CN103421668B

CN103421668B - 用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法

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Publication number: CN103421668B
Application number: CN201210147830.8A
Authority: CN
Inventors: 张迎晨; 吴红艳
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: CN103421668A

Abstract

一种用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，其发酵步骤采用用无纺布型填料的液态淋浇发酵塔，所述的无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔包括塔体，塔体内顶部设有回淋盘，塔体内上部为无纺布型填料系统，下部为发酵液，填料系统和发酵液之间设有假底；所述的无纺布型填料系统包括设置在塔内的滚轮和缠绕在滚轮上的无纺布，无纺布一端连接放卷装置，另一端连接收卷装置。本发明使用无纺布型填料系统，利用无纺布的定向运动，带走液态淋浇食醋发酵生产产生的“海月”-细菌纤维素及其聚集成的细菌纤维素膜体系。彻底解决该膜堵塞填充料间的空隙,空气和发酵液不能正常流动而终止发酵生产食醋的问题。

Description

用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法

技术领域

本发明涉及微生物、发酵、纺织、食品及饮料行业和领域，具体涉及一种用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法。

背景技术

我国食醋的发酵可分为糖化酶水解、酒精发酵及醋酸发酵三大生物化学工程，这三大工程可为液态，也可为固态。在我国传统工艺中，这三个工程有全部是液态的，如永春红曲醋、江浙玫瑰醋等也有全部是固态的，如四川保宁醋、四川熬醋。目前城镇醋厂广泛采用的是全固态发酵，此外还有历史最久的液态酶解糖化、酒精发酵和固态醋酸发酵的山西老陈醋和镇江香醋。我国传统的食醋发酵工艺，不管是液态或是固态发酵，除醋酸发酵外，都属于复式发酵，即所谓糖化及酒精发酵同时进行，有人称之为双边发酵。从酿造工艺的角度来讲，这一工艺主要的生物化学和化学反应都在均衡地进行，如酿酒工艺的液化、糖化、酒化、醋化等工程基本上都在同时进行，绝不限于糖化和酒精发酵同时进行。这种复式发酵方式应该说是由于曲法酿造所决定。与复式发酵相对的是单式发酵，即糖化和酒精发酵分开进行。甚至液化、糖化、酒精发酵均分别进行，这种方式为西方国家所采用。这也是东、西方酿造技术上的根本区别所在。

各种特性的醋在我国己成为调味品行业和饮料行业的发展方向，其产品日益受到大众的欢迎，目前，我国食醋年消费量达70万吨（以100g/L醋酸含量计）。但从品质和性能上讲，远远不能满足社会各层次旺盛需求。传统酿造工业生产的传统食醋的口感，一直让消费者津津乐道，但其产能远远不能满足旺盛的需求，经德国改进的淋浇回流法即载体滴下发酵法，由于工艺设备投资小，生产周期短，耗电低，操作简单，占地面积小，产率高，易于实现管道化生产等诸多优点目前被各个生产厂家广泛接受。国外所采用的原料为低浓度酒精液，我国则在传统食醋酿造的基础上，以酶法大米糖化液酒精发酵醒作为醋酸发酵原料进行酿造，已取得很好的经济效益。

食醋淋浇发酵法是把含有醋酸杆菌的发酵液自上而下浇淋在用稻壳、玉米芯、芦苇杆、包花或木炭制成的填充料上。使填充料大量的吸附发酵液及醋酸菌，空气经填充料之间的缝隙自下而上，部分氧溶解在填充料表面，在适合的温度下醋酸菌迅速生长繁殖，并把乙醇氧化成醋酸。通过浇淋把填充料上浓度高的醋酸冲下，并把浓度高的乙醇发酵液补充到填充料上，如此反复直至酒精度降到0.5%左右时，即为成熟，取出成醋，再留一部分作为底酸，继续回流发酵。由于增大了发酵液和空气的接触面积，有效地提高了溶解氧的浓度，淋浇发酵产酸速度约是静止表面发酵的40倍，正常的产酸速度为0.27KG/(M³·H)(以醋酸计)。但是，食醋淋浇发酵生产中普遍存在的严重问题是经过一到三个月左右淋浇回流后，塔内易形成皮革状的类似纤维的透明菌膜，该膜堵塞了填充料间的空隙，空气和发酵液不能正常流动而必须终止发酵。该问题的解决方法国内报道不多。

食醋淋浇发酵法是在国际上广泛应用的先进食醋酿造方法，其主要是利用醋酸杆菌所产生的氧化酶把乙醇氧化成乙酸的过程，其总的反应式为：

CH₃CH₂OH（乙醇脱氢酶）→CH₃CHO（醛脱氢酶）→CH₃COOH。

C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O+115卡

从上式可以看出一分子乙醇氧化需要一分子氧溶解氧进行氧化才能生成一分子乙酸，乙醇及醋酸菌生长繁殖所需的碳源、氮源、微量元素等可通过人为及时补充。因此要想提高醋酸氧化的速度就要解决如何为醋酸菌生长繁殖及发酵提供所需的溶解氧，即如何经济地解决通气量保证溶解氧浓度的问题。但实际生产中大多醋酸菌都是产膜菌，发酵时除了专用的醋酸菌外，不可避免也有一些野生菌的生长繁殖，一些野生菌的产膜速率很快，这些菌膜随空气着生于填充料的表面，由于填充料为无序堆叠，之间的缝隙犬牙交错，发酵液或外力无法将其清除，当菌膜长到一定程度就把填充料间的缝隙堵死，影响空气和醋液的淋浇回流。醋酸菌生长受到抑制，同时将醋酸氧化分解，醋酸发酵甚至因缺氧而受阻，产酸速度明显下降。因此菌膜海月的生长是食醋淋浇发酵生产的关键问题。

食醋淋浇发酵生产的实质为固态发酵的变种-载体吸附发酵，传统的载体一般为活性载体，如果选用惰性载体吸附固态发酵，则可以克服传统固态发酵过程中底物结块、传质和传热差以及底物的不均匀性等难题。同时，固态载体的高孔隙率为微生物生长提供了巨大的界面，使得微生物可以在通入少量或不需要通入空气或氧气的条件下，从外界获得自身生长所需的氧气，从而提供了更有利于微生物生长代谢的环境，解决了液态搅拌通气发酵能耗高以及剪切力破坏作用等问题。惰性吸附载体发酵的出现为固态发酵提供了新的思路，拓宽了应用前景，近年来被应用于有机酸、蛋白酶制剂、抗生素等的发酵生产中。

谢恺熙等把填充料进行有序的排列，进行悬空无底处理，把原来支撑填充料的假底置于塔下的发酵液液面以下，形成一个较为完善的醋酸发酵设备，其工作原理跟原来一样，只是填充料比以前更充分被发酵液“喷淋”使菌膜刚生长就被冲下而不能积聚，一些死角生长的菌膜也因自重或可人为地将其冲到假底上，由于假底设于发酵液液面下，菌膜不能在其以下生长，通过降低液面即可把菌膜从入孔处清理到塔外，而无需进行大面积对填充料进行更换清洗，保证产酸速度的稳定，延长填充料的使用寿命，大大节约成本。另外由于进行了有序排列，使填充料的单位利用率比传统堆放法提高约一倍。由于填充料需进行编排，第一次装塔或更换一次填充料都比较麻烦，例如填装一个直径的发酵塔约需要200个工时。即使如此，填充料必须进行更换，而填充料更换不仅费时、费工，增加生产成本，还污染环境。目前国内外食醋液态淋浇发酵生产中普遍存在这种有害现象，是影响液态淋浇食醋发酵生产不能长期进行循环生产的主要因素。

无纺布生产技术的发展和产品应用领域的拓展促进高性能无机物、聚合物纤维的使用，满足产业用纺织品的特别需求，如纤维细度小，耐高温、耐化学性、良好的强度和弹性、医疗用产品舒适性、与食品接触的安全性等要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，以满足微生物、发酵、纺织、食品及饮料等相关行业和领域的需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，该方法包括原料液化、酒精发酵、板框压滤、醋酸发酵、消毒及配兑工艺步骤，醋酸发酵步骤采用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔发酵，含有醋酸菌的发酵液自上而下淋浇在用无纺布制成的填充料体系上，使填充料大量的吸附发酵液及醋酸菌，空气经填充料之间的缝隙流动，部分氧溶解在填充料表面，在适合的温度下醋酸菌迅速生长繁殖，并把乙醇氧化成醋酸，通过淋浇把填充料上浓度高的醋酸冲下，并把乙醇浓度高的发酵液补充到填充料上，如此反复直至把乙醇基本氧化完全，采用分割法继续下一轮发酵。

所述的无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔包括塔体，塔体内顶部设有回淋盘，塔体内上部为无纺布型填料系统，下部为发酵液，填料系统和发酵液之间设有假底；所述的无纺布型填料系统包括设置在塔内的滚轮和缠绕在滚轮上的无纺布，无纺布一端连接放卷装置，另一端连接收卷装置。

所述的无纺布在塔内竖直设置，所述的滚轴直径为0.004-0.05米，两滚轴之间的距离为0.1-10米。

所述的无纺布为有机机织物或无机机织物，其克重范围为0.1-7000g/m2;密度范围为0.001-10g/cm3、无纺布填充体积为塔内体积的1/20-9/10。

所述的无纺布为静电无纺布、离心无纺布、熔喷无纺布、纺粘无纺布、中空菊瓣无纺布、水刺、针刺无纺布及其加工后的复合材料中任意一种。

所述的无纺布填料的材质为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、玻璃、氧化铝或氧化钛中的任意一种。

所述的收放卷设备的运转速度为1mm/h-10m/h。

本发明的液态淋浇发酵塔除了填料系统采用机织布填料以外，其余未提及之处均采用现有技术。

本发明中食醋的生产工艺中，除了醋酸发酵步骤采用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔发酵外，其余原料液化、酒精发酵、板框压滤、消毒及配兑的工艺均采用现有技术。

采用上述技术方案，利用无纺布的定向运动，带走液态淋浇食醋发酵生产产生的“海月”-细菌纤维素及其聚集成的细菌纤维素膜体系。彻底解决该膜堵塞填充料间的空隙，空气和发酵液不能正常流动而终止发酵生产食醋的问题。

由于细菌纤维素的功能性决定了其价值比醋高，长满细菌纤维素的无纺布填料可以按特定的商品出售或进行二次开发和精细加工，弥补因购买无纺布填料而花费的费用。不但太大节约了成本，而且可以带来新的利润。另外由于进行了有序排列，填充料的单位利用率比传统堆放法提高。

附图说明

图1是本发明中的液态淋浇发酵塔的一种结构形式的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

（1）原料液化：取大米1000kg，加水1500 kg，浸泡6小时后通过砂轮磨磨成浆液。

（2）酒精发酵、向浆液中加入淀粉酶3kg，升温至92℃，保温15分钟后煮沸，泵入酒精发酵罐中。加水调浓度为9.5°Bé，调温度为32℃。加入50000单位/克的糖化酶2.4kg，活性干酵母2 kg，混合均匀，于30-34℃下发酵5天。

（3）板框压滤：发酵好的酒醪通过板框过滤得到清酒液。

（4）醋酸发酵：向上述清酒液中加水调酒精度6.5%（v/v）接入醋酸菌种（AS1.41）800kg，灭菌后间歇喷淋用无纺布制成的填充料体系上，使填充料大量的吸附发酵液及醋酸菌，空气经填充料之间的缝隙流动，部分氧溶解在填充料表面，强制通风，维持溶氧100％，温度35℃、收放卷设备运转速度为1mm~10m/h；当总糖降至10～25g/L、总酸升至6～10 g/L，Ph2.5～3.0，结束发酵，配兑后得到食醋。

本发明的液态淋浇发酵塔的结构示意图如图1所示，包括塔体1，塔体1内顶部设有回淋盘2，塔体内上部为填料系统，下部为发酵液10，填料系统和发酵液之间设有假底9；假底9设于发酵液液面以下。在塔体上部设有排气孔11，中部设有进气孔7。在发酵液液面处设有视镜，用于观察塔内反应情况。在塔体下部设有用于操作人员出入的人孔14，在填料系统和发酵液处分别设有温度计13，塔体下部设有流量计15，在塔体底部设有取样口16，塔体底部设有进料管道18和出料管道19，出料管道上设有耐酸泵20，进料管道通过上液管17与回淋盘2连接。

所述的填料系统为无纺布型填料系统。所述的无纺布型填料系统包括设置在塔内的滚轴4和缠绕在滚轴上的无纺布3，无纺布一端连接放卷装置12，另一端连接收卷装置6。根据实际安装需要，滚轴4可以采用轴承架架设在酵塔内壁上，也可以采用支架架设在发酵塔内部。所述的无纺布在塔内水平设置，所述的滚轮直径为0.004-0.05米，两滚轮之间的距离为0.1-10米。

在方形醋液态淋浇发酵塔内，厚度2毫米的聚丙烯针刺无纺布填料按照密度0.9、使用1/2塔内体积和垂直排列方式装在食醋液态淋浇发酵塔内安装填料的相应位置。无纺布填料在放卷和收卷机构的带动下，按照如图所示的运动方向在工艺运行速度条件下运动，即把无纺布填充料进行有序的排列，进行悬空无底处理，把原来支撑填充料的假底置于塔下的发酵液液面以下，形成一个较为完善的醋酸发酵设备。含有醋酸菌的发酵液自上而下淋浇在用无纺布制成的填充料体系上。使填充料大量的吸附发酵液及醋酸菌，空气经填充料之间的缝隙流动，部分氧溶解在填充料表面，在适合的温度下醋酸菌迅速生长繁殖，并把乙醇氧化成醋酸。通过淋浇把填充料上浓度高的醋酸冲下，并把乙醇浓度高的发酵液补充到填充料上．如此反复直至把乙醇基本氧化完全。采用分割法(即留下部分发酵液作种的办法)继续下一轮发酵，填充料正常时产酸速度为0.27kg／m³h(以醋酸计) 。无纺布填充料充分被发酵液“喷淋”后，细菌纤维素菌膜生长而积聚在无纺布填料上边。无纺布填料被细菌纤维素菌膜完全覆盖达到影响醋酸生产效率的时候，新的无纺布填料自动喂入，而完全覆盖细菌纤维素菌膜的无纺布填料在设定的运动速度下被发酵塔外的卷取辊收集而自动更换，大量的细菌纤维素被无纺布填料带出塔外。由于细菌纤维素的功能性决定料其价值比醋高，长满细菌纤维素的无纺布填料可以按特定的商品出售或进行二次开发和精细加工，弥补因购买无纺布填料而花费的费用。不但太大节约了成本，而且可以带来新的利润。另外由于进行了有序排列，填充料的单位利用率比传统堆放法提高。

发酵塔工作原理如下：

（1）在方形醋液态淋浇发酵塔内，具有一定厚度和空间形态结构的无纺布填料按照一定密度、一定体积和一定排列方式装在食醋液态淋浇发酵塔内安装填料的相应位置如图所示。

（2）无纺布填料在放卷和收卷机构的带动下，按照如图所示的运动方向在工艺运行速度条件下运动，即把无纺布填充料进行有序的排列，进行悬空无底处理，把原来支撑填充料的假底置于塔下的发酵液液面以下，形成一个较为完善的醋酸发酵设备。

（3）含有醋酸菌的发酵液自上而下淋浇在用无纺布制成的填充料体系上。使填充料大量的吸附发酵液及醋酸菌，空气经填充料之间的缝隙流动，部分氧溶解在填充料表面，在适合的温度下醋酸菌迅速生长繁殖，并把乙醇氧化成醋酸。通过淋浇把填充料上浓度高的醋酸冲下，并把乙醇浓度高的发酵液补充到填充料上．如此反复直至把乙醇基本氧化完全．采用分割法(即留下部分发酵液作种的办法)继续下一轮发酵，填充料正常时产酸速度为0.1-0.5kg／m³h(以醋酸计) 。

（4）无纺布填充料充分被发酵液“喷淋”后，细菌纤维素菌膜生长而积聚在无纺布填料上边。

（5）无纺布填料被细菌纤维素菌膜完全覆盖达到影响醋酸生产效率的时候，新的无纺布填料自动喂入，而完全覆盖细菌纤维素菌膜的无纺布填料在设定的运动速度下被发酵塔外的卷取辊收集而自动更换，大量的细菌纤维素被无纺布填料带出塔外。

（6）一些死角生长的菌膜因自重或可人为地将其冲到假底上，由于假低设于发酵液液面下．菌膜不能在其以下生长，通过降低液面即可把集存的菌膜从入孔清理到塔外，而无需进行停车对填充料进行更换清洗，保证了产酸速度的稳定。

实施例2

（1）原料液化：取玉米1000kg，加水1500 kg，浸泡6小时后通过砂轮磨磨成浆液。

（3）板框压滤：发酵好的酒醪通过板框过滤得到清酒液。

与实施例1不同的所述的滚轴直径为0.008米，两滚轴之间的距离为5米。

所述的无纺布为厚度3毫米的聚脂针刺无纺布，填充体积为塔体积的9 /10。

其余均同实施例1的技术方案。

实施例3

与实施例1不同的所述的滚轴直径为0.02米，两滚轴之间的距离为10米。

所述的无纺布为厚度3毫米的玻璃纤维无纺布，填充体积为塔体积的1/20。

实施例4

所述的滚轴直径为0.03米，两滚轴之间的距离为0.1米。

所述的无纺布为厚度3毫米的玄武岩纤维无纺布，填充体积为塔体积的1 /3。

Claims

1.一种用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，该方法包括原料液化、酒精发酵、板框压滤、醋酸发酵、消毒及配兑工艺步骤，其特征在于：醋酸发酵步骤采用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔发酵，含有醋酸菌的发酵液自上而下淋浇在用无纺布制成的填充料体系上，使填充料大量的吸附发酵液及醋酸菌，空气经填充料之间的缝隙流动，部分氧溶解在填充料表面，在30-34℃下醋酸菌迅速生长繁殖，并把乙醇氧化成醋酸，通过淋浇把填充料上浓度高的醋酸冲下，并把乙醇浓度高的发酵液补充到填充料上，如此反复直至把乙醇基本氧化完全，采用分割法继续下一轮发酵；

所述的无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔包括塔体，塔体内顶部设有回淋盘，塔体内上部为无纺布型填料系统，下部为发酵液，填料系统和发酵液之间设有假底；所述的无纺布型填料系统包括设置在塔内的滚轮和缠绕在滚轮上的无纺布，无纺布一端连接放卷装置，另一端连接收卷装置；所述的无纺布在塔内竖直设置，所述的滚轴直径为0.004-0.05米，两滚轴之间的距离为0.1-10米。

2.根据权利要求1所述的用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，其特征在于：所述的无纺布为有机机织物或无机机织物，其克重范围为0.1-7000g/m²;密度范围为0.001-10g/cm³、无纺布填充体积为塔内体积的1/20-9/10。

3.根据权利要求2所述的用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，其特征在于：所述的无纺布为静电无纺布、熔喷无纺布、纺粘无纺布、水刺、针刺无纺布及其加工后的复合材料中任意一种。

4.根据权利要求2所述的用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，其特征在于：无纺布填料的材质为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、玻璃、氧化铝或氧化钛中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的用无纺布型填料系统的液态淋浇发酵塔生产食醋的方法，其特征在于：收放卷设备的运转速度为1mm/h-10m/h。