Культивування дріжджів у виробництві спирту із меляси

РОЗМНОЖЕННЯ ЧИСТОЇ КУЛЬТУРИ ДРІЖДЖІВ

Дріжджі розмножують із чистої культури, яку одержують у пробірках із науко­во-дослідних інститутів і лабораторій. Взимку чисту культуру готують на суслі-желатині, влітку - на суслі-агарі.

Разом із чистою культурою завод одержує запаяну ампулу із стерильним сус­лом, яким змивають дріжджі із поверхні сусло-агару після витримки пробірки із чистою культурою при температурі 30° С протягом 2-3 год.

Чисту культуру дріжджів на спиртових заводах, які виробляють спирт без ви­ділення хлібопекарських дріжджів, розмножують за такою схемою:

У лабораторних умовах дріжджі з пробірки розмножують на стерильному су­слі до об'єму 3 л, дотримуючись мікробіологічної чистоти. Потім їх пересівають у чотири трилітрові бутлі: із одного дріжджі вносять в апарат чистої культури (АЧК-1) для подальшого розмноження, а три зберігають при температурі від +2 до - 4° С для подальшої заміни дріжджів. Коли у холодильній камері залишається останній бутель, із нього знову дріжджі пересівають у чотири бутлі. Так розмножують дріж­джі протягом місяця. Чисту культуру дріжджів з пробірки розводять один раз на місяць.

Технологічний режим розмноження чистої культури дріжджів на спиртових заводах, які переробляють мелясу по однопотоковій схемі, приведений у табл.8.2.

Для розмноження чистої культури дріжджів у пробірках застосовують не під­кислене сусло з подрібненого сухого ячмінного солоду. Для розмноження чистої культури у другій - четвертій стадіях використовують мелясне сусло із додаванням

150

перед стерилізацією 10% по об'єму солодового сусла; у п'ятій - сьомій стадіях -мелясне сусло із додаванням фосфорного та азотного живлення (ортофосфорної кислоти і карбаміду).

Сусло готують на воді, яка відповідає вимогам до питної. Після стерилізації у спеціальних апаратах при температурі 95-100° С протягом 1 год його охолоджують до 30° С. Під час охолодження сусла попереджують проникнення сторонніх мікро­організмів: відводи повітря із АЧК-1 та АЧК-2 закривають біофільтрами.

АЧК-2 після введення в нього дріжджів із АЧК-1 наповнюють стерильним ме­лясним суслом у три прийоми (трьома "підмолодками"), бо кількість дріжджів, які вводять, складає тільки 2-2,5% корисного об'єму АЧК-2. Об'єм першої "підмолод-ки" складає 50, другої - ЗО, третьої - 20% корисного об'єму АЧК-2. Розмноження в апаратах чистої культури проводять так, щоб до моменту передачі дріжджів у на­ступний апарат концентрація спирту в середовищі не перевищувала 2,5-Зоб.%, тобто видима концентрація сухих речовин бражки зменшилася на 4,5-5%.

Із АЧК-2 передають 80% дріжджів у АЧК-3, де поступово розводять дріжджі протягом 2 діб доливом стерильного мелясного сусла трьома "підмолодками", так як в першому АЧК-2. При відсутності другого АЧК-2 дріжджі (20%) залишають у пер­шому АЧК-2, куди додають "підмолодки".

Через 2-3 доби після включення дріджджогенераторів у роботу дріжджі замі­нюють розмноженням чистої культур в АЧК-3, куди передають дріжджі з другого АЧК-2. Для наступного обміну дріжджів розмноження починають із АЧК-1, куди додають дріжджі із бутлів, які зберігають у холодильнику. Якщо є цех хлібопекар­ських дріжджів, то проводять 10-12 обмінів дріжджів у бродильній батареї, а без таких цехів - 3-4 рази на місяць. Апарати чистої культури виготовляють із нержаві­ючої сталі або алюмінію.

Типова апаратно-технологічна установка для розмноження чистої культури дріжджів (рис.8.3) включає в себе один стерилізатор місткістю 1000 л та дві само­стійні лінії апаратів місткістю 20, 1000 і 5000 л, що дозволяє зброджувати мелясу двоступеневим способом з використанням двох рас дріжджів.

Усі апарати мають аератори, теплообмінники, повітропровідники із біофільт­рами, люки для очищення, трубопроводи для подачі середовища із одного апарата в інший за допомогою стисненого повітря, показники рівня, дистанційні самопи-шучі термометри.

Розмноження дріжджів за однопотоковою схемою проводять таким чином. В АЧК-1 набирають біля 15 л стерильного сусла Із стерилізатора, повторно його сте­рилізують закритим обігрівом, охолоджують до 30° С і вводять у полум'ї факела засівні дріжджі із трьохлітрового бутля. Через 24 год бродильне середовище з дрі­жджами по стерильному трубопроводу спускають в АЧК-2, куди попередньо наби­рають стерильне сусло (1/3 об'єму). Дріжджі в цьому апараті розмножують при інтенсивному безперервному аеруванні стерильним повітрям. Наповнюють АЧК-2 стерильним суслом у три прийоми (трьома "підмолодками"); через 24, 12 і 8 год.

Сусло, яке зброджується, із дріжджами передавлюють стерильним стисненим повітрям в АЧК-3, який попередньо заповнений стерильним суслом. Розмноження

Рис.8.3 Типова апаратурно-технологічна схема установки для розмноження

чистої культури дріжджів:

1 - ресивер; 2 - малий апарат чистої культури; 3 - середній апарат чистої культу­ри; 4 - стерилізатор; 5 - повітряний фільтр; 6 - великий апарат чистої культури

дріжджів триває приблизно 18 год при інтенсивному аеруванні, після чого зброджу-вальне середовище спрямовують у дріжджогенератор, попередньо заповнений на 1/3-1/2 суслом. У подальшому сусло в перший дріжджогенератор подають у 2-3 прийо­ми. Дріжджі до повного об'єму першого дріжджогенератора накопичуються протя­гом 6-8 год при безперервному аеруванні. У зброджувальному середовищі повинно бути 120-150 млн/мл (12-16 г/л) дріжджових клітин і 2-3 об.% спирту. У подальшому половину вмісту першого дріжджогенератора перепускають по нижній комунікації у другий, попередньо простерилізований дріжджогенератор, і накопичення дріжджів здійснюють при безперервному притоці сусла й аеруванні середовища.

Після наповнення перших двох дріжджогенераторів протягом 5-6 год збро-джувальне середовище із них по нижній комунікації спрямовують у третій дріж­джогенератор і вирощують дріжджі 4-5 год при безперервному притоці сусла у трьох дріжджогенераторах і т.д. Усі дріжджогенератори заповнюють новим суслом із дрі-. жджами за 18-20 год. Замінюють дріжджі в дріжджогенераторах через 48-72 год. Вирощування дріжджів у відділенні чистої культури триває 80-90 год.

153

РОЗМНОЖЕННЯ ВИРОБНИЧИХ ДРІЖДЖІВ

В анаеробних умовах на мелясному суслі дріжджі розвиваються повільно, тому їх вирощують при слабому аеруванні. Дріжджогенерування проводять у безперер­вному потоці при перемішуванні сусла. Свіже сусло поступає в дріжджогенератор, і зброджуване сусло із дріжджами виводиться із нього із однаковою швидкістю при постійному об'ємі, У таких умовах встановлюється динамічна рівновага між шви­дкістю розбавлення і швидкістю розмноження дріжджів. Підтримувати рівність

(питома швидкість розмноження дріжджів дорівнює швидкості розбавлення сусла, яке зброджується) можна зміною швидкості притоку сусла, інтенсивністю аерування (швидкість насичення киснем) та інтенсивністю перемішування. Темпе­ратуру підтримують постійною - 28±1° С.

УкрНДІСП разом із колективом Андрушівського спиртового комбінату розро­бив апаратурно-технологічну схему розмноження виробничих дріжджів (рис.8.4).

Вона включає 4-6 дріжджогенераторів із пневмоциркуляційними аераторами. Така кількість дріжджогенераторів дозволяє по черзі виключати їх для стерилізації без значного скорочення розрахункового об'єму виробничих дріжджів. Для безпе­рервного відводу виробничих дріжджів із дріжджогенераторів встановлені лійки 1, з'єднані із похилим колектором 3. Сусло для дріжджів вводять у дріжджогенерато-ри з діаметрально протилежної сторони від місця розміщення лійки. Трубопровід для сусла проходить через кришку і закінчується над рівнем рідини, що зменшує ймовірність проскакування сусла з виробничими дріжджами. Притік сусла контро­люють за допомогою щілинного розходоміру 2.

Рис. 8.4 Апаратурно-технологічна схема розмноження вирооничих дріжджів

Повітря надходить по центральному трубопроводу 5 і виходить із розподілю­вача повітря 6. Газорідинна суміш по внутрішньому циліндру 4 спрямовується вверх, а потім по міжкільцевому простору - вниз, спричиняючи інтенсивну циркуляцію зброджувального середовища у вертикальному напряму.

154

Способи культивування дріжджів

Діоксид вуглецю і повітря із верхньої частини дріжджогенєраторів відводить­ся по трубопроводу в піно- і спиртовловлговач. Усі дріжджогенератори з'єднані па­ралельно в батарею загальним колектором для відводу виробничих дріжджів із дрі-жджогеиераторів, загальною нижньою спускною комунікацією, загальною повІт-ровідводною лінією та комунікацією для підводу сусла. При дуже бурхливому пі-ненні піну в дріжджогенераторах гасять олеїновою кислотою, соапстоком або ме­ханічними піногасниками.

Загальна місткість всіх дріжджогенєраторів у залежності від направленості виробництва складає 20-35% від сумарної місткості дріжджогенєраторів і бродиль­них апаратів і повинна дорівнювати 20-25% у випадку виробництва тільки спирту і 30-35% - при виробництві поряд із спиртом хлібопекарських дріжджів.

Корисний об'єм дріжджогенератора (м³):

де V_c - об'єм сусла, яке поступає у дріжджогенератор, м³/год; D - швидкість розбавлення зброджувального середовища,

Питома швидкість розмноження дріжджів залежить від багатьох факторів -складу сировини, інтенсивності масообміну, наявності інгібіторів і стимуляторів росту, фізіологічного стану дріжджів та інших, тому сумарний корисний об'єм усіх дріжджогенєраторів розраховують на несприятливі умови. У випадку високої якос­ті меляси один із дріжджогенєраторів може бути виключений, а швидкість розбав­лення середовища збільшена до 0,27-0,30

Інтенсивне дріжджогенерування - важливий фактор для забезпечення мікро­біологічної чистоти бродіння, збільшення концентрації біомаси дріжджів та їх яко­сті. Висока концентрація дріжджів сприяє прискоренню бродіння та більш повно­му зброджуванню цукрів.

Відомо, що в умовах аеробіозу із зниженням концентрації розчиненого в сере­довищі кисню до яку вважають критичною, розмноження дріжджів зна­чно зменшується. Швидкість використання розчиненого кисню дріжджами, отже і швидкість розмноження їх, не залежить від концентрації розчиненого кисню, якщо вона вища критичної.

Концентрація розчиненого кисню у мелясному суслі в дріжджогенераторах до­рівнює 2-4% від повного насичення, тобто 0,1-0,2 мг О₂/л. У таких умовах помірно розмножуються дріжджі і проходить спиртове бродіння і швидкість розчинення кисню значно менша швидкості його засвоєння дріжджами. Кількість кисню, засвоєного дріжджами (м³/год):

'де - витрати повітря на аерування, м³/год; К_п і К_г - вміст кисню відповідно в повітрі і газах, що виходять з апаратів після поглинання з них О₂, частки одиниці. Приріст дріжджів під час дріжджогенерування (кг/м³)

155

де V_c- швидкість потоку сусла, м³/год; х - концентрація дріжджів у зброджуваль-ному середовищі, кг/м .

При інтенсивності аерування сусла в дріжджогенераторах із барботажним роз­поділенням повітря 1,9-6,6 м³/ (м³/год) кількість кисню повітря, який засвоюється, змінюється мало і складає в середньому 3,12%. Споживання кисню на 1кг прирос­ту сухих речовин дріжджів змінюється від 23 до 83 г і залежить головним чином від інтенсивності аерування. При інтенсивності аерування від 2,25 до 3,5 м³/ (м³/год) дріжджі споживають у середньому 39 г/кг кисню, при інтенсивності 3,8-5,3 м³/ (м³/ год) - 62г/кг. Із 1 м³ повітря, необхідного для аерування 1 м³ середовища в дрІжджо­генераторах за 1 год, на приріст 1 кг дріжджів витрачається 13,3 г кисню (результа­ти промислових досліджень В.О. Маринченка і співавторів).

Коефіцієнт швидкості використання дріжджами кисню, віднесений до 1 м³/ (м³/год) повітря, складає 2-4 г кисню на 1 кг сухих речовин дріжджів за год, а при­ріст дріжджів 75%-ної вологості в розрахунку на 1 м³ корисного об'єму дріжджоге-нераторів - 2,0-2,5 кг/ (м³/год).

Коефіцієнт корисної дії барботажного повітря розподілення в порівнянні із іншими його видами найнижчий (3-5%). Якщо використовують більш досконалі аеруючі пристрої, то кількість кисню повітря, що засвоюється дріжджами, досягає 20%, а інколи значно більше.

Найбільш обмежуючий фактор при передачі кисню - його мала розчинність у поживному середовищі. При повному насиченні води при 30° С у ній міститься 7,63 мг О₂/л. Розчинність кисню зменшується з підвищенням у поживному середо­вищі концентрації сухих речовин, рН і температури. У виробничих дріжджах, які знаходяться в дрІжджогенераторах, при повному насиченні його киснем розчиня­ється біля 5 мг О₂/л. Із збільшенням швидкості розбавлення середовища в дріж­джогенераторах зменшується середній вік дріжджових клітин і збільшується їх фі­зіологічна активність. За одиницю віку дріжджових клітин беруть час, протягом якого кількість клітин подвоюється.

Конструкція дрІжджогенераторів повинна відповідати таким основним вимо­гам: забезпечувати високу швидкість масообміну, що досягається інтенсивним пе­ремішуванням зброджувального середовища по всьому об'єму, тонким диспергу­ванням повітря і безперервним гасінням або видаленням піни; передбачати герме­тичність апарата, мінімальне число в ньому внутрішніх пристроїв простої констру­кції для попередження інфікування сусла сторонніми мікроорганізмами і доступ­ність для механізованого миття та дезинфекції. Таким вимогам відповідає констру­кція дріжджогенератора УкНДіСП.

Звичайно дріжджогенератор має форму циліндра з конусним днищем і криш­кою. У середині його знаходиться пристрій для розподілу повітря, направляючий циліндр та змійовик із поверхнею охолодження 0,25 м² на 1 м³ сусла, або, що кра­ще, охолоджувальна оболонка.

Питома продуктивність дріжджогенератора (кількість біомаси дріжджів у кі­лограмах із корисного об'єму за 1 год)

156

де V_c- швидкість потоку сусла в дріжджогенератор, м³/год;

х - концентрація біомаси дріжджів у виробничих дріжджах, кг/м³; Уд- корисний об'єм дріжджогенератора, м³. У зв'язку з тим, що то

Питома продуктивність дріжджогенератора із пиевмоциркуляційним аерато­ром складає 3,1 кг/(м³тод). У дріжджогенераторах із трубчастими аераторами пи­тома швидкість розмноження дріжджів 0,15-0,16 а із пневмоциркуляційними - 0,25-0,27 і більше. Таким чином, об'єм дріжджогенератор і в із ефективними аеруючими пристроями може бути значно зменшений.

Витрати повітря на 1 м³ середовища у дріжджогенераторах з використанням конкретного аеруючого пристрою з урахуванням коефіцієнта використання кисню повітря і витрат розчинного кисню на 1 кг приросту абсолютно сухих дріжджів (АСД) [м³ /

де х - концентрація АСД в суслі, г/л;

- питома швидкість розмноження дріжджів,

Q_K - витрати розчиненого кисню на 1 кг приросту АСД, г (у залежності від умов дріжджогенерування змінюється від 30 до 100 г);

К - коефіцієнт використання кисню повітря, %;

0₂ - вміст кисню в повітрі, об. %.

Тиск повітря, який забезпечує нормальні умови аерування (кПа).

де К_с- коефіцієнт, який враховує опір повітропроводів, звичайно дорівнює!,2; Н -висота стовпа сусла, м; - концентрація сухих речовин сусла кг/м³; р₀ - тиск над суслом у дріжджогенератор і, кПа.

Для подачі повітря у дріжджогенератори використовують повітродувки ВК-1, ВК-12; ВК-24. Турбоповітродувки ТВ-50 застосовують тільки на спиртових заводах великої потужності. У них повітря підігрівається до 50-60° С І його потрібно охоло­джувати.

Навіть при незначній зміні опору в одному з дріжджогенераторів (зміна рівня середовища та ін.) кількість повітря, яке поступає із загального повітропроводу у різні дріжджогенератори, може змінитися в декілька разів, що порушить режим дріжджогенерування. Загальні витрати повітря і витрати його на кожний дріжджо­генератор необхідно вимірювати і підтримувати постійними. Для вимірювання вста­новлюють ротаційні лічильники РГ-400, РГ-600, РГ-1000 або витратоміри типу дифманометрів.

Технологічні показники сусла для дріжджів і виробничих дріжджів наведені в табл. 8.З. Концентрацію сухих речовин сусла регулюють ручним способом або з використанням автоматичного рефрактометра у комплексі з вторинним на базі при­ладу ЗПІД, впливаючи на подачу холодної води у змішувач.

157

У виробничих дріжджах визначають видиму концентрацію сухих речовин та кислотність через кожні 2 год, вміст спирту та біомасу дріжджів - один раз на змі­ну. Концентрація біомаси повинна бути 12-15 г/л в однопродуктовому виробництві спирту, а у випадку виділення хлібопекарських дріжджів - 16-18 г/л. Температуру виробничих дріжджів контролюють і регулюють автоматично з використанням ба-гатоточкових мостів та блоків реле.

Таблиця 8.3 Характеристика сусла для дріжджів і виробничих дріжджів

Показник	Одно-(І) або д во потоков а (2) схема	Підроблена меляса	Сусло для дріжджів	Виробничі дріжджі
Концентрація СР,%	1 2	70-75 70-75	20-23 8-12	15-17 5,5-6,5
Кислотність, град	1 2	1,6-2,4 3,5-4,5	0,4-0,5 0,9-1	0,4-0,5 0,9-1
РН	1 2	3,5-4 2,5	5,0-5,2 4,0-4,5	5,0-5,2 4,0-4,5
Вміст спирту, об.%	1 2	-	-	2-3,5
Температура, °С	1 2	_	24-25 24-25	28-30 28-30

Показниками температури є термометри опору; вторинними приладами для контролю та регулювання температури - електронні мости типу ЗМП-209. Вторин­ні прилади через блоки реле й електродвигунові виконуючі механізми типу ДР ке­рують роботою регулюючих органів подачі холодної води у теплообмінники.

Контрольні питання та завдання

1. Сутність періодичного культивування дріжджів на суслі із зерна.

1. Розмноження чистої культури дріжджів на мелясному суслі, апаратурно- технологічна схема.

2. Розмноження виробничих дріжджів на мелясному суслі, апаратурне оформ­ лення, вимоги до дріжджогенераторів.

2. Теоретичні основи безперервного дріжджогенерування.

158