.
* на 4-е сутки
Подготовка зерна. Все виды зерна, поступающего в
производство, очищают от пыли, земли, камней, металлических и других примесей.
Зерно, предназначенное для приготовления солода, освобождают также от щуплых
зерен, половинок и семян сорных растений.
Воздушно-ситовое сепарирование. Примеси,
отличающиеся от зерна данной культуры толщиной (шириной) и аэродинамическими
свойствами (парусностью), отделяют на воздушно-ситовом сепараторе. При очистке
ячменя, овса и проса производительность сепаратора снижается на 20...30%. В очищенном
зерне содержание примесей не должно превышать 1%.
Магнитное сепарирование. Мелкие металлические
примеси, содержащиеся в зерне после очистки в воздушно-ситовых сепараторах,
удаляют с помощью магнитных сепараторов.
Отделение семян сорных растений. С помощью сит
зерно можно разделить только по толщине и ширине. Примеси, отличающиеся от
основной культуры длиной зерна, выделяют на машинах, называемых триерами.
Рабочий орган триера - цилиндр или диск с ячейками, выбирающими из зерновой
массы короткие частицы. В зависимости от назначения различают два вида триеров:
куколеотборники - выделяющие из основной культуры половинки зерен и шаровидные
примеси, например семена куколя; овсюгоотборники - выделяющие зерно основной
культуры, например ячменя, ржи, из смеси его с длинными зернами овса и овсюга.
Разваривание сырья. Разваривание осуществляют
для разрушения клеточных стенок, освобождения крахмала из клеток и перевода его
в растворимую форму, в которой он быстрее и легче осахаривается ферментами.
Разваривание крахмалсодержащего сырья проводят путем обработки его паром с
избыточным давлением 400 - 500 кПа.
При разваривании происходит ряд сложных
физических, физико-химических и химических изменений. При тепловой обработке в
процессе разваривания идет интенсивное набухание крахмала, его кластеризация и
переход в растворимую форму, обусловленные интенсивным поглощением воды. При
выходе разваренной массы из варочного аппарата давление снижается до
атмосферного, что вызывает превращение содержащейся в клетках воды в пар, объем
которого в несколько раз превышает объем воды. Такое резкое увеличение объема
приводит к разрыву клеточных стенок сырья и превращению его в однородную массу.
Процесс разваривания сопровождается увеличением содержания сахаров и декстринов
за счет частичного гидролиза крахмала под действием собственных ферментов сырья
и естественной кислотности. Высокая температура па стадии разваривания вызывает
протекание процессов меланоидинобразования (взаимодействие сахаров с
аминокислотами), термического разложения сахаров (карамелизапня) и других, что
приводит к снижению количества сбраживаемых сахаров.
В настоящее время разваривание
крахмалсодержащего сырья производят тремя способами: периодическим,
полунепрерывным и непрерывным. Наибольшее распространение получило непрерывное
разваривание по двум схемам. По первой схеме разваривание осуществляют при
пониженной температуре (130 - 140°С), но длительное (50 - 60 мни). По второй
схеме температура разваривания 165 - 172 °С и продолжительность варки 2 - 4
мин. При непрерывном разваривании сырье постоянным потоком движется через
варочный аппарат.д.ля обеспечения равномерности потока сырье измельчают.
Непрерывное разваривание измельченного сырья
включает операции: дозирование сырья и воды, приготовление замеса и разваривание
в две стадии (нагрев замеса до температуры варки и выдержка замеса при этой
температуре). Процесс непрерывного разваривания осуществляется следующим
образом. Измельченное зерно смешивают с водой в количестве 2,0 - 3,5 л на 1 кг
зерна. Воду добавляют с таким расчетом, чтобы концентрация зернового замеса
составляла 16 - 17% сухого вещества. Зерновой замес нагревают вторичным паром
до 70 - 75°С и подают насосом в контактную головку, где происходит мгновенный
нагрев замеса (кашки) паром до 100 110°С. Затем подогретый замес подают в
варочный аппарат, состоящий из 2 - 4 ступеней (колонн).
Охлаждение разваренной массы и её осахаривание.
При осахаривании охлажденную разваренную массу обрабатывают солодовым молоком
или ферментными препаратами для расщепления крахмала и белков. При этом
основным процессом является гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами Сахаров.
При осахаривании разваренной массы солодовым
молоком: крахмал гидролизуется на 70 - 75% до мальтозы и глюкозы и на 25 - 30%
до предельных декстринов, которые расщепляются: до Сахаров на стадии брожения.
При использовании солодового молока получается сусло, содержащее 71 - 78%
мальтозы и 22 - 29% глюкозы от суммы всех сбраживаемых Сахаров. Сусло,
полученное при осахаривании ферментными препаратами микробного происхождения,
содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 81% глюкозы.
Такое различие в продуктах гидролиза крахмала
при использовании разных осахаривающих материалов связано с тем, что в
солодовом молоке содержатся A - и (B-амилаза и декстриназа, а ферментные препараты
микробного происхождения содержат A-амилазу и глюкоамилазу. Все эти ферменты
отличаются по характеру действия на крахмал и по отношению к температуре и
кислотности среды. В зависимости от происхождения A-амилазы могут расщеплять
крахмал только до декстринов (A-амилазы бактериального происхождения) или
образуют и декстрины, и сахара (большинство A-амилаз грибного происхождения и
ферменты солода). Поэтому осахаривание разваренной массы осуществляют при
определенных температуре, кислотности, концентрации субстрата и осахаривающего
материала.
Наиболее прогрессивным способом осахаривания
является непрерывное осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его
заключается в снижении давления, что приводит к мгновенному охлаждению
разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под
вакуумом предотвращает тепловую инактивацию ферментов осахаривающих материалов.
К охлажденной массе добавляют осахариваюшие материалы. Оптимальная температура
действия амилолитических ферментов 57 - 58 °С. Непрерывное осахаривание
разваренной массы производят по одно или двухпоточному способу. При
однопоточном способе в осахариватель (цилиндрический аппарат с коническим
днищем и мешалкой) подают разваренную массу, все расчетное количество
осахаривающих материалов и выдерживают в течение 10 - 15 мин. При двухпоточном
способе разваренную массу разделяют на два равных потока и направляют в два
осахаривателя. В первый осахариватель подают 2/3 осахаривающих материалов, во
второй частично осахаренное сусло охлаждают и подают на брожение в первый и
второй головные аппараты бродильной батареи. спирт
зерно дрожжи
Готовое сусло должно содержать 16 - 18% сухого
сахара, в том числе 13 - 15% сбраживаемых сахаров; кислотность 0,2 - 0,3 град.
При пробе на йод окраска сусла не должна изменяться.
Сбраживание. Сбраживание осахаренной массы
(сусла) начинается с момента введения в нее производственных дрожжей; Под
действием ферментов дрожжей идет расщепление мальтозы до глюкозы, которая затем
сбраживается в спирт и диоксид углерода - основных продуктов брожения. Наряду с
этим образуются вторичные и побочные продукты брожения: высшие спирты, кислоты
и эфиры. По мере сбраживания моно - и дисахаридов под действием амилолитических
ферментов происходит доосахаривание декстринов и крахмала, содержащихся в
сусле. От скорости этого процесса зависит длительность брожения.
В процессе брожения сусла можно выделить три
периода: взбраживание, главное брожение и дображивание. В первом периоде
происходит интенсивное размножение дрожжей и сбраживание Сахаров. Второй период
характеризуется энергичным сбраживанием Сахаров и сопровождается бурным
выделением диоксида углерода. В третьем периоде идет медленное дображивание
Сахаров, образующихся в результате доосахаривания декстринов сусла.
Процесс брожения проводят в закрытых бродильных
аппаратах для предотвращения потерь спирта и выделения диоксида углерода в
производственное помещение. Герметически закрытый бродильный аппарат
представляет собой вертикальный цилиндр со сферическим или коническим днищем, внутри
него установлен змеевик для охлаждения бродящего сусла.
Брожение сусла проводят периодическим,
циклическим и непрерывнопоточным способами. Наиболее совершенным и эффективным
является непрерывнопоточный метод, осуществляемый па установке, состоящей из двух
дрожжанок, взбраживателя и 8 - 10 бродильных аппаратов, последовательно
соединенных переточными трубами. Дрожжанки и взбраживатель предназначены для
приготовления необходимого количества производственных дрожжей. Процесс
происходит следующим образом. Дрожжанку заполняют суслом, пастеризуют его при
80°С в течение 30 мин, охлаждают до 30°С, доводят рН до 3,6 - 3,8 серной
кислотой и вводят из второй дрожжанки засевные дрожжи в количестве 25 - 30% от
объема. Размножение дрожжей идет до достижения содержания сухого вещества в
сусле 5 - 6% - Затем 70 - 75% дрожжей переводится во взбраживатель, куда
одновременно подается охлажденное сусло, производится подкисление всей массы до
требуемой кислотности. Массу в таком виде оставляют для брожения и размножения
дрожжей. Оставшаяся часть дрожжей (25%) подается во вторую дрожжанку для
размножения.
Когда содержание сухого вещества достигнет 5 -
6%, массу подают в первый головной бродильный аппарат, в который одновременно
подается охлажденное сусло. При заполнении первого головного бродильного
аппарата сбраживаемое сусло на него перетекает, во второй головной аппарат, из
него - в третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последней,
аппарата зрелая бражка подается на перегонку. При брожении в аппаратах поддерживается
определенная температура: в первом - 26 - 27 °С, во втором - 27, в третьем - 29
- 30, в последующих - 27 28 °С.
Выделяющийся при брожении диоксид углерода
вместе с парами спирта из бродильных аппаратов поступает в специальные ловушки,
и которых происходит растворение спирта и отделение диоксида углерода.
Водно-спиртовая жидкость из ловушки направляется вместе с бражкой на перегонку,
а диоксид углерода - в специальный цех для получения сухого льда или жидкого
диоксида углерода.
Зрелая бражка должна соответствовать
установленным нормам. Крепость бражки (содержание этилового спирта в объемных
процентах) должна находиться в пределах 8,0 - 9,5 об.%: содержание несброженных
Сахаров не должно превышать 0,4 - 0,5%; кислотность зрелой бражки не должна
превышать 0,5-0,6 град.
Отгонка спирта из бражки и его ректификация.
Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав. Кроме воды
и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения:
сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты,
альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья,
его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.
Для выделения спирта из бражки и его очистки
применяется ректификация. Ректификацией называется процесс разделения смеси,
состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных
температурах. При кипении такой смеси компонент с более высокой упругостью пара
(более летучий) переходит в паровую фазу в относительно больших количествах, а
паровая фаза обогащается более летучим компонентом. Температура кипения этого
компонента при постоянном давлении ниже. Поэтому при кипении смеси летучих
компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру
кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой
температуре значительно выше упругости паров воды. Вследствие этого содержание
спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе.
Очистка спирта от примесей путем перегонки
основана на различии коэффициентов их испарения. Коэффициентом испарения
называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к
концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей
отличаются один от другого и изменяются в зависимости от содержания этилового
спирта. Для определения возможности очистки этилового спирта от примесей
необходимо сравнить коэффициент испарения примесей с коэффициентом испарения
этилового спирта.
При коэффициенте ректификации, равном единице,
перегонка неэффективна, так как дистиллят после нее остается без изменения.
Если коэффициент ректификации больше единицы, то в дистилляте больше примесей,
чем в первоначальной смеси. Если коэффициент ректификации меньше единицы, то в
дистилляте меньше примесей, чем в перегоняемой смеси. Для головных примесей
коэффициент ректификации больше единицы, для хвостовых - меньше.
Очистку спирта-сырца от примесей производят в
настоящее время преимущественно на ректификационных установках непрерывного
действия, в которых спирт-сырец освобождается от примесей в соответствии со
значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на
ликеро-водочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.
Ректификованный спирт в настоящее время на
спиртовых заводах получают непосредственно из бражки на брагоректификационных
установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная.
эпюрациопная и ректификационная. В бражной колонне из бражки выделяют этиловый
спирт и летучие примеси, в эпюрационной отделяют головные примеси, в
ректификационной получают ректификованный спирт. В состав установки входят две
дополнительные колонны - сивушная и окончательная. Сивушная колонна
предназначена для выделения фракции высших спиртов (сивушное масло) и их
концентрации, а окончательная колонна - для дополнительного освобождения
этилового спирта от примесей.
На установке косвенного действия процесс
ректификации осуществляется следующим образом. Бражку подогревают до 90°С в
бражном подогревателе и подают на верхнюю тарелку бражной колонны, в которую
снизу поступает греющий пар. Пары, поднимающиеся из бражной колонны, поступают
в конденсатор через бражный подогреватель, где отдают тепло поступающей в
бражную колонну зрелой бражке. В конденсаторе пар полностью конденсируется и полученный
конденсат крепостью 45 - 55 об.% поступает в эпюрационную колонну.
Выводы
Технология производства спирта - это
многоэтапный технологический процесс.
Технология производства спирта состоит из
различных по характеру и происхождения операциям от механических (подготовка
сырья) до тепло-массообменных (ректификация), а также использование ферментов
микробиологического и биологического происхождения вместе с дрожжами.
Существует множество способов усовершенствования
производства и увеличения выхода и качества продукции: модернизации старого
оборудования, разработка новых аппаратов, улучшение штаммов микроорганизмов и
дрожжей, ведение селекционной работы по получению высококачественного сырья.
Требования к дрожжам спиртового производства.
Современные штаммы дрожжей, применяемые при производстве спирта из зерна.
В спиртовом производстве применяют дрожжи вида
Saccharomyces cerevisiae, которые относятся к дрожжам верхового брожения.
Основными требованиями, предъявляемыми к расам дрожжей при производстве спирта,
являются:
•высокая бродильная активность. Спиртовые дрожжи
должны образовывать максимум спирта;
•способность сбраживать как моносахариды, так и
дисахариды и некоторые декстрины;
•способность сбраживать растворы, содержащие
довольно большие концентрации сахара (в производстве спирта из мелассы
концентрация сахара составляет 13-15\% и более);
•способность осуществлять спиртовое брожение при
высоком содержании спирта в растворе.
При производстве спирта из крахмалсодержащего
сырья чаще всего используют расу ХП, а в производстве спирта из мелассы - расы
Я, Л и В.
Успешное применение находят гибридные дрожжи,
выведенные в институте генетики АН путем скрещивания двух видов дрожжей. Так,
гибрид 67 получен скрещиванием пивных дрожжей и спиртовых расы Я, основной особенностью
которого является наличие у него фермента α-галактозидазы
и способность сбраживать рафинозу.
Производственные спиртовые дрожжи - круглые или
яйцевидные клетки размером 5-6,2х5-8 мкм, распределяющиеся во всем объеме
сусла, пылевидные.
Основными факторами, влияющими на
жизнедеятельность дрожжей в спиртовом производстве, являются температура, рН
среды, концентрация сусла, содержание органических и неорганических кислот.
Температура. Оптимальная скорость роста
спиртовых дрожжей 30-32 °С, однако дрожжи, выращенные при температуре ниже
оптимальной имеют более высокую бродильную активность, поэтому процесс брожения
начинают при температуре 18-22 °С, а во время брожения ее поддерживают на
уровне 29-30 °С. Более высокая температура вызывает снижение бродильной
активности и способствует развитию молочнокислых бактерий и диких дрожжей.
РН среды. Водородные ионы изменяют электрический
заряд коллоидов плазменной оболочки клетки и в зависимости от концентрации
могут увеличивать или уменьшать проницаемость оболочки клеток для отдельных
веществ и ионов. От величины рН зависит скорость поступления питательных
веществ в клетку, активность ферментов, образование витаминов.
При изменении рН среды изменяется характер
брожения: если рН смещается в щелочную зону, то увеличивается содержание
глицерина и побочных веществ в бражке. Оптимальным рН для развития дрожжей
является 4,8-5,0, однако в спиртовом производстве его стараются поддерживать на
уровне 3,8-4,0, чтобы подавить развитие молочнокислых бактерий. Необходимый рН создают
добавлением серной, соляной или молочной кислоты.
Содержание сахара в сусле. Очень высокие
концентрации сахара повышают осмотическое давление в дрожжевых клетках, а
низкие - экономически невыгодны, поэтому сбраживают сусло с содержанием сухих
веществ, что соответствует содержанию в нем 13-15\% сахара. В зависимости от
исходной концентрации сахара и производственных потерь содержание спирта в
зрелой бражке составляет 8-9,5 об.\%.
Содержание спирта. Спирт оказывает тормозящее
влияние как на размножение, так и на бродильную способность дрожжей. Торможение
брожения наблюдается при содержании спирта 12-16\%. Поэтому концентрация
Сахаров в сусле должна быть такой, чтобы в зрелой бражке крепость спирта не
превышала 10 об.\%.
Иногда для подкисления сусла при производстве
спирта из картофеля и зерна используют молочнокислые бактерии вида
Lactobacillus delbrueckii штаммов 52 и смешанная культура со штаммом 70. Это
грамположительные не образующие спор палочки, которые осуществляют
гомоферментативное молочнокислое брожение. Культивирование молочнокислых
палочек ведут при температуре 50°С до кислотности 2,0-2,2 ° для картофельного и
1,7-2,0˚ для зернового сусла, а потом проводят пастеризацию сусла при
75°С. В сусле, подкисленном молочнокислыми бактериями, увеличивается содержание
растворимых азотистых веществ, что благоприятно сказывается на размножение
дрожжей.
Современные штаммы дрожжей, применяемые при
производстве спирта из зерна
Штамм Saccharomyces cerevisiae №8 Спиртовой
(8-С), обладающий высокой генеративной активностью, депонирован во
Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) под регистрационным
номером ВКПМ В-3855 и может быть использован при производстве спирта.
Изобретение позволяет повысить выход спирта и снизить образование побочных продуктов.
3 табл.
Изобретение относится к спиртовой промышленности
и представляет собой новый штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae В - 3855,
используемый для производства спирта.
В производстве спирта из мелассы дрожжи должны
обладать высокой бродильной энергией с анаэробным типом дыхания, переносить
большую концентрацию солей и сухих веществ, быть устойчивыми к продуктам обмена
посторонних микроорганизмов.
В производстве спирта из мелассы применяются
различные штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae и среди них наиболее
распространенной является производственная раса , с хорошими технологическими
свойствами [1, 2] - аналог. Однако, эта раса имеет сравнительно невысокую
генеративную активность, обладает повышенной потребностью к стимуляторам роста,
чувствительностью к вредным примесям мелассной среды. В морфологическом
отношении штамм неоднороден по величине и форме, с наличием в популяции
удлиненных клеток, имеющих замедленную скорость роста, более длительное время
генерации по сравнению с овальными клетками.
Известно также, что традиционной средой для
выращивания дрожжей S. cerevisiae, используемых в спиртовой промышленности
является мелассная питательная среда. Создание современных прогрессивных
технологий пищевого спирта диктует необходимость получения физиологически
активных рас дрожжей, обеспечивающих эффективное сбраживание концентрированного
мелассного сусла. Нами установлено, что минеральные и органические вещества
геотермальной воды нефенольного класса можно рассматривать как новый источник
питания дрожжей. Установлено также, что интенсификация синтеза этанола на 25% и
значительное снижение весьма нежелательных примесных соединений с
использованием штамма S. cerevisiae Y-503 обусловлены возможностью изменения
метаболизма дрожжей на основе влияния биологически активных веществ
геотермальной воды [3, 4]. В связи с этим, новый штамм получают на мелассной
питательной среде, где в качестве минерального и органического питания
используют геотермальную воду нефенольного класса с общей минерализацией 5.2-5.4
г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4.0-5.2 г/л. Наличие
таких важных минеральных веществ, необходимых для жизнедеятельности живых
организмов, как K, Na, Mg, Ca, Fe, Mn, а также борная, кремниевая кислоты,
органические вещества, в частности, гумусовые, являющиеся стимуляторами
мембранных перестроек в живой клетке, создают благоприятные условия в среде
культивирования для выращивания дрожжевых организмов.
Задачей изобретения является создание
стабильного штамма спиртовых дрожжей для эффективного сбраживания мелассной
питательной среды с использованием геотермальной воды нефенольного класса с
концентрацией углеводов 21.0 г / 100 см3, способного сохранять
спиртоустойчивость, высокие биохимические и технологические свойства в
результате селекции при длительном пассажировании его на твердых и жидких
средах. Технический результат направлен на повышение выхода спирта.
Предлагаемый штамм дрожжей имеет следующую
характеристику. Морфолого-культуральные признаки.
Клетки в суточной культуре на мелассной
питательной среде с геотермальной водой (МПСГВ) имеют округло-овальную форму,
размером 6-8×11-13 мкм; на МПСГВ +
агар - овальная, яйцевидная, размером 6-7×11-12 мкм.
Культура размножается вегетативным путем, образует сумки со спорами (среда
Городковой, гипсовые блоки, голодный агар). Микроколонии на МПСГВ + агар -
округлые, гладкие, слегка блестящие с ровным краем, размером 4-7 мм, палевого
цвета. Макроколонии (20-ти суточная)- округлой формы, размером 2.9×2.7
см,
поверхность радиально исчерченная с концентрическими кругами, слегка блестящая,
светло-палевая, край волнистый, профиль слегка выпуклый с небольшими конусом,
структура однородная, консистенция мажущаяся
Физиолого-биохимические признаки.
Штамм S. cerevisiae В - 3855 полностью
сбраживает: глюкозу, фруктозу, сахарозу, лактозу, мальтозу, раффинозу, простые
декстрины; не сбраживает и не усваивает лактозу и инулин. Усваивает уксусную,
молочную, не усваивает янтарную, яблочную, винную, лимонную кислоты [5].
Сбраживает высококонцентрированные рассиропки с содержанием углеводов 21.0 г /
100 см3, синтезируя 12.4 об.% спирта. Оптимальная температура роста 20-30°С,
однако может расти и при температуре 32-33°С. Оптимальными значениями рН среды
являются 4.5-5.5.
Предлагаемый штамм S. cerevisiae В - 3855 хранится
в ВКПМ ГНИИгенетика под коллекционным номером В - 3855 и в дрожжевой коллекции
Прикаспийского института биологических ресурсов Дагестанского научного центра
РАН г.Махачкала. Пример получения штамма.
Исходной культурой для получения штамма S.
cerevisiae В - 3855 служил штамм S. cerevisiae Y-503 [4]. Для получения дрожжей
с требуемыми свойствами была проведена адаптация штамма S.cerevisiae Y-503 к
мелассной питательной среде с геотермальной среднеминерализованной,
сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатной натриевой водой из скважины №26
Махачкалинского месторождения. По мере воздействия состава питательной среды
микроорганизмы адекватно изменились, что привело к возникновению новых форм.
При этом немаловажное значение имела и частота пересевов на свежие среды.
На первом этапе исследований из отдельных
многочисленных микроколоний (95), путем поиска полезных морфофизиологических
свойств был проведен скрининг активных популяций исследуемых рас. В результате
было выделено 6 монокультур путем рассева отобранных клонов на питательные
среды с повышенной концентрацией сухих веществ. Наблюдения за динамикой
брожения всех культур выявили идентичность выделения углекислого газа в течении
первых 24 ч после инокуляции. Значительный рост бродильной активности проявился
на 3-8-е сутки, который в большей мере отмечен у 3-х вариантов. На втором этапе
адаптированную дрожжевую суспензию высевали на плотную мелассную питательную
среду с геотермальной водой. Каждая выросшая колония отсевалась на скошенное
агаризированное мелассное сусло. На всех этапах исследования осуществлялся
контроль за функциональной морфологией дрожжевых клеток. Наблюдения велись за
скоростью и характером почкования, ростом, размножением, формой и величиной
клеток. Из них наибольшей бродильной способностью, лучшими
морфофизиологическими свойствами обладала культура В - 3855. Концентрация
этанола в бражке увеличилась и составила 12.4 об %. Сравнительное исследование
динамики сбраживания мелассного сусла с концентрацией углеводов 21.0 г / 100
см3 селекционным штаммом В - 3855, исходным Y-503 и промышленным - Я, показали
перспективность использования отобранного штамма.
Предлагаемый штамм хранится на скошенном
МПСГВ+агар в холодильнике при температуре 0±6°С.
Пример использования штамма.
Выращивание дрожжей с использованием
предлагаемого штамма S. cerevisiae В - 3855 осуществляют в течение 72 ч
глубинным методом в периодическом режиме в анаэробных условиях в лабораторной
установке при температуре 30°С±1, рН 5.0 на мелассной питательной среде с
геотермальной водой (МПСГВ) и содержанием углеводов 21.0 г / 100 см3 следующего
состава (г/л):
меласса 488.74
гидроортофосфат аммония 2.58
геотермальная вода с минерализацией 4.0-4.2 г/л
с определенным качественным и количественным составом необходимым для
выращивания дрожжей остальное
К мелассе добавляют разбавленную водопроводной
водой геотермальную воду до содержания в среде углеводов 21.0 г/100 см3,
гидроортофосфат аммония - 2.58 г/л, концентрированную серную кислоту, для
достижения в среде рН 5.0, из расчета 0.4-0.6 мл на 100 г мелассы. Содержимое
хорошо перемешивают. Стерильную питательную среду разливают по 1.5 л. в сосуды
вместимостью 3 л., затем засевают вегетативной культурой указанного штамма в
количестве 150 мл. из дрожжевой суспензии последней стадии адаптации на МПСГВ, 1
мл которой содержится 95.6 млн/мл клеток. В качестве пеногасителя используют
структол 0.1 мл/1.5 л среды. По окончании 72-х часового эксперимента дрожжи
отделяют от культуральной жидкости центрифугированием (5000g, 15 мин) на
лабораторной стационарной центрифуге ЦЛС-344.2. По завершению эксперимента в
сброженном субстрате определены остаточный сахар, накопление спирта и
содержание примесных соединений. Наибольшее количество спирта отмечено в
образце S. cerevisiae В - 3855 при минимальном содержании остаточного сахара
(табл.1).
Усвоение раффинозы данной культурой
(предлагаемый штамм) происходит в большей степени, чем исходным S. cerevisiae
Y-503 и производственной расой Я (на 1/3), что обусловлено активацией фермента α-галактозидазы,
катализирующего сбраживание этого углевода. Видимо, органические компоненты
геотермальной воды (гуминовые кислоты), влияя на коллоиднохимические свойства
протоплазмы и эффективность использования клеткой из питательной среды
биологически активных веществ, усиливают тем самым ферментативную активность
живой клетки.
Установлено, что опытный вариант имеет более
высокий уровень активности β-фруктофуранозидазы,
который проявляется с первых минут брожения. Обнаружено, что уровень активности
альдолазы у штамма S. cerevisiae В - 3855 превышает показатели исходного и
контрольного на 6 и 25% соответственно. Ключевым веществом анаэробного
расщепления глюкозы и метаболизма Сахаров является пировиноградная кислота,
разложение которой на ацетальдегид и СО2катализируется пируватдекарбоксилазой. Полученные
данные позволяют говорить о более высокой активности фермента в опытной живой
биомассе на 27 и 37% по сравнению с исходной культурой и контролем.
Заключительный этап брожения катализирует алкогольдегидрогеназа,
восстанавливающая ацетальдегид до этанола. Активность данного фермента в
клетках опытного варианта S. cerevisiae В - 3855 намного превышает данный
показатель у исходного и контрольного (табл.2).
Таким образом, использование штамма дрожжей
S.cerevisiae В - 3855, способного сбраживать мелассное сусло с концентрацией
углеводов 21.0 г/100 см3, позволит интенсифицировать технологический процесс
получения спирта до 12.4 об.%, снизить на 30% образование побочных метаболитов.
Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae ВКПМ В -
3855, используемый для получения спирта
Таблица
3
|
|
Продукт
брожения
|
Единица
измерения
|
Мелассная
питательная среда с геотермальной водой
|
|
Штамм
Saccharomyces cerevisiae В - 3855
|
Штамм
Saccharomyces cerevisiae Y-503
|
|
|
1.
Ацетальдегид
|
мг/дм3
|
2318.74
|
4637.48
|
2.
Ацетон
|
=
|
55.95
|
78.98
|
3.
Этилацетат
|
=
|
26.95
|
54.67
|
4.
Пропанол-1
|
=
|
3700.84
|
5253.26
|
5.
Изобутанол
|
=
|
1116.52
|
1299.47
|
6.
Бутанол-1
|
=
|
100.42
|
122.44
|
7.
Изоамилол
|
=
|
3593.68
|
4244.99
|
8.
Гексанол
|
=
|
6.78
|
27.04
|
9.
Кротональдегид
|
=
|
27.28
|
68.47
|
10.
Фенилалкоголь
|
=
|
580.33
|
720.88
|
11.
Бензальдегид
|
=
|
62.81
|
93.62
|
Сумма
примесных соединений
|
=
|
11590.3
|
16601.3
|
Таблица
№2
|
|
Культура
|
Ферменты(Е/мг)
|
|
β-фруктофура
нозидаза
|
Альдолаза
|
Пируватдекар
боксилаза
|
Алкогольдегид
рогеназа
|
|
S.cerevisiae
Y-503 (исходный)
|
29.3±1.96
|
0.33±0.03
|
15.2±1.19
|
0.55±0.05
|
S.cerevisiae
В - 3855 (опыт)
|
0.38±0.02
|
18.1±1.30
|
0.74±0.06
|
S.cerevisiae
Я (контроль)
|
27.4±1.78
|
0.26±0.02
|
12.3±1.15
|
0.45±0.03
|
Список используемой литературы
Технология
спирта / Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А. - М.: "Колос",
"Колос - пресс", 2002.
Процессы
и аппараты пищевой промышленности. В 2-х книгах. - М.:
Технология
бродильных производств / Мальцев П.М. - М.: Пищ. пром-сть, 1980 .
Технология
спирта из мелассы /Маринченко В.А., Метюгиев Б.Д., Щвец В.Н. / Издательское
объединение «Вища школа», Киев. 1975. С.75-153.
Бродильная
способность рас дрожжей /Микелов А.Н., Соболев Э.М., Боярский В.М. / Известия
вузов. Пищ. технол. 1995. №5, 6. С.14-16.
Систематика
дрожжей /Кудрявцев В.И.. М.: Из-во АНСССР.1954, 212 с.
Похожие работы на - Технология производства спирта из зерна
|