Способ непрерывного культивирования засевных дрожжей при производстве спирта и хлебопекарных дрожжей Советский патент 1989 года по МПК C12N1/18 C12N1/18 C12R1/865 

01

ю

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способам культивирования дрожжей для двухпродуктового производства спирта и хлебопекарных дрожжей из мелассы. Целью изобретения является повышение выхода дрожжей. Способ позволяет увеличить накопление биомассы в производственных дрожжах до 40-45 г/л за счет снижения расхода сахара на образование спирта, содержание которого составляет 0,6-1,0 об.%, при уменьшении начальной концентрации сухих веществ в среде до 6,0-7,5%. Мелассу для культивирования дрожжей делят в соотношении 1:2, причем меньшую часть разбавляют до концентрации 2,0-2,5% СВ и вводят на первую стадию выращивания, а большую часть задают равными частями на вторую и третью стадии выращивания. Интенсивность аэрирования среды на первой и второй стадиях составляет 30-40 м³/м^3.ч, а на третьей - 15-25 м³/м^3.ч. 2 табл.

Изобретение относится к спиртовой промьшленности, в частности к способам непрерывного культивирования дрожжей при двухпродуктовом производстве спирта и хлебопекарных дрожжей из мелассы.

Цель изобретения - повышение выхода дрожжей.

Способ заключается в том, что при непрерывном культивировании дрожжей, вюгдочающем градиентно-непрерывное дрож- жегенерирование с аэрированием среды в три стадии, разделением мелассы на две части,,рециркуляцией среды с третьей стадии на первую, мелассу делят в

соотношении 1:2, причем меньшую часть мелассы разбавляют водой до концентрации 2,0-2,5% СВ и вносят на первую адию азрирования, а большую - подают равньми частями в аппараты второй и третьей стадии азрирования.

Интенсивность аэрирования среды на первой и второй стадиях составляет 30-40, а на третьей - 15-25м- /м -ч.

Малая концентрация сухих веществ среды в сочетании с интенсивным аэрированием (30-40 .ч) способствует увеличению доли сахара, расщепляемого с образованием структур дрожжевых клеток, и соответственно уменьшению

той части сахара, которая расходуется на биосинтез спирта.-Следствием указанного и является возрастание накопления биомассы в среде. Уменьшение концентрации сухих веществ вызывает возрастание количества растворенного в среде кислорода. По этому параметру предлагаемый способ обеспечивает более интенсивное снабжение дрож- желых клеток кислородом, что также способствует преобладанию аэробного процесса (накопления биомассы) над анаэробным (образованием спирта).

Интенсивное размножение дрожжей способствует тому, что после первой стадии питательные вещества сусла (источники углерода, азота и другие) практически исчерпываются. Поэтому для создания оптимальных условий эффективного биосинтеза дрожжей и накопления биомассы неразбавленную мелассу задают на вторую и третью стадии в количествах, сохраняющих преобладание аэробного процесса над ана- эробным, т.е. не допускающих усиления спиртообразования. Экспериментально подобрано и установлено, что этим условиям наиболее соответствует введение мелассы равными частями.

Концентрация спирта в производственных дрожжах не превышает 0,6-1,0 об.%.

По отношению к массе мелассы, задаваемой на первую стадию культивирования, это количество составляет 2:1, а начальная концентрация среды после ввода всей мелассы повьш1ается до 6,0-7,5% СВ.

Применение сусла концентрацией меньше заявляемых пределов, т.е, менее 2,0% СВ, хотя и способствует увеличению количества растворенного кислорода в среде, но вызывает лимитирование дрожжей по питательным веществам, в первую очередь по сахару как источнику углерода, что ослабляет рост и раамножение дрожжевых клеток. Этот фактор противоречит цели процесса культивирования дрожжей.

Увеличение концентрации сусла сверх 2,5% СВ влечет за собой снижение количества растворенного кислорода в среде и возрастание (как указано вьше) нагрузки по сахарам на дрожжи.. Оба этих фактора влияют на измене ние направленности процесса в сторону усиления образования спирта и ослабления накопления биомассы.

0

Q

c 5

5

0 5

0

Предпочтительность величины интенсивности аэрирования среды на первой И второй стадиях (30-40 ч) определяется тем, что увеличение этого параметра сверх 40 м /м «ч не оказывает заметного влияния на содержание дрожжей в среде, но ведет к неоправданному расходу электроэнергии, а уменьшение количества продуваемого воздуха ниже 30 влечет за собой снижение величины накопленной биомассы, а также усиление спиртооб- разавания.

Уменьшение интенсивности аэрирования среды на третьей стадии до 15-25 мЗ/м Ч обусловлено необходимостью подготовки дрожжевой биомассы к осуществлению анаэробного процесса двухпродуктового производства спирта и дрожжей из мелассы. При этом наряду с накоплением дрожжей происходит некоторое усиление образования спирта, концентрация которого на третьей стадии достигает величины 0,6-1,0 об.%.

Выращенные при такой интенсивности аэрирования дрожжи, будучи введены в анаэробные условия, быстро осуществляют перестройку ферментных систем и эффективно сбраживают сахар на спирт. Применение на третьей стадии расхода воздуха выше 25 способствует удлинению периода адаптации дрожжей к анаэробному расщеплению сахара и ухудшению экономичности его использования. Аэрация среды при расходе воздуха менее 15 : приводит к уменьшению образования , биомассы и увеличению накопления спирта вьш1е 1,0 об.%.

Меньшая часть мелассы из этого соотношения используется для приготовления сусла концентрацией 2,0-2,5% СВ, а большая - для задачи в аппараты второй и третьей стадий аэрирования и с целью доставки питательных веществ дрожжевым клеткам для их интенсивного размножения. При этом концентрация (Кн) повьшается до 6,0- 7,5% СВ.

Такое распределение мелассы обеспечивает сохранение преобладания аэробного процесса над анаэробным,т.е. интенсивный биосинтез дрожжевой биомассы при слабом спиртообразовании (концентрация этанола в конце процесса 0,6-1,0 об.%).

Изменение заявляемого соотношения разделения мелассы может происходить только за счет изменения количества большей доли мелассы, поскольку для получения сусла концентрацией 2,0-2,5% СВ необходимо постоянное ее количество. Поэтому изменить соотношение 1:2 возможно лишь путем увеличения или уменьшения Количества мелассы подаваемой на вторую и третью стадии аэрирования, что приводит к отклонению величины К.н ниже 6% или выше

7,5% СВ.:

Результаты влияния соотношения при разделении мелассы на выход дрожжей приведены в табл.1.

Из данных табл.1 следует, что увеличение доли мелассы, подаваемой на вторую и третью стадии сверх заявляе- мого предела, снижает коэффициент использования сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей (Б:Кн), увеличивает концентрацию спирта на третьей стадии аэрирования, что, в свою очередь, является причиной значительного повышения невосполнимых потерь Спирта с отходящими газами вследствие относительно высокой интенсивности аэрирования. Указанные факторы снижают эко- номичность совместного производства хлебопекарных дрожжей и спирта из мелассы.

I , , .

П р и м е р 1. Келассное сусло со скоростью 10 и концентрацией 2,0% СВ, (267 кг мелассы содержанием 75% СВ и 9810 л воды) с засевными дрожжами Saccharomyces cerevisiae pacu В вводят в первый аппарат и подвергают аэрированию в три стадии по мере перетекания среды от первого до шестого аппарата, причем интенсивность аэрирования на.первой и второй стадиях составляет 30, а на третьей . 15 . Рециркуляцию среды осу-, ществляют насосом из последнего аппарата батареи в аппарат с коэффициентом 0,90, В третий, четвертый, пятый и шестой аппараты задают по 200 кг/ч мелассы, в результате чего начальная концентрация среды в последнем аппарате (в производсвтенных дрожжах) повышается до 6,0% СВ. Производственные дрожжи характеризуются содержанием биомассы 40 г/л спирта 0,6 об.%. Коэффициент эффективности использования сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей составляет 6,7 (40:6).

10

jj

20 25.,Q

40

П р и м е р 2. Мелассное сусло со скоростью 10 и концентрацией СВ, (333 кг мелассы и 9762 л воды) с засевными дрожжами вводят в первый аппарат и подвергают аэрированию в три стадии по мере перетекания среды от первого до шестого аппарата, причем интенсивность ее аэрирования на первой и второй стадиях составляет 40, а на третьей - 25 .

Коэффициент рециркуляции среды из последнего аппарата в первый 0,75. В третий, четвертый, пятый и шестой аппараты задают по 250 кг/ч мелассы, в результате чего начальная концентра ция среды в последнем аппарате повышается до 7,5% СВ. В производственных дрожжах содержание биомассы составляет 45 г/л, а спирта 1,0 об.%. Коэффициент, эффективности сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей составляет 6,0 (45:7,5).

П р и м е р 3, Способ осуществляется аналогично примерам 1 и 2. Концентрация мелассного сусла, задаваемого в первый аппарат, составляет 2,3% СВ (307 кг мелассы и 9780 л воды), интенсивность аэрирования среды на первой и второй стадиях составляет 35, а на третьей - 20 ч. Коэффициент рециркуляции 0,8, коли- чествс мелассы, задаваемой в третий, четвертый, пятый и шестой аппараты по 227 кг/ч. Начальная концентрация сухих веществ в производственных дрожжах -6,8%, содержание биомассы 43 г/л, cnHpiTa 0,8 об.%. Коэффициент эффективности использования сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей составляет 6,3 (43:6,8).

Данные, характеризующие достижение поставленной цели по предлагаемому способу в сравнении с прототипом (базовым объектом), а также основные технологические показатели представлены в табл.2.

Вьфащенные по предлагаемому способу производственные дрожжи с содержанием биомассы 40-45 г/л, спирта 0,6-1,0 об.% и Кн 6-7,5% СВ непрерывно вводят в головной аппарат бродильной установки, куда вносят также мелассу для обеспечения ожидаемой концентрации спирта в зрелой бражке (от 2 до 9 об.%) и сбраживают известными способами. Из полученной зрелой бражки (содержание дрожжей 40-50 г/л) известным способом выделяют биомассу

. и получают прессованные хлебопекарн дрожжи. Их качественные-показатели следующие:

Влажность Д

Кислотность, мг/ЮОг

Подъемная сила,мин

Стойкость, ч

Мальтаэная активность,

мин

73-74

100-105

55-60

55-59

100-110

Приведенные данные свидетельствуют о соответствии качества хлебопекарных дрожжей, полученных с исполь1. Способ непрерывного культивирования засевных дрожжей при производст ве спирта и хлебопекарных дрожжей, предусматривающий градиентно-непре- рывное выращивание дрожжей на питательной среде, содержащей мелассу в качестве источника углерода, в три стадии в условиях аэрации, разделение мелассы на две части и рециркуляцию среды с третьей стадии на первую, о тл ич с я тем, что, с целью повышения выхода дрожжей, раззованием предлагаемого способа непре- деление мелассы осуществляют в соот- рывного культивирования , требованиям ГОСТ 171-81.

нощении 1:2, причем меньшую часть раз бавляют водой до концентрации 2,0- 2,5% СВ и вносят на первую стадию выращивания, а большую часть подают 2Q равными порциями на вторую и третью стадии выращивания.

Из обездрожженной бражки выделяют спирт, ректификованный известными способами..

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить концентрацию биомассы до

40-45 г/л с однов ременным уменьшением 25 ях составляет 30-40 ч расхода мелассы.

нощении 1:2, причем меньшую бавляют водой до концентрац 2,5% СВ и вносят на первую ращивания, а большую часть 2Q равными порциями на вторую стадии выращивания.

2, Способ ПОП.1, отли щий с я тем, что интенсивн рации среды на первой и втор

ч третьей - 15-25 .

Начальная концентрация сухих веществ в производственных дрожжах (Кн), % Концентрация биомассы в производственных дрожжах (Б), г/л . Коэффициент эффективности использования сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей (Б:Кн) Концентрация спирта в производственных дрожжах, об.%

ормула изобретения

деление мелассы осуществляют в соот-

ях составляет 30-40 ч

нощении 1:2, причем меньшую часть разбавляют водой до концентрации 2,0- 2,5% СВ и вносят на первую стадию выращивания, а большую часть подают равными порциями на вторую и третью стадии выращивания.

2, Способ ПОП.1, отличающий с я тем, что интенсивность аэрации среды на первой и второй стади /м ч, а на третьей - 15-25 .

Т а б л и ц а 1