Оптимізація технологічних параметрів вирощування спиртових дріжджів

Размещено на http://www.allbest.ru/

СТАТТЯ

з теми: «Оптимізація технологічних параметрів вирощування спиртових дріжджів»

Попередніми дослідженнями було встановлено придатність глюкозо-фруктозного сиропу (ГФС-42) для спиртового зброджування як перспективної сировини завдяки його складу та біотехнологічним властивостям. Також було встановлено, що найбільш ефективними дріжджами для зброджування ГФС-42 є дріжджі Saccharomyces cerevisiaе У-563, які для біосинтезу максимальної кількості спирту у дозрілій бражці потребують ростові речовини у вигляді кукурудзяного екстракту з розрахунку 1% до об'єму середовища.

Багатьма дослідниками доведено, що під час спиртового бродіння цукор, який міститься у середовищі та зброджується дріжджами, витрачається на утворення: етилового спирту (46-47%), діоксиду вуглецю (у відповідності з кількостю етилового спирту від 44 до 45,5%), біомаси дріжджів (1,8-4%), гліцерину (3,2-4,5%), вищих спиртів (0,28-0,7%), альдегідів (0,1-0,2%), органічних кислот (0,2-1%). Втрати незбродженого цукру у зрілій бражці складають від 2,1 до 2,8%. Загальні втрати цукру в процесі зброджування - від 7 до 12% до введеного у виробництво. Відповідно, і вихід спирту складає 88-93% до теоретичного.

Загальновідомо, що процес спиртового зброджування умовно поділяють на дві стадії: перша стадія - вирощування дріжджової біомаси та друга стадія - саме зброджування цукрів цукровмісного середовища при мінімальних витратах цукру на утворення побічних продуктів та з максимальним накопиченням основного продукту - етилового спирту. Повнота процесу спиртового зброджування цукровмісної сировини бродіння залежить від якісних показників та кількості дріжджів, які накопичуються на першій стадії, що, в свою чергу, значною мірою залежить від основних технологічних факторів: якості сировини, що переробляється; кількості засівних дріжджів, рН середовища, концентрації в середовищі сухих речовин та вуглеводів, температури процесу та його тривалості.

Постановка завдання. Метою нашої роботи було дослідження та оптимізація технологічних факторів (кількість засівних дріжджів, рН середовища, концентрація сухих речовин (СР) в середовищі, тривалість процесу вирощування спиртових дріжджів на суслі, яке було виготовлено з ГФС-42.

Матеріали та методи досліджень. Об`єктами досліджень були ГФС-42, процеси вирощування дріжджів; сусло, яке було виготовлено з ГФС-42 та зрілі дріжджі.

У дослідах по вирощуванню дріжджів на суслі з ГФС-42 використовували чисту культуру дріжджів Saccharomyces cerevisiaе У-563. Дріжджі для дослідів розмножували за технологічним режимом, що застосовується у спиртовому виробництві. Для відпрацювання процесу вирощування дріжджів готували сусло із ГФС-42 концентрацією 4, 6, 8, 10 та 12% СР, підкислювали сусло до значення рН від 4,6 до 5,4 за допомогою сірчаної кислоти молярною концентрацією 1 моль/дм3. Розрахункову наважку сиропу ГФС-42 зважували на вагах з точністю до 0,01 г, готували сусло шляхом розведення наважки сиропу стерильною водопровідною водою та вносили необхідну кількість азотистого і фосфорного живлення (у вигляді діамонійфосфату та карбаміду з розрахунку, відповідно, 0,2 і 0,1% до маси сухих речовин сиропу. Як джерело додаткового живлення для дріжджів (амінокислот та ростових речовин) вносили кукурудзяний екстракт (КЕ) з розрахунку 1% до об'єму зброджуваного середовища.

Тривалість культивування дріжджів склала від 14 до 24 годин за температури 300С. Щоб забезпечити середовище необхідним рівнем аерації, процес вирощування проводили в качалкових колбах на лабораторній качалці за частоти 220 хв-1. В кожну колбу вносили засівні дріжджі з розрахунку: 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 г/л. Кількість біомаси дріжджів визначали ваговим методом у перерахунку на 75% вологість. У зрілих дріжджах визначали видиму густину та істинні сухі речовини СР - ареометричним методом, вміст незброджених цукрів - методом з резорциновим реагентом. В бражних дистилятах визначали концентрацію етилового спирту ареометричним методом, вміст гліцерину, альдегідів - за хімічними методами, які використовуються у спиртовому виробництві.

Результати дослідження та їх обговорення. Концентрація сухих речовин сусла або цукрів в суслі - один з важливих технологічних факторів, від якого залежить кількість отриманого в результаті бродіння спирту, вторинних та побічних продуктів, а саме: зі збільшенням концентрації сухих речовин збільшується вміст альдегідів та кислот, що приводить до прискорення реакції етерифікації, збільшується вміст складних етерів. Одержані результати вирощування дріжджів на суслі з ГФС-42 з різною концентрацією СР наведено у таблиці 1.

параметр вирощування біомаса дріжджі сироп

Таблиця 1. Вплив концентрації СР і введеного цукру на синтез біомаси дріжджів

За даними таблиці 1 видно, що максимальну біомасу дріжджів за однакових умов культивування накопичено у варіанті на суслі, виготовленому з ГФС-42 концентрацією СР на рівні 8%. При збільшенні концентрації СР до 10-12% кількість накопиченої біомаси менше, відповідно, на 14,5-23%.

Наступним етапом досліджень було визначення оптимального значення рН сусла для вирощування дріжджів. Кількість вторинних та побічних продуктів знаходиться в прямій залежності від величини рН середовища, що зброджується. Зниження величини рН призводить до значного збільшення кількості метаболітів, таких як альдегіди та органічні кислоти. Для дослідів використовували сусло приготовлене з ГФС-42 концентрацією СР 8%. Процес вирощування дріжджів проводили за температури 300С впродовж 24 год. Результати досліджень наведено у таблиці 2.

Таблиця 2. Вплив величини рН вихідного сусла 8% СР на синтез біомаси дріжджів

Дані таблиці 2 показують, що для накопичення максимальної кількості біомаси дріжджів на рівні 22,1 г/дм3 необхідно підкислювати сусло, що приготовлене на ГФС-42, до значення рН рівні 5,0-5,2 од. При збільшенні значення рН до 5,4 од. кількість біомаси знижується за рахунок утворення гліцерину, а при зниженні величини рН накопичується більша кількість альдегідів.

Для визначення оптимальної тривалості процесу культивування дріжджів за температури 30-320С вирощування проводили на суслі концентрацією 8% СР при значенні рН 5,1. Результати наведено у таблиці 3.

Таблиця 3. Вплив тривалості процесу вирощування на накопичення біомаси дріжджів

Дані таблиці 3 показують, що для накопичення достатньої кількості біомаси дріжджів необхідно процес культивування на суслі, приготовленому на ГФС-42, проводити впродовж 18-20 годин. Збільшення тривалості культивування не призводить до значного накопичення біомаси дріжджів, але при цьому дріжджі втрачають активність.

Подальшими дослідженнями було визначено вплив кількості засівних дріжджів на характер метаболізму дріжджів та накопичення біомаси дріжджів під час вирощуванні на суслі з ГФС-42, концентрацією 8% СР при величині рН 5,1 тривалості 20 годин за температури 30-320С. Результати досліджень наведено в таблиці 4.

Одержані дані свідчать про те, що для оптимального співвідношення продуктів метаболізму та біомаси дріжджів кількість засівних дріжджів для стадії вирощування біомаси дріжджів повинна становити 7,5 г/дм3.

Таблиця 4. Вплив кількості засівних дріжджів на СР на синтез біомаси дріжджів та характер їх метаболізму

Висновки. За результатами проведених досліджень можна зробити висновок, що для максимального накопичення біомаси дріжджів процесу вирощування на суслі з ГФС-42 встановлено такі параметри: концентрація сухих речовин сусла не більше 8%, значення рН сусла на рівні 4,8-5,0; тривалість культивування 18-20 годин за температури 30-320С, кількість засівних дріжджів на рівні 7,5% до об'єму середовища.

Література

1. Ефективні дріжджі для спиртового зброджування глюкозо-фруктозного сиропу / Л. В. Ткаченко, Н. В. Процан, Ю. В. Горшунов, О. М. Дуган // Вісник аграрної науки Причорномор'я. -- 2011. -- Т. 1, № 4. -- С. 210--215.

2. Технология спирта / В. Л. Яровенко, В. А. Маринченко, В. А. Смирнов и др.; Под ред. В. Л. Яровенко. -- М. : Колос, 1999. -- 464 с.

3. Технологія спирту / За ред. проф. В. О. Маринченко. -- Вінниця : Поділля-2000, 2003. -- 496 с.

4. Калунянц Н. П. Влияние некоторых факторов на рост дрожжей в проточной культуре / Калунянц Н. П., Огнева И. Н., Соломатин Л. М. // Прикл. биохим. и микробиол. -- 1974. -- 10. -- № 1. -- С. 18--23.

5. Савчук М. Я. Влияние кислотности и рН среды на образование побочных продуктов при сбраживании мелассы / Савчук М. Я., Цыганков П. С. // Сборник УкрНИИСП.-- К., -- 1973. -- В. 15. -- С. 4--6.

6. Левандовский Л. В. Влияние количества посевного материала на метаболізм спиртовых дрожжей при периодическом культивировании / Левандовский Л. В., Коваленко А. Д. // Микробиологический журнал. -- 1984. -- 45. № 6. -- С. 36--39.

7. Инструкция по технохимическому контролю спиртового производства. -- М. : Агропромиздат, 1986. -- 400 с.

8. Полыгалина Г. В. Технологический контроль спиртового и ликерово-дочного производства [Текст] / Г. В. Полыгалина : М. -- Колос, 1999. -- 336 с.

Размещено на Allbest.ru