酒精醋营养盐与半连续发酵工艺的研究

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酒精醋不仅是日常生活的调味品,具有营养保健的功能,还可以广泛应用于食品、医药、农肥、家居、美容等行业,拥有十分广阔的市场前景。目前,利用先进的自吸式发酵罐进行液态深层半连续发酵是酒精醋生产的发展方向;低成本高效率的营养盐是酒精醋生产的关键。本文在对进口营养盐和自制营养盐深入研究的基础上,开发了一种新的混合营养盐,成功应用于15L自吸式发酵罐酒精醋的半连续发酵上,并建立了酒精醋半连续发酵动力学模型,成功优化了半连续发酵工艺条件。本研究主要内容包括:  ⑴通过单因素和正交实验优化了装液量、接种量、初始底酸添加量和初始酒度四个因素,得到酒精醋摇瓶发酵的最佳条件为:装液量100mL/500mL、接种量10%(v/v)、初始底酸添加量1%(v/v)、初始酒度5%(v/v)。在优化后的发酵条件下,利用单因素实验及PB法、最陡爬坡法、BBD法等一系列响应面实验优化了酒精醋发酵培养基,得到最佳培养基为:葡萄糖3.0g/L、酵母粉1.41 g/L、硫酸铵0.84g/L、氯化铵1.0g/L、磷酸氢二钾0.5g/L、硫酸镁0.4g/L。优化后的培养基产酸量比优化前增加了11%。  ⑵上述优化的酒精醋发酵培养基即为自制营养盐配方,综合实际情况考虑,配方为:葡萄糖3.0g/L、酵母粉1.4g/L、磷酸氢二钾0.5g/L、硫酸铵0.85g/L、氯化铵1.0g/L、硫酸镁0.4g/L,总添加量为7.15g/L。采用先进的高效液相色谱、离子色谱、ICP等仪器对进口营养盐中的氨基酸和无机盐的种类及含量进行了初步的分析检测,并与自制营养盐进行比较,自制营养盐没有特别明显的优势。因此,提出了一种新的混合营养盐及添加方式,即以进口营养盐启动发酵,之后每批逐步加入自制营养盐,取代部分进口营养盐,并在15L自吸式发酵罐上进行酒精醋半连续发酵验证,结果表明,混合营养盐在醇酸转化率、平均产酸速率和发酵周期上均能达到进口营养盐的水平,当进口营养盐与自制营养盐的比例为0.5g/L+5.0g/L时,成本比添加1.5g/L纯进口营养盐降低了21.7%。  ⑶在上述开发出一种酒精醋营养盐的基础上,分析了酒精醋分批发酵和半连续发酵过程,建立了酒精醋半连续发酵过程的动力学模型:醋酸菌生长模型:dX/dt=0.35(S/S+1.32)(1.6/1.6+S)(1-P/6.78)X;产物醋酸生成模型:dP/dt=0.6·dX/dt+0.03X;底物酒精消耗模型:-dS/dt=0.08·dX/dt+0.38· dP/dt+0.01X。  ⑷在15L自吸式发酵罐上,初步研究并优化了转速、分割量、分割时机三个工艺条件,得到最佳转速为1200rpm,最佳分割量为40%,最佳分割时机为采用总浓度理论预测的酒度下降到0.5%时,优化后的醇酸转化率可达95%以上,平均产酸速率可达1.9g/L/h,平均发酵周期为20h,达到国内最高水平。  ⑸将优化后的液态半连续发酵工艺分别应用在葛根醋、梨醋和葡萄醋的酿造上,醇酸转化率基本可达95%左右,产酸速率在1.5g/L/h左右,发酵周期为1天。扩大了液态深层半连续发酵工艺在不同种类食醋酿造上的应用。
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