一种微生物固定化生物基材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于生物基材料制备及白酒酿造技术领域，具体涉及一种微生物固定化生物基材料及其制备方法和应用。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

浓香型白酒又称泸香型白酒，它是我国白酒中产量最大，品种最多，覆盖面最广的一类白酒。浓香型白酒的香味成分，以酯类成分占绝对优势，无论在数量上还是在含量上都居首位，它是这类香型成分的主体，大约占总香味成分含量的60％。其中己酸乙酯的含量又是各微量成分之冠，是除乙醇和水之外含量最高的成分。它不仅绝对含量高，而且阈值较低，在味觉上还带甜味、爽口。因此，己酸乙酯的高含量、低阈值，决定了这类香型白酒的主要风味特征。

己酸乙酯是由己酸和乙醇在酯化酶的作用下产生，己酸产自于己酸菌，酯化酶通常由红曲霉菌产生，而己酸菌的正常生长代谢离不开甲烷菌和生香酵母。

但在浓香型白酒实际生产过程中，普遍存在己酸乙酯产量不足，难以达到优级酒标准，特别是新投产窖池生的基酒其己酸乙酯含量较低，因此往往需要后期调配过程补加己酸乙酯，不仅增加企业成本，费时费力，同时额外添加己酸乙酯可能导致产生整体酒体风味不协调等缺陷。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，发明人经长期的技术与实践探索，提供一种产己酸效率高、保水能力强、固定化细胞多次使用不退化、菌体含量高的微生物固定化基材料及其制备方法和应用。使用本申请制备得到的微生物固定化基材料，能够显著提高白酒发酵过程中乙酸乙酯产量，同时循环利用率高，具有良好的工业化应用前景。

本发明的目的之一在于提供一种微生物固定化生物基材料。

本发明的目的之二在于提供上述微生物固定化生物基材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述微生物固定化生物基材料的应用。

为实现上述目的，本发明涉及以下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂50-150份、土豆淀粉30-120份、纸浆纤维50-150份、水90-300份、红曲霉菌0.1-0.5份、生香酵母菌0.1-0.5份、甲烷菌0.1-0.5份、酿酒酵母菌0.1-0.5份、己酸菌500-1000份、葡萄糖20-40份、海藻糖10-20份、缓凝剂2-10份、水泥200-700份；

其中，所述保水剂优选为泥炭；

所述红曲霉菌、生香酵母菌、甲烷菌、酿酒酵母菌均为市售干菌剂；

所述缓凝剂优选为葡萄糖酸钠与氨基葡萄糖的混合物，二者质量比为1：0.5～2；

进一步的，所述微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂50份、土豆淀粉30份、纸浆纤维50份、水90份、红曲霉菌0.1份、生香酵母菌0.1份、甲烷菌0.2份、酿酒酵母菌0.1份、己酸菌500份、葡萄糖20份、海藻糖10份、缓凝剂2份、水泥200份。

其中，所述保水剂为泥炭；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠1份、氨基葡萄糖1份；

进一步的，所述微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂150份、土豆淀粉120份、纸浆纤维100份、水250份、红曲霉菌0.5份、生香酵母菌0.5份、甲烷菌0.1份、酿酒酵母菌0.5份、己酸菌800份、葡萄糖40份、海藻糖15份、缓凝剂8份、水泥700份；

其中，所述保水剂为泥炭；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠3份、氨基葡萄糖5份。

进一步的，所述微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂100份、土豆淀粉60份、纸浆纤维150份、水300份、红曲霉菌0.2份、生香酵母菌0.3份、甲烷菌0.5份、酿酒酵母菌0.3份、己酸菌1000份、葡萄糖30份、海藻糖20份、缓凝剂8份、水泥700份。

其中，所述保水剂为泥炭；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠5份、氨基葡萄糖3份。

本发明的第二个方面，提供上述微生物固定化生物基材料的制备方法，所述制备方法包括：

s1、将保水剂、土豆淀粉、纸浆纤维、葡萄糖、海藻糖和缓凝剂加水按配比混合；

s2、将红曲霉菌、生香酵母菌、甲烷菌、酿酒酵母菌、甲烷菌和己酸菌加入步骤s1的混合物中进行搅拌处理；

s3、将水泥加入步骤s2中的搅拌处理后的混合物中，凝固得微生物固定化生物基材料。

其中，所述步骤s2中，搅拌处理控制温度为28～32℃，搅拌时间控制为0.5～1h；

所述步骤s3中，凝固处理具体条件为常温下凝固24～60小时。

本发明的第三个方面，提供上述微生物固定化生物基材料在白酒酿造领域和/或污水处理领域中的应用。

具体的，所述应用方式为将上述微生物固定化生物基材料，砌于白酒酿造发酵池周围，从而提高白酒中己酸乙酯含量，所述白酒包括但不限于浓香型白酒；

或，

将上述微生物固定化生物基材在污水处理过程中置于处理池下方，从而达到过滤纯化污水的效果。

本发明的有益技术效果：

本发明制备得到的微生物固定化生物基材料具有产己酸效率高、保水能力强、固定化细胞多次使用不退化、菌体含量高等优点，经试验验证，采用本发明制备的微生物固定化生物基材料，单位时间内己酸最大产量达到7.2g/l，相比非固定化己酸菌产量提高约2倍；保水能力优异，单位质量最大含水量为51％；白酒发酵过程中己酸乙酯产量可达1.5-2.5g/l；批次稳定性好，循环使用22次菌株不退化；单位质量己酸菌菌体量可达1×10⁶cfu/g。

同时，本发明微生物固定化生物基材料原料廉价易得，制备方法简单，易操作，因此具有良好的实际应用之价值以及广阔的工业化应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例2的微生物固定化生物基材料表观图；

图2为本发明实施例2的己酸产量与游离细胞己酸产量对照图；

图3为本发明实施例1-3的微生物固定化生物基材料含水量图；

图4为本发明实施例2的微生物固定化生物基材料循环使用批次效果图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如前所述，现有的浓香型白酒实际生产过程中，普遍存在己酸乙酯产量不足，难以达到优级酒标准，特别是新投产窖池生的基酒其己酸乙酯含量较低，因此往往需要后期调配过程补加己酸乙酯，存在耗时耗力等缺陷。

有鉴于此，本发明的一个具体实施方式中，提供一种微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂50-150份、土豆淀粉30-120份、纸浆纤维50-150份、水90-300份、红曲霉菌0.1-0.5份、生香酵母菌0.1-0.5份、甲烷菌0.1-0.5份、酿酒酵母菌0.1-0.5份、己酸菌500-1000份、葡萄糖20-40份、海藻糖10-20份、缓凝剂2-10份、水泥200-700份；

本发明的又一具体实施方式中，所述保水剂优选为泥炭；

本发明的又一具体实施方式中，所述缓凝剂优选为葡萄糖酸钠与氨基葡萄糖的混合物，二者质量比为1：0.5～2；

本发明的又一具体实施方式中，所述红曲霉菌、生香酵母菌、甲烷菌、酿酒酵母菌均为市售干菌剂；

本发明微生物固定化生物基材料各原料主要作用如下：

泥炭：作为保水剂，同时可以提供腐殖质。

土豆淀粉：为微生物生长代谢提供碳源，同时在前期发泡过程中，淀粉消耗形成空腔，增加空隙。

纸浆纤维：提高材料的机械强度，后期作为物质运输通道，同时使材料具有较好的吸水性。

红曲霉：红曲霉能够产生酯化酶，促进己酸乙酯的合成。

生香酵母：对己酸菌的生长有很好的辅助功能。

酿酒酵母：酿酒酵母代谢过程中可以产气，增大材料中的空隙。

葡萄糖：作为直接碳源为微生物提供能量。

海藻糖：海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面能形成独特的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，从而维持生命体的生命过程和生物特征。

葡萄糖酸钠：水泥中添加一定数量葡萄糖酸钠后，可增加混凝土的可塑性和强度，且有推迟混凝土的最初与最终凝固时期。

氨基葡萄糖：氨基葡萄糖与葡萄糖酸钠都具有使水泥缓慢凝结的作用。

己酸菌：主要作用为产己酸。

甲烷菌：对己酸菌的生长有很好的辅助功能。

水泥：作为生物基材料的主体成分，起到固定凝结的作用。

上述微生物固定化生物基材料具有较高的机械强度及保水性，土豆淀粉被消耗后留下的空腔作为己酸菌等微生物的反应区域，海藻糖能够优化微生物生存环境，防止微生物在极端环境中失水死亡，纸浆纤维连接不同的空腔作为输送养分和输出己酸及己酸乙酯的通道。

本发明的又一具体实施方式中，所述微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂50份、土豆淀粉30份、纸浆纤维50份、水90份、红曲霉菌0.1份、生香酵母菌0.1份、甲烷菌0.2份、酿酒酵母菌0.1份、己酸菌500份、葡萄糖20份、海藻糖10份、缓凝剂2份、水泥200份。

本发明的又一具体实施方式中，所述保水剂为泥炭；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠1份、氨基葡萄糖1份；

本发明的又一具体实施方式中，所述微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂150份、土豆淀粉120份、纸浆纤维100份、水250份、红曲霉菌0.5份、生香酵母菌0.5份、甲烷菌0.1份、酿酒酵母菌0.5份、己酸菌800份、葡萄糖40份、海藻糖15份、缓凝剂8份、水泥700份；

本发明的又一具体实施方式中，所述保水剂为泥炭；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠3份、氨基葡萄糖5份。

本发明的又一具体实施方式中，所述微生物固定化生物基材料，其由以下重量份配比的原料组成：保水剂100份、土豆淀粉60份、纸浆纤维150份、水300份、红曲霉菌0.2份、生香酵母菌0.3份、甲烷菌0.5份、酿酒酵母菌0.3份、己酸菌1000份、葡萄糖30份、海藻糖20份、缓凝剂8份、水泥700份。

本发明的又一具体实施方式中，所述保水剂为泥炭；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠5份、氨基葡萄糖3份。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述微生物固定化生物基材料的制备方法，所述制备方法包括：

s1、将保水剂、土豆淀粉、纸浆纤维、葡萄糖、海藻糖和缓凝剂加水按配比混合；

s2、将红曲霉菌、生香酵母菌、甲烷菌、酿酒酵母菌、甲烷菌和己酸菌加入步骤s1的混合物中进行搅拌处理；

s3、将水泥加入步骤s2中的搅拌处理后的混合物中，凝固得微生物固定化生物基材料。

本发明的又一具体实施方式中，所述步骤s2中，搅拌处理控制温度为28～32℃，搅拌时间控制为0.5～1h；

本发明的又一具体实施方式中，所述步骤s3中，凝固处理具体条件为常温下凝固24～60小时。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述微生物固定化生物基材料在白酒酿造领域和/或污水处理领域中的应用。

本发明的又一具体实施方式中，所述应用方式为将上述微生物固定化生物基材料，砌于白酒酿造发酵池周围，从而提高白酒中己酸乙酯含量，所述白酒包括但不限于浓香型白酒；

本发明的又一具体实施方式中，所述应用方式为将上述微生物固定化生物基材在污水处理过程中置于处理池下方，从而达到过滤纯化污水的效果。

以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件进行。

实施例1

本发明实施例中，微生物固定化生物基材料按重量份配比组分如下：保水剂50份、土豆淀粉30份、纸浆纤维50份、水90份、红曲霉菌0.1份、生香酵母菌0.1份、甲烷菌0.2份、酿酒酵母菌0.1份、己酸菌500份、葡萄糖20份、海藻糖10份、缓凝剂2份、水泥200份。

其中，所述保水剂为泥炭。

所述缓凝剂为葡萄糖酸钠1份、氨基葡萄糖1份。

上述原料通过如下步骤制备：

将保水剂、土豆淀粉、纸浆纤维、葡萄糖、海藻糖、缓凝剂按配比加纯净水混合，将纯种培养的红曲霉菌、生香酵母菌、甲烷菌、酿酒酵母菌、甲烷菌、己酸菌按配比加入，控制温度28℃，持续搅拌30分钟，按配比加入水泥，常温凝固24小时。

实施例2

本发明实施例中，微生物固定化生物基材料按重量份配比组分如下：保水剂150份、土豆淀粉120份、纸浆纤维100份、水250份、红曲霉菌0.5份、生香酵母菌0.5份、甲烷菌0.1份、酿酒酵母菌0.5份、己酸菌800份、葡萄糖40份、海藻糖15份、缓凝剂8份、水泥700份。

其中，所述保水剂为泥炭。

所述缓凝剂为葡萄糖酸钠3份、氨基葡萄糖5份。

上述原料通过如下步骤制备：

将保水剂、土豆淀粉、纸浆纤维、葡萄糖、海藻糖、缓凝剂按配比加纯净水混合，将纯种培养的红曲霉菌、生香酵母菌、甲烷菌、酿酒酵母菌、甲烷菌、己酸菌按配比加入，控制温度30℃，持续搅拌40分钟，按配比加入水泥，常温凝固60小时。

实施例3

本发明实施例中，微生物固定化生物基材料按重量份配比组分如下：保水剂100份、土豆淀粉60份、纸浆纤维150份、水300份、红曲霉菌0.2份、生香酵母菌0.3份、甲烷菌0.5份、酿酒酵母菌0.3份、己酸菌1000份、葡萄糖30份、海藻糖20份、缓凝剂8份、水泥700份。

其中，所述保水剂为泥炭。

所述缓凝剂为葡萄糖酸钠5份、氨基葡萄糖3份。

上述原料通过如下步骤制备：

将保水剂、土豆淀粉、纸浆纤维、葡萄糖、海藻糖、缓凝剂按配比加纯净水混合，将纯种培养的红曲霉菌、生香酵母菌、甲烷菌、酿酒酵母菌、甲烷菌、己酸菌按配比加入，控制温度32℃，持续搅拌50分钟，按配比加入水泥，常温凝固48小时。

应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。