微生物发酵生产丙酸已经引起了人们的广泛关注,发酵丙酸钙又称天然丙酸钙,属于天然高效、安全无毒、性能稳定、广谱的天然防腐剂,目前丙酸钙的发酵研究成为了食品添加剂和应用的一个热点。本文根据食品添加剂丙酸钙的工业大规模发酵的技术需求,通过对发酵工艺优化和中试放大过程的研究,建立了一种过程可控,经济性能较好,可直接应用于天然丙酸钙和维生素B₁₂联产的工业化生产工艺。本论文的主要研究内容和成果如下:1.两种丙酸杆菌发酵性能的比较通过费氏丙酸杆菌和产酸丙酸杆菌的发酵结果,摇瓶发酵168 h,费氏丙酸杆菌和产酸丙酸杆菌的丙酸产量分别为36.78 g·L^-1和37.41 g·L^-1,7 L发酵罐发酵168 h,产量可分别提高到42.10 g·L^-1和41.79 g·L^-1。因此,两株丙酸杆菌的发酵水平相当,用费氏丙酸杆菌替代产酸丙酸杆菌发酵生产丙酸是完全可行的。2.直接发酵联产丙酸钙和B₁₂发酵法生产食品添加剂丙酸盐的主要形式是丙酸钙,本实验采用氢氧化钙调节pH直接生产丙酸钙。结果表明,当摇瓶发酵144 h,丙酸的产量为38.81 g·L^-1,维生素B₁₂的产量为10.52 mg·L^-1;7 L发酵罐发酵144 h,丙酸的产量为40.02g·L^-1,维生素B₁₂的产量为12.06 mg·L^-1;150 L发酵罐中试发酵144 h,丙酸的产量为45.83 g·L^-1,维生素B₁₂的产量为12.57 mg·L^-1。上述结果与采用氨水调节pH的发酵水平相当,因此,费氏丙酸杆菌发酵过程中采用氢氧化钙调节pH,不仅可以实现丙酸（钙）和维生素B₁₂的联产,还可以减少氨水的使用量,降低了生产成本。3.碳源对费氏丙酸杆菌发酵的影响采用葡萄糖作为唯一碳源发酵生产丙酸时,会伴随着乳酸的产生,含量高达39.63 g·L^-1。为降低乳酸等杂酸产量,提高底物转化率,分析了葡萄糖、甘油作为唯一碳源以及二者混合碳源对发酵过程的影响,优化了碳源比例及用量。150L发酵结果表明,当初始培养基中葡萄糖/甘油为1:1,补料碳源中葡萄糖/甘油为2:1时,丙酸和维生素B₁₂的产量分别为57.95 g·L^-1和17.53 mg·L^-1,对应的产率分别为0.40 g·L^-1·h^-1和0.12 mg·L^-1·h^-1,而且未产生乳酸。因此,优化后的碳源可以有效控制发酵过程中杂酸的产生。4.费氏丙酸杆菌发酵中试工艺的建立采用上述优化的培养基和氢氧化钙调节pH的方式进行费氏丙酸杆菌发酵联产丙酸和B₁₂,150 L发酵结果表明,发酵周期为144 h,丙酸和维生素B₁₂的产量分别为66.64 g·L^-1和16.91 mg·L^-1,对应的产率为0.46 g·L^-1·h^-1和0.11 mg·L^-1·h^-1。在不影响维生素B₁₂产量的前提下,丙酸产量提高了45.31%,底物转化率提高了71.87%,杂酸（乳酸、丁二酸、乙酸）降低了37.55%,将发酵液浓缩脱色烘干制成丙酸钙含量达到69.74%的丙酸钙粗制品。