專利名稱：啤酒、酒精生產(chǎn)用膜式生物反應(yīng)器的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在啤酒和酒精發(fā)酵中應(yīng)用的膜式生物反應(yīng)器的制備方法。同時(shí)這種膜式生物反應(yīng)器的制備過(guò)程也可以用于對(duì)現(xiàn)行啤酒、酒精發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行改造。
膜式生物反應(yīng)器是一種先進(jìn)的發(fā)酵裝置，酵母以膜狀被吸附或包埋于載體上，通過(guò)增加酵母量及擴(kuò)大酵母與底物的接觸，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵。由于這種裝置具有發(fā)酵速度快、效率高、耗能低、高產(chǎn)出等特點(diǎn)，其各種性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的發(fā)酵裝置，因此在發(fā)酵工業(yè)中得到較快地發(fā)展和開發(fā)運(yùn)用。近年來(lái)已有報(bào)導(dǎo)將這種膜式生物反應(yīng)器用于啤酒、高濃度酒精、氨基酸、細(xì)胞蛋白等的發(fā)酵過(guò)程中，并取得較好的效果。但在工業(yè)實(shí)用化裝置尚不多，同時(shí)由于所報(bào)導(dǎo)的技術(shù)應(yīng)用比較復(fù)雜，這種過(guò)程用于對(duì)舊設(shè)備的改造也比較困難。
本發(fā)明的目的提供一種膜式生物反應(yīng)器的制備方法，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備過(guò)程易行。這種裝置用于普通啤酒和酒精的釀造中，可大幅度縮短酒齡，改善質(zhì)量，提高產(chǎn)酒率，亦節(jié)省能耗。此外該反應(yīng)器的制備過(guò)程特別適于對(duì)目前發(fā)酵工業(yè)采用的傳統(tǒng)發(fā)酵裝置進(jìn)行改造，利于在工業(yè)中應(yīng)用。
本發(fā)明的膜式生物反應(yīng)器是采用吸附法，將制得生物膜吸附在附著物上，置于發(fā)酵容器(發(fā)酵罐)內(nèi)而制成。其制備過(guò)程包括膜的制備及膜在反應(yīng)器內(nèi)安裝兩個(gè)步驟，具體過(guò)程如下1、膜的制備將經(jīng)處理表面活性物質(zhì)載體，例如硅藻土、纖維粉或活性碳，按一定比例混于膠質(zhì)，例如海藻酸鈉、瓊脂、骨原、聚丙烯脫胺或樹脂等的溶液中制成載膠活性物載體，再將上述活性物載體均勻涂在附著物上，例如，棉、麻、化纖織物、塑料紗網(wǎng)、金屬網(wǎng)上;將擔(dān)載活性物附著物用化學(xué)和物理方法進(jìn)行處理使含膠活性物牢固附著在附著物上完成制膜工藝。
2、膜式生物反應(yīng)器的安裝在反應(yīng)器發(fā)酵罐內(nèi)，將上述制成膜均勻安裝亦固定好，其填充率可依實(shí)際需要設(shè)計(jì)。但填充率過(guò)低膜的有效表面積小，反應(yīng)器的膜效應(yīng)不明顯，而填充率過(guò)高，雖然膜效應(yīng)高，可提高發(fā)酵速度，卻使膜的清洗再生困難，一般以填充率占反應(yīng)器內(nèi)體積的0.3～5%為宜。填充方法可將上述1制成的膜置于發(fā)酵罐內(nèi)的懸浮管上，固定架或移動(dòng)式支架上相成懸浮式、固定式或移動(dòng)式三種安裝形式，實(shí)際安裝過(guò)程可選擇其中任何方法進(jìn)行。
膜式生物反應(yīng)器制備后，即可用于發(fā)酵生產(chǎn)使用，在發(fā)酵過(guò)程中上述制備的膜表面即可形成一吸附菌膜，進(jìn)行發(fā)酵過(guò)程。其發(fā)酵過(guò)程中所用菌種，培養(yǎng)基及發(fā)酵工藝過(guò)程和條件，完全可以按現(xiàn)行生產(chǎn)中采用的情況進(jìn)行。由于上述膜式反應(yīng)器的制備過(guò)程，對(duì)發(fā)酵裝置并沒(méi)有特殊要求，因此這種方法可方便的用于對(duì)目前生產(chǎn)中使用的設(shè)備進(jìn)行改造，由普通的發(fā)酵罐改造為膜式生物反應(yīng)器。這樣利用原有設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)新的先進(jìn)的發(fā)酵工藝。下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容給予進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
實(shí)例1，生物膜的制備取100目過(guò)篩硅藻土作載體，用濃雙氧水除去硅藻土中有機(jī)質(zhì)，經(jīng)氯化鈉轉(zhuǎn)型后，再用去離子水除去可溶性無(wú)機(jī)鹽;制0.1～0.5%海藻酸鈉水溶液，加熱溶解后，自然冷卻至室溫，將處理后的硅藻土按0.01～5%加到冷卻后的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻;用棉布作附著物，置于含硅藻土的海藻酸鈉溶液中，使棉布紗網(wǎng)上均勻附著一層硅藻土，再將此少網(wǎng)轉(zhuǎn)放入0.01～0.05M氯化鈣水溶液中，固化10～20分后取出，室溫干燥即可成膜。按上述過(guò)程采用不同活性物、活性炭、纖維粉載體可制備相應(yīng)生物膜。
實(shí)例2，膜在發(fā)酵罐中安裝在罐體內(nèi)，每隔10～20cm置一層上述實(shí)例1所制的附著硅藻土的棉布紗網(wǎng)，填充率為0.5～1.5%為宜;沙網(wǎng)可采用懸浮式，固定式或移動(dòng)式任何一種形式安裝。
實(shí)例3膜式反應(yīng)器用于發(fā)酵試驗(yàn)1采用實(shí)例1、2所制備的膜式反應(yīng)器作發(fā)酵試驗(yàn)。其發(fā)酵工藝及條件可按現(xiàn)行生產(chǎn)中采用的工藝方法及條件，并按常規(guī)操作進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，其結(jié)果列于表1。
實(shí)例4，膜式反應(yīng)器用于發(fā)酵試驗(yàn)2采用實(shí)例3的發(fā)酵工藝及條件，發(fā)酵罐內(nèi)膜填充率變化對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響列于表2，膜在罐中采用移動(dòng)式安裝。
實(shí)例5膜的再生及其使用壽命按實(shí)例3所述發(fā)酵罐及發(fā)酵過(guò)程，連續(xù)使3個(gè)月，發(fā)酵大于20批，載體硅藻土完好。經(jīng)3個(gè)月運(yùn)行連續(xù)發(fā)酵后載體表面除吸附一層酵母外，也吸附有多種糖類、蛋白、氨基酸等物質(zhì)，這些雜質(zhì)積于載體表面，使酵母菌膜效率下降?？蓪?duì)膜用無(wú)菌水進(jìn)行沖洗，也可再經(jīng)高溫滅菌處理，使載體重新恢復(fù)膜性能。該膜可進(jìn)行再生處理4～5次。
采用本發(fā)明制備的膜式生物反應(yīng)器進(jìn)行啤酒發(fā)酵生產(chǎn)，經(jīng)近一年試驗(yàn)，可縮短發(fā)酵周期20～30%，使啤酒增產(chǎn)30～40%，且可降低能耗。這種技術(shù)特別適用對(duì)目前生產(chǎn)中運(yùn)行的發(fā)酵罐進(jìn)行改造，其過(guò)程簡(jiǎn)便易行。利用原設(shè)備和生產(chǎn)條件，可大幅度縮短酒齡，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。因此，本發(fā)明技術(shù)適于在工業(yè)中推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種膜式生物反應(yīng)器的制備，包括膜的制備及膜的安裝兩個(gè)步驟，其特征在于(1)膜的制備過(guò)程為制成載膠活性物載體；再將上述載體均勻涂在附著物上；然后將附著物用化學(xué)和物理方法進(jìn)行處理使含膠活性物牢固附著在附著物上完成制膜；(2)膜的安裝過(guò)程為在反應(yīng)器內(nèi)將上述制成膜均勻安裝，并固定好，其膜的填充率以占反應(yīng)器內(nèi)體積的0.3～5%為宜。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于將徑轉(zhuǎn)為鈉型的粘土礦物按0.01～5%混于0.1～0.5%海藻酸鈉溶液中。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于膜的制備過(guò)程中表面活性物載體可采用硅藻土，活性炭或纖維粉。
4.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于膜的制備過(guò)程中所謂對(duì)附著物固定用化學(xué)方法處理可采用0.01～0.05M氯化鈣水溶液進(jìn)行。
5.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于膜的安裝過(guò)程可采用懸池式，固定式或移動(dòng)式安裝膜方式進(jìn)行。
全文摘要
一種膜式生物反應(yīng)器的制備方法是采用吸附法以硅藻土，活性炭及纖維粉等活性物為載體擔(dān)載膠質(zhì)，再涂在附著物上制成膜，再將這種膜按填充率0.3～5％安裝固定在反應(yīng)器內(nèi)。該制備方法簡(jiǎn)單易行，反應(yīng)器可按原發(fā)酵工藝和條件進(jìn)行發(fā)酵過(guò)程。采用這種設(shè)備用于啤酒生產(chǎn)可縮短發(fā)酵周期20～30％，啤酒增產(chǎn)30～40％，且可降低能耗。這種技術(shù)特別適用于對(duì)目前生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，利用原設(shè)備和條件，可大幅度縮短酒齡，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。因此該技術(shù)適于在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C12M1/40GK1073207SQ9111097
公開日1993年6月16日 申請(qǐng)日期1991年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月11日
發(fā)明者張忠澤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所