液态醋酸深层发酵通气量的探讨

7卜 一／5 液态醋酸深层发酵通气量的探讨 山东轻工业学院 徐少萍 r — — — — — — 一 刘兆东 摘 器：液态醋酸深层发酵通气量与醋酸 的生产效率密切相关，本文论述了通气量与醋酸菌的好气 、 性，氧的溶解度，通风量及搅拌等因素的关系。求得生产醋酸最适宜的通气量。 粕 堡翌 谖一 拳， ABSTRACT ” The aeration amount of de eD fermentation of liquid acetic acid is closely velated to tbe productivtiy “f acetic acid，In this essay，the relation ships between the aeration amount and the aerobe (the aceric acid) ，solubility of Oxygen， the air rate， the stirring， etc．are dus— cussedJ SO aS to find oat the most favorable， aeration alnoullt in pro— ducing acetic acid． 液态深层发酵制醋是一项先进的新工艺，它使我国古老的酿醋行业朝着机械化 管道化生产前进了 一 大步。氧是从通八的空气中摄取的，在醋酸菌 的新陈代谢过程中．氧起着很重要的作用，因此，对通 气情况的研究对于提高醋酸生产效率有很大的意义 披国目前使用人工纯培养的醋酸菌种主要有两种．一种是中科院微生物研究所培育出的恶臭醋酸杆 菌AS1．41，另一种是上海酿造研究所和上海醋厂从丹东速酿醋中分离而得，编号为沪酿1．O1．这两 种 菌的特征是 好气性，能氧化酒精为醋酸，也能氧化分解醋酸为二氧化破和水。 1．临界氧浓度 要确定适宜韵通气量，首先要了解醋酸菌对氧摄取量，即呼吸强度Qo 它是指每克千 菌 体 的需 (吸收)氧量，用毫克分子氧／小时·克 (千)菌体示．由于遗传特性不同及各种因素对溶解氧的影 响，各种微生物对氧的摄取量也不相同。随着生活环境的变化，呼吸强度也在变化，因而其吸氧量也不 同。吸氧量表示每升培养液每小时吸氧的毫克分子敲 (毫克分子氧／升 ·小时)它是以单位体积培养液 作基准，而呼吸强度以单位千菌体为基准，而单位体积培养液中菌体的浓度又是随着培养 时 间 而 变化 的，三者关系为。 吸氧量一呼吸强度x菌体浓度 呼吸强度和吸氧量均可用华勃氏呼吸器或极谱 仪测得．实验证明：微生物呼吸强度受发酵液中氧 浓度 (c)的影响很大，在溶解氧浓度比较低时， 呼吸强度 (Qo。)随C的增加 而 增 加 当C>Ce 时，则Qo。不再随C而变化。Cc称为微生物的呼吸 临界氧浓度 (即C界)，即微生物正常呼吸的最低 氧浓度．溶僻氧浓度略大于临界点微生物才能正常 生长，呼吸强度也才保持恒定。 中溶解氧浓度 (毫克分子氧／升) 溶解氧浓度在临界点以下．微生物的呼吸强度 微生物呼吸强度与溶解氧关系 减弱，#原嗣是供氧不足，错生物窒息，代谢活动减弱。而在临界点以上，呼吸强度变化不大。 币r见枉曝层谴风培养中，供氧只需要维持在氧的临界浓度以上即可。不必使氧浓度达到 饱 看【】溶 解 79 ， 维普资讯 http://www.cqvip.com 度 。 2．理论计算 深屠培养发酵确定最适的通气量，关系到生产效率 (包括乙醇氧化率、耗电量、生产成本等)。国 内靠 醋工厂采用的通风量高低相差悬殊，最高的为0．6V．V．m，虽低的仅为0．Ⅳ ．V．111。多年来 的生产 实践证明，乙醇氧化为醋酸过程最适宜的通气量大约是理论计算值的2．5倍。 理论 氧的必要量： CH CH OH+O：{ CH。COOH+H O 46．o克 22．4升 60克 18克 发酵罐理论需氧量 = 升醒量(克／1。。毫升‘小时)×哿 x等 ×发酵液(升) = 醋酸生长 速度 x 3．T 3x疑酵液 (升) 仞如：发酵液1300升，深屠发酵时，每小时升酸量0．4唬 ／100毫升，理论需要空气量为 0．49×3．7 3x 1300=2376升氧气／小时 氧气换算成空气 t 。 23 ． 2 7 1 6 一 ii3l4．3升／小时 换算成每分钟通气量： ；188．6升空气／分 换算成 1升发酵渍每分钟通气量t =。．145升空气／分 即理论上 1升发酵液每分钟通气量：0．145V．V．m。 根据实际经验，实际通气量为理论数x 2．5倍左右，即o．145×2．5=0．3625(v．V．m)。 5．讨 论 食醋深屠发酵生产时．应按照生酸量确定通气量，这样既可l 节约用屯，又可提高出酸率。 过分加大通风量不但增加电耗．而且在强烈通气时既增加醋酸菌的数量，也增加醋酸菌 的氧 化 活 性。有的醋酸菌在大量繁殖时期．随着氧的吸收会进行两个过程t即氧化乙醇为醋酸和氧化醋酸为二氧 化 碳及水。 。 CH。CH OH+O CH。COOH+H。O CH。COOH+20 ~-2CO：+2HIO 第二／卜过程的进行会使话精转醋率降低。圈此一般认为，深层发酵时通气量直该分为前、中．后三 期，即前期为细菌生长初期，发酵液中细菌量少，风量可适当降低，中期细菌大量繁殖，产酸达到高峰 时期，应提高通风量，后期细菌衰弱及死亡时期，产酸速度缓慢，乙酸氧化分解速度加快，又可降低通 风量 。 下面是红葡萄汁醋酸发酵过程中涮得的几组数据。 3．1．通过前、中、后期发酵控制通风量，前期0．2v．V．m，中期0． ．V．m，后期0．2v．v．m，测 得几组数据如下t 醋酸台量 (克／1000毫升) 前 期 中 期 后 期 a 9．82 18．．20 30．70 b 7．60 2O．10 28．95 c 8．10 19．80 29．31 3．2．发酵过程 前、中、后期通风量一致0．4V．v．m，测格几组数据如下t 维普资讯 http://www.cqvip.com 醋酸含量 (克／1000毫升) 前 期 巾 期 后 期 a 10．30 14．80 17．1O b 13．1o 18．42 21．50 c 11．65 1B．90 19．00 通过上面几组实验数据看出．液态深层醋酸发酵通气量的控制可以大大提高醋酸台量。 液态深层通风培养的微生物必须利用溶解在液体中的氧才能完或其生物氧化过程。通风就是不断补 充培养液中的溶解氧．但氧是很难溶解于水的，它在水中的溶解度比二氧化碳小碍多。氧在承中溶解度 见表t 温 度 ‘C O 10 15 20 95 30 35 40 客解度 毫克分子 氧／升 2．18 1．7O 1．54 1．58 1．26 1．16 1．09 1．9 3 培养液中氧的溶解度比水中小．因为氧的溶解度随着温度的升高和培养液固形物的增多或粘度的增 大而 下降。 深层通风培养中，氧的传递过程主要可分为三步：第一步是氧从空气泡扩散到培养液里；第二步是 氧在培养澈中的 散移动；第三步是菌体吸收溶解 的氧。 机械搅拌可以提高通风效果，原因是搅拌将通八的空气打碎戒细泡．增加了气醺接触面积，小气渔 从罐底上升到液面的逮度要地大气泡熳．这又使气液接触的时间增加，由于搅拌使液体形成湍流，使气 泡不是直线上升而是呈螺旋线上升，延长了气泡在液体中运动的时间与路程，增加了氧的溶解量。 4．结 论 醋酸菌是好气性细菌．因此液态深层培养时必须供给足够的氧气。氧的传递不但与溶解氧的浓度有 关，也与气灌界面 湍度等因素有关。通气质量不能完全以通气率或溶解氧数值来表示。在其它条 件都一样的情况下，因充气形式不同，搅拌条件不同，最终反映在发酵得率上的充气质量显著不同。确 定晟佳的通气量，采取适当的搅拌方式．不仅能提高醋酸的生产效率，同时还能起到节约能源的作用。 参考文献 1．张之治 沈梅生编著。实用食品微生物学，北京：轻工业出版社，1991：925 2．张嗣良 李凡超编著。发酵过程中PH及溶解氧的测量与控制．上海；华东化工学院出版社。 1999 ；112． (上接第86页) 于若术等 1 994 营养保健食品市场悄然升起。食品信息 1 994(19)：6。 郑建仙 离孔荣 1 994 功能性食品及其在我国的开发前景。食品与机械 ， 1 994(3) 6-- 19。 凌关庭 1993 功能性食品匣其在日本的进展近况。食品工业， 1993(2)：12—14。 高寿清 1 993 食品工业新领域一一保健食品的 起。食品与发酵工业， 1995(6)；63— 11。 章 钰 1995年 开发功能性食品应具有科学评价。 食品科技， 1095(2)：25 a 81 维普资讯 http://www.cqvip.com