126282 (Производство кормовых дрожжей на сахаросодержащих средах гидролизатах растительной биомассы), страница 3

На гидролизных предприятиях применяют последовательную нейтрализацию вначале известковым молоком с донейтрализацией аммиачной водой. При этом расход аммиачной воды должен быть таким, чтобы содержание азота в последрожжевой бражке было бы в пределах 80 – 100 мг/л.

Цель нейтрализации состоит не только в осуществлении самого процесса нейтрализации, но и в получении такого нейтрализата, который позволил бы провести отстаивание при минимальном количестве оборудования. Для этой цели нейтрализацию проводят при температуре 75 – 85˚С с применением гипсовой затравки, подаваемой совместно с известковым молоком. Эта операция носит название направленной кристаллизации гипса. Гипс получается в виде мелких кристаллов, имеющих большую удельную поверхность, которые служат центрами кристаллизации крупных кристаллов гипса.

Нейтрализованный гидролизат называется нейтрализатом. Образовавшийся гипс выделяется путем отстоя. Совместно с гипсом из раствора выделяется часть содержащихся в нем коллоидных и взвешенных веществ. Температура нейтрализата после нейтрализации и отстоя обычно равна 80 – 85˚С.

Нейтрализацию гидролизата проводят непрерывным способом в двух последовательно соединенных нейтрализаторах. В первый нейтрализатор подают гидролизат, а в его струю – известковое молоко. Нейтрализат последовательно сверху вниз проходит оба нейтрализатора, и из последнего насосом перекачивается в отстойники.

Нейтрализатор (рис. 5) оборудован мешалкой лопастного типа. Также используются аппараты, оснащенные устройством «Газлифт» , при котором перемешивание среды осуществляется за счет подачи воздуха. Вместо лопастной мешалки по центру нейтрализатора по вертикали соосно размещены четыре отрезка трубы. Диаметр труб увеличивается снизу вверх, а высота труб уменьшается. Уровень жидкости в нейтрализаторе примерно на 900 мм выше верхнего обреза четвертой трубы. При подаче сжатого воздуха в нижнюю трубу устанавливается интенсивная циркуляция (эффект эрлифта) жидкости. Преимуществом данной системы является отсутствие движущихся частей. Нейтрализатор снабжен необходимыми штуцерами для подачи гидролизата, известкового молока, нейтрализата из головного нейтрализатора и отбора нейтрализата. Для вытяжки паров и гзов в крышке нейтрализатора есть штуцер, к которому присоединена вытяжная труба.

Осветление. Осветление нейтрализата производится на непрерывно действующих отстойниках. Отстойник представляет собой цилиндрический сосуд с коническим днищем и закрытый плоской крышкой (рис. 6). Нейтрализат через успокоитель поступает в центральную часть отстойника. Шлам осаждается на дне отстойника, а нейтрализат, осветляясь, поднимается вверх по сечению отстойника и сливается в желоб, расположенный по окружности отстойника, а из него направляется в сборник осветленного сусла. Для очистки от осадка внутренней поверхности и кромки желоба предусмотрен скребок. Осадок, скапливающийся на дне отстойника, выгребным механизмом сгребается к центру конусного днища и через штуцер направляется в выгружатель шлама.

Осветленный нейтрализат из желоба отстойника поступает в сборник и оттуда насосом подается на вакуум-охладительную установку (рис. 7). Она состоит из одного четырехступенчатого вакуум-испарителя и четырех поверхностных конденсаторов. Вакуум-испаритель представляет собой цилиндрический аппарат, разделенный по вертикали на четыре отдельные секции – четыре испарителя, поставленные друг на друга. Нейтрализат поступает в верхнюю и последовательно проходит все четыре секции. Охлажденный нейтрализат из последней секции откачивается насосом. Пары самоиспарения из каждой секции поступают в межтрубное пространство своего трубчатого конденсатора.

Коагуляция. Однако описанная схема подготовки гидролизата оказывается недостаточной из-за недоброкачественности нейтрализата, поэтому необходима дополнительная обработка, цель которой – максимально снизить содержание в нейтрализате коллоидных веществ. В процессе выращивания дрожжей происходит окисление и коагуляция лигногуминовых веществ, на что затрачивается кислород воздуха. За счет коагуляции увеличивается содержание взвешенных веществ.

Операцию коагуляции стали производить перед процессом выращивания путем продувки воздухом с использованием эрлифтных аппаратов для выращивания дрожжей. В процессе аэрации содержание взвешенных веществ увеличивается и их необходимо выделить из нейтрализата. Для этой цели используют такие же отстойники, как и для отстоя горячего нейтрализата.

3. Выращивание дрожжей

В технологической схеме дрожжевого производства стадия выращивания дрожжей – главная операция, основанная на микробиологическом синтезе. Для накопления биомассы дрожжей надо иметь соответствующую емкость, т.е. аппарат для выращивания товарных кормовых дрожжей, засевные дрожжи чистой культуры, питательную среду и воздух. Каждый из указанных факторов влияет на процесс выращивания дрожжей. После выращивания дрожжи необходимо выделить из отработанной среды, промыть и довести до сухого состояния. Выделяют и обезвоживают дрожжи фильтрованием, сепарированием, фильтрацией, упариванием и сушкой. Таким образом, технологические операции получения дрожжей разделяются на биохимические, механические и тепловые (рис. 8).

Подготовка чистой культуры засевных дрожжей.

Под понятием засевные дрожжи принято понимать начальный или дополнительный приток дрожжей чистой культуры в основные производственные дрожжерастильные аппараты. Под чистой культурой в производстве следует понимать 100%-ную биомассу дрожжей, рекомендуемую производству для культивирования на перерабатываемом в данный период времени сырье.

Засевные дрожжи чистой культуры приготавливаются по особому режиму, начиная от лабораторной пробирки и кончая производственным дрожжерастильным аппаратом – ферментатором. Установка для их приготовления работает периодически или непрерывно, в зависимости от потребности.

Перед процессом выращивания дрожжей в пусковой период перерабатываемый субстрат должен быть засеян определенным количеством активных дрожжей урожайной чистой культуры. Опыт показал, что в начальный период в субстрате количество биомассы засевных дрожжей, содержащей до 75% влаги, не должно превышать половины массы сахара, предназначенного для загрузки аппарата. При непрерывном выращивании товарных дрожжей в случае неустойчивости производственной культуры рекомендуется постоянно добавлять 10% засевных дрожжей от биомассы дрожжей, находящихся в аппарате.

Исходя из этого, определяется состав и производительность установки приготовления засевных дрожжей чистой культуры.

Процесс выращивания засевных дрожжей разбивается на ряд операций, основными из которых являются:

• выращивание чистой культуры дрожжей в лабораторных условиях,

• выращивание засевных дрожжей в малой и большой дрожжанках,

• выращивание засевных дрожжей в малом дрожжерастильном аппарате.

Схема установки приготовления засевных дрожжей чистой культуры показана на рис. 9. Выращивание чистой культуры дрожжей в лабораторных условиях осуществляется в несколько стадий в колбах или бутылях различной вместимостью. В качестве питательной среды на всех стадиях установки чистой культуры применяют нейтрализованный гидролизат или сульфитный щелок. Питательную среду приготавливают в специальном аппарате, так называемом стерилизаторе-нейтрализаторе, к которому подведены пар, воздух, известковое молоко, раствор сульфата аммония и водная вытяжка суперфосфата. Аппарат, заполненный нейтрализованным гидролизатом, с целью стерилизации среды нагревают до 80˚С и дополнительно нейтрализуется до рН 5,5 – 5,8 при непрерывном воздушном или механическом перемешивании. При этом добавляются питательные соли: раствор сульфата аммония, водная вытяжка суперфосфата и хлористый калий. В питательную среду желательно добавить дрожжевой автолизат. Добавка автолизата ускоряет процесс размножения дрожжей и делает их физиологически активными.

Питательную среду можно употреблять после отстаивания и охлаждения. Отстаивание обычно продолжается 5 – 8 ч. Для очистки от осадка в стерилизаторе-нейтрализаторе предусмотрены декантационные устройства, а для механической выгрузки осадка из аппарата – боковой и верхние люки.

Первая стадия выращивания засевных дрожжей в производственных условиях осуществляется в малой дрожжанке общей вместимостью 500 л. Вначале в дрожжанку набирают 180 л кипяченой воды, затем подают 40 л подготовенной питательной среды. В этот субстрат засевают выращенные в лаборатории дрожжи в количестве 120 – 140 г в пересчете на прессованные, вместе со средой, на которой они выращивались. Питательная среда в малой дрожжанке должна содержать РВ в пределах 0,4 – 0,5%.

Все содержимое дрожжанки интенсивно продувается воздухом в течение 12 – 14 ч с постепенной за это время добавкой питательной среды с таким расчетом, чтобы к концу периода объем жидкости был 310 л. При выращивании поддерживается рН 4,0 – 5,5 путем подачи аммиачной воды. На первой стадии за один цикл получают 3,5 – 4,5 кг биомассы дрожжей, содержащих 75% влаги.

Вторая стадия осуществляется в больщой дрожжанке общей вместимостью 4,5 – 5 м³. Весь процесс второй стадии аналогичен процессу первой стадии: в дрожжанку подается 1300 л кипяченой воды, 200 л питательной среды, все засевные дрожжи вместе с отработанной средой с первой стадии. Процесс протекает в течение 10 – 11 ч.

Третья стадия осуществляется в малом дрожжерастильном аппарате вместимостью 12 – 15 м³. Аппарат заполняют кипяченой водой (1500 л), засевными дрожжами вместе с отработанной средой со второй стадии (2500 л) и свежей средой (500 л). Засевных дрожжей должно быть не менее 7,5 – 15% от массы РВ. Процесс протекает в течение 8 – 9 ч. За это время в малом аппарате в соответствии с режимом дозировки питательной среды накапливается 6000 л среды с содержанием в ней до 90 -100 кг биомассы дрожжей. В 1 л среды накапливается 15 – 20 г дрожжей, содержащих 75% влаги.

При накоплении этого количества дрожжей начинается непрерывный отбор по 1 – 1,5 м³/ч засевных дрожжей вместе с отработанной средой из малого аппарата в производственный дрожжерастильный аппарат, где выращиваются товарные дрожжи. Одновременно в малый аппарат подается такое же количество свежей питательной среды. Непрерывная работа малого аппарата продолжается 5 – 7 сут. На восьмые сутки следует повторить процесс выращивания чистой культуры засевных дрожжей, начиная с лабораторного размножения отобранных наиболее эффективных производственных дрожжей, полученных от первого оборота. Этим приемом повторной селекции достигается получение высокоурожайной и устойчивой в производственных условиях культуры дрожжей.

3.2 Технологические режимы и схемы выращивания дрожжей

Состояние культуры кормовых дрожжей, а также нормальное выращивание биомассы дрожжей в промышленных условиях зависит от очень многих факторов и обстоятельств, основными из которых являются: подбор необходимой и соответствующей производственным требованиям культуры дрожжей, обеспечение процесса выращивания дрожжей нужным количеством кислорода, сахаром необходимой концентрации и качества, питательными веществами (азотом, фосфором, калием), поддержание температуры среды при выращивании, соответствующей условиям размножения, поддержание постоянства рН, соблюдение стерильных производственных условий.

Наиболее распространенными видами кормовых дрожжей являются Candida scottii, Candida tropicalis и Candida utilis. Эти культуры дрожжей широко применяются в различных средах, в зависимости от изменения которых дрожжи получили свое разнообразие и различную эффективность по выходу биомассы. В производственных условиях наиболее широкое применение получили дрожжи Candida scottii. По сравнению с другими видами Candida scottii дает наибольший выход биомассы, но и не менее устойчивы в среде с повышенным содержанием фурфурола. Иногда целесообразно смешивать различные культуры дрожжей, т.к. при этом расширяется диапазон ассимиляции различных видов углеводов.

Нормальным следует считать выход кормовых дрожжей (в сухом виде) 40 – 50% от использованного сахара.

3.3 Обеспечение воздухом

Одним из важнейших условий выращивания аэробных культур микроорганизмов для накопления белка является подача воздуха, являющегося источником кислорода. Истинное определение потребности воздуха при выращивании биомассы имеет большое значение, так как недостаток его приводит к снижению выхода биомассы, а значительное его превышение – к сооружению сложных воздуходувных и воздухораспределительных устройств.

Расход кислорода на получение абсолютно сухой биомассы может быть найден по уравнению:

V=0,25gK_k

V – расход кислорода, кг; 0,25 – содержание сухих веществ в биомассе, кг/кг; g – прирост сырой биомассы, кг/ч; K_k – коэффициент расхода кислорода, кг на 1 кг абс. сухой биомассы.