課程設計(醋酸的發(fā)酵生產)

1、湖 北 大 學發(fā) 酵 工 程 與 設 備 課 程 設 計題 目 醋酸的發(fā)酵生產 專業(yè)年級 05生物工程 學生姓名 劉進 學 號 205221107210003 指導老師 李亞東 2008 年 6 月 23 日目錄1前言.31.1醋酸簡介.31.2全球醋酸的生產狀況.31.3國外生產研究現(xiàn)狀.31.4國內醋酸的生產狀況如下.31.5國內生產研究現(xiàn)狀.31.6主導生產方法.41.7食用醋酸生產研究現(xiàn).41.8生產技術的革新與改造.41.8.1純種固態(tài)食醋生產技術的建立.41.8.2純種液態(tài)食醋生產技術的建立.41.8.3傳統(tǒng)釀造食醋的技術改造.41.9我國目標.42發(fā)酵機制.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固定化細胞發(fā)酵法83.5.5 醋酸提取8菌種的制備及種子的擴大培養(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 擴大培養(yǎng).104.2.1酒母的制

3、備104.2.2醋酸菌擴大培養(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)酵生產中制備無菌空氣過程.116.2特點.126.3設備選擇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)酵工程與設備課程設計正文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、脂肪油等有機液體能互溶。醋酸是一種重要的有機化工產品, 主要用于醋酸乙烯、對苯二甲酸、醋酸纖維、醋酸酯等產品的生產, 是合成纖維、膠粘劑、醫(yī)藥、染料和農藥的重要原料。醋酸還是優(yōu)良的有機溶劑, 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味品，其兼有防止腐敗、增進食欲、保健防病、緩解疲勞等功能。近來醋在色拉調料、調味番茄醬以及其他調味醬領域里也扮演著非常重要的角色2。食用醋酸的生產技術主要是醋酸菌發(fā)酵產生。對于生產純醋酸來說，目前化學合成法的成本較低，所以發(fā)酵法并不廣泛在工業(yè)上生產純醋酸。工業(yè)化的醋酸生產技術主要有： 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 全球醋酸的生產狀況如下：2004 年, 全球醋酸生產能力約為987 萬噸/年,其中各地區(qū)的生產能力分別為: 北美347 萬噸、歐洲142 萬噸、亞洲435 萬噸; 分別占世界總生產能力的35%、14%和44%。近年來, 亞洲地區(qū)產能增加較快,年均增長率約為7.7%, 高于世界2.9%的年均增長率。1.3 國外生產研究現(xiàn)狀：塞拉尼斯公司是世界兩大醋酸生產商之一, 總產能為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到120 萬噸/年, 是世界上最大的生產裝置, 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)的乙醛氧化生產醋酸的裝置相繼關閉?，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一套60 萬噸/年的生產裝置, 2007 年建成投產。BP 也是世界主要的醋酸生產商, 在全球4 個地區(qū)擁有醋酸生產裝置, 總能力為177 萬噸/年, 占全球總產能的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的醋酸裝置產能現(xiàn)已擴大為35 萬噸/年。世界兩大醋

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

8、我國甲醇羰基合成法醋酸生產已占據了主導地位, 并且產能和產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, 占主導地位的乙烯法產量有所下降, 開工率約為74%。我國甲醇羰基化法的最大生產企業(yè)是江蘇索普(集團)公司, 有兩套生產裝置, 總產能約為40 萬噸/年, 2005 年產量為40.3 萬噸。四川揚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企業(yè), 1998 年一期工程完成, 當時產能為15 萬噸/年;二期工程于2002 年完成, 產能擴大至23 萬噸/年;三期工程于2005 年7 月投料試車, 產能已達到35萬噸/年, 2005 年產量為25 萬噸。

9、上海吳涇化工公司醋酸生產裝置通過技術攻關, 現(xiàn)有的生產能力已從10 萬噸/年擴大為現(xiàn)在的25 萬噸/年, 2005 年產量為20 萬噸。山東兗礦國泰化工公司是由兗礦集團和香港彩福按7030 合資成立的公司。經過2 年多的建設, 投資11 億元的兗礦國泰化工公司的年產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)和設計的甲醇羰基合成醋酸生產裝置。1.6 主導生產方法：目前, 全球醋酸生產以甲醇羰基合成法占主導地位, 生產能力已達到617.5 萬噸/年, 約占總產能的63%3。1.7 食用醋酸生產研究現(xiàn)：目前傳統(tǒng)醋工藝、純種固體制醋工藝和純種液態(tài)制醋工藝已經形

10、成3大工藝路線并存。1.8 生產技術的革新與改造1.8.1 純種固態(tài)食醋生產技術的建立從20 世紀50年底開始,我國就開始了純種固態(tài)法生產食醋的嘗試。20 世紀60 年代,上海創(chuàng)造了酶法液化自然通風回流的固體發(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)酵劑進行液化、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵。20 世紀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)食醋生產技術的建立純種液態(tài)發(fā)酵制醋是借鑒抗生素、氨基酸等其他發(fā)酵工業(yè)的經驗,應用現(xiàn)代發(fā)酵工程、細胞工程和酶工程技術建立起

11、來的一類先進的新型制醋生產技術,包括自吸式發(fā)酵罐液態(tài)制醋、固定化細胞發(fā)酵制醋和酶制劑發(fā)酵制醋3種工藝。1.8.3 傳統(tǒng)釀造食醋的技術改造我國傳統(tǒng)釀醋技術在世界上獨具一格,在長期的生產實踐中已形成了固定的工藝模式和操作習慣。然而醋業(yè)界的有識之士和科研工作者追求傳統(tǒng)釀醋技術進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,改進生產設備與擴大生產規(guī)模,使傳統(tǒng)食醋釀造技術向現(xiàn)代方向逐步邁進。1.9 我國目標：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。在政府領導、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、制醋生產工藝和生產

12、設備的多學科研究。選育了優(yōu)良的微生物菌種, 建立了純種固態(tài)食醋生產技術和純種液態(tài)食醋生產技術,改進了質檢方法, 優(yōu)化了制醋設備,極大地提高了我國食醋的生產技術水平,使我國食醋產量和人均消費水平得到明顯提高,制醋工業(yè)朝著科學化、機械化與大型化的方向發(fā)展的格局4。2 發(fā)酵機制醋酸的生產分為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行的,所以發(fā)酵過程就是創(chuàng)造有關微生物發(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)酵中的物質變化酒精發(fā)酵中的物質變化具體過程為:葡萄糖在己糖激酶的催化下,由ATP供

14、給磷酸基轉化為6 - 磷酸葡萄糖; 6 - 磷酸葡萄糖在磷酸己糖異構酶的催化下轉化為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酶的催化下相互轉化; 3 - 磷酸甘油醛在3 - 磷酸甘油醛脫氫酶的催化下,并經磷化,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,其主要產物是乙醇和CO2 ,但同時也產生許多發(fā)酵副產品,主要有醇、醛、酸和酯四大類化學物質,這也是醋中風味物質的前體物質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)酵中的物質變化醋酸發(fā)酵中的物質變化具體過程為: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 調漿主要機器：磨漿機、調漿桶、調漿罐先將碎米浸泡，使米粒充分吸水膨脹。按米：水=1：1.5的比例送入磨漿

18、機，磨成70目以上細度的粉漿（濃度為1820Be）。粉漿泵送至調漿桶后，加入Na2CO3調至pH6.26.4,再加入碎米重量0.2%的CaCl2，然后按每克碎米130單位加入細菌-淀粉酶。在充分攪拌情況下，將粉漿緩緩連續(xù)放入液化桶中。3.3 液化和糖化主要設備：液化鍋、糖化罐先在液化鍋內放定量的水，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。粉漿全部進入鍋內后，維持1015min，用碘液檢查不顯藍色表示液化已經完成。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)酵主要設備：密閉式酒精發(fā)酵罐

19、淀粉經過糖化后可得到葡萄糖,將糖化30min后的醪液打入發(fā)酵罐,再把酵母罐內培養(yǎng)好的酵母接入。酵母菌將葡萄糖經過細胞內一系列酶的作用,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,所以酵母細胞能夠得以迅速繁殖,但此時發(fā)酵作用還不明顯,酒精產量不高,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,應及時通氣。3.4.2 主發(fā)酵期810 h后,酵母已大量形成,并達到一定濃度,酵母菌基本停止繁殖,主要進行酒精發(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生得少,所以產生的熱量也不多,發(fā)酵醪的溫度逐漸下降,溫度應控制在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)酵工藝主要設備：速釀塔 國內用作淋醋發(fā)酵的設備稱為速釀塔，速釀塔高25米，直徑11.3米，圓桶形，塔頂封蓋，有排氣孔，內有假底，塔內置一層處

21、理過的填充料一樺木刨花、蘆葦秤或玉米芯（已經洗凈）等上鋪厚約15厘米的粗谷糠)，塔頂部裝有回轉噴淋管，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，管口包扎紗布以調節(jié)空氣的進入量。塔的上、中、下部皆插有溫度計。將酒液一次加入醋塔內，再接入醋酸菌液10%，然后定時回澆和以定溫循環(huán)回淋結合，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，應靈活決定回澆次數(shù)和控制空氣進入?；貪矔r要隨時注意噴淋管是否運轉正常，防止局部位置上填充物溫度過高，造成發(fā)酵異常。經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，減輕了勞動強度；.原料出品率較高； .填充料來源廣泛； .口味比較單調。國外淋醋工藝采用的典型設備是弗林斯發(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，它能控制進料罐的閥門進行循環(huán)液的調節(jié)。酒醪中的1只接觸式溫度計通過電磁閥可以控制進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，然后在幾天之內分23次補足。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致載體層上部細菌大量死亡造成的。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，一般為410天。用櫸木刨花做載體時，這種設備的生產能力約為每m3載體每天產醋5L。如果產醋質量下降

24、，則可能應為刨花層上細菌性質已發(fā)生變化，例如形成粘性結塊物等。3.5.2 深層發(fā)酵工藝主要設備：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)酵已經結束。整個過程約需4050h。深層發(fā)酵可以是間歇進行的，也可以是半連續(xù)或連續(xù)進行的。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），即維持罐內乙醇濃度2%。這由酒精儀控制進料閥，從而控制流加速率來實現(xiàn)。進料的乙醇濃度約為12%，罐內溫度維持在3133，開動通氣溢流管連續(xù)流出。3.5.3固定化細胞發(fā)酵法淋醋發(fā)酵是固定化細胞發(fā)酵的典型之例，淋醋發(fā)酵具有傳質，傳熱不均勻性，而這主要是由于載體不均勻性造成的?，F(xiàn)代細胞固定化技術研究主要是載體的研究。根據固定后的細胞在發(fā)酵中是否隨發(fā)酵液流動可以把固定細胞發(fā)酵法分成兩大類:固膜式發(fā)酵和流化式發(fā)酵。相應的固定方法成為固膜固定法和流化固定法。前者是細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胞固定在載體內或（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或自動板框式壓濾機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； 進出氣體中的氧；二氧化碳；溶解氧； 還原糖； 細胞濃度等。4菌種的制備及種子的擴大培養(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酒精酵母是育種工作中最經濟實用的方法.誘變育種：是用物理或化學的誘變劑使誘變對象內的遺傳物質（DNA）的分子結構發(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)。復篩:取經初篩培養(yǎng)成的斜面菌落,接入液體試管(裝液量10mL 、酒

30、精體積分數(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。最后酒精體積分數(shù)為6% ,30靜止培養(yǎng),每日測定酸度,選出產酸快、酒精轉化率高的菌株并做醋酸定性試驗。.純化:確定產酸快、酒精轉化率高的較優(yōu)菌株,反復純化獲得純種。純化方法同分離方法。 .種保藏生產菌種可傳代保藏在4。如果需保藏較長時間，可用凍結保藏法。加入10%蜂蜜作保護劑，凍結溫度-28，可保藏5年。4.2 擴大培養(yǎng)11:4.2.1酒母的制備：4.2.2醋酸菌擴大培養(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，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。質量指標也與三級種子相同。質量合格可用于接種生產罐。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。空消時一般維持罐壓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，同時開動攪拌器進行滅菌。滅菌前先將各排氣閥打開，將蒸汽引入夾套或蛇管進行預熱，待罐溫升至8090，將排氣閥逐漸關小。接著將蒸汽從進氣口、排料口、取樣口直接通入罐中（如有沖視罐也同時進汽），使罐溫上升到118120，罐壓維持在0.090.1Mpa（表壓），并保持30min左右。各路進氣要暢通，防止短路逆流，罐內液體

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，凡進口在培養(yǎng)基液面以下的各管道及沖視鏡管都應進汽；凡開口在液面之上者均應排汽。無論與罐連通的管路如何配制，在實消時均應遵循“不進則出”的原則。這樣才能保證滅菌徹底，不留死角。保溫結束后，依次關閉各排汽、進汽閥門，待罐內壓力低于空氣壓力后，向罐內通入無菌空氣，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，進行下一步的發(fā)酵和培養(yǎng)。在引入無菌空氣前，應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，后果嚴重！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。料液進入維持罐4，維持8-25min，由維持罐上部側面流出，維持罐內最后的培養(yǎng)液由底部排盡，經噴淋冷卻器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入過濾器，提高過濾效率。6.3設備選擇:. 經第一次冷卻后，大部分的水、油都已結成較大的霧粒，且霧粒濃度比較大，故適宜用旋風分離器分離。. 第二冷卻器使空氣進一步冷卻后析出一部分較小的霧粒，宜采用絲網分離器分離，發(fā)揮絲網能夠分離較小直徑的霧粒和分離效果高的作用。. 經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量為500或1000噸產品條件下，計算發(fā)酵罐、種子罐臺數(shù)、公稱體積等，部分參數(shù)根據資料進行假定發(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所設計的年產量，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根據接種比，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： 容器內徑D為2m，筒身高徑比H/D=a為6，則設備的公稱容積： 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)酵生產中不可忽視的一環(huán)。8.1廢氣: 對于排入大氣的污染物，應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；應用冷凝、