硅橡膠膜生物反應(yīng)器封閉循環(huán)蘋果原汁發(fā)酵研究.pdf

1、膜生物反應(yīng)器是一種新型的生物反應(yīng)器，是由膜與其他生物反應(yīng)器構(gòu)成的反應(yīng)系統(tǒng)，將膜分離過程和生物反應(yīng)器有機的融合為一體。膜生物反應(yīng)器的構(gòu)建，膜的選擇是關(guān)鍵。膜生物反應(yīng)器性能的好壞，在相當(dāng)大的程度上取決于所采用的膜的性能。硅橡膠(PDMS)膜對醇、酯、酚、酮、鹵代物、芳香烴、吡啶等有機物小分子物質(zhì)有良好的吸附選擇性。本研究中，基于細(xì)胞生長更新與封閉循環(huán)和產(chǎn)物原位分離的思想，采用本實驗室研制的高性能硅橡膠(PDMS)復(fù)合膜設(shè)計構(gòu)建了一套有效體積

2、為5L的硅橡膠膜生物反應(yīng)器，通過膜器與反應(yīng)器之間的耦合將傳統(tǒng)上相對獨立的發(fā)酵和分離兩個操作單元結(jié)合起來，并進(jìn)行了一系列的蘋果原汁的滲透汽化．發(fā)酵耦合實驗研究。 實驗首先采用適應(yīng)性培養(yǎng)的方式從三個酵母菌株中篩選出一株以蘋果汁為培養(yǎng)基時具有良好發(fā)酵性能的酵母菌作為發(fā)酵菌株。該菌株發(fā)酵迅速而平穩(wěn)，對可發(fā)酵糖的利用速度快，發(fā)酵細(xì)胞密度大，產(chǎn)酒率高。在所構(gòu)建的硅橡膠膜生物反應(yīng)器中，蘋果汁的發(fā)酵和發(fā)酵液的滲透汽化實現(xiàn)了有機偶合，酵母細(xì)胞代謝

3、而產(chǎn)生的具有揮發(fā)性的輕組分得到分離回收。發(fā)酵一滲透汽化耦合發(fā)酵實驗表明，25℃時在該膜生物反應(yīng)器中，酵母細(xì)胞密度24-36小時即可達(dá)到10<,5>個／ml，經(jīng)過滲透汽化分離出乙醇等酵母細(xì)胞的代謝產(chǎn)物后，細(xì)胞濃度有所提高；可發(fā)酵糖的轉(zhuǎn)化率為89.49％，乙醇產(chǎn)率為84.29％，硅橡膠膜對乙醇的收率在90％以上；采用一級冷凝的方式，滲透當(dāng)量乙醇液濃度最高可達(dá)28％，滲透通量為600—1000g/m<,2>．h。采用兩級冷凝的方式，隨著冷凝溫

4、度的不同便可得到不同酒精濃度的滲透液，因此選擇適當(dāng)?shù)睦淠郎囟瓤芍苯舆M(jìn)行含40％(v)酒精的蘋果白蘭地的生產(chǎn)。經(jīng)滲透汽化分離掉酒精后余下的蘋果汁發(fā)酵液色澤金黃、富含有機酸和一些天然的營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)處理后可加工成發(fā)酵蘋果汁軟飲料。通過膜器結(jié)構(gòu)改變和裝填膜面積的擴大實驗，證明硅橡膠復(fù)合膜在該發(fā)酵一滲透汽化耦合系統(tǒng)的操作運行中性能表現(xiàn)優(yōu)良。在6個月的蘋果汁滲透汽化一發(fā)酵耦合實驗中未發(fā)現(xiàn)硅橡膠膜的性能下降和損壞現(xiàn)象。結(jié)果表明，該硅橡膠生物反應(yīng)器系統(tǒng)