乳酸发酵生产中分段pH控制方法与流程

本发明涉及发酵生产乳酸技术领域。具体地说是乳酸发酵生产中分段ph控制方法。

背景技术：

以400吨乳酸发酵罐为例，如图1所示，在发酵料液中加入乳酸菌初期，发酵料液酸性较弱(ph菌体快速生长)，此时发酵料液的环境适宜乳酸菌快速生长，但是不利于乳酸菌产酸；当发酵罐内的乳酸菌进入稳定期之后，需要提高发酵料液酸性至ph抑制菌体生长，目的是抑制乳酸菌快速生长，促进乳酸菌将发酵料液中的糖转化成酸，减少乳酸菌生长对发酵料液中糖的消耗，目前生产中提高发酵料液酸性的方法是减少中和剂的加入量，利用乳酸菌所产的酸逐渐提高发酵料液的酸性，耗时5个小时左右；当乳酸菌快速生长得到抑制之后，需要加大中和剂的流加量，使得发酵料液酸性调至ph生长和产酸平衡，ph菌体快速生长<ph生长和产酸平衡<ph抑制菌体生长，耗时5个小时左右。因此，乳酸发酵生产一低一高的两次调整发酵料液ph耗时10个小时左右。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种乳酸发酵生产中分段ph控制方法，有效地缩短乳酸发酵生产中一低一高的两次调整发酵料液ph的时间。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

乳酸发酵生产中分段ph控制方法，包括如下步骤：

(1)在乳酸菌快速生长阶段末期，向发酵料液中加入酸释放剂；

(2)在乳酸菌抑制生长阶段末期，向发酵料液中加入碱释放剂。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，在步骤(1)中：所述酸释放剂完全释放酸的时间小于5小时。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，在步骤(1)中：所述酸释放剂完全释放酸的时间小于或等于3小时。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，在步骤(1)中：所述酸释放剂为水溶性有机酸酯。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，所述水溶性有机酸酯为葡萄糖酸内酯。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，在步骤(2)中：所述碱释放剂完全释放碱的时间小于5小时。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，在步骤(2)中：所述碱释放剂完全释放碱的时间小于或等于30分钟。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，在步骤(2)中：所述碱释放剂为疏水性氧化钙。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，所述疏水性氧化钙的制备方法如下：

(a)将叔丁基二甲基氯硅烷粉末加入到乙酸乙酯中，搅拌，得溶液a；

(b)向步骤(a)得到的溶液a中加入聚二甲基硅氧烷，搅拌，得溶液b；

(c)将氧化钙粉末加入到步骤(b)得到的溶液b中，搅拌，进行氧化钙表面疏水改性；

(d)过滤即得表面疏水改性氧化钙，真空干燥后得到发酵生产乳酸用中和剂。

上述乳酸发酵生产中分段ph控制方法，在步骤(a)中：溶液a中叔丁基二甲基氯硅烷的质量分数为5-15％，搅拌时间大于或等于1小时；在步骤(b)中：聚二甲基硅氧烷的加入量为叔丁基二甲基氯硅烷质量的5-10倍，搅拌时间大于或等于0.5小时；在步骤(c)中：氧化钙粉末的加入量为溶液b质量的15-20％，氧化钙粉末的粒度为100-200目，搅拌时间为48-72小时，在搅拌的过程中可以滴加饱和酪胺乙醇溶液，饱和酪胺乙醇溶液的滴加量为溶液a质量的10-30％；真空干燥时间大于或等于10小时，干燥温度为50-100℃。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

由于酸释放剂是缓慢地释放出酸，因此可以根据当前ph、调节目标ph抑制菌体生长和发酵罐内发酵料液的量，将所需酸释放剂一次性加入到发酵料液中，而不会造成发酵料液局部酸性太强而杀死乳酸菌，在搅拌的条件下使得酸释放剂均匀分布在发酵料液内，酸释放剂缓慢释放出酸，发酵料液的酸性逐渐增强，直至酸释放剂释放完毕，使得发酵料液ph调整到ph抑制菌体生长，通过选择释放酸的速度较快的酸释放剂，可以大大缩短“一低”ph调整时间。同理，由于碱释放剂是缓慢地释放出碱，因此可以根据当前ph、调节目标ph生长和产酸平衡和发酵罐内发酵料液的量，将所需碱释放剂一次性加入到发酵料液中，而不会造成发酵料液局部碱性太强而杀死乳酸菌，在搅拌的条件下使得碱释放剂均匀分布在发酵料液内，碱释放剂缓慢释放出碱，发酵料液的碱性逐渐增强，直至碱释放剂释放完毕，使得发酵料液ph调整到ph生长和产酸平衡，通过选择释放碱的速度较快的碱释放剂，可以大大缩短“一高”ph调整时间。

本发明中所制备的发酵生产乳酸用中和剂用于调节发酵料液ph时，发酵料液局部不会发生ph过高、调节期间ph波动较小、并且调节时波动时间较短。叔丁基二甲基氯硅烷与氧化钙反应使得叔丁基二甲基硅烷偶联到氧化钙颗粒表面，从而实现对氧化钙表面进行疏水改性，大大延缓了氧化钙与水的反应速度，从而延长了氧化钙与水的反应时间，并且氧化钙与水反应过程中放热，有利于维持发酵料液温度稳定、减少耗电。向发酵料液中加入疏水改性氧化钙粉末时，初始阶段疏水改性氧化钙粉末与水反应很缓慢，不会造成发酵料液局部ph暂时过高，随着发酵罐中不断进行搅拌，疏水改性氧化钙粉末均匀分散到发酵料液内，氧化钙与水的反应逐渐加速，使得发酵料液各处ph均匀升高，控制疏水改性氧化钙粉末加入的频率，可以实现相邻两次加入的疏水改性氧化钙粉末与水反应的波谷与波峰重合，从而可以实现调节发酵料液ph期间，ph波动较小以及波动时间较短。聚二甲基硅氧烷具有很好的渗透性，可以渗透氧化钙颗粒的表面，不仅能够提高叔丁基二甲基硅烷偶联在氧化钙颗粒表面上的偶联深度，而且可以对氧化钙颗粒表面及表面一定的深度起到包覆作用，延缓氧化钙与水的反应速度。酪胺用于束缚叔丁基二甲基硅烷偶联到氧化钙颗粒表面过程中产生的hcl，有利于提高氧化钙颗粒表面的偶联程度。

附图说明

图1乳酸发酵生产中一低一高的两次调整发酵料液ph。

图2实施例1和实施例2中两种中和剂加入到乳酸溶液的ph变化曲线。

具体实施方式

实施例1

乳酸发酵生产中分段ph控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在乳酸菌快速生长阶段末期，向发酵料液中加入酸释放剂；所述酸释放剂为水溶性有机酸酯，所述水溶性有机酸酯为葡萄糖酸内酯；由于葡萄糖酸内酯在发酵料液中水解，3小时以内可以水解完毕，根据生产中发酵罐的大小以及发酵罐内发酵料的量，控制加入葡萄糖酸内酯的量实现发酵料液ph由5.8左右降低到5.4左右，在“一低”调节中由原来的5小时缩短到3小时以内；葡萄糖酸和乳酸可以在后续的分子蒸馏工艺中进行分离。

(2)在乳酸菌抑制生长阶段末期，向发酵料液中加入碱释放剂，所述碱释放剂为疏水性氧化钙；其制备方法包括如下步骤：

(a)将10kg叔丁基二甲基氯硅烷粉末加入到100kg乙酸乙酯中，搅拌2小时，得溶液a；

(b)向步骤(a)得到的溶液a中加入50kg聚二甲基硅氧烷，搅拌1小时，得溶液b；

(c)将32kg、粒度为100-200目的氧化钙粉末加入到步骤(b)得到的溶液b中，搅拌48小时，进行氧化钙表面疏水改性；

(d)过滤即得表面疏水改性氧化钙，乙酸乙酯洗涤3-5次，100℃真空干燥15小时后得到发酵生产乳酸用中和剂。

配制浓度为50g/l的乳酸溶液(ph为5.68)，加入本实施例制备的中和剂，中和剂的以氧化钙计算(中和剂中的其他物质忽略不计)，加入量为溶液中乳酸的物质的量的0.5倍。开启搅拌，水浴保持溶液温度为40℃，每隔两分钟测试溶液的ph，结果如图2所示。

由图2可以看出，本实施例所得中和剂中的氧化钙在16分钟左右开始加速与水反应，至30分钟的时候溶液ph达到6.46，说明从加入中和剂至30分钟，溶液中的乳酸已经全部反应(60.6g/l乳酸钙水溶液在40℃时的ph约为6.46左右)，随着时间延长，溶液ph不再发生变化。根据生产中发酵罐的大小以及发酵罐内发酵料的量，控制加入表面疏水改性氧化钙的量实现发酵料液ph由5.4左右升高到5.6左右，在“一高”调节中由原来的5小时缩短到1小时以内。

实施例2

本实施例乳酸发酵生产中分段ph控制方法，包括如下步骤：

(1)在乳酸菌快速生长阶段末期，向发酵料液中加入酸释放剂；所述酸释放剂为水溶性有机酸酯，所述水溶性有机酸酯为葡萄糖酸内酯；由于葡萄糖酸内酯在发酵料液中水解，3小时以内可以水解完毕，根据生产中发酵罐的大小以及发酵罐内发酵料的量，控制加入葡萄糖酸内酯的量实现发酵料液ph由5.8左右降低到5.4左右，在“一低”调节中由原来的5小时缩短到3小时以内；葡萄糖酸和乳酸可以在后续的分子蒸馏工艺中进行分离。

(2)在乳酸菌抑制生长阶段末期，向发酵料液中加入碱释放剂，所述碱释放剂为疏水性氧化钙；其制备方法包括如下步骤：

(1)将10kg叔丁基二甲基氯硅烷粉末加入到100kg乙酸乙酯中，搅拌2小时，得溶液a；

(2)向步骤(a)得到的溶液a中加入50kg聚二甲基硅氧烷，搅拌1小时，得溶液b；

(3)将32kg、粒度为100-200目的氧化钙粉末加入到步骤(b)得到的溶液b中，搅拌48小时，搅拌过程中匀速滴加饱和酪胺乙醇溶液(将酪胺加入到无水乙醇中，搅拌至酪胺不再溶解即得饱和酪胺乙醇溶液)，饱和酪胺乙醇溶液的滴加量为22kg，进行氧化钙表面疏水改性；

(4)过滤即得表面疏水改性氧化钙，依次用乙酸乙酯和无水乙醇洗涤3-5次，100℃真空干燥15小时后得到发酵生产乳酸用中和剂。

配制浓度为50g/l的乳酸溶液(ph为5.68)，加入本实施例中制备的中和剂，中和剂的以氧化钙计算(中和剂中的其他物质忽略不计)，加入量为溶液中乳酸的物质的量的0.5倍。开启搅拌，水浴保持溶液温度为40℃，每隔两分钟测试溶液的ph，结果如图2所示。

本实施例所得中和剂中的氧化钙在23分钟左右开始加速与水反应，至30分钟的时候溶液ph达到6.47，说明从加入中和剂至30分钟，溶液中的乳酸已经全部反应(60.6g/l乳酸钙水溶液在40℃时的ph约为6.46左右)，随着时间延长，溶液ph不再发生变化。相比实施例1，实施例2中所得中和剂更适合乳酸发酵生产中调节ph，因为对于百吨级发酵罐来说，从加入物料到混合均匀，大约需要25分钟左右，实施例2中的中和剂在23分钟时氧化钙开始加速与水反应，这样可以更有效地避免发酵液中局部ph过高而抑制乳酸菌繁殖或导致乳酸菌死亡，短时间内完成发酵料液ph的调节。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。