Способ непрерывного культивирования засевных дрожжей при производстве спирта и хлебопекарных дрожжей

 

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 м<SP POS="POST">3</SP>/м<SP POS="POST">3.</SP>ч, а на третьей - 15-25 м<SP POS="POST">3</SP>/м<SP POS="POST">3.</SP>ч. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 12 N 1/18 // (C 12 N 1/18

С 12 R 1;865) „"3" Щ3@3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{54) СПОСОБ НЕПРЕРЬВНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ЗАСЕВНЫХ ДРОЖЖЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СПИРТА И ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ (57) Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способам культивирования дрожжей для

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

Цель изобретения — повышение выхода дрожжей.

Способ заключается в том, что при непрерывном культивировании дрожжей, включающем градиентно-непрерывноедрожжегеиерирование с аэрированием среды в три стадии, разделением мелассы на . две части„рециркуляцией среды с третьей стадий на первую, мелассу делят в

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTHRM

ПРИ.ГКНТ СССР

1 (21) 4246204/30-13

{ 22) 19. 05. 87 .(46) 15,11.89. Бюл, ¹ 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт новых видов пищевых продуктов и добавок (72) С.Т.Олийничук, С.Ф.Гончар, А.Д.Коваленко, Л.В.Левандовский и В.И.Шевченко (53) 663.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1280004, кл. С 12 N 1,/18, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1194875, кл. С 12 P 7/Об, 1985.

„SU„,1523766 А1

2 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.Х, при уменьшении начальной концентрации сухих веществ в среде до 6,0-7,5Х, Мелассу для культивирования дрожжей делят в соотношении 1:2, причем меньшую часть разбавляют до концентрации 2,0-2,5Х

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 м /м ч, а на третьей—

15-25 м /и э ч. 1 з.п. ф-лы. 2 табл.

М® соотношении 1:2, причем меньшую часть мелассы разбавляют водой до концентра- ф",) ции 2,0-2,5Х СВ и вносят на первую ф;1 стадию аэрирования, а большую — подают равными частями в аппараты второй и третьей стадии аэрирования.

Интенсивность аэрирования среды на первой и второй стадиях составля- ф ет 30-40, а на третьей — l5-25M /м . м ч, Малая концентрация сухих веществ среды в сочетании с интенсивным аэрированием (30-40 м /м ч) способствует э увеличению доли сахара, расщепляемого с образованием структур дрожжевых клеток, и соответственно уменьшению

1521766 той части сахара, которая расходуется на биосинтез спирта. Следствием указанного и является возрастание накопления биомассы в среде..Уменьшение концентрации сухих веществ вызы«5 вает возрастание количества растворенного в среде кислорода. По этому параметру предлагаемый способ обеспечивает более интенсивное снабжение дрожжевых 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- 25 эробным, т.е. не допускающих усиления спиртообразования. Экспериментально подобрано и установлено, что этим условиям наиболее соответствует введение мелассы равными частями.

Концентрация спирта в производст30 венных дрожжах не превышает 0,6-1,0 об. X.

По отношению к массе мелассы, задаваемой на первую стадию культивирования, это количество составляет

2:1, а начальная концентрация среды после ввода всей мелассы повышается 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, 5 как источнику углерода, что ослабляет рост и размножение дрожжевых клеток.

Этот фактор противоречит цели процесса культивирования дрожжей.

Увеличение концентрации сусла 50 сверх 2,5% СВ влечет за собой снижение количества растворенного кислорода в среде и возрастание (как указано выше) нагрузки по сахарам на дрожжи.. Оба этих фактора влияют на измене- 5 ние направленности процесса в сторону усиления образования спирта и ослаб.пения накопления биомассы.

Предпочтительность величины интенсивности аэрирования среды на первой и второй стадиях (30-40 м /мз ч) определяется тем, что увеличение этого параметра сверх 40 м /м ° ч не сказы3 3 вает заметного влияния на содержание дрожжей в среде, но ведет к неоправданному расходу электроэнергии, а уменьшение количе< тва продуваемого воздуха ниже 30 мэ/м ч влечет за з собой снижение величины накопленной биомассы, а также усиление спиртообразования.

Уменьшение интенсивности аэрирования среды на третьей стадии до 15-25 м Э/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 с адин 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 м /м ч спо" собствует удлинению периода адаптации дрожжей к анаэробному расщеплению сахара и ухудшению экономичности его использования. Аэрация среды при расходе воздуха менее 15 м /м ч .. приводит к уменьшению образования биомассы и увеличению накопления спирта выше 1,0 об.X.

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) повышается до 6,07,5 . 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.X) .

5 15217

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, 0 подаваемой на вторую и третью стадии аэрирования, что приводит к отклонению величины Кн ниже б или выше

7,5 СВ.

Результаты влияния соотношения при 15 разделении мелассы на выход дрожжей приведены в табл.1.

Из данных табл.t следует, что увеличение доли мелассы, подаваемой на вторую и третью стадии сверх заявляе- 20 мого предела, снижает коэффициент использования сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей (Б:KH), увеличивает концентрацию спирта на третьей стадии аэрирования, что, в свою очередь, 25 является причиной значительного повышения невосполнимых потерь спирта с отходящими газами вследствие относительно высокой интенсивности аэрирования. Указанные факторы снижают экономичность совместного производства хлебопекарных дрожжей и спирта из мелассы. !

Пример 1. Мелассное сусло со скоростью 10 мз/ч и концентрацией

2,0% СВ, (267 кг мелассы содержанием

75 СВ и 9810 л воды) с засевными дрожжами Saccharomyces cerevisiae расы В вводят в первый аппарат и подвергают аэрированию в три стадии- но мере перетекания среды от первого до шестого аппарата, причем интенсивность аэрирования на первой и второй стадиях составляет 30, а на третьей

15 м /м ч. Рециркуляцию среды осу- .

З з 45 ществляют насосом из последнего аппарата батареи в аппарат с коэффициентом 0,90. В третий, четвертый, пятый и шестой аппараты задают по 200 кг/ч

50 мелассы, в результате чего начальная концентрация среды в последнем аппарате (в производсвтенных дрожжах) повышается до б,p СВ. Производственные дрожжи характеризуются содержанием биомассы 40 r/ë спирта 0,6 об. . Козф-55 фициент эффективности использования сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей составляет 6,7 (40:6).

66 6

Пример 2. Мелассное сусло со скоростью 10 м /ч и концентрацией

2,5 . СВ, (333 кг мелассы и 9762 л воды) с засевными дрожжами вводят в первый аппарат и подвергают аэриро" ванию в три стадии по мере перетекания среды от первого до шестого аппарата, причем интенсивность ее аэрирования на первой и второй стадиях з з составляет 40, а на третьей - 25 м /м .ч.

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 o6. .

Коэффициент. эффективности сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей составляет 6,0 (45:7,5).

Пример 3. Способ осуществляется аналогично нримерам 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 м /м ч.

Коэффициент рециркуляции 0,8, количествс 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, спирта 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 (баа зовым объектом), а также основные технологические показатели представлены в табл.2.

Выращенные 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.Ж) и сбраживают известными способами. Из полученной зрелой бражки (содержание дрожжей 40-50 г/л) известным способом выделяют биомассу

1521766

73-74

100-105

55-60

55-59

Таблица 1

Потери спирта с газами, к накопленному количеству

Производственные дрожжи

Разделение мелассы в со биомасса Кн, Б:Кн (Б), г/л

Спирт, об. отношении

0,5

0,8

1,2

42,5 6,7 . 6,3 0,8

45 7 9 5 7 1,1

47905214

1 2

1:2,5

1:3

Таблица2

Показатели

Прототип Предлагаемый

Начальная концентрация сухих веществ в производственных дрожжах (Кн), 17-18 6,0-7,5

Концентрация биомассы в производст.— венных дрожжах (Б), г/л 33,5 40-45 . Коэффициент эффективности использования сухих веществ мелассы для биосинтеза дрожжей (Б:Кн)

Концентрация спирта в производственных дрожжах, об.

1,9-2,0 5,3-7,5

4,0-4,9 0,6-1,0.и получают прессованные хлебопекарные дрожжи. Их качественные показатели следующие:

Влажность

Кислотность, мг/100г

Подъемная сила,мин

Стойкость, ч

Мальтазная активность, мин 100-1 10

Приведенные данные свидетельствуют о соответствии качества хлебопекарных дрожжей, полученных с использованием предлагаемого способа непре- 1 рывного культивирования дрожжей, требованиям ГОСТ 171-81.

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 одновременным уменьшением 25 расхода мелассы.

Ф о РмулаизобpeTeния

1 Способ непрерывного культивирования засевных дрожжей при производстве спирта и хлебопекарных дрожжей, предусматривающий градиентно-непрерывное 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, а т л и ч а ю шийся тем чт о, с целью повышения выхода дрожжей, разделение мелассы осуществляют в соотношении 1:2, причем меньшую часть разбавляют водой до концентрации 2,02 5

Е СВ и вносят на первую стадию выращивания, а большую часть подают равными порциями на вторую и третью стадии выращивания.

2 Способ по п.1, о т л и ч а ю— щ и и с я тем, что интенсивность аэрации среды на первой и второй стадиях составляет 30-40 м /м ч, а на третьей — 15-25 м /м ч