Вакуумный аппарат для выращивания хлебопекарных дрожжей Российский патент 2024 года по МПК C12M1/04 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к аппаратам для выращивания хлебопекарных дрожжей. Цель изобретения - усиление прочностных характеристик стенок дрожжерастильного аппарата для обеспечения работы под вакуумом, а также интенсификация процесса массообмена при минимальном расходе воздуха и сокращение теплоэнергозатрат.

Известен большой класс аппаратов для выращивания микроорганизмов, выполненных в виде цилиндрической емкости, например, аппарат (патент РФ №2021346 от 15.10.1994), содержащий вертикальную емкость с расширенной верхней частью, циркуляционные трубы, расположенные вне емкости и подключенные к верхней и нижней частям емкости, теплообменные устройства, совмещенные с циркуляционными трубами, аэрирующее устройство, расположенное в нижней части емкости, а внутри емкости по ее оси установлена циркуляционная труба с равномерно расположенными по всей высоте ее стенки отверстиями для прохода среды, над которыми с внутренней стороны трубы укреплены отражательные щитки, отогнутые вниз, а в образованном кольцевом промежутке с внешней стороны циркуляционной трубы размещены дополнительные теплообменные устройства, под которыми расположено аэрирующее устройство в виде кольца.

Недостатком цилиндрических стенок дрожжерастильных аппаратов является их недостаточная прочность и слабое сопротивление на втягивание при создании вакуума внутри аппарата с помощью водокольцевого вакуум насоса. Особенно это касается аппаратов с большим диаметром товарной стадии выращивания дрожжей.

В предлагаемой конструкции вакуумного дрожжерастильного аппарата этот недостаток устраняется путем использования гофрированной стенки, соединенной ребрами жесткости с центральным циркуляционным цилиндром, а также расположением аэрационной системы на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра, усиливающей внутреннюю гофрированную стенку аппарата (1), путем жесткого соединения с циркуляционным цилиндром (2) в горизонтальной плоскости.

Засасывание атмосферного воздуха проводят без применения воздухораспределительного лежака, а его дросселирование проводят в каждом диспергирующем элементе аэрационной системы самостоятельно, изолированно друг от друга. Такое конструктивное решение позволяет контролировать работоспособность каждого диспергирующего элемента с помощью приборов контроля расхода воздуха.

В практике промышленного культивирования дрожжей выход из строя одного из элементов аэрационной системы, случай не редкий. Это приводит к тому, что 60% технологического воздуха выходит через поврежденный элемент, т.е. значительная часть воздуха идет транзитом, никак не насыщая кислородом культуральную жидкость. Такой факт напрямую связан с потерей выхода дрожжей, и не представляется возможным исправить аварийную обстановку во время интенсивного роста дрожжей до окончания технологического процесса.

Иное дело в представленной конструкции вакуумного дрожжерастильного аппарата, все элементы аэрационной системы выполнены взаимозаменяемыми, одинакового размера, и с индивидуальной регулировкой расхода воздуха. Во время аварийной ситуации всегда можно заглушить и вывести элемент из рабочего состояния, не останавливая технологический процесс и не теряя выход дрожжей по стадии выращивания.

Благодаря создаваемому вакууму над поверхностью культуральной жидкости с помощью вакуум насоса, создаются благоприятные условия для извлечения растворенного углекислого газа и смещения градиента растворимости в сторону кислорода воздуха. Это происходит из-за того, что растворимость углекислого газа в 10 раз выше, чем у кислорода, поэтому извлечение его из культуральной жидкости также будет легче. Таким образом, появляется возможность повышения концентрации дрожжей в культуральной жидкости и переработки концентрированных сред, что приведет к увеличению величины сухих веществ в дрожжевой клетке до 33-35% и содержанию трегалозы до 16%.

Благодаря создаваемому вакууму над поверхностью культуральной жидкости с помощью вакуум насоса за счет испарения влаги с поверхности культуральной жидкости и извлечения углекислого газа происходит температурная стабилизация процесса выращивания дрожжей. В момент интенсивного роста культуры выделяется большое количество тепла, которое необходимо отвести, чтобы обеспечить оптимальную температуру в 33-34°С. В промышленности наибольшее распространение получили циркуляционные контуры с использованием теплообменников. Однако такие системы громоздки, быстро засоряются, трудоемки в обслуживании, требуют постоянной чистки, создают неблагоприятные микробиологические условия из-за множества непромываемых зон, требуют дополнительных затрат на электроэнергию.

Все эти недостатки исключаются за счет применения вакуума и интенсивного испарения влаги над поверхностью культуральной жидкости и подачи дополнительного количества холодной воды. Дросселированием воздушного потока регулируют уровень вакуума и интенсивность испарения влаги. Таким образом, стабилизируют температурный режим выращивания дрожжей.

Минимальный расход воздуха, идущий на обеспечение культуральной жидкости растворенным кислородом, является следствием оптимального расположения аэрационной системы на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра. Это позволяет экономить 30% энергозатрат, идущих на аэрацию культуральной жидкости.

Дрожжерастильный аппарат (см. на чертежах) содержит вертикальную емкость, внутренняя стенка (1) которого выполнена из гофрированной стали. Емкость снабжена патрубками (7) для подачи питательных ингредиентов и воды, моечной головкой (12) для промывки аппарата, линией для отвода биомассы (9), штуцером (10) для отвода промывной воды, трубой пересевов (11), патрубками (4) засасывания воздуха и ввода его в диспергирующие элементы, трубой (8) для отвода отработанного воздуха, внутренним циркуляционным цилиндром (2), закрепленным ребрами жесткости (6), и аэрационной системой, расположенной на внешней стороне циркуляционного цилиндра, с диспергирующими элементами (3).

Аэрационная система выполнена из радиально расположенных диспергирующих элементов (3), усиливающих внутреннюю гофрированную стенку аппарата (1), путем жесткого соединения с циркуляционным цилиндром (2) в горизонтальной плоскости, а в вертикальной плоскости закреплены на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра.

Вакуумный дрожжерастильный аппарат работает следующим образом.

Перед пуском аппарата в работу внутреннюю полость его промывают моющими растворами и горячей водой с помощью моечной головки через патрубок (12), расположенной в верхней части аппарата. После мойки через трубу (8) в верхней части аппарата, с помощью водокольцевого вакуум насоса типа ВВН создается разрежение внутри аппарата с 10%-м вакуумом. Через трубу пересевов (11), в течение нескольких секунд без использования перекачивающих насосов, засасывается засевной материал с предыдущей стадии выращивания дрожжей, открываются патрубки (7) для подачи питательных ингредиентов и воды, осуществляют подачу воздуха в аэрационную систему, а уровень вакуума повышают до 30%. Таким образом, начинается новый цикл выращивания дрожжей, поскольку передача засевного материала происходит в генеративно-активном состоянии, продолжение выращивания дрожжей происходит в вакуумном аппарате без лаг-фазы.

После перекачки в дрожжерастильный аппарат всего объема засевного материала и подачи питания, происходит интенсивный рост дрожжевой биомассы с выделением большого количества тепла, которое необходимо непрерывно отводить. Контроль температуры осуществляют непрерывно, на протяжении всего процесса выращивания, чтобы обеспечить оптимальную температуру в 33-34°С за счет дросселирования воздушного потока и создания более высокого вакуума, например, до 50%.

Пузырьки воздуха, выходя из диспергирующих элементов (3) аэрационной системы, поднимаются по кольцевому промежутку между гофрированной стенкой емкости (1) и циркуляционной трубой (2) и создают восходящий поток культуральной жидкости. Весь объем жидкости, находящейся над аэрационной системой поднимается вверх, а весь объем жидкости, находящийся в циркуляционном цилиндре устремляется вниз. Таким образом, происходит организованное и непрерывное движение культуральной жидкости внутри вакуумного аппарата.

Технологический воздух, попадая в диспергирующие элементы аэрационной системы на уровне 70%, обеспечивает оптимальный уровень массообмена. Объем культуральной жидкости, находящейся в кольце между стенкой аппарата и циркуляционным цилиндром в шесть раз превышает объем циркуляционного цилиндра, что обеспечивает необходимую скорость обратного потока культуральной жидкости внутри цилиндра, чтобы обеспечить захват газожидкостной смеси для усиления растворимости кислорода воздуха. Соотношение уровня элементов аэрационной системы в 70% выбрано опытным путем, как оптимальное по отношению к 100% высоты циркуляционного цилиндра, обеспечивающее максимальную величину прочности гофрированной стенки аппарата и скорости обратного потока культуральной жидкости. При таком соотношении экономится 30% энергозатрат на аэрацию культуральной жидкости.

При завершении процесса выращивания дрожжей в аппарате накапливается биомасса с накоплением в 330 г/л, закрывается линия подачи питания (7), снижается уровень вакуума и в течение часа происходит процесс дозревания. Далее снижается уровень вакуума до нуля и открывается линия для отвода биомассы (9). Весь объем выращенных дрожжей направляется на сепарацию.

Предлагаемый вакуумный дрожжерастильный аппарат создает все условия для интенсивного роста хлебопекарных дрожжей в концентрированных средах с накоплением биомассы до 330 г/л, получения товарной продукции с величиной сухих веществ в дрожжевой клетке до 33-35% и содержанию трегалозы до 16%.

Изобретение относится к микробиологии. Аппарат для выращивания хлебопекарных дрожжей состоит из вертикальной емкости с центральным циркуляционным цилиндром, с аэрационной системой, патрубками подачи воды и питательных веществ, патрубками моечной головки, трубы пересевов и линии отвода биомассы, а также верхней трубы для отводы воздуха, при этом корпус аппарата выполнен из гофрированной стали, соединенный ребрами жесткости с центральным циркуляционным цилиндром, а аэрационная система выполнена из радиально расположенных диспергирующих элементов путем жесткого соединения ее с циркуляционным цилиндром в горизонтальной плоскости, а в вертикальной плоскости расположены на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра, труба для отвода воздуха и создания вакуума выполнена с возможностью подключения к вакуум-насосу. Изобретение позволяет усилить прочностные характеристики стенок дрожжерастильного аппарата для обеспечения работы под вакуумом, а также интенсификацировать процесс массообмена при минимальном расходе воздуха. 2 ил.

Аппарат для выращивания хлебопекарных дрожжей, состоящий из вертикальной емкости с центральным циркуляционным цилиндром, с аэрационной системой, патрубками подачи воды и питательных веществ, патрубками моечной головки, трубы пересевов и линии отвода биомассы, а также верхней трубы для отводы воздуха, отличающийся тем, что с целью усиления прочностных характеристик стенок дрожжерастильного аппарата корпус аппарата выполнен из гофрированной стали, соединенный ребрами жесткости с центральным циркуляционным цилиндром, а аэрационная система выполнена из радиально расположенных диспергирующих элементов, усиливающих гофрированный корпус аппарата, путем жесткого соединения ее с циркуляционным цилиндром в горизонтальной плоскости, а в вертикальной плоскости расположены на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра, при этом засасывание атмосферного воздуха происходит непосредственно через патрубки диспергирующих элементов, проходящих через гофрированный корпус аппарата, а дросселирование воздуха проводят в каждом диспергирующем элементе аэрационной системы самостоятельно, изолированно друг от друга, а труба для отвода воздуха и создания вакуума выполнена с возможностью подключения к вакуум-насосу.