膜生物反应器是一种新型的生物反应器,是由膜与其他生物反应器构成的反应系统,将膜分离过程和生物反应器有机的融合为一体。膜生物反应器的构建,膜的选择是关键。膜生物反应器性能的好坏,在相当大的程度上取决于所采用的膜的性能。硅橡胶(PDMS)膜对醇、酯、酚、酮、卤代物、芳香烃、吡啶等有机物小分子物质有良好的吸附选择性。本研究中,基于细胞生长更新与封闭循环和产物原位分离的思想,采用本实验室研制的高性能硅橡胶(PDMS)复合膜设计构建了一套有效体积为5L的硅橡胶膜生物反应器,通过膜器与反应器之间的耦合将传统上相对独立的发酵和分离两个操作单元结合起来,并进行了一系列的苹果原汁的渗透汽化-发酵耦合实验研究。实验首先采用适应性培养的方式从三个酵母菌株中筛选出一株以苹果汁为培养基时具有良好发酵性能的酵母菌作为发酵菌株。该菌株发酵迅速而平稳,对可发酵糖的利用速度快,发酵细胞密度大,产酒率高。在所构建的硅橡胶膜生物反应器中,苹果汁的发酵和发酵液的渗透汽化实现了有机偶合,酵母细胞代谢而产生的具有挥发性的轻组分得到分离回收。发酵-渗透汽化耦合发酵实验表明,25℃时在该膜生物反应器中,酵母细胞密度24-36小时即可达到108个/ml,经过渗透汽化分离出乙醇等酵母细胞的代谢产物后,细胞浓度有所提高;可发酵糖的转化率为89.49%,乙醇产率为84.29%,硅橡胶膜对乙醇的收率在90%以上;采用一级冷凝的方式,渗透当量乙醇液浓度最高可达28%,渗透通量为600-1000g/m2.h。采用两级冷凝的方式,随着冷凝温度的不同便可得到不同酒精浓度的渗透液,因此选择适当的冷凝温度可直接进行含40%(v)酒精的苹果白兰地的生产。经渗透汽化分离掉酒精后余下的苹果汁发酵液色泽