一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统及方法，所述系统包括：黄水乳酸发酵单元、双极膜电渗析单元和超临界CO2萃取单元；所述黄水乳酸发酵单元包括发酵罐，所述发酵罐连接有超滤装置，所述超滤装置的上清液管道连接所述双极膜电渗析单元；所述双极膜电渗析单元包括盐室、酸室、碱室，所述酸室和盐室以阴离子交换膜隔开，所述盐室和碱室以阳离子交换膜隔开，所述盐室连接所述超临界CO2萃取单元；所述超临界CO2萃取单元包括精馏塔，精馏塔的塔顶连接有分离器。本发明专利技术提出的方法，黄水中的淀粉和还原糖得到充分利用，并转化为利用价值较高的乳酸；乳酸的回收率高，且乳酸分离提纯过程无资源消耗和废液排放，环境效益高。

A Resource Utilization System and Method of Yellow Water, by-product of Liquor Brewing

The invention provides a resource utilization system and method of yellow water, a by-product of liquor brewing, which comprises a yellow water lactic acid fermentation unit, a bipolar membrane electrodialysis unit and a supercritical CO2 extraction unit; the yellow water lactic acid fermentation unit comprises a fermentation tank connected with an ultrafiltration device, and the supernatant pipeline of the ultrafiltration device is connected with the bipolar membrane electrodialysis unit. The bipolar membrane electrodialysis unit comprises a salt chamber, an acid chamber and a alkali chamber separated by an anion exchange membrane, a salt chamber and a alkali chamber separated by a cation exchange membrane, and the salt chamber is connected with the supercritical CO2 extraction unit; the supercritical CO2 extraction unit comprises a distillation tower, and the top of the distillation tower is connected with a separator. The method of the invention fully utilizes starch and reducing sugar in yellow water and converts them into lactic acid with high utilization value; the recovery rate of lactic acid is high, and the separation and purification process of lactic acid has no resource consumption and waste liquid discharge, and the environmental benefit is high.

【技术实现步骤摘要】
一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统及方法
本专利技术属于发酵
，具体涉及了一种白酒发酵产生的黄水的利用方法及利用系统。
技术介绍
黄水是固态法白酒酿造生产过程中，因酒醅经过微生物的分解代谢，部分水分渗出，而沉积到窖池底部的一种棕黄色、呈流体状的液体。一般每生产1000kg白酒，大约产生黄水300～400kg，2017年浓香型白酒产量为985.5万吨，则每年黄水排放量约340万吨。根据黄水的常规理化性质，黄水COD在135g/L～330g/L范围，远远超过国家允许的废水排放标准。即使经厌氧-好氧处理也较难达标排放。且部分酒厂的黄水未经处理直接排入水体中，污染严重。因此充分回收黄水中的有机物资源对减轻污水处理负荷、减少环境污染意义重大。目前我国大部分酒厂对黄水的处理都是采用拌糟回窖发酵或养窖、培养人工窖泥、回底锅蒸馏等方法。加以利用，不仅不能有效利用资源，充分减少黄水的COD排放，而且无法从根本上解决发酵黄水的最佳综合利用问题。因此如何综合利用黄水资源，彻底解决黄水的最佳综合利用问题，已经成为白酒行业面临的重大课题。目前，对黄水中淀粉和还原糖的回收利用多与菌体、蛋白质一同经超滤膜过滤加工液体蛋白饲料，虽然黄水COD大幅下降，但淀粉和还原糖的利用率低下。风味物质的提取的传统的方法为多级蒸馏法；即根据黄水中风味物质中各组分的沸点不同，进行多级蒸馏萃取，得到不同沸点的萃取物；在工业化生产过程中，由于黄水量大，蒸馏过程中能耗很高，且蒸馏效率较低。制备生物酯化液方面研究较多的是在酶制剂上的研究，而目前利用黄水生产生物酯化液所利用的酶制剂多为粗酶制剂，用量大，且酯化效果较差，而对新型高效酶制剂的研究仍处于实验小试水平，未见工业化生产。目前浓香型白酒普遍存在问题是酒中乳酸、乳酸乙酯含量高于己酸、己酸乙酯的含量使得酒体口感不佳；黄水中乳酸含量可占到总有机酸含量的90％，同时乳酸又具有重大利用价值；若黄水在在进行风味物质提取前不先提取乳酸，制得的调酒液中，乳酸和乳酸乙酯的含量很高，则勾兑浓香型白酒的效果反而不佳。已有的黄水利用钙盐法进行还原糖发酵生产乳酸经乳酸分离后的黄水发酵液再进行风味物质的萃取，钙盐法对黄水发酵液中的乳酸回收率仅为50％，且过程中需不断地消耗大量资源和排放大量废液；其他制备黄水酯化液即虽然黄水副产物得到了综合利用，但牺牲了环境资源与安全。同时许多酒厂对黄水的资源化利用研究多为提取黄水中风味物质做调酒液、调味品和黄水酯化制备酯化液回用于酒的蒸馏。首先，黄水中的有机物资源如淀粉、还原糖没有被充分利用，黄水COD排放量仍很高；其次，提取黄水中风味物质的工艺多为多级蒸馏法，该工艺风味物质萃取得率低且能耗很高。
技术实现思路
为了解决黄水中有机物资源回收利用不充分，同时资源回收过程中资源消耗量大、能耗高和废液废渣排放量大的问题，本专利技术提出一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，将黄水中的还原糖发酵产乳酸，同时耦合双极膜电渗析工艺(EDBM)分离提取乳酸；经乳酸分离后的黄水发酵液再进行超临界CO2萃取，提取其中的醇、剩余酸、酯和醛等风味物质做调酒液。本专利技术的另一目的是提出一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用方法。实现本专利技术上述目的的技术方案为：一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，包括：黄水乳酸发酵单元、双极膜电渗析单元和超临界CO2萃取单元；所述黄水乳酸发酵单元包括发酵罐，所述发酵罐连接有超滤装置，所述超滤装置的上清液管道连接所述双极膜电渗析单元，所述超滤装置的浓缩液出口通过循环管道连接所述发酵罐。所述双极膜电渗析单元包括盐室、酸室、碱室，所述酸室和盐室以阴离子交换膜隔开，所述盐室和碱室以阳离子交换膜隔开，所述酸室和碱室以双极膜隔开(盐室位于酸室和碱室之间)，所述盐室连接所述超临界CO2萃取单元；所述超临界CO2萃取单元包括精馏塔，精馏塔的塔顶连接有分离器。优选地，所述超滤装置的浓缩液出口通过循环管道连接所述发酵罐。所述发酵罐上设置有发酵控制器。其中，所述双极膜电渗析单元为2～100个重复的单元，各单元并联设置。本专利技术一种可选的方案为：膜堆规格800mm×400mm，每1000L(处理水量)的单元重复数为5组。其中，所述碱室通过出碱管线连接碱储罐，所述碱储罐连接于所述发酵罐；更优选地，所述碱储罐通过碱回流管线连接所述碱室。其中，所述酸室通过出酸管线连接有乳酸储罐，所述乳酸储罐连接有浓缩结晶装置；优选地，所述乳酸储罐通过乳酸回流管线连接所述酸室。其中，所述超临界CO2萃取单元包括精馏塔，精馏塔的塔顶连接有第一分离器、第二分离器。一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用方法，包括操作：1)黄水进入发酵罐中后，加入糖化酶和乳酸菌，进行厌氧发酵，发酵完成后，发酵液通过超滤装置过滤，去除菌体残渣；2)超滤装置分离出的上清液进入双极膜电渗析单元的盐室，在外加电场作用下，HLa-迁移进入酸室，当酸室浓度达到盐室浓度的60～85％时，分离得到乳酸储存于酸储罐再经过浓缩结晶制得乳酸成品；OH-进入碱室，当碱室浓度达到盐室浓度的60～85％时，分离出碱液储存于碱储罐(之后需补充加入去离子水)；3)所述双极膜电渗析单元的盐室出水为分离乳酸后的剩余黄水，泵入超临界二氧化碳精馏塔进行风味物质的萃取。黄水中含有丰富的有益微生物，乳酸菌属占15.9％，为优势菌属，为减少黄水COD排放，黄水中的糖类具有发酵产乳酸的潜力。乳酸发酵是乳酸菌在无氧条件下将还原糖酵解为乳酸的过程。乳酸发酵分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵。乳酸同型发酵中，1C6H12O6→2C3H6O3，1分子葡萄糖生成2分子乳酸，即1g葡萄糖发酵生成1g乳酸，葡萄糖理论转化率为100％。乳酸进行异型发酵时，1C6H12O6→1C3H6O3,1C2H5OH(or1.5CH3COOH)，1分子葡萄糖生成1分子乳酸，理论转化率为50％。然而黄水中还原糖发酵产乳酸的主要限制因素为黄水pH和产物抑制作用。黄水的pH范围为2.8～4.6，经pH值调节可达到乳酸菌属发酵的pH值在5～7之间。同时，黄水中有机酸COD含量占总COD约1/3，其中乳酸占总有机酸COD含量的90％，因此发酵液中高浓度的乳酸也会抑制黄水进行乳酸发酵。本方法采用的黄水乳酸发酵耦合EDBM乳酸分离工艺，可实现乳酸的原位分离发酵。双极膜电渗析产生的高纯度碱液可用来调节发酵过程中pH的恒定，并提高了还原糖发酵产乳酸的转化率。进一步地，发酵液通过超滤装置得到的浓缩液中，90～99％的菌体被回收，1～10％的菌体被排出。比如95％的菌体被回收，5％的菌体被排出。其中，步骤1)中，向发酵罐中加入NaOH和/或用双极膜电渗析单元产生的碱液调节黄水pH值为5.8～6.2后进行厌氧发酵。其中，在乳酸从酸室导入酸储罐、NaOH从碱室导入碱储罐后，(补加入等体积去离子水的同时)，所述酸室分离的乳酸部分回流到酸室，所述碱室分离的碱部分回流到碱室，以维持酸室和碱室中的浓度均不低于0.2mol/L。其中，所述步骤3)中，用超临界二氧化碳精馏塔进行萃取，用分离器分离馏分，分离出酸、酯、醇、醛的馏分。其中第一个分离器控制分离压力7～10MPa，分离温度40～50℃，主要分离酯类产品；第二个分离器控制分离压力5～6MPa,分离温度30～50℃，分离醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，其特征在于，包括：黄水乳酸发酵单元、双极膜电渗析单元和超临界CO2萃取单元；所述黄水乳酸发酵单元包括发酵罐，所述发酵罐连接有超滤装置，所述超滤装置的上清液管道连接所述双极膜电渗析单元，所述超滤装置的浓缩液出口通过循环管道连接所述发酵罐；所述双极膜电渗析单元包括盐室、酸室、碱室，所述酸室和盐室以阴离子交换膜隔开，所述盐室和碱室以阳离子交换膜隔开，所述酸室和碱室以双极膜隔开，所述盐室连接所述超临界CO2萃取单元；所述超临界CO2萃取单元包括精馏塔，精馏塔的塔顶连接有分离器。

【技术特征摘要】
1.一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，其特征在于，包括：黄水乳酸发酵单元、双极膜电渗析单元和超临界CO2萃取单元；所述黄水乳酸发酵单元包括发酵罐，所述发酵罐连接有超滤装置，所述超滤装置的上清液管道连接所述双极膜电渗析单元，所述超滤装置的浓缩液出口通过循环管道连接所述发酵罐；所述双极膜电渗析单元包括盐室、酸室、碱室，所述酸室和盐室以阴离子交换膜隔开，所述盐室和碱室以阳离子交换膜隔开，所述酸室和碱室以双极膜隔开，所述盐室连接所述超临界CO2萃取单元；所述超临界CO2萃取单元包括精馏塔，精馏塔的塔顶连接有分离器。2.根据权利要求1所述的白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，其特征在于，所述双极膜电渗析单元为2～100个重复的单元，各单元并联设置。3.根据权利要求1所述的白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，其特征在于，所述碱室通过出碱管线连接碱储罐，所述碱储罐连接于所述发酵罐；优选地，所述碱储罐通过碱回流管线连接所述碱室。4.根据权利要求1所述的白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，其特征在于，所述酸室通过出酸管线连接有乳酸储罐，所述乳酸储罐连接有浓缩结晶装置；优选地，所述乳酸储罐通过乳酸回流管线连接所述酸室。5.根据权利要求1～4任一项所述的白酒酿造副产物黄水的资源化利用系统，其特征在于，所述超临界CO2萃取单元包括精馏塔，精馏塔的塔顶连接有第一分离器和第二分离器。6.一种白酒酿造副产物黄水的资源化利用方法，其特征在于，包括操作：1)黄水进入发酵罐中后，加入糖化酶和乳酸菌，进行厌氧发酵，发酵完成后，发酵液通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：许萍，白鹏凯，王湘晋，欧玉民，陈梓豪，张雅君，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京,11