3.13. Технологічний комплекс виробництва хлібопекарських дріжджів

Дріжджове виробництво, виробництво пекарських дріжджів, засноване на розмноженні дріжджів в рідких живильних середовищах, що готуються з меляси (відходу при виготовленні цукру). Мелясу розбавляють водою (у співвідношенні 1:4), обробляють хлорним вапном для дезінфекції, підкисляють сірчаною кислотою, додають живильні солі, азот, що містять фосфор, нагрівають до кипіння і після осадження колоїдів (через 10—12 ч ) декантують (зливають з осаду) і фільтрують прозорий розчин. Дріжджі розмножуються в декілька стадій, причому в кожній подальшою кількість дріжджової маси збільшується у декілька разів. Дріжджі, накопичені в лабораторії розбавленням чистих культур на солодовому суслі, передаються в цех чистих культур, з якого дріжджова маса поступає в дріжджевирощувальний апарат для виробництва маткових дріжджів. Концентрацію живильних речовин в зброджуваному середовищі регулюють вступом сусла. Тривалість припливу мелассового сусла і живильних солей коливається від 7 до 10 годин . Через повітророзподільну систему, що встановлюється на дні дріжджевирощувального апарату, нагнітають повітря (від 60 до 80 м ³ /ч на 1 м ³ рідини залежно від стадії накопичення дріжджів). Для підтримки оптимальної температури середовища через змійовики, встановлені в апараті, пропускають холодну воду. Процес вирощування товарних дріжджів триває 12 годин . Дріжджі із збродженого сусла виділяють за допомогою сепараторів продуктивністю 12—20 м ³ /год. , отримуючи густе дріжджове молоко, яке розбавляють холодною водою і повторно сепарують. Волога з дріжджового концентрату віддаляється фільтрпрессами або вакуум-фільтрами. Пресовані дріжджі перемішують в машині тістомісилки до здобуття однорідної маси і розфасовують у формувальній машині в бруски по 50, 100 і 1000 г . Загорнуті в папір на автоматах пакети дріжджів укладають в ящики, потім охолоджують в холодильній камері до —2°С.

До складу меляси входять цукор (вуглеводи), нецукри і вода. Основною частиною вуглеводів меляси є сахароза, кількість якої коливається в межах 40-50% в окремих випадках 54-56%. Крім сахарози в мелясі міститься інвертний цукор та раффінозу. Інвертний цукор (суміш глюкози та фруктози) меляси частково надходить з буряка, де він міститься в кількості 0,1-0,2%. Зміст інвертного цукру значно збільшується в підгнивших та заморожених буряках. Значна частина інвертного цукру утворюється в результаті гідролітичного розщеплення цукру в процесі цукроваріння.

Продукти інверсії - глюкоза і фруктоза - знижують вміст сахарози і погіршують якість меляси, так як в процесі цукроваріння вони перетворюються в кислоти і барвники. Рафіноза знаходиться в буряках в кількості 0,01-0,03%. Вона стійка до високих температур і дії лугів при виробництві цукру, тому повністю переходить в мелясу і її зміст досягає іноді 2%. Рафіноза являє собою трісахариди, складається з галактози, фруктози і глюкози.

У дріжджовому виробництві вміст вуглеводів в мелясі враховують по сумі зброджується цукрів, яка являє собою загальну кількість сахарози, інвертного цукру і 1/3 рафінози.

Нецукри меляси складаються з органічних і неорганічних речовин. Неорганічні речовини містять вуглекислі, сірчанокислі, хлористі, азотнокислого і в малій кількості фосфорнокислі солі калію, натрію, кальцію, магнію, заліза, амонію.

Загальна кількість неорганічних речовин визначають за складом золи, яке коливається залежно від грунтових і кліматичних умов вирощування буряків.

При вирощуванні хлібопекарських дріжджів велике значення для накопичення біомаси має не тільки абсолютний вміст золи, але і співвідношення зольних речовин і цукрів. Так, у повноцінній мелясі на кожні 100 г вуглеводів має припадати не менше 15 г золи, або 8-10% по відношенню до мелясі.

До складу органічних нецукрів меляси входять азотовмісні і безазотисті сполуки. Азотовмісні речовини складаються з продуктів розпаду білків - амінокислот, амідів і амонійного азоту, засвоюваних дріжджами. Велика частина азоту є азотом бетаїну, який дріжджами не засвоюється.

Безазотисті речовини складаються з органічних кислот (щавлевої, янтарної, глутарової та ін), летких органічних кислот (оцтової, мурашиної, масляної, пропіонової), а також з карамелей - продуктів конденсації вуглеводів, що утворилися під впливом високих температур у процесі отримання цукру.

Вода в мелясі міститься у вільному і в зв'язаному стані в кількості близько 20%. Крім того, в мелясі маються ростові речовини - біотин, пантотенова кислота, інозит, аневрін, рибофлавін, піридоксин, нікотинова і фолієва кислоти і мікроелементи: кобальт (Со), бор (В), залізо (Ре), мед (Сu) марганець (Мn), молібден (Мо). цинк (Zn).

Велику роль у розвитку дріжджів грає реакція (рН) меляси і наявність в ній шкідливих домішок. Повноцінної меласою вважається меляса нейтральна, слаболужна (рН 7,1-8,5) і слабокисла (рН 6,3-6.9). Кисла меляса (рН нижче 6,5) не придатна для тривалого зберігання. Наявність великої кількості фарбувальних речовин в мелясі гальмує ріст дріжджів і погіршує їх якість.

Зміст в мелясі таких шкідливих домішок, як сірчистий ангідрид і летючі кислоти, в даний час не має настільки великого значення, як раніше, оскільки за останні роки меляси з підвищеним зміст сірчистого ангідриду практично зовсім не зустрічаються, а більша частина летких кислот знаходиться в мелясі в зв'язаному стані у вигляді солей, значно менш шкідливих для дріжджів.

Меляса, що поступає на дріжджові заводи, можна розділити, на три основні групи:

- меляса нормальна, відповідна встановленій нормі;

- неповноцінна меляса, що містить недостатню кількість речовин, необхідних для нормального росту дріжджів;

- дефектна меляса, змісту шкідливі домішки, які гальмують ріст дріжджів (леткі кислоти, сірчистий ангідрид, активні нітрітообразуючі бактерії), меляса з підвищеною кольоровістю.

Нормальна меляса переробляється в дріжджовому виробництві по прийнятим технологічним режимам без нормалізації складу, тобто в основному без додавання активаторів росту і калійного живлення.

Вплив складу меляси на накопичення біомаси та якість дріжджів

При вирощуванні дріжджів на мелясі важливо знати кількість в ній азоту, засвоюваного зростаючими клітинами кількість ростових і зольних речовин.

Азотисті речовини. Меляса, що містить недостатню кількість азотистих речовин, є неповноцінною сировиною для виробництва дріжджів критерієм оцінки придатності меляси для виробництва є зміст легкозасвоюваного азоту амінокислот. У мелясі міститься 17 амінокислот, при цьому переважають аспарагінова і глютамінова, що прискорюють ріст дріжджів.

Ростові речовини (біотин). Для нормального розвитку дріжджів обов'язково потрібна наявність в середовищі речовин, що стимулюють накопичення біомаси (Біотину, інозиту і пантотенової кислоти). Всі ці ростові речовини містяться у буряковій мелясі в наступних кількостях (мкг/кг): інозит 5770 000-8 000 000, пантотенова кислота 50 000-110 000, біотин 40-140. При цьому кількість інозиту і пантотенової кислоти зазвичай відповідає або трохи перевищує те кількість, яка необхідна для швидкого накопичення біомаси з високим виходом готової продукції на одиницю сировини. Зміст же біотину навіть в меляси. хорошої якості зазвичай не досягає необхідної норми (200-250 мкг/кг). Тому при оцінці придатності бурякової меляси зміст біотину є дуже важливим показником.

Зміст біотину в мелясі, що надходить на дріжджові заводи, коливається в широких межах - від 40-140 мкг/кг і в середньому становить 83 мкг/кг, при чому партії меляси з більш високим вмістом біотину (115-140 мкг/кг) зустрічаються рідко. Таким чином, за змістом біотину бурякова меляса не задовольняє вимогам сучасного дріжджового виробництва.

Дріжджі, вирощені на середовищах з недоліком біотину, володіють слабкою ферментною системою, і тому їхній ріст сповільнюється. Дріжджі, багаті біотином, підготовлені до швидкого розмноження, так як біотин полегшує засвоєння ними неорганічного азоту із середовища і цим сприяє утворенню білкових речовин в дріжджовий клітці. Такі дріжджі містять готові ферментні системи, активної групою яких є біотин.

Зольні речовини (калій). Нормалізація складу меляси в результаті додавання різних джерел біотину волає значне прискорення росту дріжджів. Однак при переробці деяких партій меляси спостерігається пониження стійкості готової продукції, що походить від недостатнього вмісту калію в мелясі. При цьому живлення порушується - в дріжджову клітину в процесі росту не надходять зольні елементи. А між тим в складі золи дріжджової клітини калію міститься 23-40%.

Калій може перебувати в мелясі не тільки у вільному, але й у зв'язаному стані, тому він не весь бере участь в обмінних реакціях при вирощуванні дріжджів.

Присутність іонів калію в мелясного середовищі вимагається для прояви активності багатьох ферментів, які беруть участь у окисно-відновних реакціях і беруть активну участь в процесі росту і розмноження дріжджів.

При сучасному двостадійному отриманні дріжджів на першій стадії їх вирощують в цеху ЧК по бесприточному режиму, на другий - у виробничому відділенні по повітряно-приточному способу.

Стадія єчк-1.

Відомо, що вирощування дріжджів на інфікованою культурі знижує економічний ефект використання сировини і якість готової продукції. Для очищення засіваються в дрожжерастільний апарат дріжджів від бактеріальної інфекції маткові дріжджі піддають кислотної обробці сірчаною і молочною кислотою. Кислотну обробку проводять в спеціальній ємності, забезпеченою мішалкою, куди поміщають 100 л дріжджового молока (50 кг дріжджів з 25% СВ) та при безперервній роботі мішалки додають або 0,6-1,0 л попередньо розведеної (1:4) концентрованої сірчаної кислоти (щільність 1,84). Щоб кислотна лазня становила 25-30%, або 2.5 л 40%-ної молочної кислоти. Середовище витримують протягом 40-60 хв при безперервному перемішуванні, після чого засівають в дріжджевирощувальний апарат, який попередньо був завантажений живильним середовищем.

В апарат місткістю 7,5 м 3 при завантаженні набирають близько 4 м 3 води і додають 600 кг стерильною меляси у вигляді розчину щільністю 35-40% СВ; 8.3 кг сірчанокислого амонію; 4.3 кг діамонійфосфат; 1,5 кг хлористого калію; 0,5 кг сірчанокислого магнію та 0,12 г дестіобіотіна. Вміст апарату добре перемішують, додають воду з таким розрахунком, щоб після засіву дріжджів початкова щільність культурального середовища склала 10% СВ, а обсяг 5,6 м 3 .

Процес вирощування ведуть при температурі 28-З0 Вє С, рН 4,5-5,0 і постійної аерації (30 м 3 /год на 1 м 3 середовища) до зброджування культурального середовища до щільності 3,0-3,5% СВ. В результаті отримують 230 кг дріжджів, які служать матеріалом другій стадії.

Стадія ЕЧКII.

Її проводять в апараті місткістю 30 або 50 м 3 при температурі 28-3О Вє С; рН середовища підтримують на рівні 4,5 і регулюють за допомогою розчину аміаку, що подається замість сірчанокислого амонію. Протягом всього процесу середу аерується повітрям.

Виділення та зберігання маткових дріжджів

Дріжджі ЧК по закінченні дозрівання направляють на сепарування. Виділення дріжджів проводять на окремих сепараторах по двоступеневою схемою. Отсепаріровани на першому сепараторі дріжджі безперервно без затримки передають па другому сепаратор для згущення. Холодну воду для промивання дріжджів подають в проміжний збірник після першого сепарування і на другий сепаратор. Промиті і пущені до концентрації 400-600 г/л дріжджі, звані; дріжджовим молоком, направляють в збірник, в якому вони зберігаються при температурі не вище 6 В° С.

Подальше згущування дріжджового молока виробляють в вакуум-фільтрах.

Дріжджі єчк зберігають звичайно в пресованому вигляді або у вигляді дріжджового молока (суспензії дріжджів у воді), а також у висушеному стані при оптимальній температурі 2-4 В° С.

Останнім часом метод зберігання дріжджів ЧК і єчк у вигляді дріжджового молока знайшов широке визнання в промисловості. Він є найбільш перспективним, оскільки дозволяє зберегти цінні для маткових дріжджів властивості - Генеративну активність і чистоту культури.

Генеративна активність маткових дріжджів, збережених у пресованому вигляді, стабільна лише протягом перших 10 діб, при подальшому зберіганні вона погіршується. Наприклад, якщо величина генеративної активності у вихідних маткових дріжджах становила 0.233, то через 10 діб зберігання в пресованому вигляді вона збільшилася до 0,237, а через 20 діб знизилася до 0,230 і через 30 добу - до 0,226. При зберіганні же дріжджів у вигляді дріжджового молока генеративна активність дріжджів протягом всього періоду. Величне поліпшується і через 10 діб збільшується до 0,238, через 20 сут-до 0,248 і через 30 добу - до 0,250.

При зберіганні маточних дріжджів у вигляді дріжджового молока зберігається краще також ферментативна активність і чистота культури, в то час як при зберіганні дріжджів у пресованому вигляді поряд з пониженням генеративної активності спостерігається і поступове наростання бактеріальної мікрофлори дріжджів, яка досягає іноді 50% (по співвідношенню колоній при висіві на чашки Петрі). Стороння мікрофлора в основному складається з молочнокислих бактерій і цвілевих грибів.

Показники якості дріжджів ЧК і єчк

Маткові дріжджі повинні являти собою чисту культуру сахароміцетів без домішки сторонніх дріжджових грибів і бактерій, особливо гнильних.

При мікрокопірованіі видно крупні округлі і овальні клітини рівномірної величини. При посіві їх на рідку середу, що містить оцтовокислий натрій, через 5 діб не повинна з'являтися плівка (ознака наявності несахароміцетів), а на твердих середовищах - не повинні з'являтися колонії дріжджоподібних грибів та бактерій.

Дріжджі ЧК повинні містити 1,3% фосфору і 2,5% азоту, а дріжджі єчк - 1.0% фосфору і 2,0% азоту і володіти високою генеративної активністю. Швидкість росту активних маткових дріжджів становить 0,200-0,350. Генеративна активність дріжджів ЧК залежить від способу їх культивування. Дріжджі дихального типу (аеробні, отримані по повітряно-приточному способу) володіють більш високою здатністю до розмноження і росту в порівнянні з дріжджами бродильного типу (анаеробними, отриманими при невеликій аерації середовища). При цьому формуються клітини, що містять різну кількість біотину, метахроматіна, РНК (рибонуклеїнової кислоти), ДНК (дезокенрібонуклеіновой кислоти), поліфосфатів та розрізняються по складу. Активні маткові дріжджі повинні мати такі показники:

- дріжджі ЧК - підйомна сила 35 - 40 хв, мальтазная активність 70 - 90 хв, осмочувствітельность не більше 20 хв,

- дріжджі єчк - підйомна сила 40-50 хв, мальтазная активність 70 - 100 хв, осмочувствітельность не більше 10 хв.

Стійкість хороших маткових дріжджів зазвичай перевищує 72 год

Крім того, дріжджі чистої і природно-чистої культури повин ні містити не менше 10% великих клітин, не більше 25% дрібних клітин, не більше 10% брунькуються клітин.

Схема отримання маткових дріжджів по режиму ВНІІХПом

Живильні середовища. Дріжджі чистою і природно чистої культури повинні володіти високою енергією розмноження, тому для їх вирощування використовують поживні середовища, багаті органічною азотом, ростовими та мінеральними речовинами і мікроелементами. До числа таких поживних середовищ відноситься солодове сусло, тому воно і є основою живильним середовищем, використовуваної для розмноження дріжджів в лабораторних стадіях. У лабораторії заводу дріжджі отримують у чотири стадії.

У перших трьох лабораторних стадіях дріжджі вирощують на вітамінізованої середовищі, яку готують таким чином. До 2000 мл солодового сусла з концентрацією 16 - 18% СВ додають 450 мл томатного або морквяного соку, 50 г глюкози, 50 г мальтози і 50 мл автолізату дріжджів (2%). Загальну концентрацію середовища доводять водою до I2-14% СВ, а рН до 4,8-5,0.

Замість солодового сусла для приготування живильного середовища можна використовувати солодовий екстракт. Томатний або морквяний сік можна замінити виноградним, однак при цьому глюкозу не додавати, так як в цьому соку вона міститься в достатній кількості для розмноження дріжджів.

Живильне середовище розливають у стерильний посуд: в чотири пробірки по 5 мл вітамінізованого сусла, в чотири маленькі колби - по 50 мл, в чотири великі колби-по 500 мл. Середовище стерилізують в автоклаві відповідно до загальних правил мікробіологічної техніки (0,05 МПа протягом 30 хв). Середу, яка не містить цукрів (наприклад, дріжджову воду), стерилізують при тиску 0,1 МПа протягом 60 хв.

Простерилізованих середу перевіряють на стерильність, для чого розміщують її в термостат при температурі 30сС на 72 ч. Її вважають стерильною і використовують для отримання ЧК в тому випадку, якщо вона за цей час не помутніє. Скляний посуд і фільтри стерилізують сухою парою в сушильній шафі при 160 С протягом 60 хв.

В останній лабораторної стадії дріжджі вирощують на змішаному середовищі. Для її приготування беруть 10 л солодового сусла або вітамінізованої середовища щільністю 12-14% СВ, додають 5 л розчину меляси, яка містить 30-32 СВ, 25 г діамонійфосфат та 5 л води. Середовище розливають по 7 л у дві колби. Карлсберга і стерилізують в автоклаві при 0.05 МПа протягом 6.0 хв.

У цеху чистих культур і у виробничій стадії дріжджі ЧК і єчк вирощують на розчині меляси з додаванням азотного і фосфорного живлення, ростових речовин і. мінеральних солей.

Вирощування дріжджів ЧК в лабораторних умовах. Розмноження чистої культури починають з чистої культури дріжджів, одержуваної в пробірках з ВНІПХПа, або з музейної культури дріжджового заводу. Дріжджі ЧК можна також отримувати з сушених дріжджів, що в даний час має місце на ряді вітчизняних заводів, що випускають сушені дріжджі.

Вирощування дріжджів в цеху ЧК. Здійснюють його в три наступні стадії - стадія малого інокулятора (МІН), стадія великого інокулятора (БІН), стадія ЧК-1. Обсяги цих апаратів від стадії до стадії збільшуються, зростає і кількість дріжджової маси.

Всі стадії цеху ЧК є беспріточнимі, тобто всі поживні речовини і воду подають на початку процесу вирощування (при завантаженні).

Вирощування дріжджів ЧК у виробництві (стадія ЧК-II). На відміну від попередніх стадій у виробництві дріжджі вирощують по повітряно-приточному способу. Основні поживні речовини (розчин меляси, азот, фосфор солі) і воду в апарат подають безперервно, а ростові і мінеральні речовини (хлористий калій, сірчанокислий магній тощо) - під час завантаження апарату. Ця стадія зазвичай проходить в апараті загальним обсягом 30 або 50 м3. Активну кислотність (рН) регулюють за допомогою розчину аміаку, що подається натомість сірчанокислого амонію в рівноцінному по азоту кількості, підтримуючи її в межах 4,5-5,0.

Отримання дріжджів. Дріжджі чистої культури служать засевной матеріалом для вирощування дріжджів природно-чистої культури.

Раніше дріжджі отримували в три стадії, з яких дві перші вели по бесприточному режиму, а останню - з повітряно-приточному. В даний час рекомендований більш перспективний спосіб отримання дріжджів єчк у дві стадії. Цей спосіб має ряд переваг в порівнянні з колишнім. При цьому способі скорочується тривалість циклу, знижується ймовірність інфікування культури, скорочується кількість робочих, вивільняються ємності, поліпшується якість культури (її ферментативна і генеративна активність, а також стійкість до зберігання).

При сучасному двохстадійному отриманні дріжджів на першій стадії їх вирощують в цеху ЧК по беспріточному режиму, на другий - у виробничому відділенні з повітряно-приточному способу.

Стадія єчк-1. Відомо, що вирощування дріжджів на інфікованій культурі знижує економічний ефект використання сировини і якість готової продукції. Для очищення засіваються в дрожжерастільний апарат дріжджів від бактеріальної інфекції маткові дріжджі піддають кислотної обробці сірчаною плі молочною кислотою. Кислотну • обробку роблять у спеціальній ємності, забезпеченою мішалкою, куди поміщають 100 л дріжджового молока (50 кг дріжджів з 25% СВ) і при безперервній роботі мішалки додають або 0,6-1,0 л попередньо розведеною (1:4) концентрованої сірчаної кислоти (щільність 1,84). щоб кислотна лазня становила 25-30%, або 2.5 л 40%-ної молочної кислоти. Середу витримують протягом 40-60 хв при безперервному перемішуванні, після чого засівають в дрожжерастільний апарат, який попередньо був завантажений живильним середовищем.

У апарат місткістю 7,5 м3 при завантаженні набирають близько 4 м3 води і додають 600 кг стерильною меляси у вигляді розчину щільністю 35-40% СВ; 8.3 кг сірчанокислого амонію; 4.3 кг діамонійфосфат; 1,5 кг хлористого калію; 0,5 кг сірчанокислого магнію і 0,12 г дестіобіотіна. Вміст апарату добре перемішують, додають воду з таким розрахунком, щоб після засіву дріжджів початкова щільність культурального середовища склала 10% СВ, а обсяг 5,6 м3.

Процес вирощування ведуть при температурі 28-З0єС, рН 4,5-5,0 і постійної аерації (30 м3 / год на 1 м3 середовища) до зброджування культуральної середовища до щільності 3,0-3,5% СВ. У результаті отримують 230 кг дріжджів, які служать засевной матеріалом другої стадії.

Стадія ЕЧКII. Її проводять в апараті місткістю 30 або 50 м3 при температурі 28-3ОєС; рН середовища підтримують на рівні 4,5 і регулюють за допомогою розчину аміаку, що подається замість сірчанокислого амонію. Протягом всього процесу середу аерують повітрям.