马铃薯发酵制备有机融雪剂的工艺研究

【摘要】下雪是冬季十分常见的一种自然现象，其导致的出行不利，严重影响着人们的生活，由此带来的经济损失更难以估算。为了减少这一自然现象带来的损失，上世纪中叶，人们开发了“融雪剂”，即利用化学方法去除积雪，它替代了人工、机械方法除雪。目前的融雪剂主要有两种，一种为氯盐型融雪剂，它价格低廉，融雪效果良好，但大量使用后，残留液会严重污染环境；另一种为有机融雪剂，主要成分为醋酸钙，与氯盐型融雪剂相比，醋酸钙融雪剂将大大减少汽车、桥梁、公路、地下电缆和管道的腐蚀。但是昂贵的价格，导致其不能被广泛使用。因此，使用廉价的发酵原料制备醋酸成为首要考虑的问题。本课题利用廉价且来源广泛的马铃薯为原料，经酵母菌和醋酸菌联合发酵马铃薯糖化液生成醋酸，将醋酸与CaO反应生成醋酸钙。乳酸钙和醋酸钙性能相似，根据醋酸钙的融雪机理，推断乳酸钙亦有一定的融雪效果。课题对乳酸钙的制备进行了研究，并确定了乳酸钙的融雪性能。马铃薯发酵制备醋酸钙实验中，通过选取最佳菌龄菌种及对主要影响发酵因素的优化，提高最终产酸量。发酵最优条件为：选取30℃条件下培养16h的酵母菌及30℃条件下培养30h的醋酸菌，同时接种于发酵摇瓶中，酵母菌接种量为0.2%；醋酸菌接种量为10%，发酵液的装液量为20%，初始pH值为5.5，在30℃条件下发酵7天，可得到醋酸5.98g/100mL。将发酵液蒸馏分离出无色的醋酸液，与氧化钙反应，该方法合成产品为白色粉末，实验中醋酸提取率为95.5%，马铃薯淀粉利用率为72.9%，合成醋酸钙产率为92.5%。利用马铃薯发酵制备乳酸所用菌种为实验从酸奶中分离得到的乳酸菌。将从酸奶中得到多种不同菌落形态的菌株，进行各生理生化试验，得到3株杆状乳酸菌，选取凝乳实验最短的菌种为后续发酵用菌种。乳酸菌的最适生长环境为：最佳菌龄12h，培养温度36℃，接种量8%，装液量20%，初始pH为6。利用正交试验对影响马铃薯醪发酵生成乳酸的主要因素做了优化，结果为：葡萄糖4%，接种量8%，发酵液起始pH为5.5，置于40℃，发酵3天；影响乳酸生成的主次因素为：温度＞葡萄糖添加量＞时间t＞接种量＞起始pH；最优条件下乳酸含量为8.64g/L。将乳酸从发酵液中分离，与氧化钙反应得到乳酸钙，合成率为72%。通过融冰实验表明乳酸钙具有一定的融雪性能，但其融冰融雪效果略次于醋酸钙；铁钉腐蚀实验可知乳酸钙、醋酸钙对铁钉的腐蚀相对于氯化钠和清水对铁钉的腐蚀几乎可以忽略；对两种有机钙盐做了成本分析，发现乳酸钙的成本大大高于醋酸钙的生产成本，因此将乳酸钙用于融雪剂不大可行。
【作者】陈文洁；
【导师】郭建峰；
【作者基本信息】中北大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】融雪剂；马铃薯；醋酸钙；乳酸钙；

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