Культивирование дрожжей и сбраживание сусла,

 

Условия жизнедеятельности дрожжей. Характеристика производственных рас. Влияние физических, химических и физико-химических факторов на жизнедеятельность дрожжей. Физиологические особенности рас дрожжей, культивируемых на крахмалистом сырье и на мелассе.

Раса- это м/о, обладающие всеми свойствами данного вида, но имеющие стойкие производственные отличия. Раса отличается от штамма тем, что последний проверен только лабораторией.

Раса 12: т=28-30⁰С. Концентрация сухих веществ 16-18%.

Раса 717: гибридная раса, полученная с термотолератными свойствами. Выход спирта увеличен на 0, 15 дал из 1-ой тонны условного крахмала. Применение позволяет снизить продолжительность брожения на 12 часов. Т_опт. = 34-36⁰С.

Раса 985Т обладает термотолерантными и осмофильными свойствами. Оптимальная температура брожения 34⁰С. Концентрация сухих веществ в сусле 24%. Наблюдается снижение примесей в спирте.

Раса 1986- увеличение секреции глюкоамилазы достигается за счёт дупликации гена. Оличит-ое св-во – способность продуцировать глюкоамилазу.

Применение расы позволяет снизить расход ферментных препаратов на 15-20%. Также снижается продолжительность сбраживания на 10 часов. Снижение образования изопропилового спирта на 50%.

Для сбраживания мелассы используют следующие расы дрожжей:

- раса В (венгерская)

- раса Я (Якубовского)

- раса Л ( Лохвицкая)

Все перечисленные расы не обладают ферментами, которые расщепляют раффинозу полностью. Вследствие этого 1, 46 % спирта теряется.

Раса 563 – гибридная раса, которая обладает осмофильными свойствами, сбраживает сусло с концентрацией 26 % сухих в-в, полностью сбраживает раффинозу. Кроме этого увеличивает выход хлебопекарных дрожжей.

Кроме дрожжей, используемых в виде суспензии для сбраживания сусла, можно использовать сушёные дрожжи (супер-стар). Дрожжи обладают высоким содержанием жирных кислот и трегалозы, что обеспечивает высокую осмо- и термотолерность. Обладают высокой скоростью размножения.

12 раса – число почкующихся 63%

супер-стар - …………………… 94%.

Факторы, влияющие на рост дрожжей.

1) температура. Дрожжи имеют прямую пропорциональную зависимость скорости роста при т=20-36⁰С. Выше 36⁰С скорость роста сахаромицетов резко падает, а несахаромицеты (дикие дрожжи) наоборот хорошо. Однако в спиртовом произ-ве применяются термотолерантные дрожжи, имеющие оптимум действия 35-38⁰С. Эти дрожжи применяются для заводов, работающих в жарких климатах.

Для ускорения процесса сбраживания, когда завод имеет узким местом бродильный цех. При т=40⁰С дрожжи резко замедляют своё развитие, а при 45-50⁰С гибнут. Дрожжи хорошо переносят охлаждение, их можно замораживать, тогда они впадают в состояние анабиоза. При размораживании они восстанавливают свои функции. Однако повторное замораживание дрожжи убивает.

2) ph. Дрожжи имеют оптимум ph= 4, 5-5, 5. Он определяется суммарно ферментативной активностью. Культурные дрожжи выдерживают ph=3, 5. Подкисление позволяет улучшить микробиологическое состояние дрожжей, т.к. дикие др. плохо переносят подкисление. При 3, 0-3, 5 находится изоэлектрическая точка красящих вещ-в мелассы, и они прилипают к дрожжам.

3) концентрация пит-ой среды. При прочих равных условиях скорость роста зависит от скорости поступления к ним пит-х в-в. Скорость определяется концентрацией или осмотическим давлением среды. Повышать осмот давление могут сухие в-ва, специальные соединения (NaCl). В целом осмотическое давление связано с коэффициентом разбавления мелассы.

4) Активаторы, ингибиторы. Активаторы белков ферментов, сод-ся в дрожжах лучше работают, если в среде группа –SH. Они присутствуют в а/к, поэтому а/к являются хорошими активаторами. Чистые а/к дорого, часто применяют дрожжевые автолизаты. К ативаторам относят низкомолекулярные углеводы и витамины, а также некоторые микроэлементы. Ингибиторы- формалин- достаточно часто исп-ся для ассептирования среды, соли тяжёлых металлов (As), этиловый спирт. Концентрация до 10% он не угнетает дрожжи, а т. к. обычно 7-9%, то проблем нет.

5) аэрация. (для хлебопекарных др-ей)

ф-ии:

- доставка кислорода др-м клеткам

- отвод образовавшегося СО₂ и продуктов метаболизма

- доставка к др-ой клетке пит-х в-в

-поддержание др-ой клетки в подвешенном состоянии

Максимальный выход др-ей обнаружен, когда на 1 г сахара потребляется 1, 6 г О₂. Выход 210%.

На мелассе - осмофильные дрожжи возможность сбраживания концентрированных сред, сбраживать раффинозу.

На зерно-картофельном сырье – высокую бродильную энергию и анаэробный тип дыхания, устойчивы к продуктам обмена, изменению состава среды, переносить большую концентрацию солей и сухих в-в.

Прочие факторы, влияющие на жизнедеятельность дрожжей.

-Скорость роста др.зависит от разности осматического давления в клетке и в сусле; чем она больше, тем быстрее размножаются дрожжи.

-При обработка дрожжей ультрозвуком в несколько раз возрастает активность инвертазы и в некоторых случаях стимулируется их рост.

-Под влиянием гамма-лучей у винных др.повышается бродильная способность, а у хлебопекарных- мальтозная активность.

- спирты, эфиры, слабые растворы щелочей растворяют липидные в-ва клеток др. спирты даже в небрльших концентрациях, 3-4%, тормозят почкование дрожжей. Но размножение др.в непрерывном потоке зависит главным образом от содержания питательных в-тв в среде и меньше от количества спирта в среде.

- формалин, кислоты и соли тяжелых металлов –плазматические яды, тормозят почкование.

- сернистая, азотистая, фосфористоводородная к-ты и их соли в очень малых концент-циях препятствуют нормальному росту др.

- свободные органические к-ты оказывают большее ингибирующее действие, чем соли(наиб. Сильное действ-масляная и капроновая)

-некоторые тяжелые металлы в малых кол-вах убивают др.клетки

-в бражке с повышенным содержанием ионов Ca, Mg, Fe у др.клеток теряется водная оболочка, в связи с тем, что уменьшается ионная сфера и электрический заряд на поверхности клетки и создаются условия для агглютинации дрожжей.

- спиртовые расы дрожжей имеют отрицательный элекрокинетический потенциал от-7 до 13 мВ, вследствии чего они адсорбируют на своей поверхности меланоиды сположительным потенциалом, которые способствуют отмиранию дрожжевых клеток.

- соединения, имеющие SH-групп, имеют важное значение в активированее и регулировании действий многих окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов, определяющих жизнедеятельность и обменные процессы микроорганизмов.

4.2.32 КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ СПИРТА ИЗ МЕЛАССЫ

РАЗМНОЖЕНИЕ ЧИСТОЙ КУЛЬТУРЫ ДРОЖЖЕЙ

Дрожжи размножаются из чистой культуры, получаемой в пробирках из научно-исследовательских институтов и лаборато­рий. Зимой чистую культуру готовят на сусло-желатине, летом — на сусло-агаре. Во втором случае вместе с чистой культурой завод получает запаянную ампулу со стерильным суслом, кото­рым смывают дрожжи с поверхности сусло-агара после выдержи­вания пробирки с чистой культурой, залитой этим суслом, при температуре 30 °С в течение 2...3 ч.

Чистую культуру дрожжей на спиртовых заводах, вырабатыва­ющих спирт без выделения хлебопекарных дрожжей, размножа­ют по следующей схеме: В лабораторных условиях дрожжи из пробирки размножают на стерильном сусле до объема 3 л, соблюдая микробиологичес­кую чистоту. Затем их пересевают в четыре трехлитровые бутыли: из одной дрожжи направляют в аппарат чистой культуры (АЧК-1) для дальнейшего размножения, а три хранят при температуре от +2 до —4 °С для последующей замены дрожжей. Когда в холодильной камере остается последняя бутыль, из нее снова дрожжи пересевают в четыре бутыли. Таким образом размножа­ют дрожжи в течение месяца. Чистую культуру дрожжей из про­бирки разводят один раз в месяц.

Режим размножения чистой культуры дрожжей для спиртовых заводов, перерабатывающих мелассу по однопоточной схеме, приведен в табл. 21.

При размножении чистой культуры дрожжей в пробирках применяют неподкисленное сусло из измельченного сухого яч­менного солода. Для размножения чистой культуры во второй-четвертой стадиях используют мелассное сусло с добавлением перед стерилизацией 10 % по объему солодового сусла; в пятой-седьмой стадиях — мелассное сусло с добавлением фосфорного и азотистого питания (ортофосфорной кислоты и карбамида).

Сусло готовят на воде, отвечающей требованиям, предъявляе­мым к питьевой. После стерилизации в специальных аппаратах при температуре 95... 100 " С в течение 1 ч его охлаждают до 30 °С. Во время охлаждения сусла принимают меры предосторожности против проникновения посторонней микрофлоры: воздушники в АЧК-1 и АЧК-2 закрывают биофильтрами.

АЧК-2 после введения в него дрожжей из АЧК-1 наполняют стерильным мелассным суслом в три приема (тремя «подмолод-ками»), так как количество задаваемых дрожжей составляет толь­ко 2...2, 5 % полезного объема АЧК-2. Объем первой «подмолод-ки» составляет 50, второй — 30, третьей — 20 % полезного объе­ма АЧК-2. Размножение в аппаратах чистой культуры ведут таким образом, чтобы к моменту передачи дрожжей в следую­щий аппарат содержание спирта в среде не превышало 2, 5...3 об. %, т. е. видимая концентрация сухих веществ бражки была бы на 4, 5...5 % ниже начальной.

Из АЧК-2 передают 80 % дрожжей в АЧК-3, а 20 % — в дру­гой АЧК-2, в котором параллельно с прохождением седьмой и восьмой стадий постепенно разводят дрожжи в течение 2 сут доливом стерильного мелассного сусла тремя «подмолодками», так же как и в первом АЧК-2. При отсутствии второго АЧК-2 дрожжи (20 %) оставляют в первом АЧК-2, куда добавляют «под-молодку».

Через 2...3 сут после включения дрожжегенераторов в работу дрожжи обменивают размножением чистой культуры в АЧК-3, куда помещают дрожжи из второго АЧК-2. Для следующего об­мена дрожжей размножение начинают с АЧК-1, куда помещают дрожжи из бутылей, хранящихся в холодильниках. При наличии цехов хлебопекарных дрожжей проводят 10... 12 обменов дрожжей в бродильной батарее, без таких цехов — 3...4 раза в месяц. Ап­параты чистой культуры изготовляют из нержавеющей стали или алюминия.

Типовая технологическая схема размножения чистой культуры дрожжей (рис. 68) включает в себя один стерилизатор вмести­мостью 1000 л и две самостоятельные линии аппаратов чистой культуры, каждая из которых состоит из трех аппаратов вмести­мостью 20, 1000 и 5000 л, что позволяет сбраживать мелассу по двухступенчатому способу с применением двух рас дрожжей.

 

 

 

Все аппараты имеют аэраторы, теплообменники, воздушники с биофильтрами, люки для чистки, трубопроводы для подачи среды из одного аппарата в другой при помощи сжатого воздуха, указатели уровня, дистанционные самопишущие термометры.

Разведение дрожжей по однопоточной схеме проводят следую­щим образом. В АЧК-1 набирают около 15 л стерильного сусла из стерилизатора, повторно его стерилизуют закрытым обогревом, охлаждают до 30 " С и вводят в пламени факела засевные дрожжи из трехлитровой бутыли. Через 24 ч бродящую среду с дрожжами по стерильному трубопроводу спускают в АЧК-2, куда предвари­тельно набирают стерильное сусло (1/3 объема). Дрожжи в этом аппарате: размножаются при слабом периодическом аэрировании стерильным воздухом. Наполняют АЧК-2 стерильным суслом в три приема (тремя «подмолодками»): через 24, 12 и 8 ч.

Бродящее сусло с дрожжами передают стерильным сжатым воз­духом в АЧК-3, предварительно заполненный стерилизованным суслом. Размножение дрожжей продолжается примерно 18 ч при слабом аэрировании, после чего сбраживаемую среду направляют в дрожжегенератор, предварительно заполненный на 1/3...1/2 сус­лом. В дальнейшем сусло в первый дрожжегенератор подают в 2...3 приема. Дрожжи до полного объема первого дрожжегенератора накапливаются в течение 6...8 ч при непрерывном аэрировании.

В сбраживаемой среде должно быть 120...150 млн/мл (12...16 г/л) дрожжевых клеток и 2...3 об. % спирта. Далее половину содержи­мого первого дрожжегенератора перепускают по нижней комму­никации во второй, предварительно стерилизованный дрожжеге­нератор, и накопление дрожжей ведут при непрерывном притоке сусла и аэрировании среды.

После наполнения первых двух дрожжегенераторов в течение 4...5 ч сбраживаемую среду из них по нижней коммуникации направляют в третий дрожжегенератор и выращивают дрожжи 4...5 ч при непрерывном притоке сусла в трех дрожжегенераторах и т. д. Все дрожжегенераторы заполняются новым суслом с дрожжами за 18...20 ч. Заменяют дрожжи в дрожжегенераторах через 48...72 ч. Выращивание дрожжей в отделении чистой куль­туры продолжается 80...90 ч.

 

21. Режим размножения чистой культуры дрожжей
			Вместимость, л	Показатель сусла	Количест­во дрож-	Условия культивирования
Стадия	Номер пересева	Посуда и аппараты	общая	полезная	концентра­ция CB, %	кислот­ность, град	жей, % от объема среды, в которую их задают	температу­ра, " С	наличие аэрирова­ния	продолжи­тельность, ч
	—	Пробирка	—	—	10..	.12	0, 2...0, 3	—		Отсутству­ет	4...6
		Колба	0, 5	0, 4	13..	.14	0, 4...0, 5	2...2, 5		То же
		Бутыль		2, 4	14..	.15	0, 4...0, 5	15...17		»
		»		2, 4	14..	.15	0, 4.0, 5			»
		АЧК-1			15..	.16	0.7...0.8		28...30	Непре­рывное слабое
		АЧК-2			16..	.17	0, 9...1, 1	2 '	28...30	Непре­рывное интенсив­ное	44...45
		АЧК-3			17..	.18	0, 8...0, 9	15...16	28...30	То же
		Дрожже-генератор	30000......50000	24000......40000	20.	.22	0.4...0.5	10...17	28...30	»	5...6

 

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: