包括除去碳酸盐衍生物化合物步骤的制造含有丙酸盐和醋酸盐的发酵产物的方法

摘要

本发明涉及通过将酸加入到发酵产物中来制造包含丙酸盐和醋酸盐的混合溶液的方法，以获得具有2.5至8范围的pH的包含丙酸盐和醋酸盐的酸化发酵产物，该方法还任选地包括除去碳酸盐相关化合物的处理步骤。

说明书

本发明涉及通过提升发酵过程的产物来制造丙酸盐、醋酸盐和任 选的其他有机酸盐的混合溶液的方法。

利用发酵过程来制造丙酸盐和醋酸盐的混合溶液是本领域已知 的。

US 4676987描述了乳清发酵过程，其中乳清培养基用产乳酸的生 物体发酵来产生乳酸，用氢氧化钙中和，灭菌，然后用产丙酸的生物 体发酵。

EP 0563451描述了通过使用细菌反刍月形单胞菌(Selenomonasruminantium)发酵乳酸盐来制备丙酸盐的方法。底物优选为玉米浆。 描述了约5摩尔的乳酸盐转化成3摩尔的丙酸盐、1.7摩尔的醋酸盐、 0.4摩尔的琥珀酸盐和1.7摩尔的二氧化碳。可以在发酵开始时或在 发酵过程中，将乳酸加入到发酵培养基中，以提供0-5％(w/v)，优 选1-3％的浓度。

US 4814273描述了通过一种方法来制造醋酸、丙酸或丁酸，该方 法包括以下步骤：用微生物发酵含有乳酸盐的发酵培养基以形成醋酸 盐、丙酸盐或丁酸盐，将可发酵的碳水化合物加入到由此获得的混合 物中以获得第二种发酵培养基，发酵第二种发酵培养基以产生乳酸盐 并将第一步中形成的醋酸盐、丙酸盐或丁酸盐转化成它们各自的酸， 并将乳酸盐返回至步骤1中。

EP 141642描述了用薛氏丙酸杆菌(Propionibacteriumshermanii)和干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)的混合物发酵灭 菌的乳清培养物以形成乳酸、醋酸和丙酸的混合物。

WO 85/04901和US 4794080描述了使用同步的两级发酵过程来生 产乳酸或其盐和丙酸和/或醋酸或其盐的方法，其中第一种细菌将碳水 化合物发酵成乳酸，而第二种细菌将乳酸发酵以产生丙酸和醋酸。发 酵后，除去细菌细胞，并将渗透液在活性炭淤浆中脱色，接着进行闪 蒸和喷雾干燥。

以上所述的参考文献没有描述加工液体的提升。本领域中已经发 现了需要提升发酵产物的方法，特别是含有相当大量的碳酸盐或碳酸 盐相关化合物的发酵产物。这是因为碳酸盐相关化合物的存在在各种 食品和饮料产品中是不希望有的。就品质和管理而言，某些食品和饮 料产品中碳酸盐的存在是不希望有的。此外，碳酸盐的存在可能导致 一些问题，如在含有这些碳酸盐的发酵产物或其中使用了这些含有碳 酸盐的发酵产物的产品(如，例如，各种食品和饮料产品)的使用过 程中的沉淀或不希望有的气体或泡沫形成。碳酸盐的存在还可能导致 在液体的进一步加工过程中产生的沉淀或气体或泡沫形成，特别是进 一步浓缩过程中的沉淀。所形成的沉淀物将淤塞用于这些浓缩处理的 设备，并且形成非常低效的浓缩处理。本发明涉及这样的提升过程。 通过本发明解决的更多问题和相关优点将从以下描述中变得清楚。

本发明涉及制造包含丙酸盐和醋酸盐的混合溶液的方法和降低碳 酸盐相关化合物的含量的方法。

根据本发明的方法包括以下步骤：

·提供包含丙酸盐、醋酸盐和碳酸盐相关化合物的发酵产物，和

·将酸加入到发酵产物中，以获得具有2.5至低于8范围的pH 的酸化发酵产物(下文中也称为酸化步骤)。

通过本发明的方法，获得了包含丙酸盐和醋酸盐并且具有低总量 的碳酸盐相关化合物的溶液。碳酸盐相关化合物的总量是碳酸盐、碳 酸氢盐和碳酸的总和，或者换句话说，∑(H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-)。这表 示通过本发明方法获得的最终溶液中以mol/l表示的碳酸盐相关化合 物的总量在环境温度下至多为0.05mol/l。

这种低总碳酸盐含量的优点在于可以进行进一步的浓缩步骤，而 没有不溶性碳酸盐相关盐的沉淀。进一步的优点在于低碳酸盐含量降 低了溶液使用过程中不希望有的二氧化碳(CO₂)形成的风险。

不希望束缚于任何理论，假设酸的加入导致碳酸盐相关化合物以 包含二氧化碳的泡沫或气体形式从发酵产物中除去。在本发明进一步 的实施方案中，该方法包括用于除去碳酸盐相关化合物或用于除去所 形成的所述泡沫或气体的步骤。这可以通过各种方式来进行，如例如 蒸发，将其他气体通入溶液进行鼓泡，通过抽吸所形成的泡沫或气体， 等等。还可以简单地将酸化发酵产物保持一定时间的静止，直至例如 观察到不再有更多的气体或泡沫形成，同时任选地将产物进行搅拌。

在优选的实施方案中，将酸化步骤与其中提高产物温度的处理步 骤相结合。这可以同时或相继进行(即，在酸化步骤的过程中提高温 度，首先提高发酵产物的温度或提高所得到的酸化发酵产物的温度)。 这将有利于除去所述含有二氧化碳的气体或泡沫形式的碳酸盐相关化 合物。

在根据本发明的方法中用作起始材料的发酵产物中的丙酸盐的量 通常在0.5-10wt％(基于重量的百分比)的范围内，更特别地在1-5wt％ 范围内。

发酵产物中醋酸盐的量通常在0.1-5wt％的范围内，更特别地在 0.5-2wt％的范围内。

用作起始材料的发酵产物的直接pH通常在6-9的范围内，更特别 地在6.5至8.5的范围内。

其中获得用作本发明中的起始材料的发酵产物的方式对于根据本 发明的方法不是关键的。

在一个实施方案中，可以通过使含乳酸的培养基接受使用细菌的 发酵处理来获得用作起始材料的发酵产物。合适的细菌包括来自丙酸 杆菌科(Propionibacteriaceae)的细菌，如产丙酸丙酸杆菌 (Propionibacterium acidi-propionici)、费氏丙酸杆菌 (Propionibacterium freudenreichii)、特恩氏丙酸杆菌 (Propionibacterium thoeni)和/或詹氏丙酸杆菌 (Propionibacterium jensenii)，或来自月形单胞菌属 (Selenomonas)的细菌(例如，反刍月形单胞菌)。优选使用费氏丙 酸杆菌薛氏亚种(Propionibacterium freudenreichii subsp. Shermanii)。

发酵过程通常在10-70℃范围，特别是在25-55℃的范围内，更特 别在25-35℃的范围内的温度下进行。合适的发酵过程是本领域已知 的，如，例如，来自引言中提及的参考文献，并且在此不需要进一步 的说明。所得到的发酵产物可以用作根据本发明方法中的起始材料。

完成发酵后，优选地通过除去包括细菌和各种杂质的生物质来进 一步纯化发酵产物。如果除去生物质，可以将其从培养基中部分或全 部除去。可以使用本领域技术人员已知的用于这种(部分)生物质除 去处理步骤的任何方法，例如，但不限于，超滤、微滤、静态倾析或 离心。

所述(部分)除去生物质后获得的发酵产物优选地用作根据本发 明方法中的起始材料。

在根据本发明方法的酸化步骤中，将酸加入到发酵产物中，以获 得2.5至低于8范围的pH。特别地，pH在3至7的范围中，并且更特 别地，在3至约6.6或6.8的范围中。在本发明的优选实施方案中， 将发酵产物酸化，以获得具有3至7范围pH的酸化发酵产物，随后除 去大部分的碳酸盐相关化合物，而在大部分食品和饮料应用中使用所 述发酵产物，就例如沉淀或气体/泡沫形成而言，将不会引起更多的问 题。最理想的是该发酵产物的酸化直至低于6.8的pH，因为甚至进一 步降低了碳酸盐相关化合物的量。

所加酸的量取决于发酵产物的pH和/或进一步处理或应用发酵产 物的方式，如，例如，用于某些食品或饮料产品。所加酸的终浓度通 常在发酵产物的0.1-60wt％的范围内，更特别地在10-50wt％的范围内， 最优选在25-50wt％的范围内。

注意到pH值是决定处理效果的参数。对于酸的量，给出以上提及 的数值，用于指导。

所获得的酸化产物通常包含0.5-10％wt％范围，更特别地1-7％wt％ 范围量的丙酸盐，0.1-7％wt％，更特别地在0.5-2.5％wt％范围量的醋酸 盐，和早前提及的终浓度的加入的酸。注意到如果加入的酸包含丙酸 和/或醋酸，这些成分的范围将通过使以上对于各自的酸给出的范围与 对于加入的酸给出的范围相结合来计算。

酸可以选自有机酸或无机酸。合适的无机酸包括选自盐酸和含氮 -、硫-和磷-的酸的无机酸。在这个组内，优选盐酸和含磷的酸。

合适的有机酸包括选自具有1-10个碳原子的羧酸的酸，其任选地 被羟基取代。合适的酸包括柠檬酸、苹果酸、乳酸、葡糖酸、醋酸(也 可以是醋的形式)、琥珀酸、丙酸、酒石酸、富马酸、抗坏血酸、山 梨酸和苯甲酸。

在有机酸的组内，由于它们的抗微生物特性，优选使用乳酸、醋 酸、柠檬酸及其混合物。由于其抗氧化特性，抗坏血酸也是优选的。

酸的添加导致碳酸盐相关化合物以二氧化碳的形式从发酵产物中 除去。从系统中除去的碳酸盐相关化合物的量通常在1-30克CO₂(即， 表示为CO₂的碳酸盐相关化合物的总量)/升发酵培养基，特别是5-15 克CO₂/升发酵培养基的范围内。

所加酸的量通常足以除去发酵产物中存在的至少60％，更特别是 至少75％，再更特别至少90％的二氧化碳形式的碳酸盐相关化合物。发 现了通过根据本发明的方法甚至可以除去超过95％的碳酸盐相关化合 物。

在根据本发明方法的进一步的实施方案中，可以在加入酸之前浓 缩发酵产物(部分或全部除去了生物质或根本没有)，或在浓缩过程 中加入酸。发酵产物不能过于浓缩，以避免污垢沉淀在设备上和降低 浓缩处理的效率，但可以浓缩至具有约20wt％，更优选至多25或甚至 30wt％的丙酸盐浓度的产物。为了获得具有比后者高的丙酸盐浓度的产 物，需要额外的酸化步骤和/或温度的进一步升高。

根据将酸加入到发酵产物(其可以是浓缩的或未浓缩的)中后获 得的发酵产物的pH，根据本发明方法的下一步可以包括将碱加入到所 得到的包含丙酸盐和醋酸盐的酸化发酵产物中，以获得具有至少5的 直接pH的产物(下文中也称为加碱步骤或中和步骤)。当然只在获得 具有低于该值的pH的酸化发酵产物的情况下才需要该步骤。

更特别地，加入所述碱后的pH可以为至少6，优选至少6.5。尽 管pH的上限不是关键的，但pH通常至多为8，更特别地至多为7.5。 在5至8的pH下，获得了可以在例如浓缩步骤中进一步有效加工或适 于直接应用于例如食品和饮料产品中的产物。例如，肉制品，包括鱼 和禽制品，具有更中性的pH，并因此具有约7至7.5且直至最大8的 pH的产物对于这种类型的食品将是更合适的，而如果要用于更常见的 (非肉)食品或饮料产品中，本发明的发酵产物可以具有约5至6的 较低pH。

如果获得了在酸化后具有高于5或高于如上所述的优选值的pH 的发酵产物(浓缩或未浓缩的)，不需要添加任何碱，并且可以将发 酵产物进一步处理，例如，浓缩和/或直接用于例如食品或饮料产品中， 并且特别是基于肉的食品中。

该步骤中所用碱的性质对于根据本发明的方法不是关键的。合适 的碱包括NaOH、KOH、NH₃、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂和NH₃OH。如果终产物欲 用于食品应用中，使用食品相容的碱可能是优选的。使用KOH或NaOH 可能是特别优选的，因为这些化合物便宜、易获得并且是食品相容的。

加入的碱的量取决于发酵产物的pH。如早前关于加入的酸所述 的，注意到pH值是决定处理效果的参数。

加碱步骤的产物因此具有至少5的pH，更特别地至少6，甚至更 特别地至少6.5。该pH通常最高为8，更特别地至多为7.5。在早前 的步骤中没有浓缩时，加碱步骤的产物通常包含0.5-10％wt％范围，更 特别地1-7％wt％范围量的丙酸盐，0.1-7％wt％，更特别地0.5-3％wt％范 围量的醋酸盐，和0至60wt％量，特别为10至50wt％的量，更特别地 为25至50wt％的量的加入的酸。

如早前提到的，再次注意到加入的酸可以优选地包含柠檬酸、醋 酸、乳酸或其组合，但也可以包含丙酸，任选地与一种或多种以上提 及的其他酸结合。在加入的酸包含丙酸和/或醋酸的情况下，这些成分 的范围将通过使以上对于各自的酸给出的范围和对于加入的酸给出的 范围相结合来计算。

已经清楚在酸化步骤之前没有浓缩发酵产物时，发酵液中各种有 机酸盐的浓度通常相当低。因此需要可以制造更浓缩的盐或这些有机 酸的溶液的方法，特别地，比通过本领域已知方法可获得的溶液更浓 缩的包含丙酸盐和醋酸盐的溶液。

在一个实施方案中，使酸化后的发酵产物和/或加碱步骤后的发酵 产物接受浓缩步骤，以获得更浓缩的包含丙酸盐和醋酸盐的溶液。可 以通过本领域已知的用于该目的的任何方法来进行浓缩步骤。合适的 方法包括，例如，蒸发、反向渗透和喷雾干燥和/或其组合。可以进行 浓缩步骤，以形成溶液，但也可以通过例如挤出或喷雾干燥来形成干 的产物。事实是溶液中的碳酸盐浓度已经降低，确保可以防止沉淀的 形成。降低的碳酸盐浓度也可降低碳酸盐在进一步的加工步骤中引起 问题的风险。

在本发明的优选实施方案中，用于酸化的酸是乳酸。在这种情况 下，加入酸和碱后获得的浓缩发酵产物通常包含30-50wt％量的乳酸盐， 0.5-7wt％量的丙酸盐和0.5-7wt％量的醋酸盐。可以将该产物浓缩以形 成包含60-95wt％量的乳酸盐、1-14wt％量的丙酸盐和1-14wt％量的醋酸 盐的水溶液。已经发现该产物在各种商业应用中具有吸引力，包括作 为食品和饮料应中的抗微生物剂以及作为味道增强剂。进一步发现了 其特别适于未经腌制的肉和禽制品中的应用，因为产品呈现出特别的 味道特征，对未经腌制的肉和禽制品的感官特性具有积极的作用。

本发明提供了由于在较早阶段除去了碳酸盐或碳酸盐相关化合物 而防止在例如食品和饮料产品的进一步加工或应用中在使用含丙酸盐 和醋酸盐的过程中气体或泡沫形成的方法。本发明还防止浓缩后碳酸 盐或碳酸盐相关化合物的沉淀。适于在所有的发酵食品成分中，例如， 在含有厌氧发酵产物(如丙酸盐、醋酸盐、乙醇或这些的组合)的天 然食品成分的发酵产物中，在浓缩前除去二氧化碳形式的碳酸盐相关 化合物。以这种方式也可以从含有来自需氧发酵的任何产物的天然发 酵物中除去碳酸盐相关化合物和碳酸盐。

通过以下非限制性实施例来进一步说明本发明。

实验

实验1：没有添加酸

产生含有丙酸盐和醋酸盐的发酵液。通过超滤除去生物质。在 85mbar和60℃(必需提及？)下的蒸发过程中，将澄清的超滤滤液浓 缩10倍，至约20wt％丙酸盐的浓度。固体立即(在蒸发开始时？)沉 淀至底部，并且由于二氧化碳气体的释放，pH从约7提高到约10.5。

实验2：添加了酸

首先通过加入乳酸至约3至3.5的pH，将实验1中产生的发酵液 酸化。较低的pH导致二氧化碳气体起泡。停止起泡后，通过加入氢氧 化钾使酸化发酵液的pH回到约6.5至7的pH。将所得到的发酵产物 浓缩三倍。没有沉淀也没有任何气体形成发生。

此后，通过加入乳酸/氢氧化钠缓冲液，将pH设定为5.7，并且 将产物贮存6个月。在这6个月期间，没有固体沉淀。

实验3：不同的碱

重复实验2，但加入了氢氧化钠来代替作为碱的氢氧化钾。在蒸 发过程中或在此后的贮存过程中，没有沉淀也没有任何气体形成发生。

实验4：

将含有45g/l乳酸钠的培养基发酵成包含丙酸(2.3％(w/w))和 醋酸(0.9％(w/w))的发酵产物。将温度维持于30℃。通过加入NaOH (10％(w/v))将pH控制在6.5。首先使发酵产物接受加热步骤，并 且将温度升至75℃。使用二氧化碳流量计，在这种较高温度下观察到 二氧化碳从发酵产物中的除去的明显增加。通过加入乳酸将pH降低到 5.5导致了更高流量的除去的二氧化碳。最后，将该发酵产物浓缩7 倍。在发酵产物中或在最终浓缩的发酵产物中，没有可见的(沉淀的 或漂浮的)碳酸盐颗粒。