Биохимическая переработка гидролизата и сульфитных щелоков

Биохимическая переработка гидролизата и сульфитных щелоков ведется одинаково и заключается в использовании микроорганизмов для получения кормовых белковых дрожжей, этилового спирта и углекислоты, средой жизнедеятельности которым служит сусло.

ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКОВЫХ ДРОЖЖЕЙ

Понятие о строении дрожжевой клетки в условиях ее жизнедеятельности. В основе производства кормовых белковых дрожжей лежит процесс выращивания одноклеточных микроорганизмов — дрожжеподобных грибков, или дрожжей [11]. Клетки имеют овальную или удлиненную форму размером 5—8 мкм в поперечнике. Дрожжевая клетка ограничена оболочкой, состоящей из грибковой клетчатки. Внутренность клетки заполнена протоплазмой, представляющей собой коллоидный раствор белковых соединений, синтезированных из аминокислот. В центре клетки расположено ядро, отделенное тонкой оболочкой и содержащее ядерный сок. Особенностью этих микроорганизмов является многообразие процессов их жизнедеятельности (метаболизма), а в зависимости от этого и многообразие продуктов, получающихся в результате обмена веществ (продуктов метаболизма). Дрожжи могут расти и накапливать биомассу, 50— 60% которой составляет белок — ценный питательный продукт для животных и человека; могут бродить, и тогда в среде их обитания будет накапливаться спирт; могут только дышать, и тогда они будут только поддерживать свою жизнь, сжигая (окисляя) исходные продукты питания до углекислоты. Определенная направленность метаболизма дрожжей зависит от условий их культивирования и внешней среды.

При. д остаточном снабжении кислородом (воздухом) дрожжи продуцируют биомассу, белок; при недостатке кислорода они бродят; при большом избытке воздуха и недостаточном отборе приросших дрожжей они перестают расти, выделяя в основном углекислоту.

В производстве кормовых дрожжей используется первый из названных здесь типов метаболизма — обмен, при котором наращивается биомасса с большим содержанием белка. Процесс наращивания дрожжей принят непрерывный. В качестве продуцентов белка применяют несколько видов микроорганизмов рода

Эти дрожжи отличаются друг от друга типом метаболизма и усло виями, необходимыми для развития. неброд я- щие дрожжи, они не образуют спирта из Сахаров даже при недо статке кислорода; могут накапливать биомассу, если кислорода достаточно, и сбраживать сахара на спирт, если не хватает воздуха. Все они различаются по оптимуму темпера тур, по способности расти при отсутствии биостимуляторов в среде.

Важные показатели производства дрожжей — выход их от исходных продуктов и производительность аппаратуры. Наиболее урожайные расы дрожжей при правильном ведении процесса могут давать выход биомассы 50—80 % от сахара; при несоблюдении некоторых условий выращивания дрожжей выход может падать до 30—20%.

Технологическая схема дрожжевого производства. Процесс получения товарных дрожжей включает три основные стадии : выращивание, выделение дрожжей из бражки и их обезвоживание.

Выращивание биомассы осуществляется в дрожжерастиль-ных чанах (инокуляторах) и делится на два процесса: получение засевных дрожжей в отделении чистой культуры и выращивание товарных дрожжей. Выделение дрожжей происходит в две ступени: извлечение из бражки флотацией и сгущением на сепараторах. Процесс обезвоживания также состоит из нескольких операций: сначала дрожжи плазмолизуются, затем упариваются на выпарной установке и после этого окончательно высушиваются на распылительной сушилке.

Технологическая схема дрожжевого производства выглядит следующим образом (рис. 32). Чистая культура дрожжей, выращенная в лаборатории, засевается в малую дрожжанку /, где ведется выращивание периодическим способом. Затем дрожжи из малой дрожжанки подаются в большую 2, а из большой — в малый инокулятор (засевной чан) 3. В нем выращивание дрожжей ведете непрерывным способом. Выращенные в отделении чистой культуры засевные дрожжи непрерывно подаются из малого ино-кулятора в производственный инокулятор 4. Сюда же поступают из сборника 19 сусло, воздух при помощи воздуходувки, питательные соли 6, аммиачная вода 5; пар отводится из конденсатора 18. Выросшие в инокуляторе дрожжи непрерывно отбираются в виде дрожжевой пены и самотеком поступают во флотатор 17. Здесь происходит расслоение пены на бражку без дрожжей и пену, обогащенную дрожжами по сравнению с той, что поступила из инокулятора. Пена гасится во внутреннем стакане флотатора. Полученная суспензия с концентрацией дрожжей 60—80 г/л отбирается из него насосом и подается для сгущения

на первую ступень сепарации 7, где отделяется еще часть бражки. Суспензия после первой ступени сепарации (150— 250 г/л) поступает в промывной чан 16, куда для промывки дрожжей подается вода. Разбавленная водой суспензия подается насосом на вторую ступень сепарации 8, где происходит сгущение дрожжей до 500—600 г/л. Готовая дрожжевая суспензия промывается и насосом 15 подается в плазмолизатор 14. Сюда же подается пар. Здесь происходит подогрев суспензии до 80 "С , при этом дрожжевые оболочки разрушаются, содержимое клеток вытекает, и суспензия становится более текучей. Плазмоли-зат из сборника 9 поступает на вакуум-выпарную установку 10 для упаривания до концентрации 12,5 % сухих веществ. Упаренный плазмолизат подается в емкость 13, а затем на распылительную сушилку 11, где высушивается в токе горячего воздуха до содержания влаги 8—10 %. Готовые сухие дрожжи из сушилки поступают на упаковку 12 и расфасовываются в бумажные мешки по 20—25 кг.

Факторы технологического режима. Рассмотрим основные факторы, обеспечивающие требуемое направление жизнедеятельности дрожжей и их максимальный выход.

Состав среды. Для выращивания в промышленности применяются три вида гидролизных сред: гидролизат, сульфитный щелок, сульфитно-спиртовая барда. Они служат источником основной составной части дрожжей — углерода. В процессе жизнедеятельности дрожжи усваивают углерод из таких входящих в состав гидролизных сред соединений, как сахара и органические кислоты (главным образом уксусная ). Основное различие между этими средами заключается в количестве содержащихся в них питательных веществ и в соотношении сахара (РВ) и органических кислот. Так, в гидролизате содержится 3— 3,5 % РВ и только 0,3—0,45 % органических кислот. В барде содержится РВ 0,6—0,7, органических кислот — около 0,2%. Состав сахара сульфитных щелоков, барды и гидролизата также различен. В барде содержатся только пентозные сахара, в гидролизате и щелоке около 20 % Сахаров составляют пентозы, около 80 % гексозы.

от РВ сусла.

Соли дозируются в сборник сусла или инокуляторы в виде водного раствора, в котором отдельные элементы находятся в том соотношении, в каком их надо задать для дрожжей.

и 13,5 % азота;

хлористый калий — 61% калия

в пересчете на КгО.

Кислотность (рН) среды. Оптимальным рН, при котором дрожжи, быстро развиваясь, дают высокий выход биомассы, принимается 3,8—4,6.

Температура. Оптимальная температура выращивания дрожжей зависит О т их расы. Для принятых в промышленности культур она находится в пределах,

Время роста. Время роста дрожжевой клетки определяет выход дрожжей от РВ и производительность инокулятора. При соблюдении режима, отвечающего поддержанию оптимальных параметров для удвоения биомассы дрожжей, достаточно 2 ч. Практически на гидролизных средах время роста дрожжей находится в пределах 3,5—5 ч, принимая меньшее значение для выращивания на средах с содержанием РВ меньше 1 % и большее значение при выращивании на средах с РВ 2—3 %.

Расход воздуха и производительность инокулятора. Воздух является источником кислорода и одновременно служит для перемешивания содержимого инокулятора. В промышленности расход воздуха принят около 25 м3 на 1 т товарных дрожжей. На заводах эта цифра колеблется от 17 до 40 м3/т.

Инокуляторы с аэрлифтиой системой распределения воздуха обеспечивают высокую производительность. В промышленности достигнута выработка товарных дрожжей на инокуляторах вместимостью 320 м3 5 т в сутки, а на инокуляторах вместимостью 600 м3 9—10 т в сутки.