Производство дрожжей

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Обоснование целесообразности производства кормовых дрожжей

2. Химический состав мелассной и зерновой барды

3. Характеристика культур дрожжей, выращиваемых

4. Приготовление питательной среды

5. Размножение дрожжей чистой культуры

6. Выращивание товарных дрожжей

7. Производство дрожжей на гидролизатах растительных

7.1 Подготовка сульфитных щелоков

7.2 Выращивание дрожжей на гидролизатах растительных

8. Выделение дрожжей

9. Термолиз дрожжей

10. Облучение дрожжей

11. Сушка дрожжей
12. Упаковка, транспортирование и временное хранение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Дрожжевые организмы являются одноклеточными грибами. Они распространены по всему земному шару -- встречаются в почве, воде, в различных пищевых продуктах, на поверхности фруктов, ягод, в нектаре цветков, в соках, сочащихся из деревьев, и т. д. Человек с давних времен пользовался продуктами брожения для своих практических целей, не подозревая участия в них дрожжевых организмов. Известно, например, что вино производилось ассирийцами за 3500 лет до нашей эры. Методика осолаживания и пивоварения была высоко развита у вавилонян, хотя они не знали о существовании ферментов или дрожжей и их роли в этих процессах. В 1680 г. Антоний ван Левенгук, рассматривая «осадок» дрожжей, образующийся во время сбраживания, через свое увеличительное стекло, обнаружил, что он состоит в основном из типичных овальных клеток. Однако прошло еще более 150 лет, когда Луи Пастер (1857) доказал, что дрожжи - это живые организмы, непосредственно ответственные за алкогольное брожение, открыв, таким образом, дорогу современным научным исследованиям дрожжей. Промышленное применение дрожжей в традиционных отраслях мало изменилось с течением веков. Дрожжи все еще играют главную роль в следующих производствах:

1) в хлебопекарной промышленности;

2) в производстве спирта, алкогольных напитков и пива.

В последующие годы к этим старинным отраслям применения дрожжей были добавлены другие. Дрожжи используются:

3) как ингредиенты продуктов питания или кормов либо в натуральном виде, либо чаще после автолиза в виде дрожжевых экстрактов;

4) как продуценты витаминов (особенно комплекса В, аминокислот и др.) для фармацевтических целей, а также в виде белково-витаминного концентрата;

5) для получения нуклеиновых кислот, ферментов и других веществ.

Продукция, получаемая во всех перечисленных производствах, ее качество и количество зависят, с одной стороны, от полноценности используемого сырья и степени совершенства технологического процесса, с другой - от наследственных особенностей производственных рас дрожжей, от их ферментативных и других свойств. Применяемые в различных производствах расы дрожжей в значительной степени различаются между собой. Существенные различия имеются и среди производственных рас, применяемых в одном и том же производстве -- хлебопечении, спиртовом производстве, виноделии и т. д. Эти расы наряду с положительными свойствами имеют и отрицательные, снижающие производственные показатели. спорогенный дрожжи генетический селекционный

За последние 30--40 лет в генетике и селекции дрожжей достигнуты большие успехи. Теперь уже не может быть сомнений в том, что в селекции дрожжей наиболее эффективными являются генетические методы. Задача заключается только в том, какие из известных генетических методов следует применить в каждом конкретном случае в зависимости от специфики объекта исследования и поставленной задачи. Спорогенные дрожжи как одноклеточные организмы имеют ряд преимуществ для генетических и селекционных исследований:

1) они принадлежат к эукариотам, что позволяет проверить общность многих концепций молекулярной генетики;

2) наличие полового процесса и образование гамет в результате мейоза, а также существование аллелей типов спаривания позволяют широко проводить гибридизацию различных рас и видов дрожжей;

3) получаемые из одиночных спор гаплоидные культуры являются, как правило, жизнеспособными, что дает возможность проводить тетрадный анализ гибридов;

4) у дрожжей рода Saccharomyces получено большое количество мутаций, установлены группы сцепления и составлены генетические карты хромосом. Генетические маркеры (мутации) могут широко и успешно использоваться в различного рода генетических исследованиях, а также при проведении селекционных работ;

5) путем скрещивания вегетативных клеток разной плоидности, принадлежащих к различным типам спаривания, можно получать полиплоидные формы более высокой плоидности;

6) показана возможность получать у спорогенных дрожжей (Saccharomyces и Schizosaccharomyces).[2]

1. Обоснование целесообразности производства кормовых дрожжей

Проблема обеспечения животноводства и птицеводства белком - одна из наиболее острых. В рационах сельскохозяйственных животных должно быть до 90-130 г перевариваемого протеина на 1 кормовую единицу. В грубых кормах его содержится не более 50-75 г, поэтому углеводсодержащие корма, не сбалансированные по количеству и составу белка, используются нерационально.

Использование различных микроорганизмов в качестве источника белка и витаминов_обусловлен_следующими_факторами:

1) высокой скоростью синтеза белка. Если для крупного рогатого скота требуется 2 месяца для удвоения белковой массы, для свиней - 1,5 месяца, для цыплят - 1 месяц, то для бактерий и дрожжей - 1-6 часов;

2) возможностью использования для культивирования микроорганизмов разнообразных химических соединений, в том числе отходов производств;

3) относительно несложной технологией производства микроорганизмов, которое может осуществляться круглогодично, возможностью его автоматизации;

4) высоким содержанием белка (до 60-70%) и витаминов, а также углеводов,_липидов_в_микробиальных_препаратах;

5) повышенным содержанием незаменимых аминокислот по сравнению с растительными_белками;

6) возможностью направленного генетического влияния на химический состав микроорганизмов в целях совершенствования белковой и витаминной ценности продукта.

Для промышленного производства кормовых продуктов на основе микроорганизмов необходимы тщательные медико-биологические исследования. Такие продукты должны пройти всестороннюю проверку для выявления канцерогенного, мутагенного, эмбриотропного действия на организм человека и животных. Токсикологическая безопасность, питательность, усвояемость продуктов микробного синтеза - основные критерии целесообразности технологии их производства. Для получения белков используются дрожжи, бактерии, водоросли и мицелиальные грибы. Преимуществом дрожжей перед другими микроорганизмами является их технологичность: устойчивость к инфекциям, легкость отделения от среды благодаря крупным размерам клеток. Они способны накапливать до 60% белка, богатого лизином, треонином, валином и лейцином (этих аминокислот мало в растительных кормах).

Соотношение фосфора и кальция в дрожжах способствует нормальному развитию костного скелета молодняка. На развитие животных сильно влияют находящиеся в дрожжах микроэлементы и витамины. Биотин предупреждает кожные заболевания. По количеству витаминов группы В дрожжи превосходят все кормовые продукты. Дрожжи содержат также токоферол, эргостерин и холин, который является регулятором метаболизма жиров. Многие витамины группы В тесно связаны с белковым обменом в организме животных. Ферментные системы дрожжей катализируют процессы усвоения аминокислот и синтеза белка.

При добавлении к кормам дрожжей повышается привес животных и птиц, увеличиваются удои и жирность молока, повышается яйценоскость кур. Так, при добавлении к кормам 1 кг сухих дрожжей получают дополнительно 0,4 кг мяса свиного, 1,5 кг мяса птицы, 5,7 л молока, 30-40 яиц. В рационе пушных зверей дрожжи заменяют до 35% мяса, при этом ускоряется размножение зверей и улучшается качество меха.

Массовая доля нуклеиновых кислот в дрожжах до 10%, что вредно действует на организм. В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в мочевую кислоту и её соли, которые являются причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний. Оптимальная норма добавок дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных составляет 5-10 % от сухих веществ. Потребность животноводства и птицеводства в дрожжах составляет более 5-6 млн т в год.

2._Химический_состав_мелассной_и_зерновой_барды

Конечный отход мелассно-спиртовых заводов - мелассная барда. На каждые 1000 дал спирта получают 12000 дал мелассной барды. Химический состав барды колеблется в широких пределах, так как зависит от качества мелассы и способов ее переработки. По своему химическому и витаминному составу мелассная барда является полноценным сырьем для производства кормовых дрожжей, добавок ростовых веществ не требуется.

В мелассной барде 6-10 % сухих веществ, в том числе около 3% неорганических соединений. Дрожжами усваиваются редуцирующие сахара (0,2-0,5%), глицерин (0,6-0,9%), органические кислоты (0,5-2,5%), аминокислоты, спирты, глюкозиды, органические и неорганические азотсодержащие соединения, соли фосфора, калия, магния, железа, витамины и микроэлементы.

В натуральном виде мелассная барда не идёт на корм животным. Она является сильно загрязняющим отходом. Быстро засоряет пахотные поля фильтрации и, просачиваясь вглубь, загрязняет подземные воды. Некоторую часть мелассной барды используют для производства кормового концентрата витамина В₁₂, выделения глицерина, глутаминовой кислоты, глутамина натрия, бетаина (ацидина),_холинхлорида и других ценных веществ.

Следует продолжить изучение производства и применения кормовых мелассных дрожжей, исследования экологической чистоты окружающей среды их обитания и вредности первичной и вторичной мелассной барды. Отход производства спирта из зернокартофельного сырья - барда. В нее переходит_примерно_1/3_сухих_веществ_исходного_сырья.

Для выращивания дрожжей отделяют твердую фазу (дробину) и получают грубый фильтрат. В состав растворимых веществ фильтрата входит 33% белков, свыше 47% углеводов и свыше 11% зольных элементов, а также органические кислоты, глицерин и др. Фильтрат зернокартофельной барды содержит около 3% сухих веществ, в том числе (в %): редуцирующих веществ - 0,7-1,2; сахаров - 0,25-0,5; глицерина - 0,4-0,6; крахмала - 0,1-0,2; гемицеллюлоз - 1,4-2,3; целлюлозы - 0,3-0,9, а также белки, аминокислоты, органические кислоты и минеральные соединения. Многие из аминокислот барды (аргинин, валин, глицин, лейцин, изолейцин, глутаминовая и аспарагиновая аминокислоты) усваиваются дрожжами.

Зернокартофельную барду используют на корм животным в натуральном и высушенном состоянии.

Выход кормовых дрожжей составляет 1,5-2,5кг/дал спирта, выработанного из мелассы,_1,5 кг/дал_-_из_картофеля_и_2,5-3,5 кг/дал_-_из зерна.

Принципиальные технологические схемы производства сухих кормовых дрожжей на мелассной и зернокартофельной барде приведены на рисунках 18 и 19.

Также для производства кормовых дрожжей можно использовать:

1. Ацетонобутиловую барду. Для производства кормовых дрожжей барду декантируют, отделяют шлам (15-20% от массы барды) и получают декантат с содержанием 1,8-2,1% СВ. Из 1 м³ декантата можно получить 6-7 кг кормовых дрожжей в пересчете на СВ.

2. Отходы картофелекрахмального производства. Выход абсолютно сухих кормовых дрожжей составляет 52% к абсолютно сухим веществам среды при накоплении_дрожжей_45_г/л.

3. Отходы переработки цитрусовых (корки, семена, мезга). Сок, отжатый из отходов, используют для выращивания кормовых дрожжей с использованием азотного и фосфорного питания.

4. Отходы пивоваренного производства. Солодовую дробину подвергают ферментному гидролизу и используют для производства кормовых дрожжей. На 1 т сушеных дрожжей (влажностью 10%) расходуется 40 т дробины.

5. Молочная сыворотка. При производстве сыра, творога, казеина получают 70-85% сыворотки. В сыворотку переходит до 50% сухих веществ молока. Содержание сухих веществ (в %) - 5,8-6,8; лактозы - 4,0-4,5; альбумина - 0,5-1,0; жира - 0,1-0,3. После сбраживания сыворотки дрожжами, ее можно использовать для пищевых и кормовых целей.

Независимо от основного сырья все схемы производства сухих кормовых дрожжей включают следующие основные стадии: приготовление питательной среды, размножение чистой культуры дрожжей, выращивание их, пеногашение, выделение и промывка, термолиз, сушка и фасование, транспортировка и хранение.

3._Характеристика культур дрожжей, выращиваемых на послеспиртовой барде

Дрожжи, применяемые для выращивания на мелассной и зерно-картофельной барде, должны отвечать следующим требованиям: быть непатогенными, иметь высокую скорость роста на данной питательной среде, ассимилировать наибольшее количество питательных веществ среды с высоким экономическим коэффициентом, хорошо выделяться при сепарировании, быть устойчивыми к посторонней микрофлоре и ингибиторам роста, обеспечивать требуемое количество протеина и по химическому составу отвечать требованиям стандарта. При выборе культур дрожжей следует учитывать также потребность их в витаминных и других биологических стимуляторах роста, а также полиауксию - очерёдность потребления различных питательных веществ среды.

При выращивании кормовых дрожжей на мелассной барде используют дрожжеподобные грибы Candida utilis, Trichosporon cutaneum, Torulopsis pinus, а на зерновой барде - Candida arboreae, C. tropicalis СК-4. Чаще всего используют дрожжеподобные грибы рода Candida. Их клетки различной формы (рисунок 20), размножаются многосторонним почкованием. Ложный мицелий развит более или менее обильно, встречается истинный мицелий. Дрожжи C. utilis последовательно потребляют глюкозу, ксилозу, не полностью - галактозу и не ассимилируют арабинозу. Они не нуждаются в витаминах. Дрожжи C. tropicalis, кроме глюкозы и ксилозы, потребляют галактозу и частично арабинозу.

Различные виды дрожжей с разной скоростью усваивают глицерин и органические кислоты. Например, дрожжи C. utilis и Tr. Cutaneum активнее и полнее ассимилируют молочную кислоту и глицерин, составляющие более 1/3 всех усвояемых источников углерода, и накапливают больше биомассы, чем дрожжи C. tropicalis. Дрожжи Tr. cutaneum способны усваивать пирролидонкарбоновую кислоту, а также пептоны, пептиды и липиды, которые не ассимилируются дрожжами _C. utilis и Tor. pinus. Эти особенности дрожжей учитывают при подборе их смеси для выращивания на различных по химическому составу питательных средах.

4._Приготовление_питательной_среды

Приготовляя питательную среду для выращивания дрожжей, смешивают охлаждённую барду с растворами фосфор- и азотсодержащих солей. Если концентрация барды больше 8%, её разбавляют лютерной водой до содержания сухих веществ 6,8-7,2%. Для приготовления питательной среды используют сборник-смеситель. Оттоки от сепарации культуральной среды подвергают кислотному антисептированию и возвращают частично в дрожжерастильный аппарат. Горячую барду перед её использованием выдерживают при температуре 95-98єС в течение 30-45 мин в стерилизаторе-выдерживателе непрерывного действия.

Аппаратурно-технологическая схема приготовления питательной среды на основе мелассной барды приведена на рисунке 21. Питательные соли (карбамид, диаммонийфосфат) взвешивают на весах 1 и с помощью тельфера 2 подают в сборник-растворитель солей 14, вместимость которого 0,3…0,5 м³ на 1 т дрожжей в сутки. В сборник-растворитель вводят ортофосфорную кислоту из мерника 3 и воду. Смесь перемешивают и через ловушку 13 центробежным насосом 12 направляют в мерник-дозатор 4, а затем в сборник-смеситель 6. Горячая барда из брагоректификационного отделения поступает в стерилизатор-выдерживатель 11, из него насосом 10 через фильтр 9 и теплообменник 8 подаётся в сборник-смеситель, откуда питательную среду насосом 5 перекачивают в дрожжерастительные аппараты. Вода в пластинчатый теплообменник 8 поступает через фильтр 7

Из стерилизатора-выдерживателя барда через ротаметр 1 насосом 2 подаётся в теплообменник 3, а из него на разделительное сито 4. Дробину сбрасывают в сборник 5 и из него насосом 2 направляют на реализацию. Грубый фильтрат барды поступает в сборник-смеситель 6, куда из мерника-дозатора 7 подают раствор питательных солей. Питательная среда через ловушки 10 и 11 насосом 2 перекачивается или в аппараты 8 и 9 чистой культуры (АЧК), или через теплообменник 3 и ротаметр 1 в дрожжерастильный аппарат. Перед подачей в сборник-смеситель барду охлаждают до 20-25єС в зависимости от температуры воздуха, нагнетаемого в дрожжерастильные аппараты, и интенсивности размножения дрожжей. Охлаждение барды регулируют так, чтобы температура культуральной среды в дрожжерастильных аппаратах была 33-35єС.

Для охлаждения мелассной барды обычно используют пластинчатые теплообменники, а для зернокартофельной - теплообменники типа «труба в трубе». Пластинчатые теплообменники имеют небольшие размеры, легко и быстро очищаются, имеют высокий коэффициент теплоотдачи - 1100-1200 Вт (м²·К), а коэффициент теплопередачи теплообменников типа «труба в трубе» - 460-520 Вт(м²·К). Зерно-картофельная барда содержит взвешенные твёрдые частицы, поэтому пластинчатые теплообменники не могут быть использованы для её охлаждения.

Для охлаждения 1 м³ барды в час от 100 до 20 єС при температуре охлаждающей воды 15-18 єС требуется площадь поверхности пластинчатого теплообменника 7-7,5 м²,_а_трубчатого_теплообменника_-_11-12 м². Перед подачей охлаждающей воды в пластинчатый теплообменник её очищают от механических примесей с помощью сетчатого фильтра с отверстиями диаметром 0,3 мм. Кроме того, через каждые 2-3 сут изменяют направление воды и охлаждённой барды, чтобы смыть с одной стороны пластин загрязнения от барды, с другой - отложившиеся соли и органические примеси водой. Через 2-3 мес теплообменники моют щелочным раствором, нагретым до 60-70 єС, пропуская его через теплообменник в течение 15-30мин.

Состав и концентрация компонентов питательной среды влияют на их состав, скорость размножения и выход выращиваемых дрожжей. Источники углерода для дрожжей - моно- и дисахариды, карбоновые кислоты, аминокислоты, глицерин. Для полного использования углерода в барде недостаточно усвояемых форм азот- и фосфорсодержащих соединений, поэтому добавляют карбамид и ортофосфорную кислоту или диаммонийфосфат.

Расход_фосфорного_(Р)_или_азотного_(N)_питания,_кг/м³,



 (7)

где  - выход абсолютно сухих дрожжей (АСД) из 1 м³ барды, кг;

- содержание фосфорного ангидрида (Р₂Размещено на http://www.allbest.ru

О₅) или азота (N) в АСД, % (соответственно 7,5-8 и 4-4,5);

_ - коэффициент избытка фосфорного или азотного питания (соответственно 1,3_и_1,07);_

- содержание в источнике питания Р₂Размещено на http://www.allbest.ru

О₅ или N, % (Р₂О₅ в 70%-ной ортофосфорной кислоте - 50,7; в диаммонийфосфате - 53,8; в карбамиде - 46,0;_в_сульфате_аммония_20,5);

- содержание Р₂О₅ или усвояемого N в барде,_кг/м³.

Выход_дрожжей,_кг/м³,

 (8)

где  -содержание_источников_углерода_в_1 м³ барды;_

- выход дрожжей из Размещено на http://www.allbest.ru

источников углерода барды (принимают равным 45 %);

_ - потери дрожжей,_%_(при сепарации - 7, при сушке - 2).

Растворы питательных солей и эмульсии пеногасителей приготавливают на суточную их потребность для дрожжевого и спиртового цехов. Карбамид и диаммонийфосфат растворяют в 5-, 6-кратном количестве тёплой водой. Растворы смешивают с расчётным количеством ортофосфорной кислоты, разбавленной водой в соотношении 1:5, и полученную смесь подают в мерники-дозаторы, рассчитанные на сменный расход.

Расход ортофосфорной кислоты и карбамида рассчитывают по уравнению (7), он составляет в среднем на 1 м³ барды 0,9-1 кг ортофосфорной кислоты и 1-1,1 кг карбамида или 1,3 кг диаммонийфосфата и 0,5 кг карбамида.

При непрерывном культивировании дрожжей реакция питательной среды находится в интервале рН 3,5-4,2. Мелассная барда имеет рН 4,8-5,2, зернокартофельная - 4,5-4,7, причём в процессе культивирования этот показатель вследствие потребления дрожжами органических кислот становится ещё выше. Для поддержания рН добавляют серную или соляную кислоту. Серная кислота с солями кальция, содержащимися в барде, образует сульфат кальция, соляная кислота _вызывает сильную коррозию оборудования, поэтому необходима специальная его защита. Чтобы существенно не повышать содержание золы в дрожжах, снизить «гипсацию» и коррозию оборудования при содержании в барде солей кальция (СаО) больше 0,25 %, пользуются смесью серной и соляной кислот в таком соотношении, которое в максимально возможной мере удовлетворяет всем перечисленным выше требованиям.

5._Размножение_дрожжей_чистой_культуры

Посевное количество дрожжей (в пересчете на 75 %-ную влажность) должно составлять 7,5-10 кг на 1 м³ барды. Посевные дрожжи выращивают в шесть стадий: две - лабораторные; две - в аппаратах чистой культуры; одна - в производственных дрожжанках; одна - в дрожжегенераторах.

Дрожжи лабораторных стадий выращивают на стерильном мелассном сусле:

- I стадия - в двух колбах по 250 мл, посев петлей со скошенного агара, размножение в термостате при 30 єС в течение 48 ч;

- II стадия - в двух колбах, содержащих по 500 мл стерильного сусла, засеваются культурой из колб I стадии, размножение при 35 єС в течение 24 ч с периодическим встряхиванием.

В аппаратах чистой культуры средой является 3 %-ная мелассная рассиропка, подкисленная соляной кислотой до рН 4,8-5,0 и обогащенная диаммонийфосфатом (0,3 % к массе мелассы). Засев производится из колб II стадии.

При размножении чистой культуры учитывают физиологические особенности применяемых дрожжей. Так, дрожжи Torulopsis pinus на мелассном сусле размножаются медленно и имеют мелкие клетки, поэтому их выращивают отдельно от быстрорастущих Candida utilis. При выращивании на мелассной барде обе культуры хорошо растут в ассоциации. В нормальных условиях производства не требуется частого подсева чистой культуры.

Чистую культуру Trichosporon cutaneum на всех стадиях размножения культивируют_отдельно.

6._Выращивание_товарных_дрожжей

Обязательными условиями для эффективного выращивания кормовых дрожжей являются: интенсивная аэрация, равномерный и достаточный приток барды и засевных дрожжей, а также строгое соблюдение температуры (32-34 єС) и рН среды_(3,8-4,0).

Дрожжи выращивают непрерывно-поточным способом. При оптимальном составе среды и благоприятных условиях культивирования лимитирующим фактором является содержание растворённого в среде кислорода. Достаточной считается такая интенсивность аэрирования, при которой концентрация растворённого в среде кислорода равна критической или незначительно превышает её. Скорость потребления дрожжами растворённого кислорода до критической концентрации прямо пропорциональна его концентрации в среде, при концентрации выше критической остаётся постоянной (рисунок 23); скорость роста дрожжей зависит только от их активности и состава среды.

При ассимиляции дрожжами 1 кг источников углеродсодержащих веществ выделяется около 1200 ккал (13956 Вт) тепла; до 40 % выделяемого тепла уносится воздухом. Остальное тепло отводится с помощью охладительных систем (змеевики, рубашки). Интенсивность аэрирования среды в дрожжерастильных аппаратах с эрлифтным воздухораспределением составляет 50-60 м³/(м³·ч). Эрлифтные и другие аэраторы при таком расходе воздуха превращают среду в энергично циркулирующую эмульсию плотностью 0,30-0,35. Заполняются чаны на 28-30 % от их общей емкости.

Для правильного воздухораспределения к каждому дрожжерастильному аппарату подключают самостоятельную воздуходувку.

Уровень жидкости поддерживается постоянным. Для поддержания заданной концентрации дрожжей и их частичного обновления непрерывно добавляются засевные дрожжи.

Скорость разбавления среды в дрожжерастильных аппаратах устанавливают 0,143 ч^-1, что соответствует времени пребывания среды в аппарате в течение 7 ч. Концентрация биомассы в культуральной среде равна 36-50 г/л.

Образующуюся густую и устойчивую пену, насыщенную флотированными дрожжами, разрушают пеногасителем.

Количество дрожжерастильных аппаратов устанавливают исходя из наличия барды (0,10-0,12 м³ на 1 дал спирта) и времени оборота аппарата (7-8 ч). Наиболее распространены аппараты с центральным эрлифтным воздухораспределением и диффузором общей вместимостью 320 и 600 м³ (полезный объём 85 и 170 м³) и аппараты той же вместимостью с рассредоточенной эрлифтной системой аэрации. Дрожжерастильные аппараты соединяют трубопроводами в блоки из двух аппаратов или трёх - два головных, параллельно действующих аппарата, и один концевой. В каждом дрожжерастильном аппарате дрожжи выращивают отдельно или последовательно с потоком питательной среды через два аппарата. Отделенная от дрожжей культуральная жидкость (отток) - отход производства. При выращивании дрожжей остаются частично не использованными трудноусвояемые вещества мелассной барды - пирролидонкарбоновая кислота, пептоны, пептиды и др., что снижает выход дрожжей. Для более полного использования питательных веществ, уменьшения расхода вспомогательных материалов, количества стоков и экономии воды используют до 70 % оттоков (от исходной барды) для возврата их непосредственно в дрожжерастильные аппараты. Перед использованием оттоки подкисляют серной кислотой до рН 3,5-4,0 или соляной кислотой до рН 1,8-2,0 и выдерживают в течение 1-2 ч. Также для максимального использования всех источников углерода рекомендуется вести процесс в две стадии на разных культурах. На первой стадии используются дрожжи рода Candida, способные быстро размножаться при концентрации барды 8-9 % СВ и ассимилировать легкоусвояемые источники углерода (сахара, карбоновые кислоты, аминокислоты), накопляя за 5-6 ч 30-35 г биомассы на 1 л среды. Дрожжи направляются на сепараторы, а отток - на вторую стадию выращивания.

На второй стадии берется культура Trichosporon Bg-2, которая быстрее и полнее использует молочную кислоту и глицерин и дает за 5-6 ч 20-25 г биомассы в 1 л среды. Отсепарированная биомасса первой и второй стадий концентрируется, промывается и совместно высушивается. Двухстадийная схема дает более высокий выход дрожжей, создает возможность дальнейшей биологической и технической переработки барды.

7. Производство дрожжей на гидролизатах растительных отходов и сульфитных щелоках

Способы превращения целлюлозы в биомассу

Деревообрабатывающая промышленность и сельское хозяйство могут поставить микробиологической промышленности неограниченное количество сырья, содержащего целлюлозу, гемицеллюлозы, лигнин. В твердых стеблях присутствует 40-50 % целлюлозы, 20-40 % гемицеллюлозы и 18-25 % лигнина. Подсчитано, что ежегодно на Земле образуется 1,8·10¹¹ т биодеградативного лигноцеллюлолитического материала, 40 % которого составляет_целлюлоза.

Существует много способов превращения целлюлозы в биомассу. Основные:

а) химический гидролиз целлюлозы и выращивание микроорганизмов на гидролизате;

б) энзиматический гидролиз и получение белковой биомассы;

в) гидролиз целлюлозы одним интактным организмом и превращение продуктов гидролиза в биомассу другим интактным организмом (симбиотическая культура);

г) гидролиз целлюлозы и продукция биомассы одним микроорганизмом.

Наиболее распространен первый способ. К измельченному сырью добавляют разбавленную серную кислоту с концентрацией 0,3-0,6 % и выдерживают при температурах 175-190 єС и соответствующем этой температуре давлении. Гидролиз обуславливает накопление в растворе пентозных и гексозных сахаров, декстринов, олигосахаридов, коллоидного лигнина и продуктов распада сахаров. Выход редуцирующих веществ составляет до 46-50 % к абсолютно сухому веществу сырья.

Из существующих методов гидролиза наибольшее распространение получил способ перколяции (жидкая фаза проходит через слой неподвижной твердой фазы в жидкость). Процесс ведут в гидролизаппаратах, обеспечивая наибольшую плотность загрузки.

Продолжительность гидролиза зависит от вида сырья и составляет (в мин): для древесных отходов - 360; подсолнечной шелухи - 250; кукурузной кочерыжки - 460; одубины - 480.

Гидролизат, выходящий из гидролизаппарата, охлаждается до температуры порядка 100 єС на батарее испарителей за счет постепенного снижения давления. Далее охлажденный гидролизат нейтрализуется известковым молоком или аммиачной водой, очищается от взвесей на отстойниках и затем охлаждается последовательно на вакуум-охладительной установке и пластинчатых теплообменниках до температуры 32-34 єС.

Нейтрализованный и охлажденный гидролизат-сусло, обогащенный питательными солями, поступает на выращивание дрожжей.

Гидролизно-дрожжевая промышленность в СССР работала на гидролизатах растительного сырья в двух направлениях:

- кормовые дрожжи культивировали непосредственно на гидролизатах;

- для культивирования использовали послеспиртовую барду, получаемую путем сбраживания гидролизатов и отгонки спирта. Сахаромицеты используют послеспиртовую барду, получаемую путем сбраживания гидролизатов и отгонки спирта.

Сахаромицеты сбраживают гексозный сахар, а остающиеся неиспользованными пентозы утилизируют дрожжи рода Candida (Candida scottii и Candida tropicalis), Trichoderma, Torulopsis, Trichosporon, Pichia. Из 1 т сухой древесины получают до 200 кг дрожжей и 4-6 кг фурфурола. Но в условиях многотоннажного нестерильного производства развивается не монокультура, а ассоциация культур_из_5-8_различных_видов. Энзиматический гидролиз целлюлозы протекает очень медленно и неэффективно в связи с плохим проникновением фермента и ингибированием целлюлазной активности образующимся промежуточным продуктом гидролиза - целлобиозой. Выход древесных сахаров можно увеличить путем предварительного механического измельчения материала или предобработки его щелочами, аминами или аммонием. Используют целлюлазу гриба Trichoderma viride. Сахарный раствор с ферментом подвергают рециклированию, целлобиозу удаляют, пропуская ее через мембранные фильтры либо выращивая одновременно на продуктах гидролиза микроорганизмы, например, Candida utilis или Sacch. cerevisiae., выращивание дрожжей приводит к более полной сахарификации целлюлозы. В качестве симбиотической культуры предложены Candida utilis и Trichoderma viride, которые выращивают на рисовой соломе, обработанной щелочью. Дрожжи используют 2-5 г целлюлозы за 7-10 дней. 

7.1 Подготовка сульфитных щелоков

В производстве целлюлозы сульфитным способом (из древесины, камыша, соломы) происходит гидролиз и растворение лигнина и гемицеллюлоз, а целлюлоза остается в твердой фазе (не растворима в сернистой кислоте). В отделенный от целлюлозы раствор, называемый сульфитным щелоком, переходит до 50 % органической части древесины.

Для производства дрожжей применяют щелоки от бисульфитной и кислой варок целлюлозы. На 1 т вырабатываемой целлюлозы можно получить абсолютно сухих дрожжей (в кг): на сульфитном щелоке - 90-100, на сульфитно-спиртовой барде - 35-45.

Главные компоненты сульфитных щелоков - лигносульфоновые кислоты и пентозы. В таблице 15 приведен состав сульфитных щелоков.



Таблица 15 - Состав сульфитных щелоков

Компонент	Содержание, % к массе СВ
Лигносульфоновая кислота	43
Гемилигниновые соединения	12
Не полностью гидролизованные гемицеллюлозы и уроновые кислоты	7
Моносахара:  D-глюкоза D-ксилоза D-манноза D-галактоза L-арабиноза	2,6 4,6 11.0 2,6 0,5
Уксусная кислота	6
Альдоновые кислоты	10

Щелок от варки целлюлозы и полуцеллюлозы содержит олигосахариды, которые способом инверсии переводят в моносахара.

Инверсию щелока проводят кипячением с серной кислотой концентрацией 0,2-0,4 % при атмосферном давлении в течение 8-12 ч. Применяют также способ инверсии под давлением при температуре 130 єС с концентрацией серной кислоты 0,1 % в течение 3-4 ч.

После инверсии удаляют сернистый газ и другие летучие примеси продувкой пара в течение 1-2 мин. Полученный инвертированный щелок нейтрализуют известковым молоком в специальных смесителях, выдерживают в течение часа для созревания кристаллов гипса, затем отделяют осадок на отстойниках или гидроциклонах. В качестве реагента для нейтрализации можно использовать аммиачную воду в количестве 0,8 кг (в пересчете на 100 % аммиак) на 1 м³ щелока. При этом отпадает необходимость в отделении осадка.

Полученный щелок обогащают питательными солями, охлаждают на пластинчатых теплообменниках и подают в дрожжерастильное отделение. Для получения биомассы используют главным образом Candida utilis.

7.2 Выращивание дрожжей на гидролизатах растительных отходов и сульфитных щелоках

Состав и биологические особенности культуральных сред, приготовленных из гидролизатов и сульфитных щелоков, очень различны. Они зависят от основного_сырья,_методов_подготовки_и_других_факторов.
Одной из важнейших задач, стоящих перед производственниками, является выбор наиболее продуктивного и устойчивого штамма дрожжей. Для адаптации дрожжей к среде целесообразно выделять штаммы из наиболее эффективных товарных дрожжей. Полезно смешивать штаммы, потребляющие различные сахара. Это позволяет более полно использовать редуцирующие вещества субстрата.

Стадии выращивания засевных дрожжей следующие:

1) лабораторные стадии;

2) малая дрожжанка;

3) большая дрожжанка;

4) дрожжерастильный аппарат.

В лаборатории завода дрожжи выращивают на глюкозе с объемом питательных сред по стадиям: I - 0,25 л; II - 3 л; III - 20-25 л. В цехе чистой культуры и в производственных аппаратах процесс ведут на стерильном, обогащенном солями гидролизате или очищенном сульфитном щелоке. Режим работы дрожжерастильного аппарата должен обеспечивать максимальную утилизацию сахаров. При низких концентрациях сахаров применяют одночленные батареи: в одном аппарате осуществляется весь цикл выращивания дрожжей.

Для сред с повышенным содержанием сахаров применяют двух- и трехчленные батареи, где в концевом аппарате утилизируются остаточные сахара. При этом достигается более высокое использование сахаров, но с некоторым снижением производительности аппаратов.

Выращивание товарных дрожжей осуществляют по непрерывным схемам при интенсивной аэрации.

8. Выделение дрожжей

Для получения готового продукта влажностью 8-9 % из бражки, содержащей от 20 до 40 г /л биомассы (с содержанием влаги 75 %), необходимо удалить воду. Наиболее целесообразные технологические приемы выделения дрожжей - флотирование, сепарирование, выпаривание и сушка.

При выделении и сушке кормовых дрожжей не ставится цель сохранения жизнеспособности и ферментативной активности клетки. Клетку при этом необходимо разрушить, но сохранять усваиваемый белок и весь комплекс витаминов. Поэтому рекомендуется проводить максимальное сгущение концентрата на холоде флотационным способом или сепарированием.

Флотирование. Культуральная среда из дрожжерастильных аппаратов выходит в пенно-жидкостном виде плотностью 0,25 г/см³. Флотация основана на свойстве дрожжевых клеток концентрироваться на поверхности раздела жидкой и газовой фаз эмульсии, получаемой непрерывным продуванием воздуха через бражку.

Флотационный способ выделения дрожжей более экономичен по сравнению с сепарацией и надежнее обеспечивает непрерывность выделения дрожжей из бражки. Эффект флотации зависит от ряда причин:

а) ветвистые расы дрожжей флотируют лучше одиночных;

б) флотирующиеся дрожжи содержат больше связанной и меньше свободной влаги (отсутствует упругая водная оболочка). Дрожжи, содержащие больше свободной_воды,_не_флотируют;

в) флотационная способность сред, нейтрализованных известковым молоком, значительно выше, чем сред, нейтрализованных аммиаком;

г) дрожжи, содержащие полисахариды в количестве, меньшем, чем 50 % к массе белка, не флотируют;

д) с повышением концентрации лигносульфонатов в сульфитном щелоке, флотируемость дрожжей увеличивается;

е) концентрация дрожжей в пенном слое возрастает прямо пропорционально времени отстаивания пены;

ж) величина потерь дрожжей с отходящей бражкой увеличивается с ростом концентрации их в дрожжевой суспензии.

Сепарирование, сгущение и промывка дрожжей. Перед выделением дрожжей пену разрушают, так как при наличии её снижается производительность насосов и сепараторов, увеличиваются потери дрожжей до 20 % (в норме - 7 %). Пену разрушают химическими и механическими средствами. В качестве пеногасителей используют поверхностно-активные вещества: гидрофузы, соапсток, олеиновую кислоту. Для более эффективного действия пеногасители должны представлять собой водную эмульсию с разбавлением 1:6 (с содержанием жира 5-10%).

Для механического разрушения пены применяют специальные аппараты - пеногасители (деэмульгаторы) различных конструкций (например, жидкость может двигаться тонким слоем по наклонной плоскости).

На заводах, вырабатывающих спирт из мелассы, дрожжевую суспензию после пеногашения подают непосредственно на сепараторы. На спиртовых заводах, работающих на зернокартофельном сырье, дрожжевую суспензию из аппаратов-пеногасителей непрерывно подают на вибросито с отверстиями диаметром 0,22-0,25 мм; сход с вибросита направляют в сборник дрожжевого концентрата, дрожжевую суспензию - в сборник, а из него - на сепараторы.

На заводах, перерабатывающих мелассу, дрожжи выделяют и промывают в сепараторах трёх ступеней: на первой получают дрожжевую суспензию с содержанием биомассы 120-160 г/л, на второй её сгущают до 250-300 г/л, на третьей - до 450-500 г/л. Суспензию от сепараторов каждой группы сливают в отдельные сборники.

На заводах, перерабатывающих зернокартофельное сырьё, дрожжи обычно выделяют на сепараторах двух групп. При этом сепараторы второй группы действуют по замкнутому циклу (круговая сепарация). Из сепараторов первой группы дрожжевая суспензия непрерывно поступает в сборник, в который также подаётся суспензия из сепараторов второй группы, работающих по замкнутому контуру. При достижении требуемой концентрации суспензии (не менее 450 г/л) замкнутый контур на некоторое время размыкают и суспензию из сепараторов второй группы направляют в сборник дрожжевой суспензии. Потери дрожжей с оттоками не должны превышать 2-3 клеток в поле зрения микроскопа, т.е. не более 7 % от их общего количества.

В случае сепарирования дрожжевой суспензии после флотации (с содержанием дрожжей 60-120 г /л) сепарирование осуществляется по двухступенчатой схеме сепарирования. Концентрат после первой ступени сепарирования с концентрацией дрожжей 240 г/л промывается и передается на вторую ступень водоструйным насосом, к которому подводится вода под избыточным давлением 0,3-0,4 МПа. Гидромодуль воды при промывке дрожжей - не менее 3:1. Концентрат после второй ступени сепарации насосом подается на упаривание или на сушку.

9._Термолиз_дрожжей

Термолиз дрожжей заключается в тепловом разрушении оболочек дрожжевых клеток и сопутствующих им микроорганизмов. Цели термолиза: биологическое обезвреживание дрожжей и бактерий, необходимое для лучшего усвоения их животными и предотвращения заболеваний; уменьшение вязкости суспензии, разрушение пены и выделение из суспензии воздуха и диоксида углерода, вследствие чего обеспечивается равномерная подача суспензии в сушилку и создаются условия для нормальной её работы; уменьшение потерь биомассы на поддержание жизнедеятельности клеток во время хранения их в сборнике.

Аппаратурно-технологическая схема выращивания товарных кормовых дрожжей, их выделения и термолиза приведена на рисунке 25. Термолиз дрожжей осуществляют непрерывным способом в установке, состоящей из нагревателя и выдерживателя одинаковых размеров и общей вместимостью, рассчитанной на 45-минутное пребывание в них суспензии.

Оба аппарата снабжены мешалками и змеевиками для подогрева суспензии. Дрожжевую суспензию из последней ступени сепараторов подают в нагреватель, где постоянно поддерживают температуру 75 єС благодаря подаче пара в змеевик. Нагретая суспензия непрерывно перетекает в выдерживатель, а из него насосом подаётся на сушку.

В дрожжерастильный аппарат 1 непрерывно подают питательную среду, а в начале процесса выращивания - засевные дрожжи и при непрерывном аэрировании дрожжи культивируют. Готовую их культуру насосом 10 перекачивают в аппарат 2 для пеногашения, куда по мере необходимости направляют эмульсию химических пеногасителей. Из аппарата для пеногашения культуральная жидкость поступает на разделительное вибросито 3, из которого сход подаётся в сборник дрожжевой суспензии 8, а культуральная жидкость - в сборник 9 и далее насосом 10 на сепараторы 4. Дрожжевую суспензию из сепараторов направляют в сборники 6 и после круговой сепарации в сборник дрожжевого концентрата, а из него насосом 10 в термолизатор 5. Термолизованную дрожжевую суспензию насосом 10 перекачивают на распылительный диск сушилки. Отток из сепараторов собирают в сборнике 7 и насосом 10 подают в расходные ёмкости для реализации или в выпарную установку для сгущения и последующего высушивания.

10._Облучение_дрожжей

Облучением ультрафиолетовыми лучами переводят содержащийся в дрожжах эргостерин в витамин D₂. При облучении сухих дрожжей фотоизомеризация с образованием витамина D₂ происходит на поверхности клеток. Кроме того, распыл движущихся дрожжей оседает на лампах, снижая интенсивность лучей. Более эффективным является облучение находящегося в движении дрожжевого концентрата.

Рекомендуют облучать водную взвесь дрожжей при температуре 30 єС и концентрации биомассы 690 г/л.

Длительность облучения должна быть не более 2 ч, так как в результате переоблучения происходит дальнейшая изомеризация эргостерина с образованием токсичных веществ - токсистеринов и супрастеринов, не обладающих антирахитичной активностью. Проникновение ультрафиолетовых лучей в слой жидкости, а, следовательно, и эффективность облучения тем выше, чем прозрачнее жидкость. Содержание витамина D₂ в дрожжах в зависимости от длительности и условий облучения колеблется в пределах 1000-1200 и.е. в 1  г сухих дрожжей.

11._Сушка_дрожжей

Термолизованную дрожжевую суспензию высушивают на распылительных или вальцовых сушилках. Вальцовые сушилки применяют только в небольших цехах кормовых дрожжей, где количество испаренной влаги не превышает 1 т/ч. Вальцовая сушилка состоит из двух рядом расположенных полых горизонтальных барабанов (вальцов), под каждым из которых установлено корыто. Дрожжевую суспензию подают в оба корыта. Вальцы вращаются в противоположных направлениях с частотой 6-8 об/мин. Барабаны обогреваются внутри насыщенным паром давлением 0,35-0,4 МПа. Нижняя часть их цилиндрической поверхности смачивается дрожжевой суспензией, и за один оборот барабанов (8-10 с) дрожжи высушиваются до влажности не более 10 %. С противоположной стороны барабанов расположены ножи, которые срезают высушенные дрожжи с поверхности барабанов. Сухие дрожжи транспортируют в отделение фасования механическими транспортёрами или пневмотранспортом. Распылительная сушилка состоит из цилиндроконической сушильной камеры (диаметр 8-10 м, высота цилиндрической части 5,5-7 м, конической 6,6-8,7 м), внутри которой в верхней части установлен распыливающий механизм. Топочные газы в смеси с воздухом вводятся в сушильную камеру через центральную трубу под распылительный диск. Отходящие газы отводят из середины конуса камеры в батарею циклонов.

Высушенные дрожжи в основном отбирают из нижней конусной части сушильной камеры и пневмотранспортом подают на фасование, частично они уносятся вместе с отходящими газами в батарею циклонов, где улавливаются и также направляются пневмотраспортом на фасование. Температура теплоносителя на входе в сушилку 280-300 єС, газов на выходе из сушилки 85-95 єС. Распыленная дрожжевая суспензия высушивается в течение нескольких секунд. Дрожжи нагреваются до температуры не выше 95 єС, вследствие чего обеспечивается их высокое качество по содержанию усвояемого белка, витаминов, а также цвету и структуре.

При использовании распылительных сушилок повышается качество дрожжей и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда по сравнению с применением_вальцовых_сушилок.

12. Упаковка, транспортирование и временное хранение сухих кормовых дрожжей

Сухие кормовые дрожжи упаковывают в трёхслойные бумажные крафт-мешки по 20 и 30 кг. Мешки с дрожжами укладывают на поддоны и автопогрузчиком отвозят на склад, где поддоны располагают в три ряда по высоте. На 1 м² полезной площади склада размещаются 0,8 т дрожжей. Склад рассчитывают на 10 суток работы цеха. Относительная влажность воздуха на складе должна быть не выше 65 %. К потребителям мешки с дрожжами транспортируют в крытых вагонах и контейнерах или в автомашинах. Для бестарного хранения и транспортирования дрожжи гранулируют. В смеситель пресса подают сухие дрожжи и сухой насыщенный пар давлением 0,35 МПа, здесь они нагреваются до 76-78 єС в течение 1-2 мин. Влажность гранул на выходе из пресса 12 %. Гранулы охлаждают в охладительно-сортировочной установке до температуры 22-25 єС, при этом их влажность понижается до 10-11,5%. Хранилища для гранулированных дрожжей рассчитывают на двух-трёхсуточный запас. Используют железобетонные или металлические хранилища с транспортёрами для загрузки и выгрузки. Гранулированные дрожжи перевозят насыпью железнодорожным или автомобильным транспортом.

Технологическая схема сушки, гранулирования и хранения дрожжей приведена на рисунке 26. Дрожжевую суспензию из термолизатора направляют на распылительный диск сушилки 1; в топку 2 нагнетают воздух вентилятором 3 и загружают мазут. Газы сгорания и свежий воздух, подаваемый вентилятором 4 в газоход, поступают под распылительный диск. Основная масса дрожжей отбирается из нижней конусной части сушилки пневмотранспортом и направляется в бункер 5, некоторое количество дрожжей уносится вместе с отходящими газами в батарею циклов 6, из которых дрожжи подаются пневмотранспортом в бункер 5, а газы отсасываются вентилятором в атмосферу. Из бункера 5 порошкообразные дрожжи через шлюзовый затвор 7 поступают на автоматические весы 8, отсюда - в бункер 9 и далее через магнитный сепаратор 10 в пресс-гранулятор 11, в камеру смешения которого подаётся также пар. Гранулы направляют в охладительно-сортировочную установку 12, где они отделяются от мелких примесей и охлаждаются. Мелкие примеси возвращаются в бункер 5, а стандартные гранулы транспортёром 13 и элеватором 14 подаются в_бункер_15, взвешиваются на автоматических весах 16, ссыпаются в бункер 17 и_из него транспортёром 18 и элеватором 19 подаются в хранилище 20.

Из него гранулированные дрожжи транспортёром 21 и элеватором 22 подаются в бункер 23 и далее после взвешивания на автоматических весах 24 в бункер 25, затем в автомашины или железнодорожные вагоны. Нории и транспортёры могут быть заменены трубопроводами с пневматическим перемещением продукта.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сушеные кормовые дрожжи обладают высокой гигроскопичностью. При относительной влажности воздуха 84 % дрожжи быстро увлажняются до 22 %, а через 60 дней образуется плесень. Особенно гигроскопичны дрожжи с высоким содержанием золы. На кормовые дрожжи утверждён ГОСТ 20083-74, согласно которому предусмотрен выпуск их в гранулированном или порошкообразном виде. В зависимости от показателей качества дрожжи подразделяют на четыре группы: высшую, I, II и III.

Основные требования к кормовым дрожжам всех групп следующие: внешний вид - порошок, чешуйки или гранулы, цвет - от светло-жёлтого до коричневого, отсутствие постороннего запаха, влажность не более 10 %, содержание золы в дрожжах мелассно-спиртовых заводов до 14 % (в пересчёте на АСД), в дрожжах зернокартофельных заводов до 10 %. Диаметр гранул дрожжей 13 мм, длина гранул не более 26 мм, проход через сито с отверстиями диаметром 3 мм не более_5%.

В пересчёте на абсолютно сухое вещество сырого протеина должно содержаться не менее (%): в дрожжах высшей группы 56,0; I - 51,0; II - 46,0; III - 43,0.

Содержание металломагнитных примесей с размером частиц до 2 мм включительно должно быть не более 20 мг в 1 кг дрожжей высшей и I групп и не более 30 мг - в дрожжах II и III групп.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Забродский, А.Г. Производство кормовых дрожжей на мелас-сно-спиртовых заводах / А.Г. Забродский. - М.: Пищевая промышленность, 1972. - 367 с.

2. Мюллер, Г. Микробиология пищевых продуктов растительного происхождения / Г. Мюллер., П. Литц, Г. Мюнх; пер. с нем. Л.М. Калашниковой; под ред. д-ра биол. наук И.М. Грачевой. - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 344 с.