白酒固态发酵中解除产物乙醇抑制作用的初步研究

毛锦程 | -> | 940| 1| 0.535865MB |白酒,酵母,固态发酵,气载乙醇发酵,解除抑制

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摘要: 在固态乙醇发酵中,产物乙醇浓度和发酵温度的升高影响酵母菌的发酵性能,为解除产物乙醇对酵母菌的抑制作用, 本实验利用酵母菌在固态发酵中产生的另一重要产物二氧化碳作为循环载体,将乙醇从发酵基质中抽离出来,通过冷凝器的分离,二氧化碳再重新利用,这样既解除了乙醇对酵母发酵的抑制作用,又将发酵培养基的温度稳定在酵母发酵适宜的温度,从而提高了发酵效率。
    在固态法白酒生产过程中,酵母发酵淀粉的主要产物是乙醇和二氧化碳,产物乙醇对酵母菌的生长代谢产生抑制作用, 虽然不同的酵母菌株有不同的耐乙醇能力,但一般情况下,当乙醇浓度高于40 g/L 时,酵母的出芽就将受到明显的抑制; 当乙醇浓度在40~120 g/L 之间, 它对酵母的生长和发酵能力的抑制作用将急剧增加;当乙醇浓度高于120 g/L 时,酵母不再生长和产生乙醇。因此,发酵培养基中的乙醇浓度应控制在3 % 以下,以排除乙醇对酵母生长代谢产生的抑制作用。当固态发酵培养基中淀粉浓度达到18 % 以上时, 发酵产生的乙醇的理论值可达到10 % 以上, 相当于水溶液中乙醇浓度为15 % ,此时乙醇对酵母的抑制作用十分明显,导致难以提高固态发酵乙醇的生产效率[1~2]。
    为解除乙醇发酵过程中产物乙醇的抑制作用,一些学者提出了多种乙醇发酵与分离耦合工艺,如乙醇发酵与吸附的耦合过程、乙醇发酵与萃取的耦合过程、真空发酵过程、渗透汽化- 细胞循环发酵过程、中空纤维膜- 细胞固定发酵、超滤- 细胞循环发酵、膜蒸馏-乙醇发酵过程等[3-7];P.K W alsh 等提出了以发酵过程中产生的二氧化碳作为载气进行循环,将液态发酵中产生的乙
醇以蒸汽的方式抽提出来[3];H w ai-Shen Liu 等人进一步对乙醇气提发酵过程进行了数学模拟[7]。
    从基质浓度的角度讲, 固态发酵是浓醪发酵的极限,并且,固态发酵具有有利于环境保护的特点,因此,固态发酵一直是生物工程领域内人们关注的热点。当采用固态发酵生产乙醇时,利用发酵过程中酵母产生的二氧化碳或加入二氧化碳气体作为循环载气将乙醇带出,在冷凝器中冷却分离乙醇,降温后的二氧化碳新加压返回固态基质反应器中,这样有利于保证固态反应器的温度恒定, 发酵完成后残留发酵培养基可直接作为饲料。基于这样的思路,在进行二氧化碳作为循环载气固态乙醇发酵可行性的同时,探讨了温度对固态发酵的影响。
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