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固定化载体中应用最广泛的是海藻酸钙,虽易成形、无毒、成本低廉,但强度差,使用寿命短,对醪液中PO<,4><3->敏感。其他的一些天然高分子化合物,如琼脂,明胶和卡拉胶等,虽强度得到改善,但价格偏高。我们采用聚乙烯醇和阴离子交换树脂混合制成的生物膜,机械强度高,对微生物无毒,且价格低廉,来源广。该膜最主要的特性在于可以实现重复利用,在发酵反应器中进行多次连续发酵,效果良好,不变形,不软化。
分别采用PVA冷冻法和PVA-H<,3>BO<,3>交联法制备载体进行发酵酒精时,恒温30℃,初始pH5.0,时间30h,发酵醪糖度为14.5%。结果表明:两种方法包埋效果均良好;PVA冷冻法制备的固定化细胞载体颗粒弹性较好,单位重量载体中酵母菌增殖数量多,达到2.94×10<9>个/g,醪液中游离酵母数为2.36×10<8>个/mL,多次发酵时性能稳定,酒精含量最高可达8.36%,实现了重复利用,大大降低了生产成本;而PVA-H<,3>BO<,3>交联法制备的载体单批次发酵效果较好,酒精含量为8.26%,但多次发酵时载体严重变形,不适宜重复利用。
利用PVA膜进行酒精连续发酵时,采用了自制的有机玻璃反应器,设计出独特的凝胶片式细胞固定化接种装置,结果得出:最适温度30℃,初始pH5.0,流速20mL/h。在以20mL/h的速度连续发酵20天,反应稳定,酒精含量保持在5.508/100mL左右。
重复使用PVA膜多次批量发酵时,前期反应稳定,酒精最高生成量可达5.74g/100mL,残糖为0.36g/100mL,载体中包埋酵母细胞数可稳定在2×10<9>个/g以上,游离发酵酵母数可达1.8×10<8>个/mL,出芽率25%左右。后期发酵在膜表面所形成的菌落层越积越厚,最终脱落,造成酒精发酵产量下降,稳定在3.85~4.23g/100mL之间。
重复利用PVA膜进行连续发酵酒精时,对载体重复利用方法进行了研究,即载体经过洗涤-灭菌-浸泡-再次灭菌的流程后投入新一轮使用。事实证明,效果良好:第二次发酵和第三次发酵的酒精含量随着载体表面菌层的增厚逐渐上升,分别稳定在4.70g/100mL和4.60g/100mL左右,残糖水平稳定;在三次发酵后,胶片性质趋于稳定。