐具有兩套通氣管路，出氣口位于發(fā)酵罐底部，設(shè)置溫度為30°C，攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min ;待溫度穩(wěn)定后，同時(shí)通入二氧化碳?xì)夂桶睔?，使用二氧化碳質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量通入和排出發(fā)酵罐的氣體量，通過pH反饋來調(diào)節(jié)氨氣的通入速度；當(dāng)被反應(yīng)掉的二氧化碳量達(dá)到4.33mol時(shí)停止二氧化碳的通入，使用氨氣調(diào)節(jié)液體的pH為8.0,停止通氣，60min后反應(yīng)完成，共耗時(shí)7h ;使用自然沉降的方法進(jìn)行固液分離，沉淀用水洗滌，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約39lg。
[0067]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為球形(如圖 3所示)，粒度(D50)為1.06 ym，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為10nm(如圖4所示)，經(jīng)測定密度為2.32g/mL，總有機(jī)氮含量為0.30 %，多糖含量為1.11 %。
[0068]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 44h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為122g/L，產(chǎn)酸期(14h?43h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到3.31g/L ? h，表示菌體濃度的0D62。達(dá)到16.46〇
[0069]實(shí)施例4
[0070]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的乳酸鈣濃度為 220g/L的發(fā)酵液4.6L，倒入容積為7.0L的發(fā)酵罐中，該發(fā)酵罐具有一套通氣管路，出氣口位于發(fā)酵罐底部，設(shè)置溫度為30°C，攪拌轉(zhuǎn)速為lOOr/min ;待溫度穩(wěn)定后，首先通過發(fā)酵罐的補(bǔ)料系統(tǒng)開始流加l〇mol/L的氫氧化鈉溶液，設(shè)置流加速度為320mL/h，之后將二氧化碳?xì)怏w通過通氣系統(tǒng)通入發(fā)酵罐中，通過pH反饋來調(diào)節(jié)二氧化碳的通入速度，使其中的料液的pH維持在8.2左右，10m〇l/L的氫氧化鈉溶液的總加入量為870mL ;氫氧化鈉溶液流加完以后再反應(yīng)90min，共耗時(shí)4.5h，其碳酸根與鈣離子的摩爾比為0.91:1.0 ;使用離心的方法進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約410g，總有機(jī)氮含量為0.06%，多糖含量為0.8%。
[0071]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為球形，粒度 (D50)為2.31 ym，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為20nm，經(jīng)測定密度為2.36g/mL。
[0072]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 46h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為123g/L，產(chǎn)酸期(14h?46h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到 3.18g/L ? h〇
[0073]實(shí)施例5
[0074]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的乳酸鈣濃度為150g/L的發(fā)酵液6.76L，倒入容積為10.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為30°C，攪拌轉(zhuǎn)速為 100r/min ;待溫度穩(wěn)定后，通過發(fā)酵罐的補(bǔ)料系統(tǒng)將2.2mol/L的碳酸鉀溶液2220mL加入發(fā)酵罐中，一次性完全加入，體系開放；保持溫度30°C和攪拌轉(zhuǎn)速為100r/min，經(jīng)過160min 后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約442g。
[0075]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為近似球形 (如圖5所示)，粒度(D50)為19.6 y m，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為190nm(如圖6所示)，經(jīng)測定密度為2.48g/mL，總有機(jī)氮含量為0.03 %，多糖含量為0.6 %。
[0076]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 60h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為126g/L，產(chǎn)酸期(15h?60h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到 2.44g/L ? h〇
[0077]實(shí)施例6
[0078]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的乳酸鈣濃度為 160g/L的發(fā)酵液6.5L，倒入容積為10.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為30°C，攪拌轉(zhuǎn)速為100r/ min ;待溫度穩(wěn)定后，通過發(fā)酵罐的補(bǔ)料系統(tǒng)將3.7mol/L的碳酸鈉溶液(由氨水和碳酸氫鈉溶液配制)1340mL加入發(fā)酵罐中，一次性完全加入后將制備容器密封；保持溫度30°C和攪拌轉(zhuǎn)速為l〇〇r/min，經(jīng)過160min后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì)) 進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約 460g。
[0079]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為梭形，粒度 (D50)為3.6 ym，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為140nm，經(jīng)測定密度為2.41g/mL，總有機(jī)氮含量為0.04 %，多糖含量為0.6 %。
[0080]圖8為本實(shí)施例的粒徑分布圖，從圖中可以看出，本實(shí)施例制備的活性碳酸鈣的粒徑集中在1-10 ym之間，粒徑范圍窄。
[0081]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 56h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為126g/L，產(chǎn)酸期(15h?55h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到 2.72g/L ? h〇
[0082]實(shí)施例7
[0083]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的蘋果酸鈣濃度為 172g/L的發(fā)酵液4.08L，倒入容積為7.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為32°C，攪拌轉(zhuǎn)速為100r/ min ;待溫度穩(wěn)定后，加入碳酸銨固體400g，然后將加料口密封；保持溫度32°C和攪拌轉(zhuǎn)速為100r/min，經(jīng)過120min后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約390g。
[0084]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為球形，粒度 (D50)為1.77 ym，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為60nm，經(jīng)測定密度為2.36g/mL，總有機(jī)氮含量為0.066 %，多糖含量為0.9 %。
[0085]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于蘋果酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為溫特曲霉，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過lOOh發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)蘋果酸的濃度為171g/L，產(chǎn)酸期(15h?100h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到1.95g/L*h， 與使用常規(guī)碳酸鈣相比，產(chǎn)酸速率提高34%。
[0086]實(shí)施例8
[0087]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的含檸檬酸鈣 700g的發(fā)酵懸濁液4.1L，倒入容積為7.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為40°C，攪拌轉(zhuǎn)速為 200r/min ;待溫度穩(wěn)定后，加入碳酸銨固體400g，然后將加料口密封；保持溫度40°C和攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min，經(jīng)過300min后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約 406g〇
[0088]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為球形，粒度 (D50)為1.47 ym，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為50nm，經(jīng)測定密度為2.26g/mL，總有機(jī)氮含量為0.09 %，多糖含量為0.82 %。
[0089]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 49h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為128g/L，產(chǎn)酸期(15h?50h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到 2.98g/L ? h〇
[0090]實(shí)施例9
[0091]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的丙酮酸鈣濃度為 72g/L的發(fā)酵液6.76L，倒入容積為10.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為30°C，攪拌轉(zhuǎn)速為100r/ min ;待溫度穩(wěn)定后，通過發(fā)酵罐的補(bǔ)料系統(tǒng)將2.2mol/L的碳酸鉀溶液lllOmL加入發(fā)酵罐中，一次性完全加入，體系開放；保持溫度30°C和攪拌轉(zhuǎn)速為50r/min，經(jīng)過lOOrnin后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約220g。
[0092]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為近似球形 (如圖5所示)，粒度(D50)為20.0 y m，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為200nm (如圖6所示)，經(jīng)測定密度為2.51g/mL，總有機(jī)氮含量為0.02%，多糖含量為0.6%。
[0093]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 60h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為120g/L，產(chǎn)酸期(15h?60h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到 2.32g/L ? h〇
[0094]實(shí)施例10
[0095]提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的制備:量取去除菌體的丁二酸鈣濃度為 160g/L的發(fā)酵液6.72L，倒入容積為20.0L的發(fā)酵罐中，設(shè)置溫度為20°C，攪拌轉(zhuǎn)速為80r/ min ;待溫度穩(wěn)定后，通過發(fā)酵罐的補(bǔ)料系統(tǒng)將2.2mol/L的碳酸鉀溶液2300mL加入發(fā)酵罐中，一次性完全加入，體系開放；保持溫度20°C和攪拌轉(zhuǎn)速為80r/min，經(jīng)過120min后，反應(yīng)完成；使用過濾的方法(以定性濾紙為過濾介質(zhì))進(jìn)行固液分離，得到的固體即為提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約430g。
[0096]得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為近似球形(如圖5所示)，粒度(D50)為19.0 y m，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為180nm(如圖6所示)，經(jīng)測定密度為2.49g/mL，總有機(jī)氮含量為0.026 %，多糖含量為0.61 %。
[0097]將上述得到的提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過 60h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為124g/L，產(chǎn)酸期(15h?60h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到 2.39g/L ? h〇
[0098]對比例1
[0099]分析純碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為長方體及長方體的組合體(如圖9所示)，粒度(D50)為12.8 ym，絕大部分顆粒內(nèi)的晶核的尺寸為3000nm(如圖10所示)，經(jīng)測定密度為2.72g/mL，總有機(jī)氮多糖含量均為0。
[0100]使用購自試劑公司的分析純碳酸鈣作為乳酸發(fā)酵的酸堿調(diào)節(jié)劑進(jìn)行乳酸發(fā)酵:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過64h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為108g/L，產(chǎn)酸期(14h?61h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到2.05g/L ? h，表示菌體濃度的〇D62。達(dá)到12.46。
[0101]將實(shí)施例1制得的活性碳酸鈣和對比例1的常規(guī)碳酸鈣的pH維持能力進(jìn)行測試， 其對比結(jié)果如圖11(相同碳酸鈣含量、相同乳酸流加速度下的pH變化圖)所示，從圖11可以看出在相同條件下，實(shí)施例1制得的活性碳酸鈣的pH維持能力比實(shí)施例1使用的碳酸鈣強(qiáng)。在有機(jī)酸發(fā)酵過程中能夠維持較高的pH，有利于發(fā)酵菌體濃度和活性的提高，因此能夠提高有機(jī)酸的發(fā)酵速率。
[0102]對比例2
[0103]水溶液中沉淀置換碳酸鈣的制備:量含乳酸鈣1000g的懸濁液6.0L，倒入容積為 10.0L的塑料桶中，溫度為室溫，約36°C，將含有475g碳酸銨的懸濁液500mL倒入塑料桶中，每隔30min使用攪拌棒進(jìn)行間歇式攪拌lmin ;經(jīng)過180min后，反應(yīng)完成；使用離心的方法進(jìn)行固液分離，得到的固體即為水溶液中沉淀置換碳酸鈣，其中含有碳酸鈣約440g。
[0104]得到的水溶液中沉淀置換碳酸鈣的特征:其顆粒形狀為球形和不規(guī)則形狀，粒度 (D50)為46.8 y m，顆粒內(nèi)的晶核的尺寸約為900nm，經(jīng)測定密度為2.66g/mL，總有機(jī)氮多糖含量均為0。
[0105]將上述得到的水溶液中沉淀置換碳酸鈣作為酸堿調(diào)節(jié)劑用于乳酸的發(fā)酵過程:發(fā)酵菌種為Lactobacillus lactis-11，發(fā)酵的培養(yǎng)基和方法為常規(guī)，經(jīng)過62h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束時(shí)乳酸的濃度為116g/L，產(chǎn)酸期(14h?62h)的平均產(chǎn)酸速率達(dá)到2.26g/L ? h。
[0106]對比例2與前述實(shí)施例1-6相比，發(fā)酵周期增加，產(chǎn)酸速率下降，由此可知，實(shí)施例 1-6中制備的活性碳酸鈣中含有的氮和多糖類物質(zhì)對提高有機(jī)酸的發(fā)酵產(chǎn)酸速率具有較大的作用。
[0107]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣，其特征在于，所述活性碳酸鈣是在發(fā) 酵液體系中制備的，其顆粒形狀為球形或梭形，粒度(D50)為1?20微米，顆粒內(nèi)部的晶核 尺寸為10?200納米；所述活性碳酸鈣含有有機(jī)氮和多糖類物質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性碳酸鈣，其特征在于，所述有機(jī)氮為氨基酸、肽、小分子 蛋白質(zhì)及核酸中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性碳酸鈣，其特征在于，所述的多糖類物質(zhì)為有機(jī)酸發(fā)酵 微生物產(chǎn)生的組成其細(xì)胞壁的多糖類物質(zhì)、有機(jī)酸發(fā)酵微生物分泌的胞外多糖中的一種或 多種。4.權(quán)利要求1所述活性碳酸鈣的制備方法，所述方法包括以下步驟:在發(fā)酵液體系中，有機(jī)酸鈣鹽與含碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，或有機(jī)酸 鈣鹽與能產(chǎn)生碳酸根和/或碳酸氫根的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生成提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活 性碳酸鈣；其中，碳酸根和/或碳酸氫根與鈣離子的摩爾比為1.2?0.9:1，反應(yīng)的溫度控制在 20?40°C，反應(yīng)時(shí)間為30?600min。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)酸鈣鹽為一元有機(jī)酸鈣鹽、二元 有機(jī)酸鈣鹽、三元有機(jī)酸鈣鹽中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述一元有機(jī)酸鈣鹽為乳酸鈣或丙酮酸 鈣，所述的二元有機(jī)酸鈣鹽為蘋果酸鈣或丁二酸鈣，所述三元有機(jī)酸鈣鹽為檸檬酸鈣。7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一所述的方法，其特征在于，所述的發(fā)酵液體系是指含有機(jī)酸 鈣鹽的發(fā)酵液。8.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一所述的方法，其特征在于，所述含碳酸根和/或碳酸氫根的物 質(zhì)為含銨離子的碳酸鹽、含銨離子的碳酸氫鹽、含鈉離子的碳酸鹽、含鈉離子的碳酸氫鹽、 含鉀離子的碳酸鹽和含鉀離子的碳酸氫鹽中一種或多種。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述含銨離子的碳酸鹽和/或碳酸氫鹽為 化學(xué)純的碳酸銨，或工業(yè)級的碳酸銨，或碳酸氫銨與氨水的混合物，或二氧化碳與氨水的混 合物。10.—種提高發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)酸速率的活性碳酸鈣在微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸中的應(yīng)用。
【文檔編號】C12R1/225GK105985988SQ201510097934
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月5日
【發(fā)明人】楊鵬波, 田原, 王倩, 原芳芳, 叢威
【申請人】中國科學(xué)院過程工程研究所