摘 要

本文首先应用稀释法对许氏醋酸杆菌进行了分离纯化,得到了研究所用的菌种,然后用正交设计法对红曲醋的最佳摇瓶发酵培养条件进行了研究，实验结果表明最佳培养条件为初始酸度3%（w/v），初始酒度4%（v/v），接种量10%。接着，本实验将红曲菌与酵母在5L罐中进行混合发酵得到红曲酒，作为制备最终产物红曲醋的原料。最后，本文对红曲醋发酵过程中的菌体生长规律、产酸量及底物消耗等进行了动力学研究，建立能够描述发酵过程变化的动力学方程,并获得许氏醋酸杆菌通过液态发酵将红曲酒转变为红曲醋时，菌体生长、产物生成和底物消耗的发酵动力学数学模型和模型参数，通过醋酸菌分批发酵曲线图了解红曲醋发酵情况，再根据不同参数的变化绘制图表，通过实验数据的分析比较，得到比较接近实际生产条件的最佳工艺条件，旨在为醋酸生产行业提供相应的数学模型。醋酸发酵动力学的研究，对选择合适的生产工艺条件，提高发酵效率极具指导意义，可以进一步优化发酵过程，在现实生产中节约成本，提高效益。

关键词：红曲菌，酒精发酵，醋酸发酵，动力学模型

Study on fermentation kinetics of red koji vinegar

Abstract

This article first dilution method was applied to the hui, isolation and purification of acetic acid bacteria in the institute with the strain, and then by the orthogonal design method to optimize best shaking flask fermentation of monascus vinegar culture conditions was studied, the results show that the best culture conditions for the initial acidity of 3% (w/v), the initial wine degree is 4% (v/v), quantity of 10%. Finally, this article has carried on the bacteria growth rule, the bacteria produce acid amount and the substrate consumption dynamics research, set up to describe the fermentation process of the dynamic curve of change, through the understanding of red kojic rice vinegar fermentation kinetics curve, and bacteria growth, product formation and the substrate consumption dynamic mathematical model and model parameter, has established the hui acetic acid bacteria by liquid fermentation of red kojic rice wine into red kojic rice vinegar fermentation kinetics model, and then according to the change of different parameters of the graph, through the analysis of experimental data comparison, get close to the actual production conditions of the optimal process conditions, to provide the corresponding mathematical model for acetic acid production industry. The study on the kinetics of acetic acid fermentation is of great guiding significance for the selection of suitable production process conditions and the improvement of fermentation efficiency.

Keywords: monascus, acetic acid fermentation, alcohol fermentation, kinetic model

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 醋酸菌与天然醋 1

1.1.1 醋酸菌及其发酵动力学 1

1.1.2 天然醋简介 1

1.2 红曲菌、红曲醋、红曲酒简介 2

1.2.1 红曲菌的概念和用途 2

1.2.2 红曲醋、红曲酒的功效与前景 3

1.3 中国传统醋工艺与新兴的液态发酵工艺 4

1.3.1 中国传统醋工艺 4

1.3.2 食醋液态发酵分析 4

第二章 红曲菌与酵母混合发酵 6

2.1 实验菌种 6

2.2 实验仪器及试剂 6

2.3 实验主要培养基 7

2.4 实验方法 7

2.5 测定方法 8

2.5.1 还原糖的测定： 8

2.5.2 酒精度的测定 9

2.6结果与讨论 9

第三章 醋酸发酵实验 11

3.1 实验菌种 11

3.2 实验仪器及试剂 11

3.3 实验主要培养基 13

3.4 实验方法 13

3.4.1 醋酸菌分离纯化 13

3.4.2 醋酸菌摇瓶发酵工艺条件的正交实验 14

3.4.3 醋酸发酵 15

3.5 测定方法 15

3.6 结果与讨论 16

3.6.1 许氏醋酸菌培养条件的正交试验 16

3.6.2 许氏醋酸菌在红曲酒中的上罐发酵实验 17

第四章 红曲醋发酵动力学模型的建立 19

4.1 发酵动力学模型的建立 19

4.1.1 产物生成动力学模型 19

4.1.2 菌体生长动力学模型 21

4.1.3 底物消耗动力学模型 23

4.2 结果与分析 25

第五章 结论与展望 27

5.1 主要结论： 27

5.2 未来展望 27

参考文献 28

特别致谢 30

第一章 绪论

1.1 醋酸菌与天然醋

1.1.1 醋酸菌及其发酵动力学

醋酸菌是一种能将酒精氧化成醋酸的微生物的总称。醋酸菌不形成芽孢，有椭球形或杆状的，有单生、成对或链状排列的，有具备端性鞭毛或周生鞭毛的。醋酸菌的醋酸耐受性很高，可以通过产生在醋酸适应过程中特异性诱导的蛋白来适应高醋酸条件，是发酵过程中产生酸的主要细菌。

醋酸菌对培养条件和培养基组成的变化特别敏感，影响现代工业制醋厂醋酸发酵过程的物理化学参数有：原料、温度、pH、溶解氧、生物量、醋酸和乙醇含量、培养基组成、装液量等。目前国内外工艺优化研究主要选取3～4个变量进行研究，大多数研究人员选择酒精发酵阶段的接种量、糖度、温度和时间，也有部分实验选择接种量、酒精含量、乙酸发酵阶段的温度和时间。目前，醋工业正在不断扩大和发展。为了更好地优化、控制和预测乙酸细菌的生产过程，加快乙酸细菌产业的发展，必须对乙酸细菌的发酵过程进行深入研究。并用更准确的动力学方程来描述此过程。

1.1.2 天然醋简介

天然醋是乙醇发酵的产物，其主要成分是醋酸。天然醋还含有少量酒石酸、柠檬酸和其他有机酸。醋酸发酵是一种好氧生物氧化进程，乙醇作为底物，被醋酸菌局部氧化生成醋酸和水。底物转化为产物的比例为1：1。

天然葡萄汁发酵是由一系列不同的酵母菌群进行的。在发酵的第一个阶段，柠檬形的低乙醇耐受性物种占主导地位;在发酵过程中，它们被耐乙醇的酿酒酵母及其相关物种所取代。最近对酿酒生态学的定量研究表明，非糖酵母菌物种在酿酒发酵过程中存活的时间比之前认为的更长。此外，与选定的酿酒酵母菌株接种并不一定保证其优势地位;因此，非糖化酵母可以对葡萄酒的分析成分做出贡献。此外，非糖酵母菌阳性和有趣特性的出现可能用于酿酒或工业发酵过程。因此，需要更好地了解非糖酵母菌的生理和代谢特性。天然醋由不同来源的乙醇制成，如葡萄酒、苹果酒、啤酒、发酵果汁，醋酸也可由天然气和石油衍生物合成而成。传统香醋是用葡萄酿制而成的天然产品，它含有具备抗氧化活性的多酚化合物。在日本，有两种米醋—Komesu和Kurosu—是通过传统的静态发酵过程制成的。Komesu由去壳琥珀米酿造而成，而Kurosu由未去壳黑米酿造而成，这些醋因其预防炎症和高血压的健康益处而闻名。近年来，研究人员已经从腰果、印度枣树和菠萝等原料中生产出了天然醋。

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