課程設(shè)計(醋酸的發(fā)酵生產(chǎn))

1、湖 北 大 學(xué)發(fā) 酵 工 程 與 設(shè) 備 課 程 設(shè) 計題 目 醋酸的發(fā)酵生產(chǎn) 專業(yè)年級 05生物工程 學(xué)生姓名 劉進(jìn) 學(xué) 號 205221107210003 指導(dǎo)老師 李亞東 2008 年 6 月 23 日目錄1前言.31.1醋酸簡介.31.2全球醋酸的生產(chǎn)狀況.31.3國外生產(chǎn)研究現(xiàn)狀.31.4國內(nèi)醋酸的生產(chǎn)狀況如下.31.5國內(nèi)生產(chǎn)研究現(xiàn)狀.31.6主導(dǎo)生產(chǎn)方法.41.7食用醋酸生產(chǎn)研究現(xiàn).41.8生產(chǎn)技術(shù)的革新與改造.41.8.1純種固態(tài)食醋生產(chǎn)技術(shù)的建立.41.8.2純種液態(tài)食醋生產(chǎn)技術(shù)的建立.41.8.3傳統(tǒng)釀造食醋的技術(shù)改造.41.9我國目標(biāo).42發(fā)酵機(jī)制.42.1淀粉水解.42

2、.2酒精發(fā)酵.42.2.1精發(fā)酵微生物.42.2.2 酒精發(fā)酵中的物質(zhì)變化42.3 醋酸發(fā)酵52.3.1 醋酸發(fā)酵微生物52.3.2 醋酸發(fā)酵中的物質(zhì)變化.52.4 醋酸的提取53 發(fā)酵工藝及特點53.1 原料53.2 調(diào)漿63.3 液化和糖化63.4 酒精發(fā)酵63.4.1 前發(fā)酵期63.4.2 主發(fā)酵期73.4.3后發(fā)酵期.73.5 醋酸發(fā)酵73.5.1淋醋發(fā)酵工藝73.5.2 深層發(fā)酵工藝73.5.3固定化細(xì)胞發(fā)酵法83.5.5 醋酸提取8菌種的制備及種子的擴(kuò)大培養(yǎng)94.1實驗室種子制備：94.1.1選育釀酒酵母株的方法94.1.2 醋酸菌篩選流程94.2 擴(kuò)大培養(yǎng).104.2.1酒母的制

3、備104.2.2醋酸菌擴(kuò)大培養(yǎng)105.培養(yǎng)基的組成及制備.105.1酒精發(fā)酵培養(yǎng)基組成105.2醋酸發(fā)酵培養(yǎng)基105.3發(fā)酵罐滅菌105.4滅菌流程.116無菌空氣制備系統(tǒng).116.1發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣過程.116.2特點.126.3設(shè)備選擇127工藝計算.127.1.說明.127.2 計算. 128.三廢處理.158.1廢氣.158.2廢水.158.3廢渣15發(fā)酵工程與設(shè)備課程設(shè)計正文1 前言1.1 醋酸簡介：醋酸(Acetic Acid)是食用醋的主要化學(xué)成分，是無色透明液體（低于16.7C時為白色晶體）,有刺激性的酸味,它的蒸汽對粘膜,尤其是對眼睛的粘膜有刺激作用。濃醋酸能引起皮膚的

4、灼傷。醋酸與水、醇、苯、甘油、脂肪油等有機(jī)液體能互溶。醋酸是一種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品, 主要用于醋酸乙烯、對苯二甲酸、醋酸纖維、醋酸酯等產(chǎn)品的生產(chǎn), 是合成纖維、膠粘劑、醫(yī)藥、染料和農(nóng)藥的重要原料。醋酸還是優(yōu)良的有機(jī)溶劑, 在塑料、橡膠、印刷等行業(yè)有著十分廣泛的用途1 。食醋是人們生活中不可或缺的酸性調(diào)味品，其兼有防止腐敗、增進(jìn)食欲、保健防病、緩解疲勞等功能。近來醋在色拉調(diào)料、調(diào)味番茄醬以及其他調(diào)味醬領(lǐng)域里也扮演著非常重要的角色2。食用醋酸的生產(chǎn)技術(shù)主要是醋酸菌發(fā)酵產(chǎn)生。對于生產(chǎn)純醋酸來說，目前化學(xué)合成法的成本較低，所以發(fā)酵法并不廣泛在工業(yè)上生產(chǎn)純醋酸。工業(yè)化的醋酸生產(chǎn)技術(shù)主要有： 甲醇羰基化法

5、、乙醛氧化法、乙烯直接氧化法和輕油(丁烷或石腦油)氧化法。1.2 全球醋酸的生產(chǎn)狀況如下：2004 年, 全球醋酸生產(chǎn)能力約為987 萬噸/年,其中各地區(qū)的生產(chǎn)能力分別為: 北美347 萬噸、歐洲142 萬噸、亞洲435 萬噸; 分別占世界總生產(chǎn)能力的35%、14%和44%。近年來, 亞洲地區(qū)產(chǎn)能增加較快,年均增長率約為7.7%, 高于世界2.9%的年均增長率。1.3 國外生產(chǎn)研究現(xiàn)狀：塞拉尼斯公司是世界兩大醋酸生產(chǎn)商之一, 總產(chǎn)能為242.5 萬噸/年。其裝置主要在美國和新加坡,在美國甲醇羰基合成法裝置的能力已達(dá)到120 萬噸/年, 是世界上最大的生產(chǎn)裝置, 在新加坡羰基法裝置的能力為50

6、萬噸/年, 而在其他地區(qū)的乙醛氧化生產(chǎn)醋酸的裝置相繼關(guān)閉?，F(xiàn)有裝置主要采用甲醇羰基合成法和丁烷液相氧化法。目前, 該公司正在南京獨資建設(shè)一套60 萬噸/年的生產(chǎn)裝置, 2007 年建成投產(chǎn)。BP 也是世界主要的醋酸生產(chǎn)商, 在全球4 個地區(qū)擁有醋酸生產(chǎn)裝置, 總能力為177 萬噸/年, 占全球總產(chǎn)能的17.9%。其在英國的羰基合成法裝置能力為50 萬噸/年; 在韓國是BP 和三星的合資公司,現(xiàn)裝置能力已達(dá)42 萬噸/年, BP 持股51%; 在馬來西亞是和Petronas 公司的合資企業(yè), 裝置能力為40萬噸/年; 與中石化四川維尼綸廠合資建設(shè)的醋酸裝置產(chǎn)能現(xiàn)已擴(kuò)大為35 萬噸/年。世界兩大醋

7、酸生產(chǎn)商塞拉尼斯和BP 控制了全球的醋酸生產(chǎn),總產(chǎn)能已達(dá)到419.5 萬噸/年, 占全球總產(chǎn)能的40%以上。1.4 國內(nèi)醋酸的生產(chǎn)狀況如下：目前, 我國共有20 多套醋酸生產(chǎn)裝置( 一些乙醇法的生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)處于停產(chǎn), 只有幾家還在生產(chǎn),產(chǎn)量很低) , 至2005 年年底, 我國的總生產(chǎn)能力達(dá)到了176.5 萬噸/年, 2005 年全年產(chǎn)量為140 萬噸, 比去年增長21.5%。1.5 國內(nèi)生產(chǎn)研究現(xiàn)狀：我國現(xiàn)有甲醇羰基合成法醋酸生產(chǎn)企業(yè)4 家,生產(chǎn)能力為100 萬噸/年, 占總產(chǎn)能的63%; 乙烯法生產(chǎn)企業(yè)有4 家, 生產(chǎn)能力為44.5 萬噸/年, 占總產(chǎn)能的28.4%;其余為乙醇法。目前,

8、我國甲醇羰基合成法醋酸生產(chǎn)已占據(jù)了主導(dǎo)地位, 并且產(chǎn)能和產(chǎn)量都有了較大幅度的增長, 裝置開工率接近100%; 而隨著國際油價的不斷上升, 占主導(dǎo)地位的乙烯法產(chǎn)量有所下降, 開工率約為74%。我國甲醇羰基化法的最大生產(chǎn)企業(yè)是江蘇索普(集團(tuán))公司, 有兩套生產(chǎn)裝置, 總產(chǎn)能約為40 萬噸/年, 2005 年產(chǎn)量為40.3 萬噸。四川揚(yáng)子江乙酰化工有限公司是我國第二大甲醇羰基合成法醋酸生產(chǎn)企業(yè), 1998 年一期工程完成, 當(dāng)時產(chǎn)能為15 萬噸/年;二期工程于2002 年完成, 產(chǎn)能擴(kuò)大至23 萬噸/年;三期工程于2005 年7 月投料試車, 產(chǎn)能已達(dá)到35萬噸/年, 2005 年產(chǎn)量為25 萬噸。

9、上海吳涇化工公司醋酸生產(chǎn)裝置通過技術(shù)攻關(guān), 現(xiàn)有的生產(chǎn)能力已從10 萬噸/年擴(kuò)大為現(xiàn)在的25 萬噸/年, 2005 年產(chǎn)量為20 萬噸。山東兗礦國泰化工公司是由兗礦集團(tuán)和香港彩福按7030 合資成立的公司。經(jīng)過2 年多的建設(shè), 投資11 億元的兗礦國泰化工公司的年產(chǎn)20 萬噸醋酸, 已于2005 年11 月16 日竣工, 它是我國第一套完全自主研發(fā)和設(shè)計的甲醇羰基合成醋酸生產(chǎn)裝置。1.6 主導(dǎo)生產(chǎn)方法：目前, 全球醋酸生產(chǎn)以甲醇羰基合成法占主導(dǎo)地位, 生產(chǎn)能力已達(dá)到617.5 萬噸/年, 約占總產(chǎn)能的63%3。1.7 食用醋酸生產(chǎn)研究現(xiàn)：目前傳統(tǒng)醋工藝、純種固體制醋工藝和純種液態(tài)制醋工藝已經(jīng)形

10、成3大工藝路線并存。1.8 生產(chǎn)技術(shù)的革新與改造1.8.1 純種固態(tài)食醋生產(chǎn)技術(shù)的建立從20 世紀(jì)50年底開始,我國就開始了純種固態(tài)法生產(chǎn)食醋的嘗試。20 世紀(jì)60 年代,上海創(chuàng)造了酶法液化自然通風(fēng)回流的固體發(fā)酵工藝, 分別使用了純種培養(yǎng)的曲霉菌、酵母菌、醋酸菌作為發(fā)酵劑進(jìn)行液化、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵。20 世紀(jì)70 年代初,山西長治試驗生料制醋獲得成功,主輔料全部采用生料。這是一條全新的純種固態(tài)制醋工藝,主要的技術(shù)難題是防止雜菌污染與提高原料利用率。1.8.2 純種液態(tài)食醋生產(chǎn)技術(shù)的建立純種液態(tài)發(fā)酵制醋是借鑒抗生素、氨基酸等其他發(fā)酵工業(yè)的經(jīng)驗,應(yīng)用現(xiàn)代發(fā)酵工程、細(xì)胞工程和酶工程技術(shù)建立起

11、來的一類先進(jìn)的新型制醋生產(chǎn)技術(shù),包括自吸式發(fā)酵罐液態(tài)制醋、固定化細(xì)胞發(fā)酵制醋和酶制劑發(fā)酵制醋3種工藝。1.8.3 傳統(tǒng)釀造食醋的技術(shù)改造我國傳統(tǒng)釀醋技術(shù)在世界上獨具一格,在長期的生產(chǎn)實踐中已形成了固定的工藝模式和操作習(xí)慣。然而醋業(yè)界的有識之士和科研工作者追求傳統(tǒng)釀醋技術(shù)進(jìn)步的活動從來沒有停止過,不斷探索傳統(tǒng)釀醋微生物的活動規(guī)律,優(yōu)化工藝操作條件,改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備與擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,使傳統(tǒng)食醋釀造技術(shù)向現(xiàn)代方向逐步邁進(jìn)。1.9 我國目標(biāo)：新中國成立以后, 特別是改革開發(fā)以后的20 多年來,我國制醋業(yè)的發(fā)展環(huán)境有了很大變化。在政府領(lǐng)導(dǎo)、科研人員和醋業(yè)工作者的共同努力下,開展了釀醋微生物、制醋生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)

12、設(shè)備的多學(xué)科研究。選育了優(yōu)良的微生物菌種, 建立了純種固態(tài)食醋生產(chǎn)技術(shù)和純種液態(tài)食醋生產(chǎn)技術(shù),改進(jìn)了質(zhì)檢方法, 優(yōu)化了制醋設(shè)備,極大地提高了我國食醋的生產(chǎn)技術(shù)水平,使我國食醋產(chǎn)量和人均消費(fèi)水平得到明顯提高,制醋工業(yè)朝著科學(xué)化、機(jī)械化與大型化的方向發(fā)展的格局4。2 發(fā)酵機(jī)制醋酸的生產(chǎn)分為3個過程:淀粉水解成糖,糖發(fā)酵成酒精,酒精氧化成醋酸。這3個發(fā)酵過程都是依靠不同的微生物分泌的酶作用下進(jìn)行的,所以發(fā)酵過程就是創(chuàng)造有關(guān)微生物發(fā)育與酶作用有利條件的過程。2.1 淀粉水解淀粉是碳水化合物中重要多糖之一,為植物通過光合作用合成的天然高分子化合物。但它不能被酵母利用,必須首先把淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的糖類,然

13、后才能被酵母將糖發(fā)酵為酒精。淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖類的過程,稱之為淀粉水解。常規(guī)淀粉水解過程為: ( C6H1 0O5 ) n + nH2O X ( C6H1 0O5 ) 10 - 20 nC6H1 2O62.2 酒精發(fā)酵2.2.1 精發(fā)酵微生物酒精發(fā)酵所用微生物為酵母,其主要特點有.呈橢圓形,大小約45m; .生長的適宜溫度2834, 35以上活力減退, 605分鐘死亡,5可緩慢生長; .耐酸,適合pH值為46, pH值低于3. 5時生長受到抑制; .在通氣條件下細(xì)胞繁殖,不通氣條件下酒精發(fā)酵。2.2.2 酒精發(fā)酵中的物質(zhì)變化酒精發(fā)酵中的物質(zhì)變化具體過程為:葡萄糖在己糖激酶的催化下,由ATP供

14、給磷酸基轉(zhuǎn)化為6 - 磷酸葡萄糖; 6 - 磷酸葡萄糖在磷酸己糖異構(gòu)酶的催化下轉(zhuǎn)化為6 - 磷酸果糖; 6 - 磷酸果糖在磷酸果糖激酶的催化下,由ATP供給磷酸基,進(jìn)一步磷酸化,生成1, 6 - 二磷酸果糖; 1, 6 - 二磷酸果糖在醛縮酶的催化下,分裂為磷酸二羥丙酮和3 - 磷酸甘油醛;磷酸二羥丙酮和3 - 磷酸甘油醛在磷酸丙糖異構(gòu)酶的催化下相互轉(zhuǎn)化; 3 - 磷酸甘油醛在3 - 磷酸甘油醛脫氫酶的催化下,并經(jīng)磷化,生成1, 3 - 二磷酸甘油酸; 1, 3 - 二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下,變?yōu)? - 磷酸甘油酸; 3 - 磷酸甘油酸在磷酸甘油酸變位酶的催化下,轉(zhuǎn)變?yōu)? - 磷酸

15、甘油酸; 2 - 磷酸甘油酸在烯醇化酶的催化脫水,生成為2 - 磷酸烯醇式丙酮酸; 2 - 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下,失去高能磷酸鍵,生成烯醇式丙酮酸;由于烯醇式丙酮酸極不穩(wěn)定,變?yōu)楸?丙酮酸在脫羧酶的催化下脫羧,生成乙醛;乙醛在乙醇脫氫酶及輔酶(NADH2)的催化下,還原成乙醇。在酒精發(fā)酵中,其主要產(chǎn)物是乙醇和CO2 ,但同時也產(chǎn)生許多發(fā)酵副產(chǎn)品,主要有醇、醛、酸和酯四大類化學(xué)物質(zhì),這也是醋中風(fēng)味物質(zhì)的前體物質(zhì)5。2.3 醋酸發(fā)酵2.3.1 醋酸發(fā)酵微生物醋酸發(fā)酵所用微生物為醋酸菌,其主要特點有呈短桿狀,大小約0. 5 1. 5m; 為好氣性菌; 繁殖適宜溫度在30左右,最佳

16、酒精氧化溫度4045; 在60時10 min死亡; 能氧化酒精為醋酸,適宜酒精度為3% 6%; 能被自己所生成的醋酸殺滅; 能氧化醋酸為CO2和H2O。2.3.2 醋酸發(fā)酵中的物質(zhì)變化醋酸發(fā)酵中的物質(zhì)變化具體過程為:乙醇在乙醇脫氫酶的催化下,氧化成乙醛,通過吸水形成水化乙醛,再由乙醛脫氫酶氧化成乙酸。反應(yīng)步驟為:C2H5OHCH3CHOCH3COOH.由于醋酸菌含有乙酰輔酶A合成酶,它能氧化乙酸為CO2和H2O,所以在醋酸發(fā)酵后期,如發(fā)現(xiàn)乙酸不再上升時,酒度耗盡時，即為成熟期。2.4 醋酸的提取原理為水與醋酸的沸點相差較大。人們所研究過的醋酸提取方法很多，但可以用于工業(yè)上的只有少數(shù)幾種。.分餾

17、（精餾）。.恒沸脫水蒸餾。 .溶劑（低沸點或高沸點）萃取。.上述方法聯(lián)合使用。.萃取蒸餾和活性炭吸附等6。3 發(fā)酵工藝及特點7淋醋工藝是德國學(xué)者舒萊巴赫首先推舉出來的，由于它比傳統(tǒng)的固體制醋法（需40-60天）要快的多（只需5天），所以又稱為速釀法。一般工藝流程為：成熟醋醅酵母酶制劑 大米調(diào)漿蒸煮液化與糖化酒精發(fā)酵醋酸發(fā)酵醋酸提取無菌空氣 生產(chǎn)工藝3.1 原料主要原料有大米、高粱、玉米粉(麩皮、米糠、紅薯干等粗糧均可),麩皮,谷殼(小米殼也可),食鹽,淀粉酶、糖化酶,醋用發(fā)酵劑,水。3.2 調(diào)漿主要機(jī)器：磨漿機(jī)、調(diào)漿桶、調(diào)漿罐先將碎米浸泡，使米粒充分吸水膨脹。按米：水=1：1.5的比例送入磨漿

18、機(jī)，磨成70目以上細(xì)度的粉漿（濃度為1820Be）。粉漿泵送至調(diào)漿桶后，加入Na2CO3調(diào)至pH6.26.4,再加入碎米重量0.2%的CaCl2，然后按每克碎米130單位加入細(xì)菌-淀粉酶。在充分?jǐn)嚢枨闆r下，將粉漿緩緩連續(xù)放入液化桶中。3.3 液化和糖化主要設(shè)備：液化鍋、糖化罐先在液化鍋內(nèi)放定量的水，一般要求淹沒加熱管。將水升溫至90，開動攪拌，流入粉漿，掌握品溫在8590。粉漿全部進(jìn)入鍋內(nèi)后，維持1015min，用碘液檢查不顯藍(lán)色表示液化已經(jīng)完成。升溫至100，泵入糖化鍋。冷卻至65以下時加入麩曲或真菌糖化酶，維持在60左右糖化3小時。糖化罐如圖1所示3.4 酒精發(fā)酵主要設(shè)備：密閉式酒精發(fā)酵罐

19、淀粉經(jīng)過糖化后可得到葡萄糖,將糖化30min后的醪液打入發(fā)酵罐,再把酵母罐內(nèi)培養(yǎng)好的酵母接入。酵母菌將葡萄糖經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)一系列酶的作用,生成酒精和CO2。在發(fā)酵罐里酒精發(fā)酵分3個時期:前發(fā)酵期,主發(fā)酵期,后發(fā)酵期。3.4.1 前發(fā)酵期在酒母與糖化醪打入發(fā)酵罐后,這時醪液中的酵母細(xì)胞數(shù)還不多,由于醪液營養(yǎng)豐富,并有少量的溶解氧,所以酵母細(xì)胞能夠得以迅速繁殖,但此時發(fā)酵作用還不明顯,酒精產(chǎn)量不高,因此發(fā)酵醪表面比較平靜,糖份消耗少。前發(fā)酵期一般10h左右,應(yīng)及時通氣。3.4.2 主發(fā)酵期810 h后,酵母已大量形成,并達(dá)到一定濃度,酵母菌基本停止繁殖,主要進(jìn)行酒精發(fā)酵,醪液中酒精成分逐漸增加, CO

20、2 隨之逸出,有較強(qiáng)的CO2 泡沫響聲,溫度也隨之很快上升,這時最好將發(fā)酵醪的溫度控制在3234之間,主發(fā)酵期一般為12 h左右。3.4.3后發(fā)酵期后發(fā)酵期醪液中的糖份大部分已被酵母菌消耗掉,發(fā)酵作用也十分緩慢,這一階段發(fā)酵,發(fā)酵醪中酒精和二氧化碳產(chǎn)生得少,所以產(chǎn)生的熱量也不多,發(fā)酵醪的溫度逐漸下降,溫度應(yīng)控制在3032,如果醪液溫度太低,發(fā)酵時間就會延長,這樣會影響出酒率,這一時期約需40 h左右完成。酒精發(fā)酵罐如圖2所示3.5 醋酸發(fā)酵3.5.1淋醋發(fā)酵工藝主要設(shè)備：速釀塔 國內(nèi)用作淋醋發(fā)酵的設(shè)備稱為速釀塔，速釀塔高25米，直徑11.3米，圓桶形，塔頂封蓋，有排氣孔，內(nèi)有假底，塔內(nèi)置一層處

21、理過的填充料一樺木刨花、蘆葦秤或玉米芯（已經(jīng)洗凈）等上鋪厚約15厘米的粗谷糠)，塔頂部裝有回轉(zhuǎn)噴淋管，聚液槽接有不銹鋼離心泵使醋酸循環(huán)淋澆。塔頂封閉，只留排氣管，管口包扎紗布以調(diào)節(jié)空氣的進(jìn)入量。塔的上、中、下部皆插有溫度計。將酒液一次加入醋塔內(nèi)，再接入醋酸菌液10%，然后定時回澆和以定溫循環(huán)回淋結(jié)合，約每隔90分鐘回淋一次。品溫控制3542之間。如果發(fā)現(xiàn)品溫過高或過低，應(yīng)靈活決定回澆次數(shù)和控制空氣進(jìn)入?；貪矔r要隨時注意噴淋管是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，防止局部位置上填充物溫度過高，造成發(fā)酵異常。經(jīng)50多小時，測定淋出液酸度不再上升，酒精耗盡時，即為成熟期。醋塔法制醋酸特點： .塔內(nèi)填充料能連續(xù)使用，可以節(jié)約

22、麩皮等原料，并不需要出渣，減輕了勞動強(qiáng)度；.原料出品率較高； .填充料來源廣泛； .口味比較單調(diào)。國外淋醋工藝采用的典型設(shè)備是弗林斯發(fā)生器（Flings generator）在弗林斯發(fā)生器中，載體層的溫度自控問題已在可能的程度上得到了解決。其操作過程如下：酒醪有泵從發(fā)酵罐的聚液槽連續(xù)通過換熱器泵送到進(jìn)料罐中，它可以由此通過分布盤和櫸木刨花層間接回到聚液槽，或者通過溢流管直接回到聚液槽，刨花層中具有3只接觸式溫度計，它能控制進(jìn)料罐的閥門進(jìn)行循環(huán)液的調(diào)節(jié)。酒醪中的1只接觸式溫度計通過電磁閥可以控制進(jìn)入換熱器的冷卻水流量。以這種方式，在很高的發(fā)酵速率下，酒醪品溫也可以控制在2628，而刨花層中溫度計

23、觸點處的溫度可以控制在2833之間?？諝馔ㄟ^載體層的底部吹入，通過排氣管放出。當(dāng)殘余乙醇降到0.3%（v/v）時，將聚液槽中的醋液大部分放出，然后在幾天之內(nèi)分23次補(bǔ)足。在每一循環(huán)的開始，發(fā)酵速率可能明顯降低，這是由于乙醇和醋酸濃度的巨大變化導(dǎo)致載體層上部細(xì)菌大量死亡造成的。一旦新添加的酒醪與吸附在刨花上的醋液混合之后，就形成了發(fā)酵的適宜條件，即8%醋酸和4%乙醇。乙醇向醋酸轉(zhuǎn)化率取決于刨花層的使用時間，一般在8590%之間。高峰發(fā)酵期的氧利用率約為50%。發(fā)酵的長短與刨花層與聚液槽的體積比有關(guān)，一般為410天。用櫸木刨花做載體時，這種設(shè)備的生產(chǎn)能力約為每m3載體每天產(chǎn)醋5L。如果產(chǎn)醋質(zhì)量下降

24、，則可能應(yīng)為刨花層上細(xì)菌性質(zhì)已發(fā)生變化，例如形成粘性結(jié)塊物等。3.5.2 深層發(fā)酵工藝主要設(shè)備：自吸式發(fā)酵罐、通氣裝置、消泡器、酒精儀、發(fā)酵規(guī)程： 國內(nèi)食用醋酸深層發(fā)酵的規(guī)程為：酒醪放入發(fā)酵罐中之后，接入培養(yǎng)1214h的醋酸種子培養(yǎng)物20%，維持溫度3537，通風(fēng)量前期為0.13vvm，中期為0.17vvm，后期也為0.13vvm，罐壓維持在30kPa，在攪拌下發(fā)酵。發(fā)酵過程中，溫度每小時測定一次；酸度前期4h測一次，中期2h測一次，后期4h測一次，若酒精降到測不出，表明發(fā)酵已經(jīng)結(jié)束。整個過程約需4050h。深層發(fā)酵可以是間歇進(jìn)行的，也可以是半連續(xù)或連續(xù)進(jìn)行的。因為連續(xù)和半連續(xù)發(fā)酵可以免去培養(yǎng)

25、種子的操作，所以多被采用。連續(xù)發(fā)酵的操作規(guī)程是，將酒精儀置定在乙醇濃度2%（v/v），即維持罐內(nèi)乙醇濃度2%。這由酒精儀控制進(jìn)料閥，從而控制流加速率來實現(xiàn)。進(jìn)料的乙醇濃度約為12%，罐內(nèi)溫度維持在3133，開動通氣溢流管連續(xù)流出。3.5.3固定化細(xì)胞發(fā)酵法淋醋發(fā)酵是固定化細(xì)胞發(fā)酵的典型之例，淋醋發(fā)酵具有傳質(zhì)，傳熱不均勻性，而這主要是由于載體不均勻性造成的?，F(xiàn)代細(xì)胞固定化技術(shù)研究主要是載體的研究。根據(jù)固定后的細(xì)胞在發(fā)酵中是否隨發(fā)酵液流動可以把固定細(xì)胞發(fā)酵法分成兩大類:固膜式發(fā)酵和流化式發(fā)酵。相應(yīng)的固定方法成為固膜固定法和流化固定法。前者是細(xì)胞在載體上形成了生物膜，不隨發(fā)酵液流動，如纖維、陶瓷、和

26、前述的刨花用作載體的固定方法；而流化固定只是將細(xì)胞固定在載體內(nèi)或（和）表面上，或不用載體的自聚集固定，在發(fā)酵中載體帶著菌體在發(fā)酵液內(nèi)流動，如卡拉膠、海藻酸鈉等固定劑制成的凝膠珠則屬于這種類型。3.5.4熱醋酸梭菌發(fā)酵法熱醋酸梭菌發(fā)酵具有轉(zhuǎn)化率高，耐高溫，發(fā)酵有糖到醋酸一步完成，不需通氧，可以利用戊糖等優(yōu)點，但這種方法發(fā)酵時需要加中和劑，因此只適用與生產(chǎn)醋酸鹽。3.5.5 醋酸提取首先將發(fā)酵液過濾：可采用板框式壓濾機(jī)或自動板框式壓濾機(jī)多塊濾板和濾框交替排列而組成，板框之間隔有濾布，一端為固定端、一端為活動端，用壓緊裝置自活動端向固定端將板框壓緊，進(jìn)出口裝在固定端上。 如圖：原理為水與醋酸的沸點相

27、差較大。人們所研究過的醋酸提取方法很多，但可以用于工業(yè)上的只有少數(shù)幾種。.分餾（精餾）。.恒沸脫水蒸餾。.溶劑（低沸點或高沸點）萃取。.上述方法聯(lián)合使用。.萃取蒸餾和活性炭吸附等。蒸餾塔如圖8：發(fā)酵過程中參數(shù)的檢測： pH； 進(jìn)出氣體中的氧；二氧化碳；溶解氧； 還原糖； 細(xì)胞濃度等。4菌種的制備及種子的擴(kuò)大培養(yǎng)4.1實驗室種子制備：從未滅菌的酒精中分離酵母菌；從未滅菌的食醋中分離得到醋酸菌4.1.1選育釀酒酵母株的方法9：.自然選育：從自然界直接分離篩選高產(chǎn)酒精酵母是育種工作中最經(jīng)濟(jì)實用的方法.誘變育種：是用物理或化學(xué)的誘變劑使誘變對象內(nèi)的遺傳物質(zhì)（DNA）的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起性狀變異并通

28、過篩選獲得符合要求的變異菌株的一種育種方法。其中物理方法有：射線（紫外線、X光線、Y射線，中子線），激光微束，離子束，微波，超聲波，熱力等?；瘜W(xué)誘變常用方法有：浸漬法、涂抹法、滴液法、注射法、施入法和熏蒸法。 .雜交育種：是指在不同種群、不同基因型個體間進(jìn)行雜交，并在其雜種后代中通過選擇而育成純品種的方法。制備酒母的參考配方： 紅苕干粉或玉米料若干，加水比14.55，硫酸銨0.10.16(使用玉米可不添加)，用H2SO4調(diào)整pH值至4.04.5。8.行篩選分離純化。4.1.2 醋酸菌篩選流程10:液醋增殖培養(yǎng)稀釋分離選取單菌落試管斜面培養(yǎng)液體試管培養(yǎng)液體三角瓶培養(yǎng)測酸確定菌株純化。試管斜面菌種

29、保藏培養(yǎng)基：酵母膏1% 、葡萄糖1% 、CaCO3 0.5% 、酒精3。(vv)、瓊脂2%；CaCO3平板分離培養(yǎng)基：酵母膏1%、葡萄糖1% 、CaCO3，2% 、酒精3。(vv)、瓊脂2% ，pH 6.5。液體三角瓶培養(yǎng)基：酵母膏1%、葡萄糖1%、酒精4。(vv)，pH5.5。.分離篩選初篩(透明圈法) :取不同發(fā)酵時間液態(tài)醋20mL ,加入50mL 增殖培養(yǎng)基,30 增殖培養(yǎng)34 d。稀釋至47倍,各取0.2 mL ,涂到平板分離培養(yǎng)基,30 培養(yǎng)3 d ,待長出菌落后,挑菌落較小、透明圈較大、邊緣整齊的單菌落移植試管培養(yǎng)。復(fù)篩:取經(jīng)初篩培養(yǎng)成的斜面菌落,接入液體試管(裝液量10mL 、酒

30、精體積分?jǐn)?shù)3 %) , 30 培養(yǎng)24 h 后,接入500mL液體三角瓶(裝液量40mL) ,接種量為1 支試管接1 只三角瓶。最后酒精體積分?jǐn)?shù)為6% ,30靜止培養(yǎng),每日測定酸度,選出產(chǎn)酸快、酒精轉(zhuǎn)化率高的菌株并做醋酸定性試驗。.純化:確定產(chǎn)酸快、酒精轉(zhuǎn)化率高的較優(yōu)菌株,反復(fù)純化獲得純種。純化方法同分離方法。 .種保藏生產(chǎn)菌種可傳代保藏在4。如果需保藏較長時間，可用凍結(jié)保藏法。加入10%蜂蜜作保護(hù)劑，凍結(jié)溫度-28，可保藏5年。4.2 擴(kuò)大培養(yǎng)11:4.2.1酒母的制備：4.2.2醋酸菌擴(kuò)大培養(yǎng):.一級種子醋酸菌培養(yǎng)基：酵母膏1%、葡萄糖1%、CaCO3、酒精2。(vv)，pH5.5先將葡萄

31、糖、酵母膏和CaCO3溶在水中，每只1000 ml三角瓶分裝150ml,在100kPa表壓下滅菌30min，冷至室溫，按無菌操作法加入酒精。每一支斜面菌種接一支三角瓶，在3234往復(fù)搖床上培養(yǎng)24h。鏡檢菌體生長正常，無雜菌污染可繼續(xù)擴(kuò)大培養(yǎng)。.二級種子每只1000ml三角瓶裝入前述同樣的培養(yǎng)基250ml，接種一級種子10%，于同樣條件下培養(yǎng)16h。鏡檢正常接入種子罐。.三級種子將糖化好的糖液泵入50種子罐內(nèi)，定容至35L,升溫至100，維持10min滅菌，然后開冷水降溫至32，接種酵母培養(yǎng)物10%，于30靜置培養(yǎng)30h,酒精度達(dá)到46即可。接入二級種子10%。開動攪拌，通氣0.3vvm，維持

32、3234，罐壓30kPa，培養(yǎng)1214h，要求酸度在20g/l左右，否則應(yīng)延長或縮短時間。鏡檢正常即可繼續(xù)培養(yǎng)。.四級種子 用500L罐裝液350L，接入一罐（即35）三級種子，改用通氣量0.25vvm，其余條件同上。質(zhì)量指標(biāo)也與三級種子相同。質(zhì)量合格可用于接種生產(chǎn)罐。5 培養(yǎng)基的組成及制備5.1酒精發(fā)酵培養(yǎng)基組成：主要原料有高粱玉米粉(麩皮、米糠、紅薯干等粗糧均可)15%,麩皮7%,谷殼(小米殼也可)30%,食鹽10%,淀粉酶、糖化酶各0.04%，,水20%。5.2醋酸發(fā)酵培養(yǎng)基：酒精發(fā)酵后得到的酒液5.3發(fā)酵罐滅菌：空罐滅菌（空消）即發(fā)酵罐罐體的滅菌?？障麜r一般維持罐壓0.150.2Mpa

33、，罐溫125130，保持3045min；要求總蒸汽壓力不低于0.30.35Mpa，使用汽壓不低于0.250.3MPa。在培養(yǎng)基滅菌之前，通常應(yīng)先將與罐相連的分空氣過濾器用蒸汽滅菌并用空氣吹干。實罐滅菌時，先將輸料管路內(nèi)的污水放掉沖凈，然后將配制好的培養(yǎng)基泵送至發(fā)酵罐（種子罐或料罐）內(nèi)，同時開動攪拌器進(jìn)行滅菌。滅菌前先將各排氣閥打開，將蒸汽引入夾套或蛇管進(jìn)行預(yù)熱，待罐溫升至8090，將排氣閥逐漸關(guān)小。接著將蒸汽從進(jìn)氣口、排料口、取樣口直接通入罐中（如有沖視罐也同時進(jìn)汽），使罐溫上升到118120，罐壓維持在0.090.1Mpa（表壓），并保持30min左右。各路進(jìn)氣要暢通，防止短路逆流，罐內(nèi)液體

34、翻動要激烈；各路排汽也要暢通，但排汽量不宜過大，以節(jié)約用氣量。在保溫階段，凡進(jìn)口在培養(yǎng)基液面以下的各管道及沖視鏡管都應(yīng)進(jìn)汽；凡開口在液面之上者均應(yīng)排汽。無論與罐連通的管路如何配制，在實消時均應(yīng)遵循“不進(jìn)則出”的原則。這樣才能保證滅菌徹底，不留死角。保溫結(jié)束后，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥門，待罐內(nèi)壓力低于空氣壓力后，向罐內(nèi)通入無菌空氣，在夾套或蛇管中通冷卻水降溫，使培養(yǎng)基的溫度降到所需的溫度，進(jìn)行下一步的發(fā)酵和培養(yǎng)。在引入無菌空氣前，應(yīng)注意罐壓必須低于過濾器壓力，否則物料將倒流入過濾器內(nèi)，后果嚴(yán)重！滅菌時，總蒸汽管道壓力要求不低于0.35Mpa，使用壓力不低于0.2Mpa。 5.4滅菌流程: 配料后

35、由料液罐1放出，可加入為0.01%消泡劑，用連消泵2送入氣液混合器或連消塔3底端，料液被直接蒸汽立即加熱到滅菌溫度383-403K，由頂部流出。料液進(jìn)入維持罐4，維持8-25min，由維持罐上部側(cè)面流出，維持罐內(nèi)最后的培養(yǎng)液由底部排盡，經(jīng)噴淋冷卻器5冷卻到發(fā)酵溫度，送去發(fā)酵罐。 如下圖所示： 6無菌空氣制備系統(tǒng)126.1發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的大致過程如下:空氣高空取氣管除塵器 空氣壓縮機(jī)貯氣罐一級冷卻器 油水分離器二級冷卻器除霧氣加熱器總過濾器分過濾器 無菌空氣無菌空氣制備流程圖 6.2特點：兩級分離、兩次冷卻、一次加熱的空氣除菌流程是一個比較完善的空氣除菌流程，它，能充分的分離空氣中含有的

36、水分，使空氣在低的相對濕度下進(jìn)入過濾器，提高過濾效率。6.3設(shè)備選擇:. 經(jīng)第一次冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒，且霧粒濃度比較大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。. 第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出一部分較小的霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效果高的作用。. 經(jīng)二次分離的空氣帶的霧沫就較少，兩級冷卻可以減少油膜污染對傳熱的影響。. 若采用低溫的地下水，可采用串聯(lián)來減少冷卻水用量。在沒有低溫地下水時，第二級可采用冰水冷卻，通常第一級冷卻到3035，第二級冷都到2025。除水后，空氣的相對濕度還是l00，可用加熱的辦法把空氣的相對濕度降到5060。7部分工藝計算

37、7.1說明：此部分是在假定年產(chǎn)量為500或1000噸產(chǎn)品條件下，計算發(fā)酵罐、種子罐臺數(shù)、公稱體積等，部分參數(shù)根據(jù)資料進(jìn)行假定發(fā)酵過程物料計算和發(fā)酵罐容積的確定7.2由年產(chǎn)量決定每天放罐發(fā)酵液體積發(fā)酵工段，每天所需要的放罐發(fā)酵液體積Vd可按下式計算：式中 M所設(shè)計的年產(chǎn)量，t/a; Uq成品的純度，mg/mg; m年工作日，d/a; 提煉總收率，% 在本工藝中年產(chǎn)量M為1000t/a，成品的純度Uq為0.8mg/mg，年工作日為250d/a，酶活力Uf為250t/m3,提煉總收率為40%Vd酒精=1000*1000*0.8/（250*250*100%）=12.8 m3/dVd醋酸 =1000*1

38、000*0.7/（250*250*40%）=28 m3/d發(fā)酵罐公稱容積V0可按下式計算： 式中 Vd每天所需發(fā)酵液體積，m3/d; nd每天放罐罐數(shù)，1/d; L發(fā)酵罐裝料系數(shù)每天放罐罐數(shù)nd為4/d，發(fā)酵罐裝料系數(shù)L為40%，已計算得Vd為32m3/d，則發(fā) 酵罐公稱容積 V0酒精=12.8/（4*100%）=3.2m3 V0醋酸=28/（4*40%）=17.5m3種子罐公稱容積和臺數(shù)的確定 : 本工藝中酒精發(fā)酵罐為8臺，種子罐周期為0.5天，發(fā)酵罐周期為3天，則本工藝中酒醋酸發(fā)酵罐為8臺，種子罐周期為2天，發(fā)酵罐周期為5天，則 酒精種子罐臺數(shù)為：8*0.5/3=1.3臺 即2臺 醋酸種子

39、罐臺數(shù)為：8*2/5=3.2臺 即4臺種子罐的公稱容積應(yīng)根據(jù)接種比，培養(yǎng)過程中液體損失率和種子罐的裝料系數(shù)來計算 本工藝中發(fā)酵罐計量體積為150m3，接種比為0.07，液體損失率為15%，種子罐裝料系數(shù)為65%, 則種子罐公稱容積=150*（0.07）*（1+15%）/65%=18.6m3設(shè)備的公稱容積V0，一般是指圓筒部分容積Vc加上底封頭的容積Vb： 式中 D容器內(nèi)徑，m; H容器的筒身高度，m底封頭容積Vb可近似按下式計算：若筒身高徑比H/D=a,則： 容器內(nèi)徑D為2m，筒身高徑比H/D=a為6，則設(shè)備的公稱容積： V0=（0.785*6+0.15）*23=38.9m38 三廢處理13工業(yè)發(fā)酵過程中,經(jīng)常排放大量廢水、廢氣和廢渣,對環(huán)境造成污染和危害,因而開展工業(yè)“三廢”處理和綜合利用也是發(fā)酵生產(chǎn)中不可忽視的一環(huán)。8.1廢氣: 對于排入大氣的污染物，應(yīng)控制其排放濃度及排放總量，使其不超過所在地區(qū)污染物的允許濃度和環(huán)境容量，主要的處理方法有以下幾種： 利用防塵裝置去除排放廢氣中的煙塵及各種粉塵，如原料風(fēng)選過程中的洗塵塔、袋濾器、離心或除塵器等；采取氣體吸收法處理有害氣體，如用氨水、氫氧化鈉吸收廢氣中的二氧化碳、二氧化硫等；應(yīng)用冷凝、