一种铁循环驱动的强化去除封窖泥中有机物的方法与流程

1.本发明属于酿酒、固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种铁循环驱动的强化去除封窖泥中有机物的方法。


背景技术：

2.封窖泥是酱香型白酒生产工艺中的封窖物质，是指酿酒过程中糟醅放入窖池后，在糟醅表面覆盖的一层泥，起到密封作用。封窖泥封窖的目的是使酒糟与外界空气隔绝，造成厌氧条件，防止有害微生物的侵入，同时也避免了酵母菌在空气充足时大量消耗可发酵性糖，保证曲酒发酵正常。但是进行多次利用后，封窖泥会发臭，从而影响封窖效果。目前封窖泥大部分只能使用一个生产年度，下一个生产年度必须重新采挖新的封窖泥。封窖泥的用量每年都在增加，但是封窖泥的资源有限，因此在没有找到封窖泥替代材料的情况下，延长封窖泥使用寿命成为酱香型白酒生产中急需解决的问题。
3.而封窖泥变臭的原因主要是封窖过程中，稻壳、酒醅等物质转移到封窖泥中，导致封窖泥中的有机质含量较高，并在缺氧状态下发生有机质分解，产生某些异嗅物质。考虑到绿色发展、可持续性及食品安全，亟待开发一种绿色、无害强化去除封窖泥中有机物的方法。


技术实现要素：

4.本发明目的之一在于提供一种铁循环驱动的强化去除封窖泥中有机物的方法，所述方法在未添加任何外来物质的情况下，达到了强化降低封窖泥中的异嗅有机物含量的效果。
5.本发明另一目的在于提供一种将铁循环用于封窖泥处理中的应用，所述封窖泥处理指强化降低有机物含量；且所述铁循环通过好氧-缺氧间歇驱动，并通过以下方式实现：
6.将封窖泥与水混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶中；通过空气泵向所述厌氧发酵瓶内进行曝空气，使得厌氧发酵瓶处于好氧环境，铁循环中的fe(ii)氧化生成fe(iii)；曝气以外的其余时间厌氧发酵瓶处于密封状态，以此使得厌氧发酵瓶内处于厌氧环境，铁循环中的fe(iii)被还原转变成fe(ii)，并强化有机物的去除，如此循环，使得厌氧发酵瓶内处于好氧-缺氧交替的环境，达到强化去除封窖泥中的有机物。
7.一方面，本发明提供了一种铁循环驱动的强化封窖泥中有机物去除的方法，包括如下步骤：
8.步骤一、将封窖泥与水混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶中；
9.步骤二、向厌氧发酵瓶内间歇曝气，使得所述厌氧发酵瓶内处于好氧-缺氧交替的环境，室温放置发酵，实现封窖泥中有机物的强化去除。
10.在一些实施方案中，所述步骤二中，所述发酵的周期为25-40天；优选地，所述发酵的周期为30-35天；优选地，所述发酵的周期为30天。
11.在一些实施方案中，所述步骤一中，所述封窖泥与水的混合比例为1:10～1:30；优
选地，所述封窖泥与水的混合比例为1:15～1:25；优选地，所述封窖泥与水的混合比例为1:15～1:20；优选地，所述封窖泥与水的混合比例为1:20。
12.在一些实施方案中，所述封窖泥选自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥；优选地，所述废弃封窖泥为已经发黑、发臭的封窖泥。
13.在一些实施方案中，所述步骤二中，所述间歇曝气的参数包括：曝气流量、曝气频率、曝气时长以及曝气所采用的曝气方式；通过控制向厌氧发酵瓶内曝气的流量、曝气的频率、曝气的时长以及曝气的方式来实现所述的间歇曝气。
14.在一些实施方案中，所述曝气方式为：向厌氧发酵瓶的底部进行曝气。
15.在一些实施方案中，所述向厌氧发酵瓶内曝入的是空气。
16.在本发明所提供的通过曝空气使得封窖泥的fe(ii)氧化生成fe(iii)的过程中，并不是任意的氧化剂均可以，如按照常规逻辑，o3、h2o2、no
3-、no
2-等实质都可以将fe(ii)氧化生成fe(iii)，但是在探索研究过程中发现，使用o3、h2o2会破坏微生物环境，无法完成fe(iii)还原耦合有机物去除，使用no
3-、no
2-则很容易有残留，不符合食品行业的要求，当选择纯o2作为氧化剂时，则因为其氧化性过强，不能较好实现封窖泥中有机物的强化去除，最终，本发明经过探索选择了空气作为封窖泥修复过程中可行的曝气源。
17.在一些实施方案中，所述间歇曝气通过如下步骤实现：
18.通过空气泵向所述厌氧发酵瓶内进行曝气，使得厌氧发酵瓶处于好氧环境，封窖泥中的fe(ii)氧化生成fe(iii)；曝气以外的其余时间厌氧发酵瓶处于密封状态，以此使得厌氧发酵瓶内处于厌氧环境，封窖泥中的fe(iii)被还原转变成fe(ii)，并强化封窖泥中有机物的去除，如此循环，使得厌氧发酵瓶内处于好氧-缺氧交替的环境。
19.在一些实施方案中，所述曝气流量为：100ml-350ml/分钟；优选地，所述曝气流量为：150ml-300ml/分钟；优选地，所述曝气流量为：150ml/分钟；优选地，所述曝气流量为：200ml/分钟；优选地，所述曝气流量为：300ml/分钟。
20.在一些实施方案中，所述曝气频率为：5-15天/次；优选地，所述曝气频率为：6-10天/次；优选地，所述曝气频率为：6-8天/次；优选地，所述曝气频率为：7天/次。
21.在一些实施方案中，所述曝气时长为：10-50分钟；优选地，所述曝气时长为：20-40分钟；优选地，所述曝气时长为：20-30分钟；优选地，所述曝气时长为：30分钟。
22.在一些实施方案中，所述fe(ii)含量通过盐酸浸提法进行测定；通过测定所述封窖泥与水的泥水混合液中的fe(ii)含量得到；具体地，取封窖泥与水的泥水混合液，用hcl在室温下浸提2-3h，上清液经离心后，通过邻菲罗啉法进行测定；所述泥水混合液与hcl的重量添加比例为1:5。
23.在一些实施方案中，所述封窖泥中的cod含量通过快速消解法进行测定得到。
24.再另一方面，本发明还提供了一种所述的方法在封窖泥修复领域的应用；
25.在一些实施方案中，所述封窖泥修复包括：强化降低封窖泥中的异嗅有机物含量。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.1)本发明通过间歇曝气的方式，使得封窖泥形成好氧-缺氧交替的发酵环境，好氧环境下，封窖泥体系内的fe(ii)可以迅速被空气中的o2氧化为fe(iii)，进入缺氧状态后，封窖泥中的fe(iii)被还原转变成fe(ii)的过程中，耦合氧化封窖泥中的有机物，使得封窖泥中的有机物因被降解，从而达到强化去除废弃封窖泥中有机物的目的。
28.2)本发明所提供的方法，只需要向发酵环境中曝入特定流量、流速的空气，不需要向封窖泥中添加外来物质，便可实现废弃封窖泥中异嗅有机质的强化去除，方便、易操作、投资小，且不会造成二次污染。
附图说明
29.图1为本发明去除封窖泥中有机物的技术原理展示图；即fe(ii)/fe(iii)循环驱动的以氧气作为电子受体的有机物去除途径；
30.图2为本发明实施例1及其对比例中fe(ii)含量变化以及封窖泥中有机物(cod)的去除效果对比图；其中图2a为实施例1及其对比例封窖泥中fe(ii)含量的变化趋势图，图2b为实施例1及其对比例封窖泥中有机物(cod)的去除效果对比图；
31.图3为本发明实施例2及其对比例中fe(ii)含量变化以及封窖泥中有机物(cod)的去除效果对比图；其中图3a为实施例2及其对比例封窖泥中fe(ii)含量的变化趋势图，图3b为实施例2及其对比例封窖泥中有机物(cod)的去除效果对比图；
32.图4为本发明实施例3及其对比例中fe(ii)含量变化以及封窖泥中有机物(cod)的去除效果对比图；其中图4a为实施例3及其对比例封窖泥中fe(ii)含量的变化趋势图，图4b为实施例3及其对比例封窖泥中有机物(cod)的去除效果对比图；
33.图5为对比例1封窖泥中fe(ii)含量变化以及封窖泥中有机物(cod)的去除效果图；其中图5a为对比例1封窖泥中fe(ii)含量的变化趋势图，图5b为对比例1封窖泥中有机物(cod)的去除效果图；
34.图6为对比例2封窖泥中fe(ii)含量变化以及封窖泥中有机物(cod)的去除效果图；其中图6a为对比例2封窖泥中fe(ii)含量的变化趋势图，图6b为对比例2封窖泥中有机物(cod)的去除效果图。
具体实施方式
35.以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，具体实施例不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明理念所做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
36.实施例1一种铁循环驱动的强化去除封窖泥中有机物的方法
37.1、取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内。
38.2、通过空气泵以150ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天，即可达到强化去除封窖泥中的有机物。
39.对比例：将发酵罐分为两组，每组3个，其中一组按照实施例1的方式进行，即：取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内；通过空气泵以150ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天；另一组作为对照，不曝气。通过测量厌氧发酵瓶发酵体系内的fe(ii)及有机物(cod)含量的变化，考察该间歇曝气下能否形成铁循环及能否强化有机物的去除。窖泥与水的泥水混合液中的fe(ii)(以hcl提取的fe(ii)表示)的测定利用盐酸浸提法，具体为：取1ml泥水混合物，用5ml hcl(0.5m)在室温
下浸提2小时，上清液经离心后，通过邻菲罗啉法测定fe(ii)的含量；封窖泥与水的泥水混合液中的cod含量利用快速消解法测定(快速消解仪)。
40.结果如图2所示，间歇曝气的反应器内，曝气后fe(ii)含量会迅速下降，如曝气3天后，fe(ii)含量由初始的72.5mg/l降低到58.7mg/l，停止曝气后，fe(ii)含量上升，如第8天上升到85.7mg/l，说明曝气可以将fe(ii)氧化，停止曝气并进入缺氧状态后，发生fe(ⅲ)还原，导致fe(ii)含量上升，即发生了铁循环，而不曝气反应器内的fe(ii)含量基本不变(图2a)。30天后，相对于不引入空气的反应器，曝气反应器内窖泥的有机物去除量提高了55.2％(图2b)，说明采用实施例1中的间歇曝气方式促进了封窖泥中更多有机物的去除。
41.实施例2一种铁循环驱动的强化去除封窖泥中有机物的方法
42.1、取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内。
43.2、通过空气泵以200ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天，即可达到强化去除封窖泥中的有机物。
44.对比例：将发酵罐分为两组，每组3个，其中一组按照实施例2的方式进行，即：取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内；通过空气泵以200ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天；另一组作为对照，不曝气。通过测量厌氧发酵瓶发酵体系内的fe(ii)及有机物(cod)含量的变化，考察该间歇曝气下能否形成铁循环及能否强化有机物的去除。窖泥与水的泥水混合液中的fe(ii)及cod含量的测定方法同实施例1。
45.结果图3所示，间歇曝气的反应器内，曝气后fe(ii)含量会迅速下降，如曝气3天后，fe(ii)含量由初始的76.9mg/l降低到56.4mg/l，停止曝气后，fe(ii)含量上升，如第8天上升到75.7mg/l，说明曝气可以将fe(ii)氧化，停止曝气并进入缺氧状态后，发生fe(ⅲ)还原，导致fe(ii)含量上升，即发生了铁循环，而不曝气反应器内的fe(ii)含量基本不变(图3a)。30天后，相对于不引入空气的反应器，曝气反应器内窖泥的有机物去除量提高了58.8％(图3b)，说明采用实施例2中的间歇曝气方式促进了封窖泥中更多有机物的去除。
46.实施例3一种铁循环驱动的强化去除封窖泥中有机物的方法
47.1、取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内。
48.2、通过空气泵以300ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天，即可达到强化去除封窖泥中的有机物。
49.对比例：将发酵罐分为两组，每组3个，其中一组按照实施例3的方式进行，即：取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内；通过空气泵以300ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天。另一组作为对照，不曝气。通过测量厌氧发酵瓶发酵体系内的fe(ii)及有机物(cod)含量的变化，考察该间歇曝气下能否形成铁循环及能否强化有机物的去除。窖泥与水的泥水混合液中的fe(ii)及cod含量的测定方法同实施例1。
50.结果如图4所示，间歇曝气的反应器内，曝气后fe(ii)含量会迅速下降，如曝气3天
后，fe(ii)含量由初始的74.9mg/l降低到53.3mg/l，停止曝气后，fe(ii)含量上升，如第8天上升到71.6mg/l，说明曝气可以将fe(ii)氧化，停止曝气并进入缺氧状态后，发生fe(ⅲ)还原，导致fe(ii)含量上升，即发生了铁循环，而不曝气反应器内的fe(ii)含量基本不变(图4a)。30天后，相对于不引入空气的反应器，曝气反应器内窖泥的有机物去除量提高了52.3％(图4b)，说明采用本发明实施例3的间歇曝气方式促进了封窖泥中更多有机物的去除。
51.对比例1
52.1、取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内。
53.2、将发酵罐分为两组，每组3个，其中一组通过空气泵以50ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天；另一组作为对照，不曝气。通过测量厌氧发酵瓶发酵体系内的fe(ii)及有机物(cod)含量的变化，考察该间歇曝气下能否形成铁循环及能否强化有机物的去除。窖泥与水的泥水混合液中的fe(ii)及cod含量的测定方法同实施例1。
54.结果如图5所示，不曝气反应器内的fe(ii)含量基本不变，间歇曝气的反应器内fe(ii)含量变化幅度也相对较小，如曝气3天后，fe(ii)含量由初始的75.5mg/l仅降低到70.7mg/l(图5a)。30天后，相对于不引入空气的反应器，曝气反应器内窖泥的有机物去除量仅提高了10.8％(图5b)，说明较小的曝气量不利于铁循环及有机物的去除。
55.对比例2
56.1、取10g来自茅台酒厂酿酒七轮次后的废弃封窖泥，与200ml水充分混合，并将混合后的溶液转移到厌氧发酵瓶内。
57.2、将上述发酵罐分为两组，每组3个，其中一组通过空气泵以400ml/分钟的流速，每7天在厌氧发酵瓶底部曝气30分钟，其余时间厌氧发酵瓶处于密封、厌氧状态，室温放置30天；另一组作为对照，不曝气。通过测量厌氧发酵瓶发酵体系内的fe(ii)及有机物(cod)含量的变化，考察该间歇曝气下能否形成铁循环及能否强化有机物的去除。窖泥与水的泥水混合液中的fe(ii)及cod含量的测定方法同实施例1。
58.结果如图6所示，间歇曝气的反应器内，曝气后fe(ii)含量下降，如曝气3天后，fe(ii)含量由初始的75.9mg/l降低到52.9mg/l，停止曝气后，fe(ii)含量上升，如第8天上升到68.4mg/l(图6a)。相对于实施例3中300ml/分钟的曝气流量，该对比例虽然加大了曝气量，但是fe(ii)氧化量没有增加，且停止曝气后fe(ii)的上升量呈逐渐下降的趋势，这也意味着铁循环量逐渐降低，理论上会降低强化有机物去除的效果。事实上，相对于不引入空气的反应器，30天内曝气反应器内窖泥的有机物去除量提高了46.4％(图6b)，也低于实施例3(图4b)，说明过大的曝气量不仅增加了成本，还会导致强化有机物去除效果减弱。
59.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。