ПРОИЗВОДСТВО жидкого И ТВЕРДОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА

Теоретический выход диоксида углерода при спиртовом бро­жении составляет 95, 6 % от выхода этилового спирта. При не­прерывном спиртовом брожении он может быть утилизирован на 70 %. Еще недавно диоксид углерода использовался главным образом в пищевой промышленности — в производствах безал­когольных напитков, шипучих вин, шампанского; для газирова­ния воды. В последние годы область его применения значитель­но расширилась: сварочное и литейное производство, обработка металлов резанием, промышленная энергетика и др. Одновре­менно возросли требования к его чистоте.

СОСТАВ ГАЗОВ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

Содержащиеся в газах спиртового брожения воздух, водяные пары, спирты, адельгиды, органические кислоты, сложные эфиры, а иногда и сернистые соединения не только снижают качество диоксида углерода, но и отрицательно отражаются на его производстве. Так, при повышенном содержании воздуха нарушается режим работы углекислотной установки; водяные пары и сернистые соединения усиливают коррозию оборудова­ния.

Состав примесей в диоксиде углерода зависит от темпера­туры и крепости бражки. При их повышении и перемешивании бражки содержание этилового спирта и летучих примесей уве­личивается. Групповое содержание примесей приведено в табл.

 

Следовательно, количество их не превышает 0, 6 %.

 

Различают абсорбционные, адсорбционные и комбинирован­ные — адсорбционно-абсорбционные методы очистки газов спиртового брожения от органических примесей.

Поскольку большинство органических примесей диоксида уг­лерода хорошо растворимо в воде, а этиловый спирт раство­ряется в ней в любых соотношениях, практически все ранее применявшиеся и современные технологические схемы очистки диоксида углерода спиртового брожения предусматривают про­мывку его водой. Дальнейшая очистка возможна окислением растворами перманганата или бихромата калия, адсорбцией на активном угле, силикагеле и цеолите типа NaA. По эффектив­ности очистки углекислого газа от примесей сорбенты можно расположить в следующий ряд: активный уголь> силика-гель> вода> раствор перманганата калия> раствор бихромата калия> синтетический цеолит NaA.

Для осушки газа используют поглощение воды концентриро­ванной серной кислотой, хлоридом кальция, адсорбцию ее сили-кагелем, алюмогелем, а также вымораживание. Максимальное количество влаги поглощает цеолит NaA, затем следуют силика-гель и активный уголь. Цеолит сохраняет эту способность в течение длительного времени, активный уголь, адсорбируя боль­шое количество примесей, быстро насыщается и теряет способ­ность поглощать влагу, силикагель обладает большей динамичес­кой активностью к влаге, чем активный уголь, но меньшей, чем цеолит.

В современной технологии применяют двухстадийную очист­ку углекислого газа. В первой стадии его подвергают адсорб­ционной очистке активным углем в колонках, установленных после первой ступени сжатия, во второй — адсорбционной очистке и осушке сначала в адсорбере с силикагелем, затем с целью более глубокой осушки в адсорбере с цеолитом. Вторая стадия очистки диоксида углерода осуществляется после третьей ступени сжатия. Очистка раствором перманганата калия не предусматривается.

 

ТЕХНОЛОГИЯ ЖИДКОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА

На спиртовых заводах жидкий диоксид углерода получают по принципу сжижения газа, применяя умеренный холод. Усовер­шенствованная технологическая схема производства представле­на на рис. 129.

Из герметически закрытых бродильных аппаратов 1 газы бро­жения поступают в пеноловушку 2, а из нее — в спиртоловушку 3; промытый газ направляют в газгольдер 4. Затем газ проходит водяной скруббер 5, заполненный кольцами Рашига или коксом, в котором его промывают водой, очищают от органических при­месей и охлаждают. Из скруббера газ поступает в водокольцевой компрессор 6, где он дополнительно очищается и охлаждается, и, пройдя водоотделитель 7, сжимается в первой ступени трех­ступенчатого компрессора 12 до давления 0, 5 МПа и направляет­ся в холодильник 14. Для очистки и осушки диоксида углерода до и после холодильника установлены маслоотделители 13.

После этого газ очищают в адсорберах 8 и 9 активным углем. Адсорберов два: один находится в работе, другой — на регенери­ровании. Регенерирование проводят подогретым диоксидом угле­рода, образующимся при дросселировании.

Из адсорберов диоксид углерода поступает во вторую ступень компрессора, где сжимается до давления 2, 4...2, 5 МПа, а затем через холодильник 16 и маслоотделитель 15 поступает в третью ступень компрессора. Газ, сжатый примерно до 7 МПа, проходит

холодильник 18, маслоотделитель 77 и последовательно соеди­ненные адсорберы с силикагелем 19 к 20 и цеолитом 21 и 22. В них газ окончательно очищается и осушается.

В связи с необходимостью регенерирования адсорбентов предусмотрены четыре попарно работающих адсорбера с силика­гелем и цеолитом. Для регенерирования их используют также диоксид углерода, образующийся при дросселировании в нако­пительном сосуде, изотермическом хранилище и в транспортном изотермическом резервуаре, который насосом 31 подают для по­догрева в теплообменники 23 и 30.

В конденсаторе 35 газ, отдавая теплоту, конденсируется. Сжи­женный диоксид углерода заполняет ресиверы 32 высокого дав­ления и поступает в стальные баллоны 33, помещенные на весы 34.

По данной схеме можно производить и сжиженный переох­лажденный диоксид углерода с безбалонным хранением и транспортированием. Для этого жидкий диоксид углерода под­вергают дросселированию от 6, 5...7 до 0, 8...1, 2 МПа, и он при­обретает состояние эмульсии. В вихревом разделителе 24 жид­кая и газообразная фазы отделяются одна от другой (газооб­разной фазы получается около 47 %). Жидкий диоксид углерода через окружные каналы вихревой камеры стекает в сосуд отделителя, а из него — в накопительный сосуд 26, изо­термическое хранилище 29 или в транспортный изотермичес­кий резервуар 28. Газообразная фаза через центральные от­верстия вихревой камеры, а затем по соответствующей комму­никации поступает в смеситель 10, где смешивается с газом, нагнетаемым первой ступенью компрессора. Давление углекис­лого газа определяют манометром //. Из смесителя газ посту­пает на вторую ступень компрессора.

Количество наполняемого в изотермическое хранилище сжи­женного диоксида углерода контролируют уровнемером 27, дав­ление — манометром 25. Максимальное наполнение изотерми­ческого хранилища составляет 85...90 % геометрического объема. Параметры жидкого диоксида углерода в изотермическом резе­рвуаре следующие: давление 0, 8...1, 2 МПа, температура от —43, 5 до —33, 3 " С, теплота парообразования 326...309 кДж/кг, плот­ность 1130, 8...1087, 8 кг/м*, энтальпия 326...346 кДж/кг, энтропия 3, 83...3, 92 кДж/кг.

Жидкий диоксид углерода можно направлять на производство сухого льда.

Качество жидкого диоксида углерода, получаемого из газов спиртового брожения, регламентируется ГОСТ 8050—85 (табл.* 41).

Получение твердого диоксида углерода основано на дроссели ровании жидкого. Дросселирование можно осуществлять п циклу высокого, среднего или низкого давления. Технологичес кая схема производства сухого льда по циклу высокого давлени приведена на рис. 130.

Жидкий диоксид углерода, полученный в конденсаторе тр« тьей ступени 2 компрессора / и очищенный в колонке 3, по давлением 6...7 МПа направляют в ресиверы 4, предназначенны для создания запаса жидкого диоксида углерода. Из ресиверов о поступает в двухсекционный теплообменник 15, в котором о> лаждается газообразным диоксидом углерода, образующимся первом и втором промежуточных сосудах, и дросселируется регули рующим вентилем до давления 2, 4...2, 8 МПа. Часть жидкого диок

 

 

сида углерода испаряется, вследствие чего температура жидкой фазы снижается до -12...-8 °С. Жидкий диоксид углерода вместе с образовавшимися при дросселировании парами направляют в первый промежуточный сосуд 5. Пары газообразного диоксида углерода из промежуточного сосуда отсасываются через первую секцию теплообменника 15 цилиндром высокого давления допол­нительного компрессора 14. Уровень диоксида углерода в первом промежуточном сосуде контролируется ртутным указателем 10.

Посредством второго регулирующего вентиля давление жид­кости из первого промежуточного сосуда снижается с 2, 4...2, 8 до 0, 8 МПа и смесь паров и жидкости направляется во второй проме­жуточный сосуд 6. Пар и жидкость охлаждаются до -44 " С. Из вто­рого промежуточного сосуда газообразный диоксид углерода отса­сывается через вторую секцию теплообменника 15 цилиндром среднего давления компрессора 14. Уровень жидкости во втором промежуточном сосуде контролируется по световому указателю 7. Переохлажденный до —44 °С жидкий диоксид углерода поступает в поочередно заполняемые льдогенераторы 8.

После заполнения льдогенераторов медленно открывают диа­фрагму нижнего отсоса. Жидкий диоксид углерода при прохожде­нии через диафрагму теряет давление и, достигнув тройной точки (0, 528 МПа), постепенно переходит в твердое состояние. Кристал­лы его заполняют диафрагму, а затем и полость льдогенератора. Запас твердого диоксида углерода под давлением 0, 8 МПа хранит­ся в сосуде 9, заполнение которого контролируется световым ука­зателем уровня 7. Пары диоксида углерода, которые проходят че­рез диафрагму льдогенератора, имеют температуру —78, 9 " С. Они поступают в рубашку льдогенератора, отсасываются ступенью низ­кого давления компрессора 14, охлаждаются в конденсаторе 13, очищаются в батарее фильтров и маслоотделителей 11 и 12, на­правляются в ресиверы 4 для повторного использования.

Из льдогенератора блоки сухого льда массой 42...44 кг выгру­жают на тележки и транспортируют к хранилищу. Наиболее рас­пространены хранилища шахтного типа, углубленные в землю, имеющие большое количество ячеек, отделенных одна от другой термоизолированными перегородками.

Сухой лед транспортируют в изотермических контейнерах.

На производство 1 кг сухого льда расходуется 1, 6...2, 0 кг жид­кого диоксида углерода.

 

4.2.35 Технология хлебопекарных дрожжей на спирто-дрожжевом заводе.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СТАДИЙ ПРОИЗВОДСТВА (СБРАЖИВАНИЕ СУСЛА.ВЫДЕЛЕНИЕ ДРОЖЖЕЙ МЗ ЗРЕЛОЙ МЕЛАСНОЙ БРАЖКИ, ПРОМЫВКА, ПРЕСОВАНИЕ, ФОРМОВАНИЕ И УПАКОВКА). СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 7-Й И 5-Й СТУПЕНЧАТЫХ СХЕМ СЕПАРАЦИИ. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ДРОЖЖЕЙ

На спиртов.заводах для выделения др. из бражки используют пяти- и семиступенчатую, а также ступенчато-круговую схемы сепарирования. Они различаются кол-вом и принципом организации промывок дрожжей водой, кол-вом сепараторов, расходом воды, электроэнергии. Типовой считается 7-ступ. схема сепарирования др, принимаемая на спирт.комбинатах высокой производительности. В 7ступ.схеме предусмотрены 2х ступенч.выделение и концентрирование др, 3 противоточные промывки с целью извлечения спирта и 2х ступенч.окончательная промывка др. от остатков бражки. Зрелую бражку из последнего бродильного ап-та самотёком направляют в фильтрловушку, из неё в сепараторы 1ой ступени сепарирования.Объём дрож.суспензии после 1ой ступени сепарирования составляет 20% от объёма сепарируемой зрелой бражки. Обездрожженная бражка перекачивается на перегонку, а дрожжев.концентрат- в сепараторы 2ой ступени. Объём дрож.концентрата после 2ой ступени = 5% объёма зрелой бражки или 25% объёма дрож.концентрата после 1ой ступени сеп-ия. На этом заканчивается выделение др.из зрелой бражки и начинается промывка их артезианской водой. Воду подают на 3ью промывку.Промывную воду после 3ей промывки используют для 2ой промывки, а воду со 2ой промывки-для 1ой промывки. Дрож.концентрат поступает в эжектор, куда подаётся промывная вода, в сопле эжектора благодаря большим скоростям обеспечиваются хорошее перемешивание воды с остатками бражки и промывка др.Разбавленная водой дрож.суспензия поступает в сепараторы 3ей ступени. В эжекторе др. промывают водой после 3ей промывки. Отделяемая на сепараторах 4-ой ступени промывная вода подается в эжектор для 1ой промывки. Дрож.концентрат после 4ой ступени сепарирования промывается свежей артезианской водой в эжекторе и поступает в сепаратры 5ой ступени сеп-ия. Промывную воду используют для второй промывки др., држ.суспензию – в колонну, где для повышения стойкости её аэрируют 2 часа. Обработан.дрож.суспензия поступает в водрструйный промыватель, где смешивается со свежей артез.водой, и – в сепараторы 6-ой ступени сеп-ия. Промывную воду отводят в канализацию, а дрож.суспензию – в сепараторы 7ой ступени сеп-ия. Промывную воду-в канализацию, дрож.суспензию – в сборник готового концентрата, в ктр охлаждают рассолом до 2-4С и подают в вакуум-фильтр. Содержание биомассы др.в концентрате после 7ой ступени сеп-ия составляет 400-550г/л. Общий расход воды на промывку др 70-100% к объёму зрелой бражки. После вакуум-фильтра др влажностью 72-75% формуют, упаковывают и направляют в холодильную камеру, где их охлаждают и хранят при t= 0-4С. Потери спирта при сеп-ии др из зрелой бражки в пересчете на сахар не должны превышать 200кг на 1т пресс.х/пек.др. При выделении др из бражки по этой схеме достигается их хорошая промывка.Недостатки схемы- большое кол-во сепараторов, высокий расход воды и электроэнергии. 5ступенчатая схема сепарирования др отличается тем, что исключается 4 и 5ая промывка др свежей артезианской водой с последующим сбросом промывных вод в канализацию. В ранее разработанных схемах выделение др.из зрелой бражки осуществлялось в эжекторах. В настоящее время установлено, что промывка др. в сборниках дрож.суспензии более эффективна, т.к. вследствие длительного контакта дрож.клетки с водой достигается хорошая отмывка их от красящих ве-тв. Пресс.др.влажностью 71-75% и t=10-15С поступают на формирование и упаковку. Если др.получились сухими и ломкими, их увлажняют (добавляют до 10% воды к массе пресс.др). Для придания эластичности к др. добавляют до 0, 1%растит.масла.При повышении t др они плохо формируются. Пресс.др. в бункере формовочно-упаковочного автомата перемешиваются шнеком и выходят в виде прямоугольн бруска, ктр разрезается ножом на брикеты требуемой массы (1000, 500, 100, 50г). Др. завертывают в гладкую белую, достаточно пористую бумагу. Упакованные бруски укладывают в полимерные, картонные ящики и передают в холодильную камеру для хранения(t=0-4С, w=82-96%, 12сут). Дозревание дрожжей – переход др.клетки от активного состояния до состояния, поддерживающего жизнедеятелность клетки, при этом клетка переходит в зрелое состояние. Будучи отделенными от пит.среды, др нектр время сохраняют свою жизнеспособность, получая энергию за счет использования внутриклеточных резервных углеводов. Х/пек.прес.др. потребляют преимущественно трегалозу, в меньшей степени- гликоген и в незначительной-глюкак и маннан. Стойкость др.-один из главных показателей их качества – находится в прямой зависимости от содержания в них трегалозы. Во время хранения др.накапливаются восстановительные соед-ия, ктр изменяют ок-вос потенциал.По мере снижения ОВП возрастает активность протеаз, при его отрицател.значениях брусок дрожжей размягчается. По физ-хим.показателям пресс.х/пек.др должны удовлетворять следующим требованиям (ГОСТ 171-81): Влажность, %, не более 75. Подъём теста до 70мм, мин, не менее 75. Кислотность 100г др(в пересчете на уксусную) в день выработки, мг, не более 120. Кислотность 100г др после 12сут хранения или транспортирования при 0-4С, мг, не более 300. Стойкость при хранении, ч, не менее 48. Мальтазная активность, мин 85. Зимазная активность, мин 25. Нормативный выход х/пек.др. составляет 1, 8кг на 1 дал спирта. Он может быть доведен до 2 кг/дал при сохранении нормативного выхода спирта из 1 т условного крахмала. Повышению выхода х/пек.др. способствует сбраживание мелассного сусла 2я культурами др – В и Г112 и использование для этой цели штамма V-30, более продуктивного, чем др.расы В.

Прессование дрожжей может осущ-ся на фильтр-прессах(исп. редко) или вакуум-фильтре(в-ф). Основа в-ф рефленный барабан, сост. из 1-полый стержень, 2- полые трубки, 3-фильтрующий материал, 4-лоток для дрож. молока, 5-форсунки для промывки, 6- нож для срезания дрож. теста с ткани, 8-лоток для сбора дрож. теста. Усл. оптим. работы: мах низкая t дрож. молока, хор. вакуум 120 Па, дрожжи д. б. после 3-х ступенчатого сепарирования. Дрож. тесто после вакуум-сепарации поступает в формовочную машину для получ. гомогенной массы, при необход. в дрож. тесто доб-ют воду и до 0, 1% растит. масла. Далее гомогенная масса идет на разделку и формирование в виде брусков по массе 1 кг, 0, 5 кг, 100 гр, 50 гр. Каждый брусок завертывают в бумагу и бруски упаковыв. в ящики. Прессов. дрож. хранят при t=0-(-4) С, в хор. проветриваемом помещении с W=86-96%. Факторы, влияющие на длит-ть хранения: 1) сод-ние в др. запасных у/в трегалозы и растворимой фракции гликогена, для 100 сут. хран. дрожжи должны сод-ть не менее 8% трегалозы. 2) кол-во и активность протеолитич. ферментов- ф-ты активны в восстановл. форме, а в окисленной они менее активны→ ф-ты надо перевести в окисл. форму для этого дрож. молоко перед сепариров. продувают О2, либо обраб. Н2О2. 3) микробиологич. состояние др.- посторонние м/о потребляют те же запасные у/в, выд-ют прод-ты метаболизма, ктр могут быть токсинами для дрожжей, мах кол-во м/о в плохо отмытых дрожжах. Все перечисл. факторы проявл. min вред, если дрож. молоко быстро охлаждено и сами др. хранят при возможно низкой t. Сущ-ет способ хранения др. в замороженном состоянии, но его внедрение сдерживается, т.к др. надо заморозить без образов. крупн. кристаллов льда (иначе они разорвут клетку), д. б. спец-ный м-д отмораживания.

( рисунок, ктр не копируется)

4.2.37 Микроорганизмы сырья.

Микробиологическая характеристика зерна.

Микробиологию зерна делят на поверхностную(эпифитную) и внутреннюю(субэквидермальную).Поверхностные: грибы, бактерии, споры. Когда зерно сухое.они безвредны.

Микрофлора мелассы представлена бактериями, дрожжами, плесневыми грибами. Часто встречаются бактерии: молочнокислые рода Leuconostokи Lactobacterium, уксуснокислые, группы кишечной палочки; в мелассе могут находиться дрожжи родов Saccharomycrs, Torulopsis, Candida, споры и конидии плесневых грибов родов Mucor, Pencilium, Aspergillus.

 

Микроорганизмы дефектной мелассы и их влияние на физико-химические показатели мелассы.

Иногда на спиртовые заводы поступают дефектные мелассы – сильно инфицированные, кислые, загрязнённые посторонними примесями. Дефектная меласса перерабатывается на спирт значительно хуже, чем нормальная, выход спирта снижается, ухудшается его качество. В инфицированной мелассе из-за жизнедеятельности мелассы микроорганизмов образуются карбоновые к-ты, вследствие чего мелассы приобретают кислую реакцию.

Для маскировки высокой кислотности на некоторых сахарных заводах добавляют в мелассу известь, что ухудшает её качество. Добавление извести не приостанавливает, а усиливает развитие инфекции, больше образуется к-т, что увеличивает потери сахара, меласса хуже сбраживается. Кроме того добавление извести вызывает излишний расход её на сахарном заводе при приготовлении мелассных рассиропок. Высокое содержание летучих карбоновых к-т в мелассе, особенно муравьиной, отрицательно влияет на дрожжи и задерживает брожение. Повышенное содержание сернистой к-ты и её солей в мелассе (в пересчёте на SO2 более 0.06%), образующихся в процессе очистки сока и сиропа сернистым газом на сахарном заводе. Отрицательно действует на дрожжи, задерживает их размножение и рост и ухудшает качество спирта.

При загрязнении мелассы нефтепродуктами из-за недостаточно тщательной подготовки цистерн для перевозки мелассы по железной дороге также задерживается размножение дрожжей и брожение. Значительная инфицированность мелассы часто является причиной пониженного выхода спирта и низкого качества хлебопекарных дрожжей. Получаемых при сепарации зрелой мелассной бражки. Особенно нежелательно наличие в мелассе Leuconostoc mesenterioides. Эти бактерии способствуют сильному закисанию мелассы (обр.молочная к-та) и вызывают в её растворах декстрановое (слизевое) брожение, при котором сахароза расщепляется на фруктозу и глюкозу, а последняя превращается в сложное соединение – декстран. Зараженное лейконостоком мелассное сусло превращается в слизистые комки, засоряющие трубопроводы и вентили. При сбраживании мелассы, зараженной лейконостоком, выход спирта снижается на 1, 5-3, 7% по сравнению с переработкой нормальной мелассы.

Характеристика производсьвенных рас хлебопекарных дрожжей.

В основу классификации дрожжей положена их способность к спорообразованию.По этому признаку дрожжи делятся на спорообразующие и безспоровые. Среди спорообразующих выделяют 3 семейства: 1)сахаромицеты, 2)шизосахаромицеты, 3)сахаролеиноды? Х/п дрожжи относятся к сахаромицес Церевизие.

Генеративная активность-это способность дрожжевой клетки давать определённое количество

дочерних клеток в единицу времени(способность к размножению).

Устойчивость к мелассе.В зависимости от рассы дрожжи могут выдерживать большое либо малое количество пересевов на одном и том же питательном растворе.Считается, что устойчивыми к мелассе явл. Дрожжи, выдерживающие 6 пересевов.

Осмочувствительность-это способность дрожжей выдерживать повышенное осмотическое давление среды.

Удельная скорость роста-это часовой прирост биомассы, который рассчитывается как (ln(m\m₀))\t, где

m-количество(конечное биомассы), которое выращ. за время t.

m₀-начальное количество биомассы.

Удельная скорость роста характериз-ся 2-мя показателями: 1)размножение дрожжей, 2)рост дрожжевой клетки.

.Строение дрожжевой клетки. Способы размножения дрожжей. Влияние внешних факторов на рост дрожжей.

Каждая дрожжевая клетка состоит из клеточной плазмы (цитоплаз­ма, цитозол), которая окружена клеточ­ной мембраной и в которой находится ряд органелл, обеспечивающих реакции об­мена веществ. При этом важнейшей органеллой является, клеточное ядро (нуклеус) — управляющий центр клет­ки. Оно окружено двойной пористой мембраной ядра, замкнутой.Ядро клетки содержит основное вещество (плазму), матрицу ядра и хромосомы. В них каждая клетка хранит свой структурный план, закодированный в форме генов. Гены построены из полимерной молекулы, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), инфор­мационный объем которой составляет 10^э-10¹⁰ бит. ДНК управляет всеми процессами обмена веществ, роста и развития клетки. В ядре клетки размещено также ядрышко (nucleolus), состоящее из рибонуклеино­вой кислоты.Дрожжевая клетка содержит большое ко­личество митохондрий. Митохондрии получают пируват, обра­зующийся в цитоплазме, и разлагают его в процессе дыхания на С0₂ и воду путем сложных ступенчатых превращений. При этом образуется аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозиндифосфат (АДФ), которые представляют собой весьма важные носители энергии. По­этому митохондрии называют иногда «энер­гетическими станциями клетки».Шероховатая эндоплазматическая сеть (ЭС) служит для синтеза протеина, а глад­кая эндоплазматическая сеть синтезирует липиды и отвечает за процессы освобождения от ядовитых веществ. Образующийся проте­ин блокируется и перемещается в предусмот­ренное место в везикулах, снабженных обо­лочкой. Эту задачу берет на себя комплекс Гольджи, представляющий собой своего рода «сортировочную станцию». Секреторная ве­зикула с. ядовитым веществом (например, со спиртом) транспортируется, таким образом, к клеточной мембране и выносится наружу.За переработку отходов клетки отвечают лизосомы, которые обеспечивают внутрикле­точное пищеварение и разлагают высокомо­лекулярные структуры, в низкомолекулярные. Рибосомы синтезируют протеин и распреде­ляют его в клетке. Тем самым они отвечают за «поточное производство», заключающееся в соединении аминокислот с образованием про­дуктов генного синтеза в соответствии с ин­формацией, получаемой из ядра клетки.Особенно важны клеточные мембраны, которые окружают не только всю клетку, но и ее многочисленные органеллы. Эндоплазматическая сеть осуществляет интенсивное произ­водство этих мембран.Построение клеточной мембраны из моле­кул фосфолипидов обусловливает два взаимно противоположных свойства структуры: в то время, как глицериновый ос­таток с фосфором и аминокислотным остат­ком притягивает воду (является гидрофильным), хвосты кислотных остатков, расположенные в клеточной мембране плотно друг к другу, а в двух слоях — друг против друга, отталкивают воду (являются гидрофобными). В результа­те образуется непроницаемый двойной слой (мембрана) без наличия связей между фосфолипидными молекулами. По такому образцу построены все клеточные мембраны в живот­ном и растительном мире.Стенка клетки полупроницаема. Поступ­ление растворенных веществ (например, са­харов, аминокислот и жирных кислот, мине­ральных веществ) происходит избирательно через нерастворимые транспортные протеи­ны, находящиеся в мембранеи пропускающие совершенно определенные ве­щества или группы веществ. Выделение на­ружу продуктов распада или ядов, например, образованного спирта, происходит через мем­брану при помощи так называемой везикулы Гольджи.На внутренней и внешней стороне мемб­раны находятся периферийные протеины; на внутренней стороне располо­жен еще слой трегалозы.Совокупность оболочки, состоящей из клеточной мембраны, прикрепленных слоев и гликолизированных остатков (гликокаликса) называется стенкой клетки.Цитоплазма (цитозол), занимающая бо­лее 50% объема клетки, является важнейшей частью ее внутреннего содержимого. Это цен­тральное реакционное пространство клетки, в котором располагается большинство путей обмена веществ при расщеплении питатель­ных компонентов и при построении собствен­ных элементов клетки.Зачастую в клетке можно обнаружить на­полненные кислым клеточным соком и окру­женные мембраной пространства — так на­зываемые вакуоли. Здесь откладываются оп­ределенные протеины и избыточные соли, частично — в виде кристаллов.. Типичным способом размножения дрожжей является почкование, и поэтому их еще называют почкующимися грибами. При почкова­нии из материнской клетки образуется ма­ленькая пузырьковая выпуклость, в которую переходит часть цитоплазмы, а также дочер­нее ядро, образующееся путем деления. У од­них некоторых штаммов дрожжей материнс­кая и дочерняя клетки отделяются друг от дру­га, причем на материнской клетке остается почечный рубец. У других штам­мов клетки остаются взаимосвязанными и об­разуют почечные сообщества. Рост характеризуется определен­ными закономерностями — различают шесть фаз роста, протекающих с различной скоро­стью. Латентная, или индукционная фаза. В этой фазе, называемой также фазой разбе­га, происходит активизация обмена веществ. Фаза ускорения. В этой фазе, примыка­ющей к латентной, скорость деления клеток возрастает с ускорением. Экспоненциальная фаза. В этой фазе эк­споненциального или логарифмического размножения, для краткости называемой лог-фазой (log-phase), скорость размножения по­стоянна и максимальна. Фаза замедления. В результате действия различных факторов — например, обеднения субстрата питательными веществами или на­сыщения тормозящими рост продуктами об­мена веществ — лог-фаза ограничена по вре­мени и переходит в фазу замедления с убыва­ющей скоростью размножения. Стационарная фаза. В заключительной, стационарной фазе число микроорганизмов остается постоянным. Устанавливается рав­новесие между числом вновь образующихся и отмирающих клеток. Фаза отмирания. В этой, последней, фазе число погибающих клеток превышает число образующихся путем размножения, и общее число клеток сокращается.На длительность и интенсивность отдель­ных фаз роста существенно влияют субстрат, температура и физиологическое состояние дрожжей. Субстрат должен содержать все необходимые для их роста питательные веще­ства. Так же существенны состав воды, рН и концентрация кислорода в субстрате.Вода- главная составная часть живой материи и играет в жизнедеятельности микроорганизмов важную роль. Микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, содержащих как минимум 15% воды. Микроорганизмы отличаются друг от друга в отношении оптимального значения рН. Дрожжи предпочитают рас­ти в кислых растворах..На рост микроорганизмов решающим об­разом влияет и температура. Каждый вид мик­роорганизмов отличается своей оптимальной для развития температурой, при которой ла­тентная фаза и время генерации минимальны. Однако рост дрожжей возможен не только при оптимальной температуре, но может происхо­дить и в более или менее относительно широ­ком диапазоне температур. Для дрожжей рода Saccharomyces она лежит в области температур от 0 до 40 °С, а оптимум составляет около 25-30 °С.

Фазы роста культуры. Бесприточный, воздушно-приточный и воздушно-проточный способы выращивания дрожжей.

Рост характеризуется определен­ными закономерностями — различают шесть фаз роста, протекающих с различной скоро­стью. Латентная, или индукционная фаза. В этой фазе, называемой также фазой разбе­га, происходит активизация обмена веществ. Фаза ускорения. В этой фазе, примыка­ющей к латентной, скорость деления клеток возрастает с ускорением. Экспоненциальная фаза. В этой фазе эк­споненциального или логарифмического размножения, для краткости называемой лог-фазой (log-phase), скорость размножения по­стоянна и максимальна. Фаза замедления. В результате действия различных факторов — например, обеднения субстрата питательными веществами или на­сыщения тормозящими рост продуктами об­мена веществ — лог-фаза ограничена по вре­мени и переходит в фазу замедления с убыва­ющей скоростью размножения. Стационарная фаза. В заключительной, стационарной фазе число микроорганизмов остается постоянным. Устанавливается рав­новесие между числом вновь образующихся и отмирающих клеток. Фаза отмирания. В этой, последней, фазе число погибающих клеток превышает число образующихся путем размножения, и общее число клеток сокращается.На длительность и интенсивность отдель­ных фаз роста существенно влияют субстрат, температура и физиологическое состояние дрожжей. Субстрат должен содержать все необходимые для их роста питательные веще­ства. Так же существенны состав воды, рН и концентрация кислорода в субстрате.Вода- главная составная часть живой материи и играет в жизнедеятельности микроорганизмов важную роль. Микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, содержащих как минимум 15% воды. Микроорганизмы отличаются друг от друга в отношении оптимального значения рН. Дрожжи предпочитают рас­ти в кислых растворах. На пивоваренных предприя­тиях росту дрожжей способствует аэрация сусла перед введением дрожжей.На рост микроорганизмов решающим об­разом влияет и температура. Каждый вид мик­роорганизмов отличается своей оптимальной для развития температурой, при которой ла­тентная фаза и время генерации минимальны. Однако рост дрожжей возможен не только при оптимальной температуре, но может происхо­дить и в более или менее относительно широ­ком диапазоне температур. Для дрожжей рода Saccharomyces она лежит в области температур от 0 до 40 °С, а оптимум составляет около 25-30 °

При выращивании дрожжей применяют бесприточный, воздуш­но-приточный и воздушно-проточный способы, различающиеся ре­жимом подачи питательных веществ, воды, воздуха и продолжи­тельностью процесса.

8.1.1. Бесприточный способ выращивания дрожжей

Этот способ предусматривает подачу всех питательных веществ и воды при загрузке дрожжерастильного аппарата. Культураль-ную среду либо аэрируют, либо воздух подают периодически в не­большом количестве на протяжении всего периода выращивания дрожжей. По этому способу получают дрожжи чистой культуры (ЧК) в начальных стадиях и первую стадию дрожжей естественно-чистой культуры (ЕЧК).

8.1.2. Воздушно-приточный способ выращивания дрожжей

Данный способ предусматривает выращивание дрожжей в од­ном дрожжерастильном аппарате с постепеннным притоком пи­тательных веществ (мелассы, азот- и фосфорсодержащих солей) и постоянной аэрацией культуральной среды. Такой режим называ­ют периодическим, так как он ограничен во времени. Продолжи­тельность процесса в основном составляет 8-17 ч. Этот способ используют при получении дрожжей ЕЧК и ЧК, а также при выра­щивании товарных дрожжей.

Объем культуральной среды в аппарате и концентрация дрож­жей на протяжении всего процесса не постоянны. В культураль­ной среде, несмотря на постоянный приток свежей питательной среды, к концу процесса накапливаются продукты жизнедеятель-, ности клеток, тормозящие их рост, что отрицательно влияет на состояние клеток. Скорость роста дрожжей к концу процесса по­нижается. Периодические процессы, как правило, малопроизводи­тельны.

8.1.3, Воздушно-проточный способ выращивания дрожжей

При этом способе дрожжи выращивают с постоянной аэрацией культуральной среды, постепенным притоком питательных веществ в дрожжерастильный аппарат и одновременным оттоком культу­ральной среды в отборочный аппарат, т. е. дрожжи выращивают в проточной среде с постоянной концентрацией питательных веществ и с постоянной концентрацией биомассы в дрожжерастильном ап­парате. Этот процесс называют непрерывным. Он протекает в двух дрожжерастильных аппаратах (основном и отборном) и включает в себя два периода: накопительный и проточный (отточный). На-

копительный период протекает в основном в дрожжерастильном аппарате при постоянной подаче питательных веществ, воды и воз­духа. Дрожжи растут по закону периодического способа. В своем развитии они проходят лагфазу и фазу логарифмического роста. В дрожжерастильном аппарате к концу периода накапливается рабочая биомасса, количество которой зависит от массообменных характеристик дрожжерастильного аппарата (его конструкции). За­тем начинается второй период — период непрерывного роста кле­ток (проток), во время которого рабочая биомасса непрерывно дает прирост дрожжей, который выводится вместе с культуральной сре­дой из основного дрожжерастильного аппарата в отборочный. Ко­личество среды, отбираемое ежечасно, соответствует (по объему) ко­личеству питательной среды и воды, поступающей в основной дрож-жерастильный аппарат, поэтому уровень среды в нем остается по­стоянным.

В период оттока дрожжи находятся в стадии логарифмического роста. Для достижения высокой продуктивности процесса проток начинают при высокой скорости роста дрожжей, не допуская пере­хода клеток в стационарную фазу их развития.

При правильно организованном процессе прирост биомассы по­стоянен, неизменно также и качество продукта, так как процесс стабилизируется. Устанавливается постоянное соотношение кле­ток по величине и ферментативной активности. Отборочный пери­од не ограничивается во времени при соблюдении следующих усло­вий:

скорость роста клеток равна скорости разбавления среды;

дрожжевые клетки обеспечены всеми необходимыми для их
жизнедеятельности питательными и ростовыми веществами, а так­
же кислородом;

непрерывный вывод из основного дрожжерастильного аппара­
та прирастающей биомассы;

соблюдение параметров процесса, обеспечивающих оптималь­
ные условия жизнедеятельности клеток.

Стационарная фаза развития дрожжевых клеток в непрерыв­ном процессе наступает только в отборочном аппарате, в который питательные вещества не поступают. Клетки для поддержания жизнедеятельности используют оставшиеся в культуральной среде вещества, масса их увеличивается, т. е. проходит процесс дозрева­ния дрожжей.

Трудность в ведении непрерывного процесса на предприятиях состоит в инфицированное™ культуральной среды вследствие ис­пользования нестерильного воздуха, воды, а иногда и питательной среды, что понижает качество готового продукта. В связи с этим продолжительность периода оттоков культура

⇐ Предыдущая18192021222324252627

Поделиться: