CN110643487A - 一种发酵装置及利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发酵技术领域，公开了一种发酵装置及利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统，所述发酵装置包括具有密闭发酵容腔的发酵罐体、进料口、出料口及搅拌装置，所述搅拌装置的旋转轴可转动地安装在所述发酵罐体的侧壁，且其上设置有用于吸附微生物的载体，为微生物的生存提供了固定场所，旋转轴的旋转使进料液产生轴向和径向流动，并与微生物充分接触，以保证微生物生长繁殖及发酵所需的原料，进而有利于发酵过程的进行。本发明在进料口下方设置喷淋系统，使进料液在喷淋系统的作用下均匀喷洒至发酵容腔，进而和附着在碳毡上的微生物大面积接触，有利于微生物更高效地利用原料进行发酵，提高终产物的产率。
Description
技术领域
本发明涉及发酵技术领域，具体涉及一种发酵装置及利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统。
背景技术
黄水是固态法白酒酿造过程中的主要副产物，其为一种高浓度有机废水，富含淀粉、还原糖及各种有机酸、醇和酯等有机物，其中葡萄糖可达20g/L。一般每生产1000kg白酒，大约产生黄水300～400kg。根据黄水的常规理化性质，黄水COD在135～330g/L范围内，远远超过国家允许的废水排放标准。虽然很多酒厂的黄水经过厌氧-好氧处理，但也很难达标排放，这些未经处理或经过厌氧-好氧处理的黄水直接排入水体中，给水体环境带来了严重污染。因此充分回收黄水中有机资源对减轻污水处理负荷、减少环境污染意义重大。
通常黄水的回收利用方法主要有：(1)窖池养护；(2)底锅水蒸馏；(3)单独蒸馏提取有机酸。但这些处理方法均没有使黄水的附加效益得到最大限度的发挥，且经过蒸馏浓缩后的黄水仍含有大量糖类、蛋白质等有机物，还需要在下游进行污水处理达标后才能排放，没能从根本途径上解决黄水的污染问题。为此，现有技术公开了一种酿酒黄水资源化利用的系统及方法，该方法把黄水于发酵罐中先进行淀粉糖化和还原糖发酵，同时耦合双极膜电渗析(EDBM)工艺对黄水发酵过程中产生的乳酸进行分离；之后剩余黄水发酵液泵入超临界二氧化碳萃取装置对剩余黄水发酵液中的风味物质进行萃取，经多次循环萃取，萃取液制成调酒液，釜液排入污水处理厂。虽然该方法使黄水中的淀粉和还原糖得到充分利用，但其没有提高浓香型白酒中重要风味物质及前体物质己酸的含量，得到的白酒风味和品质受限。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的酿酒黄水资源化利用系统不能提高己酸的含量导致得到的白酒风味和品质受限的缺陷，从而提供一种利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统，同时，本发明还提供了在上述生产己酸生产过程中所使用的发酵装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种发酵装置，包括：
具有密闭发酵容腔的发酵罐体；设置在所述发酵罐体上部的进料口；设置在所述发酵罐体下部的出料口；以及搅拌装置；
其中，所述搅拌装置包括旋转轴和设置在所述旋转轴上的搅拌叶片；所述旋转轴一端与设置在所述发酵罐体外部驱动所述旋转轴转动的驱动装置相连；其特征在于，
所述旋转轴可转动地安装在所述发酵罐体的侧壁，且其上设置有用于吸附微生物的载体。
进一步地，所述载体为碳毡。
进一步地，所述旋转轴有多根，每相邻两根之间相向间隔设置。
进一步地，所述进料口的下方设置喷淋系统。
进一步地，所述发酵罐体的底部设置有隔层，所述隔层内设置过滤网，所述过滤网设置在所述出料口的上方。
进一步地，所述发酵罐体的上部还设置酸液入口。
本发明还提供了一种利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统，包括依次相连的第一发酵单元、第二发酵单元和分离收集单元，经所述第一发酵单元的发酵液通过高压泵进入所述第二发酵单元；
其中，所述第一发酵单元和所述第二发酵单元为上述的发酵装置。
进一步地，所述分离收集单元包括依次连接的双极膜电渗析单元、萃取单元、蒸馏单元和己酸储罐。
更进一步地，所述双极膜电渗析单元包括酸室、盐室和碱室，所述酸室和所述盐室以阳离子交换膜隔开，所述碱室和所述盐室以阴离子交换膜隔开，所述酸室和所述碱室以双极膜隔开，所述盐室与所述第二发酵单元上的出料口相连，所述碱室与所述萃取单元的上端相连，经所述萃取单元处理后的萃取液进入所述蒸馏单元，所述蒸馏单元与所述己酸储罐相连，用于收集己酸馏分。
更进一步地，所述酸室与所述第二发酵单元上的酸液入口相连。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的发酵装置，包括具有密闭发酵容腔的发酵罐体、进料口、出料口及搅拌装置，所述搅拌装置的旋转轴可转动地安装在所述发酵罐体的侧壁，且其上设置有用于吸附微生物的载体，为微生物的生存提供了固定场所，旋转轴的旋转使进料液产生轴向和径向流动，并与微生物充分接触，以保证微生物生长繁殖及发酵所需的原料，进而有利于发酵过程的进行。本发明在进料口下方设置喷淋系统，使进料液在喷淋系统的作用下均匀喷洒至发酵容腔，进而和附着在碳毡上的微生物大面积接触，有利于微生物更高效地利用原料进行发酵，提高终产物的产率。
2.本发明提供的发酵装置，在发酵罐体的底部设置隔层，并在隔层内设置过滤网，对发酵液进行初步过滤，使微生物及大分子物质继续留存在发酵罐内，提高了原料的利用率。
3.本发明提供的利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统，包括第一发酵单元、第二发酵单元和分离收集单元，本发明的系统利用微生物作用将黄水中的淀粉和还原糖等原料转化为利用价值较高的乳酸，所述乳酸在微生物作用下进一步转化为己酸，这样，不仅将以前是白酒酿造副产的黄水全部重新用于酿酒，完美实现黄水的零排放和资源再利用，更重要的是，发酵后，己酸的含量大大增加，而己酸又是浓香型白酒中的重要风味物质及前体物质，由此制备的白酒风味和品质得到极大的改善。另外，己酸还是一种可以转化为生物燃料的前体物质，其溶解度低易提取，售价高于普通燃料乙醇，具有多种化工用途和优势。本发明的系统不仅实现了黄水的零排放和资源再利用，且使黄水中的淀粉和还原糖得到充分利用，并转化为工业及经济价值更高的中链脂肪酸己酸，具有十分重要的环境效益和经济效益。
4.本发明提供的利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统，双极膜电渗析装置的酸室与第二发酵单元上的酸液入口相连，使酸液回流至第二发酵单元以维持发酵液的pH值维持在6.0左右，促进乳酸发酵生产己酸反应的高效稳定进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1发酵装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-第一发酵单元；2-高压泵；3-第二发酵单元；4-双极膜电渗析单元；5-萃取单元；6-蒸馏单元；7-己酸储罐；41-酸室；42-盐室；43-碱室；101-进料口；102-酸液入口；103-发酵罐体；104-喷淋系统；105-旋转轴；106-载体；107-隔层；108-过滤网；109-出料口；110-搅拌叶片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
一种利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统，如图2所示，包括依次连接的第一发酵单元1、第二发酵单元3和分离收集单元，经第一发酵单元1的发酵液通过高压泵2进入第二发酵单元3，分离收集单元包括依次连接的双极膜电渗析单元4、萃取单元5、蒸馏单元6和己酸储罐7，双极膜电渗析单元4包括酸室41、盐室42和碱室43，酸室41和盐室42以阳离子交换膜隔开，碱室43和盐室42以阴离子交换膜隔开，酸室41和碱室43以双极膜隔开。双极膜电渗析单元4可以为多个重复的单元组成，具体单元数根据实际需要来确定，各单元并联设置。盐室42与第二发酵单元3上的出料口相连，酸室41与第二发酵单元3上的酸液入口相连，使酸液回流至第二发酵单元3以维持发酵液的pH值维持在6.0左右，促进乳酸发酵生产己酸反应的高效稳定进行。碱室43与萃取单元5的上端相连，萃取单元5内盛装有机萃取剂，本发明以乙醇作为萃取剂，经乙醇萃取得到的萃取液中不仅含有乙醇和己酸，而且还含有在己酸发酵过程中产生的乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等几种短链脂肪酸，该萃取液由萃取单元5进入蒸馏单元6，利用上述短链脂肪酸沸点不同，其中己酸的沸点最高，经过蒸馏单元6的蒸馏分离，最终得到纯度较高的产物己酸直接进入己酸储罐7中。
本实施例中，第一发酵单元1和第二发酵单元3分别为乳酸发酵装置和己酸发酵装置，其结构基本相同。如图1所示，发酵装置具有密闭发酵容腔的发酵罐体103；设置在发酵罐体103上部的进料口101；设置在发酵罐体103下部的出料口109；以及搅拌装置，搅拌装置包括旋转轴105和设置在旋转轴105上的搅拌叶片110；旋转轴105的一端与设置在发酵罐体103外部驱动旋转轴105转动的驱动装置相连，该驱动装置一般为电机。其中，旋转轴可转动地安装在发酵罐体103的侧壁，且其上设置有用于吸附微生物的载体106，该载体106可以为碳毡，当然也可以为其它有利于微生物吸附的载体。本实施例中，旋转轴105设置3根，如图2中所示，根据具体情况的需要，当然还可以设置为其他数量，多根旋转轴的每相邻两根之间相向间隔设置。
为实现进料液的均匀喷洒，本实施例中，如图1所示，在进料口101的下方还设置喷淋系统104，喷淋系统可以由若干个喷淋器构成，喷淋器的具体数量综合进料液的速度、发酵时间等因素确定。
此外，发酵罐体103的底部设置隔层107，隔层107内设置过滤网108，过滤网108设置在出料口109的上方，设置在发酵罐体103底部的过滤网可以对发酵液进行初步过滤，使微生物及大分子物质继续留存在发酵罐内，而其余部分液体进入下一个处理单元，如此设置，不仅提高了原料的利用率，也避免了大物质堵塞管道的现象发生。
考虑随着乳酸及己酸发酵过程的进行，发酵液的pH值会升高，因此，发酵罐体103的上部还设置酸液入口，用于对发酵罐体103内发酵液的pH值进行调节，以保证发酵过程在稳定的条件下进行。
本发明利用白酒酿造副产黄水生产己酸系统的工作过程为：
白酒酿造副产黄水通过管道进入第一发酵单元1，黄水中的淀粉、还原糖等物质在乳酸菌作用下将还原糖酵解为乳酸，然后该发酵液通过高压泵2泵入第二发酵单元3，己酸菌将发酵液中的乳酸进一步转化为己酸，同时在己酸发酵过程中还产生了少量乙酸、丙酸、丁酸及戊酸等几种短链脂肪酸，该发酵液一同由第二发酵单元3进入双极膜电渗析单元4的盐室42，经电渗析后，酸室41中的酸液由第二发酵单元3的酸液入口回流至第二发酵单元3以维持发酵液的pH值维持在6.0左右，碱室43中的液体通过管道进入萃取单元5，萃取单元5中装有乙醇萃取剂，己酸在乙醇的萃取作用下，与其它几种短链肪酸由水相进入乙醇相并通过管道进入蒸馏单元6进行蒸馏，最后得到纯度较高的产物己酸进入己酸储罐7。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种发酵装置，包括：
具有密闭发酵容腔的发酵罐体(103)；设置在所述发酵罐体(103)上部的进料口(101)；设置在所述发酵罐体(103)下部的出料口(109)；以及搅拌装置；
其中，所述搅拌装置包括旋转轴(105)和设置在所述旋转轴(105)上的搅拌叶片(110)；所述旋转轴(105)的一端与设置在所述发酵罐体(103)外部驱动所述旋转轴(105)转动的驱动装置相连；其特征在于，
所述旋转轴(105)可转动地安装在所述发酵罐体(103)的侧壁，且其上设置有用于吸附微生物的载体(106)。
2.根据权利要求1所述的发酵装置，其特征在于，所述载体(106)为碳毡。
3.根据权利要求1或2所述的发酵装置，其特征在于，所述旋转轴(105)有多根，每相邻两根之间相向间隔设置。
4.根据权利要求1-3任一所述的发酵装置，其特征在于，所述进料口(101)的下方设置喷淋系统(104)。
5.根据权利要求1-4任一所述的发酵装置，其特征在于，所述发酵罐体(103)的底部设置有隔层(107)，所述隔层(107)内设置过滤网(108)，所述过滤网(108)设置在所述出料口(109)的上方。
6.根据权利要求1-5任一所述的发酵装置，其特征在于，所述发酵罐体(103)的上部还设置酸液入口(102)。
7.一种利用白酒酿造副产黄水生产己酸的系统，其特征在于，包括依次连接的第一发酵单元(1)、第二发酵单元(3)和分离收集单元，经所述第一发酵单元(1)的发酵液通过高压泵(2)进入所述第二发酵单元(3)；
其中，所述第一发酵单元(1)和所述第二发酵单元(3)为权利要求1-5任一所述的发酵装置。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述分离收集单元包括依次连接的双极膜电渗析单元(4)、萃取单元(5)、蒸馏单元(6)和己酸储罐(7)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述双极膜电渗析单元(4)包括酸室(41)、盐室(42)和碱室(43)，所述酸室(41)和所述盐室(42)以阳离子交换膜隔开，所述碱室(43)和所述盐室(42)以阴离子交换膜隔开，所述酸室(41)和所述碱室(43)以双极膜隔开，所述盐室(42)与所述第二发酵单元(3)上的出料口相连，所述碱室(43)与所述萃取单元(5)的上端相连，经所述萃取单元(5)处理后的萃取液进入所述蒸馏单元(6)，所述蒸馏单元(6)与所述己酸储罐(7)相连，用于收集己酸馏分。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述酸室(41)与所述第二发酵单元(3)上的酸液入口相连。
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