循环喷淋发酵制备醋酸工艺优化

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1、循环喷淋发酵制备醋酸工艺优化　　摘要：采用醋酸菌（Acetobactersp.）发酵生产醋酸，考察了静置发酵、摇床发酵和循环喷淋发酵3种发酵方式对发酵速度和醋酸产量的影响，设计单因素试验和正交试验优化循环喷淋发酵的工艺条件。结果表明，与静置发酵和摇床发酵相比，循环喷淋发酵可以有效缩短发酵时间，提高醋酸产量。优化的循环喷淋发酵条件为玉米芯作菌床载体、发酵时间24h、发酵温度32℃、发酵液流速2.7L/min、接种量75g/L、乙醇体积分数8%，醋酸产量可达1.93g/100mL。关键词：醋酸；发酵条件；循环喷淋发酵；优化中图分

2、类号：TS264.2文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）15-3650-048食醋作为一种常见的富含营养的酸性调味品不仅具有调味效果，而且具有抑菌、美容、保健等多种功效[1]，醋酸生产一般采用醋酸菌液态发酵法[2]，近年来兴起了一种新型的速酿法制醋工艺——循环喷淋工艺[3]，此工艺中的菌床载体不仅可提高发酵效率，而且能够重复使用降低生产成本[4]。本研究分别采用不同的发酵工艺制备醋酸，并考察循环喷淋工艺中菌床载体、液体培养基中乙醇体积分数、醋酸菌接种量、发酵温度和发酵液流速等因素对醋酸产量的影响，优化发酵工

3、艺条件，以期为工业生产上提高醋酸生产效率提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料醋酸菌（Acetobactersp.）菌种AS1.41购自广东省微生物菌种保藏中心；试验所用试剂均为国产分析纯（AR）。1.2试验方法1.2.1液体培养基的制备[5]酵母粉10g/L、硫酸镁2g/L、磷酸二氢钾1g/L溶解于无菌水中，pH自然，灭菌后加入发酵液体积2%的无水乙醇。1.2.2不同方式对醋酸发酵的影响分别采用静置发酵、摇床发酵和循环喷淋发酵（无菌床）3种方式制备醋酸，培养条件为液体培养基装液量4L、醋酸菌接种量50g/L、发酵温度30

4、℃。其中循环喷淋发酵液的循环流速为2.2L/min。每种发酵方式设置3次重复，每隔12h采用酸碱滴定法测定发酵液中醋酸的含量，醋酸产量以每100mL发酵液中醋酸的含量计[6，7]。1.2.3单因素试验优化循环发酵工艺循环喷淋发酵装置见图1，罐高与直径之比为15∶13，设置单因素试验考察乙醇体积分数、醋酸菌接种量、发酵温度和发酵液流速对醋酸产量的影响。①菌床载体。分别将100g无菌的玉米芯、刨花、稻壳、芦苇秆碎料置于发酵罐的菌床上，发酵温度328℃、接种量35g/L、乙醇体积分数8%、发酵液循环喷淋流速2.2L/min，每隔1

5、2h测定醋酸产量[8]。②乙醇体积分数。菌床载体为玉米芯、发酵温度32℃、接种量35g/L、发酵液循环喷淋流速2.2L/min、发酵时间24h，发酵液中乙醇体积分数分别为2%、4%、6%、8%、10%。③接种量。菌床载体为玉米芯、发酵温度32℃、乙醇体积分数8%、发酵液循环喷淋流速2.2L/min、发酵时间24h，接种量分别为15、35、55、75、95g/L；④发酵温度。菌床载体为玉米芯、接种量35g/L、乙醇体积分数8%、发酵液循环喷淋流速2.2L/min、发酵时间24h，发酵温度分别为24、28、32、36、40℃；⑤

6、发酵液流速。菌床载体为玉米芯、发酵温度32℃、乙醇体积分数8%、接种量35g/L、发酵时间24h，发酵液流速分别为0.9、2.7、4.5、6.3、8.1L/min。1.2.4正交试验在单因素试验的基础上，采用L9（34）正交试验考察发酵温度、发酵液中乙醇体积分数、接种量和发酵液流速对醋酸产量的影响，优化发酵工艺条件，因素与水平如表1所示。2结果与分析2.1发酵方式对醋酸产量的影响8不同发酵方式下醋酸产量随发酵时间的变化见图2。由图2可知，发酵初期，由于发酵液中醋酸菌含量较低，因此发酵产醋酸的速度比较慢；到发酵中期，由于发酵液

7、中醋酸菌大量繁殖且溶氧充足，发酵乙醇产醋酸的速度加快，醋酸产量迅速提高；到发酵后期，由于发酵液中的乙醇被消耗完全，醋酸产量不再升高。采用静置发酵方式，发酵体系中的溶氧量会随着发酵的进行逐渐被消耗，不能及时得到补充，因此醋酸产量上升较慢，发酵48h后醋酸产量最高，之后随发酵时间的延长醋酸产量基本保持不变。采用摇床发酵方式，发酵体系中的溶氧量能得到一定的补充，因此醋酸产量随发酵时间的延长上升速度较快，发酵36h后醋酸产量即达到最大值，但醋酸属于易挥发物质，反应体系的振动导致发酵生成的醋酸较易挥发，从而醋酸产量又不断降低。而循环喷

8、淋发酵因发酵液与罐体内氧气充分接触使得发酵体系中的溶氧量充足，发酵速率随发酵时间的延长迅速升高，发酵24h醋酸产量即达到最大（1.159g/100mL），但之后由于发酵液和空气充分接触，产生的醋酸不断挥发，醋酸含量又迅速下降。综合考虑，循环喷淋发酵可以提高醋酸菌发酵产醋酸的速度，大大缩短发