Pivovarennaya_inzheneria_ / Глава 3

В качестве примера ниже описаны этапы получения чистой культуры дрожжей для внесения в цилиндроконический бродильный аппарат с рабочей вместимо стью 2000 гл.

1.Около 30 л чистой культуры дрожжей при температуре 20 °С вносят из колбы Карлсберга в дрожжегенератор.

2.Добавляют в дрожжегенератор 5 гл стерильного и охлажденного до 20 °С сусла и начинают культивирование дрожжей с периодическим перекачиванием культуральной

среды через внешний аэратор в течение 5 мин. Паузы между аэрированием среды составляют около 20 мин. Температуру среды постепенно снижают до 14 °С, а давление

ваппарате поддерживают на уровне 0,02 МПа. Таким образом, эта первая стадия культивирования в дрожжегенераторе продолжается около 48 ч.

3.После этого дрожжегенератор дополняют стерильным и охлажденным до 14 °С суслом, доведя объем среды в аппарате до 20 гл, и продолжают культивирование в том же режиме перекачивания и аэрирования. Вторая стадия культивирования продолжается около 24 ч.

4.Затем дрожжегенератор еще раз дополняют стерильным и охлажденным до 14 °С суслом, доведя объем среды в аппарате до 80 гл, и продолжают культивирование аналогично предыдущим этапам в течение 24 ч. Для уменьшения пенообразования возможно повыше ние давления в дрожжегенераторе до 0,06 МПа. К окончанию этой стадии культивирова ния температуру дрожжей постепенно снижают до температуры брожения. Концентрация дрожжей в дрожжегенераторе может достигать 400 млн клеток/мл.

5.Аэрирование прекращают, медленно снижают давление и начинают перекачивать чистую культуру дрожжей в бродильный аппарат в соответствии с установленным режимом. Около 5 гл чистой культуры дрожжей оставляют в аппарате в качестве посевного материала, после чего добавляют в аппарат сусло и начинают следующий цикл культивирования аналогично вышеописанному, начиная с пункта 3.

6.Таким образом, каждый из последующих циклов культивирования продолжается около 48 ч.

После всех перекачек как сусла, так и готовой дрожжевой культуры все коммуника ции, по которым транспортировались технологические среды, должны быть тщательно промыты и продезинфицированы с помощью установки СIP.

К преимуществам системы периодического культивирования дрожжей с подпиткой

свежим субстратом относят:

• возможность получения чистой культуры дрожжей до 3 раз в неделю;

• меньшую потребность в исходном посевном материале (обычно 2–3 раза в год).

3.3.3.4. Полунепрерывное культивирование дрожжей отъемно(доливным методом

При использовании отъемно доливного метода культивирования дрожжей можно ежесуточно получать достаточное количество чистой культуры. В соответствии с этим принципом работает установка (рис. 3.13) для получения чистой культуры дрожжей CONTI PROP фирмы Esau&Hueber (патент № 4137537).

Стадии работы установки и их последовательность показаны на рис 3.14.

Осветленное, но не охлажденное сусло закачивают через нижний штуцер в стерили затор установки и нагревают до температуры кипения для стерилизации (рис. 3.14, а).

После этого трубопроводы, по которым прокачивали сусло, тщательно промывают и дезинфицируют с помощью установки CIP варочного цеха (рис. 3.14, б).

Горячее, простерилизованное сусло охлаждают до температуры культивирования дрож жей (~14 °C) в процессе циркуляции его с помощью насоса через теплообменник, входя щий в состав установки (рис. 3.14, в).

После охлаждения сусла трубопроводы, по которым циркулировало сусло, насос и теплообменник тщательно промывают и дезинфицируют с помощью установки CIP (рис. 3.14, г).

Охлажденное сусло из стерилизатора перекачивают через аэратор в дрожжегенера тор. При этом в процессе перекачивания одновременно осуществляют аэрирование сусла стерильным воздухом (рис. 3.14, д).

После перекачивания сусла трубопроводы, по которым транспортировали сусло, сте рилизатор, насос и аэратор тщательно промывают и дезинфицируют с помощью установ ки CIP (рис. 3.14, е).

Вдрожжегенераторе осуществляют культивирование дрожжей при циркуляции дрож жевой культуры с помощью насоса через аэратор (рис. 3.14, ж).

Вначале культивирования используют посевной материал из колбы Карлсберга, по лученный в лабораторных условиях. В качестве альтернативы могут быть использованы прессованные дрожжи. Продолжительность начального этапа культивирования может достигать 7 сут. Сократить начальный этап культивирования в промышленном дрожже генераторе можно за счет предварительного выращивания культуры в инокуляторе.

Затем через определенные промежутки времени отводят из дрожжегенератора неко торое количество дрожжевой культуры и добавляют в него эквивалентное количество сте рильного, охлажденного сусла, после чего продолжают культивирование.

Регулируя соотношение остаточного количества дрожжевой суспензии в дрожжегене раторе и свежего сусла, можно регулировать продолжительность между периодическими выгрузками готовой культуры. Например, при ежесуточном получении семенных дрож жей остаток культуры в дрожжегенераторе должен составлять 35–40% от общего объе ма культуральной жидкости в нем.

Перекачивание дрожжевой суспензии в бродильный аппарат осуществляют через аэра тор, в котором культуру насыщают кислородом стерильного воздуха (рис. 3.14, з). Оста ток дрожжевой культуры из трубопроводов выдавливают холодной водой.

После перекачивания дрожжевой культуры трубопроводы, по которым она перекачи валась, аэратор и насос тщательно промывают и дезинфицируют с помощью установки CIP (рис. 3.14, и и 3.14, к).

После отбора дрожжевой суспензии дрожжегенератор снова заполняется холодным суслом из стерилизатора, и культивирование возобновляется. С этого момента через каж дые 24 ч можно отбирать дрожжевую суспензию для внесения в бродильные аппараты.

Установка может работать в таком отъемно доливном режиме без использования чистой лабораторной культуры или свежих прессованных дрожжей достаточно про должительное время, например, эксплуатируются установки, где чистую культуру из лабо ратории используют 1 раз в полгода. Однако технологически целесообразней это делать чаще — 1 раз в 2–3 месяца.

После опорожнения дрожжегенератора трубопроводы, по которым перекачивали дрожжевую культуру, аэратор и насос тщательно промывают и дезинфицируют с по мощью установки CIP (рис. 3.14, л и 3.14, м).

К преимуществам системы отъемно доливного культивирования дрожжей относят:

•возможность ежесуточного получения чистой культуры дрожжей;

•меньшую потребность в исходном посевном материале (обычно 2–4 раза в год). Задача: какова должна быть рабочая вместимость дрожжегенератора для ежесу

точной выработки чистой культуры дрожжей отъемно доливным методом, предназ наченной для введения в цилиндроконический бродильный аппарат?

ЦКБА заполняют в течение суток суслом, получаемым с 8 ми варок. Объем горячего сусла с одной варки — 420 гл. Температурный коэффициент, учитывающий уменьше ние объема при охлаждении горячего сусла, принять 0,96.

Решение: объем холодного сусла, вносимого в ЦКБА: 420×8×0,96 ≈ 3200 гл, в том числе ~ 10% сусла (320 гл), использованного в качестве субстрата при культивировании дрож жей и внесенного в бродильный аппарат в виде дрожжевой культуры.

При внесении в ЦКБА 320 гл дрожжевой суспензии ее остаток в дрожжегенерато ре при ежесуточном получении очередной порции дрожжей должен быть 35–40% от общего объема культуры, то есть ~190 гл. Таким образом, рабочая вместимость дрож жегенератора, работающего в отъемно доливном режиме культивирования, должна быть 320 + 190 = 510 гл.

3.3.4.Оборудование установок для получения пивных дрожжей

3.3.4.1.Стерилизаторы сусла

Вподавляющем большинстве в состав установок для получения чистой культуры дрож жей входят аппараты для тепловой стерилизации сусла методом кипячения.

Такие стерилизаторы (рис. 3.15) представляют собой вертикальные сосуды с цилинд рическим корпусом 7 и коническим днищем с углом 90°. (Иногда форму днища изго тавливают эллиптической). В днище расположен люк 13 диаметром 450 мм, закрыва ющийся крышкой с помощью болтовых соединений. Соотношение диаметра к высоте цилиндрической части — 1:(1–2). Внутренняя поверхность аппарата полирована.

На цилиндрическом корпусе и коническом днище стерилизатора сусла располагают теплообменные рубашки 8 и 12. В верхнюю, охлаждающую рубашку подают охлаждаю щий агент, а в нижнюю, нагревающую — пар. В некоторых конструкциях стерилизаторов вместо рубашек используют встроенные змеевики.

Рабочая вместимость стерилизатора обычно в 2 или 3 раза меньше рабочей вмести мости дрожжегенератора. Коэффициент заполнения стерилизатора — 0,7–0,75.

Рабочее давление внутри стерилизатора 0,09 МПа, а в теплообменных рубашках — 0,3 МПа. Рабочая температура 105 °С.

На крышке стерилизатора смонтирован блок 5, в состав которого входят предохрани тельный и вакуумный клапаны со стерилизующим фильтром. Внутри, под крышкой стерилизатора, смонтирована моющая головка 6, к которой подведен трубопровод от установки СIP.

Хладагент

8

34

Хладагент

9

34

Сусло

Рис. 3.15. Принципиальное устройство стерилизатора сусла:

1 — клапан обратный; 2 — конденсатоотводчик; 3 и 4 — клапаны запорA ный и регулирующий; 5 — блок защитной арматуры; 6 — головка моющая; 7 — корпус; 8 и12 — рубашки охлаждающая и нагревающая; 9 — пробоотборник; 10 — мешалка магнитная; 11 — опора; 13 — люк откидной

Встерилизаторе сусло подогревают паром от 95 до 100–105 °С в течение ~0,5–1,0 ч,

аохлаждают хладагентом до 20 °С в течение 6–8 ч. Если необходимо более быстрое

охлаждение сусла, то следует использовать хладагент с более низкой температурой (например, раствор пропиленгликоля при –3 °С) или увеличить площадь поверхности теплообмена за счет дополнительного использования нижней рубашки, расположен ной на коническом днище. В этом случае рубашку предварительно продувают сжатым воздухом для удаления остатков предыдущей среды. Продолжительность охлаждения может быть сокращена при наличии в стерилизаторе мешалки 10.

Для интенсификации теплообмена и предотвращения пригорания сусла в стерили

заторе осуществляют один из способов перемешивания:

• механический — с применением встроенной мешалки;

• пневматический — продуванием слоя сусла снизу сжатым воздухом;

• гидродинамический — циркуляцией сусла с помощью насоса.

Перемешивание сжатым воздухом в стерилизаторе технологически ограничивает ся температурой ~40 °С, поскольку при более высоких температурах и взаимодей ствии с кислородом сусло изменяет свои свойства (цвет, химический состав и т. п.), что негативно сказывается на развитии дрожжей.

Из вышеизложенного следует, что в стерилизаторе предпочтительнее использовать механические перемешивающие устройства, среди которых хорошо себя зарекомен довали мешалки с герметичными приводами, в которых крутящий момент передается в герметичный аппарат посредством магнитного поля бесконтактным способом. А по скольку не требуется отверстие в корпусе аппарата для прохода вала, то отпадает необ ходимость и в использовании уплотнений. К преимуществам перемешивающих уст ройств с герметическим приводом следует отнести:

•повышение надежности герметизации аппарата;

•упрощение технического обслуживания, поскольку отпадает необходимость в профилактических осмотрах и ремонтах герметизирующего узла, замене изна шивающихся уплотнений;

•отсутствие потерь энергии на трение;

•отсутствие ограничений по давлению и температуре в аппарате;

•самопредохранение электропривода от заклинивания мешалки.

3

1

4

2

5

6

Рис. 3.16. Магнитная мешалка:

1 — перемешивающее устройство; 2 — полумуфта с магнитами; 3 — прижимная шайба; 4 — прокладка; 5 — винт; 6 — электродвигатель

На рис 3.16 показано принципиальное устройство магнитной мешалки. Часто та вращения мешалки 900 мин–1. Мешалка должна включаться только тогда, когда она полностью покрыта суслом или моющим раствором, которые при ее враще нии играют роль смазки трущихся поверхностей. Работа магнитной мешалки вхо лостую не допускается.

Перемешивание сусла с помощью насоса в стерилизаторах осуществляют относитель но редко, поскольку стоимость оборудования в этом случае возрастает за счет добавления циркуляционного контура и насоса. Этот способ выгодно применять в сочетании с аэриро ванием, например, в дрожжегенераторах или сборниках для хранения дрожжей.

Тем не менее, в некоторых современных установках ЧКД не только перемешивание, но и стерилизацию сусла осуществляют благодаря его циркуляции. Для этого использу ют циркуляционный контур локальной системы мойки, оснащенный насосом и теплооб менником. В этом случае этот циркуляционный контур используют не только для мойки аппаратов и коммуникаций, но и для нагрева сусла до температуры стерилизации. Сусло из стерилизатора через панель распределения потоков насосом прокачивают через пла стинчатый теплообменник, нагревая его, и возвращают в стерилизатор, в котором благо даря теплоизоляции сусло лишь выдерживается при температуре 105 °С, а благодаря циркуляции хорошо перемешивается. Это более эффективный и экономичный способ стерилизации сусла, при котором стерилизатор оснащают только охлаждающими ру башками; при этом продолжительность охлаждения может быть сокращена благодаря использованию для охлаждения как верхней, так и нижней рубашек аппарата.

В последнее время для устранения жизнеспособных микроорганизмов в сусле на чинают применять аппараты для холодной, мембранной стерилизации, экипирован ные микрофильтрационными мембранами.

3.3.4.2. Дрожжегенераторы

Дрожжегенератор (рис. 3.17) представляет собой вертикальный аппарат цилиндро ко нической формы из высококачественной нержавеющей стали. Угол конического днища 90°. Внутренняя поверхность дрожжегенератора должна быть отполирована. На конической и цилиндрической частях корпуса 4 размещены охлаждающие рубашки 2 и 3. Аппарат уста навливают на опорах 9. Современные дрожжегенераторы оснащены тензометрическими взвешивающими устройствами для контроля массы содержимого в аппарате.

Дрожжегенераторы оснащают пробоотборниками 1, которые должны обеспечивать отбор проб без нарушения асептики. Одной из наиболее надежных конструкций являют ся пробоотборники, герметично соединенные с корпусом дрожжегенератора таким обра зом, что их внутренняя часть, соприкасающаяся с рабочим пространством аппарата, про мывается моющими растворами и стерилизуется острым паром, а наружная проточная часть пропаривается и заполняется спиртом.

Коэффициент заполнения дрожжегенератора 0,6. Рабочее давление в дрожжегенера торе 0,09 МПа, а в наружных рубашках 0,3 МПа. Рабочая температура 20 °С.

В нижней части конического днища расположен люк 10 диаметром 450 мм с откид ной крышкой, фиксируемой болтовыми соединениями. Профильное уплотнение люка, соприкасающееся с внутренней поверхностью аппарата, изготовлено из силикона.

СИП

6

5

Хладагент

4

3

2

Хладагент

1

Рис. 3.17. Принципиальное устройство дрожжегенератора:

1 — пробоотборник; 2, 3 — рубашка охлаждающая; 4 — корпус; 5 — головка моющая; 6 — блок защитной арматуры; 7 — клапан запорA ный; 8 — клапан регулирующий; 9 — опора; 10 — люк откидной

На верхней крышке дрожжегенератора расположен блок 6 защитной арматуры, вклю чающий предохранительный и вакуумный клапаны. Избыток газа стравливается из дрож жегенератора через фильтр бактериальной очистки в атмосферу. Иногда на крышке мон тируют смотровой люк и систему подсветки.

3.3.4.3. Аэраторы дрожжевой культуры

Аэрация дрожжевой культуры в дрожжегенераторе может быть организована различ ными способами, из которых наибольшее применение нашли способы с применением внут ренних барботеров и наружных аэраторов.

Барботеры представляют собой систему перфорированных труб, чаще всего в форме колец различного диаметра, расположенных в нижней части дрожжерастильного аппара та, предназначенных для подвода и равномерного распределения в культуральной среде