Размножение производственных дрожжей

В анаэробных условиях на мелассном сусле дрожжи разви­ваются медленно, поэтому их выращивают при слабом аэри­ровании. Дрожже генерирование проводят непрерывно при тща­тельном перемешивании сусла. Свежее сусло поступает в дрож­жегенератор, и бродящее сусло выводится из него с одинаковой скоростью при постоянном объеме. При этом устанавливается динамическое равновесие между скоростью разбавления и ско­ростью размножения дрожжей. Поддерживать равенство ц = D (удельная скорость размножения дрожжей равна скорости раз­бавления бродящего сусла) можно изменением скорости при­тока, интенсивностью аэрирования (скорость насыщения кис­лородом) и перемешивания. Температуру поддерживают посто­янной — 28±1 °С.

УкрНИИСПом совместно с коллективом Андрушевского спиртового комбината разработана схема размножения производ­ственных дрожжей (рис. 69). Схема включает 4...6 дрожжегенера­торов с пневмоциркуляционным аэратором. Такое количество дрожжегенераторов позволяет поочередно выключать их для сте­рилизации без сокращения расчетного объема засевной культуры дрожжей. Для непрерывного отвода бродящего сусла из дрожже­генераторов установлены воронки 1, соединенные с наклонным коллектором 3. Дрожжевое сусло вводят в дрожжегенераторы с диаметрально противоположной стороны от места расположения воронки. Трубопровод для сусла проходит через крышку и окан­чивается над уровнем жидкости, что снижает вероятность про­скока сусла со зрелыми дрожжами. Приток сусла контролируют при помощи щелевого расходомера 2.

Воздух, поступающий по центральному трубопроводу 5, выхо­дит из воздухораспределителя 6. Газожидкостная смесь по внут­реннему цилиндру 4 устремляется вверх, а затем по межкольце-

вому пространству — вниз, вызывая интенсивную циркуляцию сбраживаемой среды в вертикальном направлении.

Диоксид углерода и воздух из верхней части дрожжегенерато-ров отводятся по трубопроводу в пено- и спиртоловушку. Все дрожжегенераторы соединены параллельно в батарею общим коллектором для отвода сбраживаемой среды из дрожжегенерато-ров, общей нижней спускной коммуникацией, общей газоотвод­ной линией и коммуникацией для подвода сусла. При очень бурном пенении пену в дрожжегенераторах гасят олеиновой кис­лотой или соапстоком.

Общая вместимость всех дрожжегенераторов в зависимости от направленности производства составляет 20...35 % от суммарной вместимости дрожжегенератора и бродильных аппаратов и долж­на быть равна 20...25 % при выработке только спирта, 30...35 % — при выработке наряду со спиртом хлебопекарных дрожжей.

Полезный объем дрожжегенератора (м³)

V₀ = F/D, (9.1)

где /'—объем сусла, поступающего в дрожжегенератор, м³/ч; D — скорость раз­бавления сбраживаемой среды, ч .

Удельная скорость роста дрожжей зависит от многих факто­ров — состава сырья, интенсивности массообмена, наличия ин­гибиторов и стимуляторов роста, физиологического состояния дрожжей и т. д., поэтому суммарный полезный объем всех дрож­жегенераторов рассчитывают на неблагоприятные условия. При хорошем качестве мелассы один из дрожжегенераторов может быть выключен, а скорость разбавления среды увеличена до 0,27...0,30 ч-1.

Интенсивное дрожжегенерирование — важный фактор для обеспечения микробиологической чистоты брожения, увеличе­ния биомассы дрожжей и их качества. Повышенное количество дрожжей способствует ускорению брожения и более полному сбраживанию Сахаров.

Известно, что в условиях аэробиоза при понижении концент­рации растворенного в среде кислорода до 0,5... 1 мг/л, считаю­щейся критической, размножение дрожжей почти прекращается. Скорость использования растворенного кислорода дрожжами, а следовательно, и скорость размножения их не зависит от кон­центрации кислорода, если она выше критической.

По данным УкрНИИСПа, концентрация растворенного кис­лорода в мелассном сусле равна 2...4 % от полного насыщения, т. е. 0,1...0,2 мг/л Ог. При этом происходит умеренное размно­жение дрожжей и спиртовое брожение, причем скорость раство­рения кислорода значительно меньше скорости его потребления дрожжами.

Количество кислорода, потребленное дрожжами (м³/ч),

^{Qk-Qb-QbjE^, (9.2)}

где Qb — расход воздуха на аэрирование, м³/ч; К_в — содержание кислорода в воздухе, доли единицы; AV — содержание кислорода в отходящих газах после поглощения из них Ог, доли единицы.

Прирост дрожжей при дрожжегенерировании (кг/г)

Од - Fx, (9.3)

где F— объем жидкостного потока, м³/ч; х — концентрация дрожжей в сбражи­ваемой среде, г/л.

При расходе воздуха на аэрирование сусла в дрожжегенерато­рах с барботажным воздухораспределением 1,9...6,6 м³/(м³ч) ко­личество используемого кислорода воздуха изменяется незначи­тельно и составляет в среднем 3,12 %. Потребление кислорода на 1 кг прироста сухих веществ дрожжей изменяется от 23 до 83 г и зависит главным образом от количества воздуха, используемого на аэрирование. При расходе его от 2,25 до 3,5 м³/(м³ч) дрожжи потребляют в среднем 39 г/кг кислорода, при расходе 3,8...5,3 м³/(м³ч) — 62 г/кг. Из 1 м³ воздуха, необходимого для аэрирования 1 м³ сбраживаемой среды в дрожжегенераторах в 1 ч, на прирост 1 кг дрожжей затрачивается 13,3 г кислорода.

Коэффициент скорости использования дрожжами кислорода, отнесенный к 1 м³/(м³ч) воздуха, составляет 2...4 е кислорода на 1 кг сухих вещеста дрожжей в 1 час, а прирост дрожжей 75 %- й

влажности на 1 м³ полезного объема дрожжегенераторов — 2.0...2.5 кг/(м³-ч).

Коэффициент полезного действия барботажного воздухорас-пределения по сравнению с другими его видами самый низкий. При использовании более совершенных аэрирующих устройств количество кислорода воздуха, используемого дрожжами, может достигать 20 %, а иногда и более.

Наибольший ограничивающий фактор при передаче кислоро­да — его малая растворимость в питательной среде. При полном насыщении воды при 30 "С в ней содержится 7,63 мг/л 0₂- Рас­творимость кислорода уменьшается с повышением в питательной среде концентрации сухих веществ, рН и температуры. В сусле, находящемся в дрожжегенераторах, при полном насыщении его кислородом растворяется около 5 мг/л 0₂. Чем больше скорость разбавления среды, тем меньше средний возраст клеток в аппа­рате и тем выше их физиологическая активность. За единицу возраста дрожжевых клеток принимают время, в течение которо­го количество клеток удваивается.

Конструкция дрожжегенератора должна удовлетворять следу­ющим основным требованиям: обеспечивать высокую скорость массообмена, что достигается интенсивным перемешиванием сусла во всем объеме, тонким диспергированием воздуха и не­прерывным удалением пены и флотируемых дрожжей; предус­матривать герметичность аппарата и минимальное число в нем внутренних устройств простой конструкции для предотвращения инфицирования сусла посторонними микроорганизмами и до­ступность для механизированной мойки и дезинфекции. Этим требованиям отвечает конструкция дрожжегенератора УкрНИ-ИСПа.

Обычно дрожжегенератор имеет форму цилиндра с коничес­ким днищем и крышкой. Внутри него находятся воздухораспре­делительное устройство, направляющий цилиндр и змеевик с поверхностью охлаждения 0,25 м² на 1 м³ сусла.

Удельная производительность дрожжегенератора (съем био­массы дрожжей в килограммах с 1 м³ полезного объема в 1 ч)

P=Fx/Vo, (9.4)

где F— объем сусла, поступающего в дрожжегенератор в 1 ч, м³; х — содержание биомассы дрожжей в сбраживаемой среде, кг/м³; Ко — полезный объем дрожжеге­нератора, м³.

Так как F/ V_{0 я} D, то

P=Dx. (9.5)

Удельная производительность дрожжегенератора с пневмо-циркуляционным аэратором составляет 3,1 кг/(м³ч), а с трубча­тым — 1,8 кг/(м³ч). В дрожжегенераторах с трубчатыми аэрато­рами удельная скорость размножения дрожжей 0,15...0,16 ч~1 _с пневмоциркуляционными — 0,25...0,27 ч~¹ и более. Таким обра­зом, объем дрожжегенераторов с эффективными аэрирующими устройствами может быть значительно уменьшен.

Расход воздуха на 1 м³ аэрируемого сусла в дрожжегенерато­рах при данном аэрирующем устройстве с учетом коэффициента использования кислорода воздуха и расхода растворенного кис­лорода на 1 кг прироста абсолютно сухих дрожжей (АСД) [mV(m³-4)]

где х— содержание АСД в сусле, г/л; ц — удельная скорость роста дрожжей, ч~'; Ок — расход растворенного кислорода на 1 кг прироста АСД, г (в зависимости от условий дрожжегенерирования изменяется от 30 до 100 г); к — коэффициент использования кислорода воздуха, %; Ог — содержание кислорода в воздухе, об. %.

Давление воздуха, обеспечивающее нормальные условия аэри­рования (кПа),

где кс — коэффициент, учитывающий сопротивление воздухопроводов, обычно равный 1,2; Я—высота столба сусла, м; у — концентрация сухих веществ сусла, кг/м³; р₀— давление над суслом в дрожжегенераторе, кПа.

Для подачи воздуха в дрожжегенераторы используют воздухо­дувки ВК-1, ВК-12, ВК-24; турбовоздуходувки ТВ-50 применяют только на спиртовых заводах большой мощности. В них воздух подогревается до 50...60 "С, вследствие чего повышается темпера­тура аэрируемого сусла.

Даже при незначительном изменении сопротивления в одном из дрожжегенераторов (изменение уровня жидкости и др.) коли­чество воздуха, поступающего из общего воздуховода в разные дрожжегенераторы, может измениться в несколько раз, что нару­шит режим дрожжегенерирования. Общий расход воздуха и рас­ход его на каждый дрожжегенератор необходимо поддерживать постоянным и измерять. Для измерения устанавливают ротаци­онные счетчики РГ-400, РГ-600, РГ-1000 или расходомеры типа дифманометров.

Технологические показатели дрожжевого сусла и производст­венных дрожжей приведены в табл. 22. Концентрацию сухих веществ сусла регулируют вручную или с помощью автоматичес­кого рефрактометра в комплекте с вторичным прибором, выпол­ненным на базе прибора ЭПИД, воздействуя на приток холод­ной волы в смесителе.

В производственных дрожжах определяют видимую концентра­цию сухих веществ и кислотность через каждые 2 ч, содержание спирта и биомассу дрожжей — один раз в смену. Концентрация биомассы должна быть 12... 15 г/л, а в случае выделения хлебопе­карных дрожжей — 16...18 г/л. Температуру производственных дрожжей контролируют и регулируют автоматически при помощи многоточечных мостов и блоков реле.

Датчиками температуры служат термометры сопротивления; вторичными приборами для контроля и регулирования температу­ры — электронные мосты типа ЭМП-209. Вторичные приборы че­рез блоки реле и электродвигательные исполнительные механиз­мы типа ДР управляют работой регулирующих органов подачи хо­лодной воды в теплообменники.

Способы сбраживания зерно-картофельного сусла(непрерывно-проточный, проточно –рециркуляционный, циклический). Способы сбражмвания меласного сусла (однопоточный , двухпоточный., двумя рассами). Технологические потери при брожении. Показатели зрелой бражки.

Всё сусло кроме той части, идёт на приготовление дрожжей, направляют в бродильные аппараты, и содержащийся сахар сбраживается дрожжами в спирт. При сбраживании зернокартофельного сусла одновременно происходит доосахаривание декстринов. Бродящее сусло называют бражкой, или культуральной жидкостью.

Содержание спирта в зрелой бражке (и в вводно-спиртовом растворе) в объёмных процентах называются крепостью бражки.