L－乳酸钙的制备

背景及概述^[1]

L－乳酸钙属于天然活性离子钙，是经美国食品药品管理局（FDA）批准作为食品使用的一种钙制剂，化学分子式为C6H10CaO6·5H2O，因具有钙含量高、溶解度较大、吸收率高、安全性高、价格合理等优点而备受重视。L－乳酸钙性状见下图。

图1  L－乳酸钙性状图

制备

生物发酵生产法制备L－乳酸钙

国内外L－乳酸钙的生产工艺主要有化学合成法和生物发酵生产法，后者更为常见和重要。目前研究较为成熟的L－乳酸钙生产菌种并不多，主要有乳杆菌（Lactobacillus spp．）和米根霉（Rhizopus oryzae），其中米根霉发酵能生产出高纯度的L－乳酸钙，是研究较多的一种菌株。米根霉菌体生长过程中表现出很复杂的生长形态，主要有分散菌丝体、菌球、絮状体和较大块的聚结物等。培养过程中菌丝体很容易结成大团，缠绕搅拌桨，从而影响发酵液的流变学特性和反应器的质量传递效能，对乳酸的生成和糖的转化率有很大的影响。此外，Ca2＋对菌体形态也会有很大影响，一般在乳酸发酵过程中会选择以CaCO3作为中和剂。本研究主要考察米根霉发酵条件对其产L－乳酸钙的影响，优化发酵条件，以期对L－乳酸钙的工业化生产提供参考。

1 米根霉种子液的制备①平板培养。

PDA 平板接种100 μL 孢子悬液，涂布，34 ℃培养3～5 d。菌丝形态的观察采用插片法， 将无菌盖玻片以45°斜插入接种后的培养基中。②种子培养。500 mL 的摇瓶中装液量100 mL，121 ℃灭菌20 min，取适量孢子接种于培养基上，30 ℃振荡培养24 h， 考察不同接种量和摇床转速对种子培养的影响。

2 米根霉发酵葡萄糖产L－乳酸钙①摇瓶发酵。

1000 mL 的摇瓶中发酵培养基装液量100 mL，121 ℃灭菌20 min，接入制备好的种子液，在一定发酵温度下180 r ／min 振荡培养72 h， 发酵过程中及时补加适量CaCO3，控制发酵液的pH。②发酵罐发酵。5 000 mL 的发酵罐中发酵培养基装液量2500mL，121 ℃灭菌20 min， 接入制备好的种子液，以100～150 r ／min 的转速搅拌，在一定发酵温度下培养72 h，发酵过程中及时补加适量CaCO3悬浊液，控制发酵液的pH。考察初始发酵的葡萄糖浓度和发酵温度对葡萄糖转化率的影响，初始葡萄糖浓度梯度为60、80、100、120、140 g ／ L， 发酵温度梯度为28、30、32、34 和36 ℃。

3 L－乳酸钙晶体的制备将发酵液

用布氏漏斗加两层化学分析用滤纸进行抽滤，收集滤液。于70 ℃下加10 g ／ L 活性炭脱色30 min， 趁热抽滤，收集滤液，放置在70 ℃烘箱浓缩到合适的体积后使其在4 ℃下低温结晶，抽滤得到产品，滤液可重复上述步骤进行产品结晶，晶体放置于70 ℃烘箱干燥。

4 200 L 发酵罐中试研究培养基和发酵条件。

利用膜过滤技术处理发酵液。首先用100 目筛网过滤掉菌丝球（ 滤液1）， 然后在70 ℃下加10 g ／ L 活性炭脱色1 h，再用超滤膜过滤（滤液2）除掉其中的大分子杂质，取滤液用反渗透膜过滤（滤液3），将滤液浓缩到一定的体积（浓缩液1）后放置在4 ℃下进行低温结晶，直到有大量晶体析出并且可见液体很少，抽滤得到产品，剩下的滤液进行第二次旋转蒸发浓缩（浓缩液2），4 ℃低温结晶，晶体放置于70 ℃烘箱干燥。

5 检测方法①残糖的检测。

采用DNS 法和血糖仪法检测残糖含量，计算葡萄糖转化率。②L－乳酸钙含量的检测。采用EDTA 定钙法和HPLC法检测成品中L－乳酸钙含量。本试验选择以近海生物牡蛎的壳为原料详细探讨L- 乳酸钙的制备工艺, 为牡蛎壳的综合利用提供新的途径。

化学合成法制备L－乳酸钙

1 工艺流程

牡蛎壳→清洗→烘干粉碎→过筛→酸溶→用1 mol/L NaOH 将滤液调至pH6~7 后, 加入1 mol/L 的Na2CO3 溶液[4], 得到白色沉淀, 离心分离沉淀→煅烧得到CaO→加水调制石灰乳→用L- 乳酸中和, 得结晶物(五水合L- 乳酸钙)→用无水乙醇洗涤→抽滤→干燥, 得到五水合L- 乳酸钙颗粒。

2 牡蛎壳的酸溶条件

将牡蛎壳用水清洗, 除去杂质, 并置于120 ℃的烘箱中干燥, 粉碎过筛, 得20 目的牡蛎壳粉, 加入稍过量的一定浓度的盐酸溶解, 过滤除去杂质, 得到含有钙离子的滤液。

3 碳酸钙的煅烧

调节含有钙离子的滤液至pH7~8, 加入适量的1 mol/L 的Na2CO3 溶液使钙离子充分沉淀, 离心分离沉淀, 抽滤洗涤得到白色的碳酸钙,烘干得白色的CaCO3 粉末。放置在马弗炉中煅烧,得到白色的CaO 粉末。

4 五水合L- 乳酸钙制备

将煅烧分解后的CaO粉末研细后加入一定量的水, 不断搅拌, 缓慢加入一定量的80%的L- 乳酸溶液, 在一定的温度下反应, 过滤和蒸发浓缩, 转至室温下放置结晶, 将得到的结晶物用无水乙醇洗涤、抽滤、干燥, 得到白色的五水合L- 乳酸钙颗粒。

验结果表明, 条件为牡蛎壳在900 ℃下灰化120 min, 2.00 g 灰分加水40.0 mL 制成石灰乳, 石灰乳中加入12.00 mL 80%的L- 乳酸, 在60 ℃发生中和反应, 经过滤、结晶、洗涤后在55 ℃下干燥制得白色粉末产品。在此工艺条件下产率为92.45%, L- 乳酸钙含量为89.41%。

参考文献

[1] 江敏，牡蛎壳合成L-乳酸钙的工艺研究[J] DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2008.03.014