管式超滤膜生物反应器促进黄酒发酵工艺

技术领域

膜分离技术

背景技术

膜生物反应器有固定酶膜反应器和连续搅拌反应器-超滤膜生物反应器两种类型(Jiang Zhongyi.J.Membr.Sci.& Technol.(Mo Kexue Yu Jishu)，2003，23(1)：53)；(1)固定酶膜反应器 是将酶通过交联反应或吸附(包埋)在膜表面及膜孔中，反应料液通过膜进行反应；(2)连 续搅拌反应器-超滤膜生物反应是将连续搅拌反应器和超滤膜装置结合，反应混合液由连续搅 拌反应器流入超滤膜装置，浓缩液被循环回连续搅拌反应器，产物透过超滤膜。张忠志发明 了涂覆活性材料(即硅藻土、活性炭、麻类植物份膜)膜的膜反应器用于啤酒和酒精发酵(见 CN 91110974.9)。目前黄酒发酵生产工艺采用蒸饭-糖化-喂饭-小坛自然发酵-板框压滤-硅藻 土过滤，小坛自然发酵周期在5-10天。

发明内容

1.发明目的

将膜生物反应器技术引入黄酒发酵工艺替代小坛自然发酵-板框压滤-硅藻土过滤后续工 艺，缩短发酵期。

2.发明内容

将搅拌反应器和管式改性聚丙烯腈超滤膜装置组成膜生物反应器，将黄酒发酵液由泵循环 到超滤膜装置，利用发酵液中的酵母在膜表面吸附-沉积所形成的凝胶层构成膜表面反应 区，反应液透过膜时，在膜表面进行反应，因酵母及未转化的淀粉被膜截留，而酒精和单 糖及小分子酸透过膜，提高膜表面的酵母和未转化淀粉浓度，从而促进糖化反应的进行， 提高酒精转化反应和抑制酸化反应的进行。浓缩发酵液循环回搅拌反应器，超滤透过液在 酒精度和还原糖度未达到工艺要求时回流至搅拌反应器，待透过液在酒精度和还原糖度达 到工艺要求时，打开透过液排放阀，关闭透过液回流阀。放出成品黄酒。工艺流程见说明 书附图。该工艺实现了黄酒的发酵-过滤的一体化。

附图说明

附图是管式超滤膜生物反应器黄酒发酵工艺流程图

实施实例

1.工艺参数和运行结果

实验设备

膜组件：0.56m2内压管式超滤膜组件  2支  总膜面积  1.12m2

运行条件

操作压力    0.1-0.15MPa

运行温度：  29-30℃

发酵液量    200L

2.测试结果

结果与讨论

运行结果表明膜反应器运行近24小时后，酒精度达到15.1％，还原糖度降到0.77％，酸度 0.34％；符合国家一级黄酒标准。缩短发酵时间96小时以上。运行结果中同时测试数据透过 液酒精度、还原糖度高于搅拌反应器内酒精度、还原糖度，透过液酸度低于搅拌反应器内酸 度，表明在膜表面吸附-沉积层发生了表面反应。其表面反应由于酒精、小分子单糖透过超滤 膜，酵母和未转化的淀粉被超滤膜截留，加速了膜表面的糖化反应和由糖转化为酒精的反应。 在微生物作用下通过反应(1)转化为丙酮酸

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→2CH3COCOOH+2NADH+2ATP    (1)

丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下通过反应(2)氧化生成乳酸，

CH3COCOOH+NADH+H+→CH3CHOHCOOH+NAD+              (2)

丙酮酸在丙酮酸羧基裂解酶催化下通过反应形成甲酸和乙酰基辅酶复合物和甲酸

CH3COCOOH→CH3CO-S-CoA+HCOOH                     (3)

丙酮酸在丙酮酸铁氧化还原蛋白和氧化还原酶催化下，形成乙酰基辅酶复合物和二氧化碳

CH3COCOOH+FD→CH3CO-S-CoA+CO2+FDH                (4)

乙酰基辅酶复合物在酒精脱氢酶催化下，通过以下反应形成酒精

CH3CO-S-CoA+2NADH→CH3COH+CoASH+2NAD+

CH3COH+2NADH→CH3CH2OH+2NAD+                     (5)

乙酰基辅酶复合物在磷酸转移酶和乙酸激酶催化下形成乙酸

CH3CO-S-Co+ADP+P→CH3COOH+CoASH+ATP              (6)

透过液酸度低于搅拌反应器内酸度可能是由于反应(4)所形成的二氧化碳不能透过超滤膜， 导致膜表面酸度增大，使在膜表面上的反应(2)、(3)、(6)受到抑制，反应(5)受到促进所导 致地。