книги из ГПНТБ / Логинова Л.Г. Физиология экспериментально полученных термофильных дрожжей

сбраживание сахара наблюдались как при осахаривании поверх­ ностными, так и глубинными культурами этого гриба (табл. 44, рис. 24, а).

Вместе с повышением выхода спирта происходит увеличе­ ние количества несброженного сахара в культуральной жидко­ сти, где брожение велось при повышенной температуре. Этот факт указывает на растворимость и возможный гидролиз таких веществ, которые не дают редуцирующих и сбраживае­ мых сахаров. Об этом можно судить по показателям отбро-

да. Повышенное количество, сухих веществ в бражке в конце брожения, вероятно, зависит от более полного растворения составных частей зерна при более высокой температуре сбражи­ вания.

Некоторое понижение концентрации заторов и содержания по окончании брожения спирта при осахаривании глубинной культурой объясняется большим разбавлением заторов. Так,

для осахаривания вносилось 50 мл культуры гриба, не содержа­ щей большого количества сахара.]

Значительный эффект по всем показателям брожения был

получен с термофильными дрожжами в тех случаях, когда пер­ вые сутки температура поддерживалась на уровне 30°, а про­ цесс дображивания проводился при 38—39° (табл. 44). При этом количество несброженного сахара в бражке было ниже, а количество накопленного спирта — выше. В данном случае положительный, эффект такого температурного режима броже­ ния объяснялся скорее всего более полной сохранностью амило­ литических ферментов гриба. При этом размножение термофиль­ ных дрожжей в условиях брожения при повышенной темпера­ туре протекало вполне нормально и количество дрожжевых клеток в 1 мл сброженного материала не бывало пониженным.

Сбраживание заторов, осахаренных грибом Rhizopus delemar

Сбраживание термофильными дрожжами заторов, осаха­

при повышенной температуре заканчивался, как правило, быстрее на 12 и даже 24 часа. Количество спирта и остаточного

сахара при брожении термофильных дрожжей было одинаково с контролем, но содержание сухих веществ, определяемое по Баллингу, был повышенным. Как мы уже указывали, это за­ висит от более полного растворения и гидролиза составных ча­ стей зерна.]

159

Таблица 45

Сбраживание ржаного затора, осахаренного культурой гриба llhixopus delemar

Первые сутки при 30°, затем двое суток при 38*.

При осахаривании глубинной культурой этого гриба (на отваре отрубей: табл. 45, опыт 5) также получены нормальные

показатели.

В одном из опытов было проведено комбинированное осаха­ ривание смесью солода и мицелия гриба Rhizopus (табл. 45,

опыт 4, рис. 24, в). Полученные результаты подтвердили, со своей стороны, возможность замены одной трети солода культурой гриба, причем расход солода можно сократить вдвое и получить нормальные выходы спирта. Еще одно существенное обстоя­ тельство было впервые отмечено в наших опытах: наряду с полу­ чением высокого выхода спирта зрелые бражки (заторы после брожения) бывают очень вязкими. Более вязкая консистенция материала сопровождается обычно почти полным отсутствием

несброженного сахара, определяемого без гидролиза (табл. 45,

опыт 2, 3 и 5); это никогда не наблюдается при осахаривании

заторов солодом и культурами грибов из рода Aspergillus.

Изучение причин, вызывающих получение зрелых бражек с вы­

сокой вязкостью, продолжается. Подобное явление, как уже уста­ новлено, объясняется различием ферментных систем у плесне­ вых грибов.

Положительные результаты применения термофильных дрож­ жей для сбраживания заторов, осахаренных культурами гриба

из рода Rhizopus, указывают на большую устойчивость амило­

литических ферментов его к повышенной температуре по срав­ нению с амилолитическими ферментами Asp. oryzae.

Таким образом, все проведенные опыты подтвердили воз­ можность применения термофильных дрожжей для сбражива­ ния крахмалистых заторов при повышенной температуре. При этом хорошо осахаренные заторы сбраживались полностью и давали такие же выходы спирта, как и в контрольных сосу­ дах, где брожение происходило с обычно применяемой культу­ рой дрожжей при температуре 30°. Пригодность термофильных дрожжей в полной мере зависит от устойчивости к температуре тех амилолитических ферментов, которыми производилось оса­ харивание. Ферменты грибов Asp. niger, Rh. delemar и ячменного

солода не понижали своей активности при температуе 38—39°.

Неудовлетворительные результаты сбраживания заторов, оса­ харенных Asp. oryzae, целиком зависели от неустойчивости к тем­ пературе амилазы данного организма. При осахаривании затора грибом Rh. delemar термофильные дрожжи заканчивали бро­ жение в более короткий срок, чем при осахаривании Asp. niger, что также зависит от свойств амилолитических ферментов этого гриба.

Полузаводскпе опыты по сбраживанию древесных гидролизатов термофильными дрожжами

В процессе изучения свойств термофильной расы дрожжей приходилось испытывать различные среды для ее культивиро­

вания. В частности, в связи с перспективами использования в спиртовой промышленности при сбраживании и непищевого сырья — древесных гидролизатов — было интересно попытать­

ся ее предварительно адаптировать к этому субстрату. Как из­

вестно, древесный гидролизат содержит сахар (4—5%) и не­ большие примеси различных ядовитых веществ (фурфурола,

муравьиной кислоты, формальдегида, скипидара и др.). По

литературе известно, что многие дрожжи способны адаптиро­

(Torula utilis, Candida albicans, Mycotorula lipolytica, Hansenula anomala, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces ellipsoideus и др.). Их удалось все в той или иной степени адаптиро­ вать к данной среде. Так, например, дрожжи Sacch. cerevi­ siae при первом пересеве использовали сахар на 50%, при 15-м пересеве уже усваивали сахар на 83%. Также заметно

повысился и урожай дрожжей.

Факт приспособления различных микроорганизмов, в том числе и дрожжей, к самым разнообразным ядовитым веществам широко известен (см. обзор литературы, стр. 44 и 53).

Небезынтересно было испытать нашу экспериментальную

термофильную расу дрожжей при сбраживании древесных гид­

ролизатов. Использование термофильной расы в гидролизной промышленности могло бы иметь большое значение. С одной стороны, это дало бы возможность интенсифицировать процесс

брожения, с другой — способствовало бы значительному сниже­ нию расхода воды, необходимой для охлаждения сусла.

Нами был взят термофильный вариант, который на протя­

жении шести лет поддерживался в жидком солодовом сусле

7° Бал. при температуре 40°. Проведенные лабораторные опыты по сбраживанию древесных гидролизатов этим термофильным штаммом дрожжей позволили разработать прием подготовки культуры к брожению на такой среде. Необходимо’ в течение двух недель проводить адаптацию. После этого термофильная раса дрожжей при температуре 40° давала такой же выход спирта, как и заводская раса гидролизного завода при 30°.

Впоследствии культура поддерживалась в течение шести месяцев в жидком гидролизованном сусле в колбах Эрленмей-

ера с 50 мл среды. Пересевы проводились ежедневно. Содержа­

ние редуцирующих веществ в сусле колебалось от 2,8до3,0%,

162

величина pH была равна 5,0—5,15. При поддержании культу­ ры постоянно добавлялось небольшое количество дрожжевого автолизата. Посевного материала вносилось в среду с таким расчетом, чтобы в 1 мл ее содержалось 6 млн. клеток.

пытанию термофильной расы дрожжей на полупроизводствен-

ной установке.

Полузаводские опыты. Накопление культуры в лабораторных условиях. Ис­ пытания были проведены на полузаводской установке одного

из гидролизных заводов. Вначале было проведено накопление

культуры в лабораторных условиях.

Двухсуточная культура термофильных дрожжей смывалась с косого сусло-агара в 100 мл жидкого солодового сусла 7° Бал. Спустя 24 часа брожения при температуре 39—40° весь объем культуральной жидкости переводился на аналогичную среду большего объема (300 мл).

Последующие пересевы велись на древесном гидролизате» Вначале добавлялось небольшое количество солодового сусла (20—10%), а затем, вместо сусла,—экстракт из солодовых рост­

ков. Пересевы дрожжей производились при остатке несброжен-

ного сахара в среде 1—1,1%.

В целях накопить больше дрожжей объем среды при пере­ севах дальше последовательно увеличивался. Для более быст­

рого накопления массы дрожжей в последних пассажах приме­ нялось слабое продувание культуральной жидкости воздухом.

Таким способом была накоплена биомасса дрожжей в количе» стве 50 г.

Дальнейшее размножение культуры проводилось уже в дрож­ жевых аппаратах рабочей емкостью 200 л.

Испытание культуры. Сбраживание древесных гидролизатов в заводских условиях проводилось по схеме не­ прерывного брожения. Этот способ давал возможность много­ кратно испытывать одни и те же дрожжи при брожении.

Нам не удалось, к сожалению, полностью осуществить схе­ му заводского брожения из-за отсутствия соответствующей ап­ паратуры. Опыты были проведены методом периодического

брожения с последующей сепарацией бражки и методом непре­ рывного брожения, несколько отличным от заводской схемы.

Опыты сбраживания, проведенные по методу периодического брожения. Сбра­ живание древесных гидролизатов проводилось в чанах рабочей

емкостью 1 —1,5 м3. Температура опыта была 38—39°. Произ­

11* 163

соответствовало 25—50 млн. дрожжевых клеток в 1 мл среды. При такой высокой концентрации клеток брожение проходило за 10—12 час.

По окончании брожения дрожжи отделялись от бражки при помощи сепаратора и опять вводились в свежее сусло для повторного брожения. При таком способе их ведения они были испытаны при брожении многократно.

В качестве контроля служили лабораторные опыты по срав­ нительному сбраживанию гидролизного сусла как термофиль­ ными, так и заводскими дрожжами при установленных темпе­ ратурах брожения. Кроме этого, для сравнения были исполь­ зованы средние заводские показатели по брожению.

Метод непрерывного брожения с применением повторной сепарации давал возможность оценить бродильную способ­ ность термофильных дрожжей. Однако трудно было, пользуясь этим приемом, разрешить вопрос о возможности многократного

использования их, так как в конце брожения и при сепарации клетки находились в условиях голодания (2—3 часа) и это от­

ражалось на их физиологическом состоянии после ряда оборо­

тов брожения. Было проведено 17 оборотов методом периоди­ ческого брожения при температуре опыта 38°.

Таблица 46

Заводские показатели по брожению*

* Таблица составлена по схеме, принятой на заводе. РВ — редуцирующие веще­ ства (сбраживаемый сахар).

164

Таблица 47

Сбраживание древесного гидролизата термофильными дрожжами при температуре 38° (периодическое брожение _с последующей сепарацией бражки) *

*Таблица составлена по схеме, принятой на заводе.

Втабл. 46 и 47 приведены цифровые данные, полученные по опытам многократного брожения при использовании одних и тех же дрожжей.

Как показали результаты, выход спирта и оставшиеся в браж­ ке редуцирующие вещества (РВ) при методе периодического брожения, проведенного с термофильной расой при температуре

38°, соответствуют выходам спирта, полученным с заводской культурой при температуре опыта 30°.

Выход спирта со 100 кг сахара при опытном брожении был равен 37—39 л. Средние заводские показатели в этот период времени были такие же (38 л).

Состояние дрожжей при данной температуре опыта было удов­

Предполагая, что замедленный прирост биомассы наблю­ дался в период голодания дрожжей, решено было проследить за динамикой их размножения при непрерывном брожении.

165

В этих условиях количество редуцирующих веществ (остаточ­ ного сахара) бывает обычно не ниже 1 %. В таком случае можно было не доводить брожения до конца, т. е. до предель­ ного израсходования сахара, и несколько приблизить усло­ вия опыта к брожению, проходящему в головном производ­ ственном чане. Одновременно с этим была снижена темпера­

массы проходило нормально. В течение пяти суток количе­

(табл. 48).

Таблица 48

Динамика размножения термофильных дрожжей при непрерывном притоке свежего сусла и сепарации бражки

(температура опытов 36°)

Сравнительные опыты сбраживания сусла термофильными дрожжами при температуре 40° и заводскими при температуре 30° в лабораторных условиях показали идентичные результаты как по выходу спирта, так и по остаточному сахару (табл. 49).

Последующая серия опытов проводилась при более низкой температуре (36°). Брожение также велось периодически. Для того чтобы точно установить конец брожения, через каж­ дые два часа определялось количество сахара в среде.

Каждый новый цикл брожения был проведен с дрожжами от предыдущего цикла: после окончания брожения они отде­ лялись от бражки сепарацией и вновь использовались для

сбраживания гидролизного сусла.

166

Таблица 49

Сбраживание гидролизного сусла термофильными дрожжами при температуре 40° и заводскими при температуре 30° (лабораторные опыты) *

* Таблица составлена по схеме, принятой на заводе.

Таким образом, при многократных оборотах дрожжей, в

последующих циклах брожения происходило постепенное уве­ личение биомассы.

В качестве контроля проводилось брожение с заводскими дрожжами, которые обычно развивались при 26—30°. Накоп­ ление их биомассы и сбраживание сусла также было проведено при 36°. Данные по скорости сбраживания сахара дрожжами заводскими и термофильными приведены в табл. 50 п 51.

167

Таблица 50

Активность обычных заводских дрожжей после размножения и брожения при температуре 36°

активность брожения не изменяется от увеличения концентрации дрожжей в среде (от 2,8 до 5,6 кг на 1 м3.) Термофильные же

дрожжи, когда их накоплено 1,5 кг в 1 м3 среды, сбраживают

за 1 час до 1 кг сахара, т. е. в три раза больше, чем дрож­ жи заводские (табл 51). При удвоенной концентрации дрожжей

Таблица 51

Активность термофильных дрожжей (Sacch. cerevisiae XII расы) после размножения и брожения при температуре 36°

термофильных дрожжей выше активности заводских дрожжей, поддерживаемых при 28—30°.

Полузаводские опыты в условиях периодического брожения

и последующие лабораторные испытания показали, что наша культура дрожжей пригодна для сбраживания производствен-

68