Зразок роботи
.3.7. Культивування виробничих дріжджів
Виробничі дріжджі
Виробничими дріжджами спиртового виробництва називають зброджене сусло для дріжджів, масова частка сухих речовин у якому зменшилася до 1/3 від початкової, з вирощеними дріжджами концентрацією від 180 до 200 млн. клітин в 1 см 3 .
Виробничі дріжджі, вирощені на підкисленому сірчаною кислотою суслі, називають сірчанокислими дріжджами, а вирощені на підкисленому молочною кислотою суслі – молочнокислими дріжджами. Виробничі дріжджі підтримують в активному стані за методом природно чистої культури. Як поживне середовище для дріжджів використовують дріжджове сусло з виробничих оцукрювачів. Її додатково оцукрюють солодом, а потім пастеризують. Використовуючи сірчану кислоту або молочнокислі бактерії, підтримують кислотність, яка сприятлива для розмноження дріжджів і згубно діє на інфекцію.
Характеристика виробничих дріжджів
Зрілі виробничі дріжджі повинні мати такі показники:
• кількість клітин у 1 мл не менше 120…160 млн,
• кількість клітин, які брунькуються – 3 %,
• мертвих дріжджових клітин – не більше 1%,
• клітин з глікогеном – не менше 70 %,
• концентрація сухих речовин – 1/3 від початкової.
У молодих, перезрілих або погано дозрілих дріжджах глікоген відсутній або міститься незначна його кількість. Для молодих дріжджів характерна наявність великої кількості клітин, що брунькуються; для перезрілих – відсутність останніх за збільшення кількості мертвих клітин. Кислотність дріжджів, які відбродили, не повинна перевищувати більше, ніж на 0,05 град початкової. При мікроскопіюванні не повинно бути рухливих форм бактерій; а нерухливих – не більше 1…2 клітини у полі зору. У разі появи у дріжджах маслянокислих бактерій життєдіяльність дріжджів пригнічується, оскільки масляна кислота згубно діє на процес брунькування і розмноження клітин. Оцтовокислі бактерії різко підвищують кислотність, знижують бродильну активність дріжджів та інактивують амілолітичні ферменти. Дріжджі роду Candida утворюють на поверхні зрілих бражок плівку.
Сухі спиртові дріжджі
На даний час спиртові заводи України в більшості використовують у процесі виробництва спирту сухі чисті й високоактивні культури спиртових дріжджів, які відповідають найвищим європейським і світовим стандартам.
Сухі спиртові дріжджі - герметично запакований, висушений шляхом заморожування продукт, що дає змогу його використовувати впродовж двох- трьох років з моменту виробництва за умови цілісності заводської упаковки.
Завдяки цим властивостям сухі спиртові дріжджі не тільки дуже зручні у використанні, а й значно полегшують роботу технічного персоналу заводу, гарантуючи стабільно високі результати в процесі дріджогенерування та
зброджування сусла.
Періодичний спосіб розмноження дріжджів
Певний об‘єм дріжджового сусла поступає в дріжджанки, додатково оцукрюється 0,5…0,6 % солоду протягом 3 год при 60 °С, пастеризується при 85 °С упродовж 20 хв для знищення внесених з солодом мікроорганізмів. Якщо на заводі використовують сірчанокислі дріжджі, то дріжджове сусло охолоджують до 50 °С і підкислюють сірчаною кислотою до 0,75…0,8 ° кислотності. Потім охолодження ведуть до 30 °С, вносять засівні дріжджі, перемішують і при температурі 20…22 °С залишають на розмноження. У разі приготування молочнокислих бактерій в оцукрене, пастеризоване і охолоджене до температури 48…50 °С сусло вносять молочнокислі бактерії і проводять молочнокисле закисання. За кислотності зернового сусла – 2,7…3,0 град відбирають певну кількість молочнокислих бактерій для зброджування наступного об’єму, а решту сусла знову нагрівають до 70 °С, витримують 30 хв для знищення молочнокислих бактерій і припинення подальшого підвищення кислотності. В охолоджене до 30 °С сусло вносять зрілі дріжджі чистої культури або раніше відібрані засівні дріжджі в кількості 8…10 % по відношенню до його об‘єму. Після засіву дріжджі розмножуються у продовж 18…24 год при температурі 28…29 °С
Напівбезперервний спосіб підготовлення дріжджів розроблено В.Л. Яровенко, Е. П. Скалкіною
Спосіб полягає у тому, що у двох дріжджанках безперервно іде процес бродіння. Коли концентрація сухих речовин у бродильному суслі знижується до 4…4,5 %, з обох дріжджанок подають сусло по 1/3 їх об‘єму і знову їх доливають сірчано- або молочнокислим суслом із спеціального пастеризатора. Через 4…5 год, коли концентрація сухих речовин знову знизиться до заданої величини, відбір повторюють і так далі. Дріжджові клітини за цього способу розмножуються швидко, перебувають в активному стані, не перезрівають. У зрілих дріжджах міститься 100…120 мільйонів клітин в 1 мл і 2,5…3 об. % спирту.
Безперервнопоточний і циклічний способи розмноження дріджів
За безперервнопоточного і циклічного способу зброджування крохмалевмісної сировини на початку виробництва і під час переробки дефектної сировини дріжджі готують у дріжджанці, а потім розмножують у апараті. Під час виробництва у процесі переробки нормальної сировини як засівні дріжджі використовують об’єми бражки з першого на потоці бродильного апарату за видимої густини 80 %. Їх переводять у попередньо промитий і пропарений апарат. Кількість бражки, що відбирається, становить 25…30 % від об'єму бродильного апарату. Бражку у апараті підкислюють сірчаною кислотою до 0,7…0,9 град, при цьому охолоджують до 21…23 °С і залишають на бродіння протягом 6…8 год. Готові зрілі дріжджі подають в головний апарат батареї. Для попередження розвитку інфекції береться велика кількість засівних дріжджів (25…30 %). Кількість дріжджових клітин підтримується на рівні 100…120 млн/мл. Такі умови сприяють прискоренню процесу бродіння і швидкому накопиченні спирту, який гальмує розвиток бактеріальної мікрофлори. Чистота бродіння забезпечується також сильнішим підкисленням засівних дріжджів, періодичною заміною бражки в перших апаратах батареї, регулярною стерилізацією всіх бродильних апаратів і ліній приготування солодового молока і сусла.
На виробництві передбачено використання безперервнопоточного способу розмноження дріжджів коли дріжджі готують у дріжджанці, а потім розмножують в бродильному апараті.
Очистка виробничих дріжджів
За нормального розмноження дріжджів їх кислотність повинна залишатися однаковою впродовж усього процесу. Збільшення кислотності більше ніж на 0,05 град свідчить про те, що дріжджі інфіковані. Зростання кислотності у цьому випадку служить основною ознакою інфекції. Дріжджі витримують низьке значення рН значно краще, ніж бактерії.
Очистка сірчанокислих дріжджів
Засівні дріжджі очищають додаванням сірчаної кислоти, розведеної до кислотності 1,7 град (рН = 2,7…3,0). Дріжджі витримують за такої кислотності 3…4 год. За цей період кілька раз відбирають проби і їх мікроскопіюють. Коли кількість відмерлих контамінуючих клітин досягне 50 %, дріжджі зливають в передчасно заготовлене свіже сусло, кислотність якого на 0,1…0,2 град нижча звичайної. Більша частина бактерій відмирає. Життєздатні дріжджові клітини, які залишилися, активізуються і потім дають сильне покоління.
Очистка молочнокислих дріжджів
Сусло, призначене для розмноження дріжджів, попередньо піддають молочнокислому закисанню до більшої, ніж звичайно кислотності (2 град). Потім частину його відбирають для зародження наступного сусла, а ту частину, що залишилась, пастеризують при температурі 85 °С у продовж 30 хвилин. Після охолодження до 30 °С сусло підкислюють сірчаною кислотою до 2,5…2,7 град, ретельно розмішують і охолоджують до 22…23 °С. У такому сильно підкисленому середовищі інфіковані дріжджі очищуються від бактеріальної мікрофлори, а ослаблені дріжджові клітини помирають. В обох випадках кількість засівних дріжджів збільшують на 15…20 % вище звичайної.
Розведення і зберігання чистої культури молочнокислих бактерій для підкислення сусла
Для підкислення сусла із крохмалевмісної сировини часто використають молочну кислоту, отриману методом бродіння. Для цього використовують культури молочнокислих бактерій Lactobacillus delbrueckii. Це – термофільні гомоферментативні палички, температурний оптимум розвитку яких 48…50 °С. Розрізняють два штами бактерій L. delbrueckii - штам 52 і штам 70. Культури 52 і 70 нерідко розсилають в ампулах. Однією ампулою засівають півлітрову колбу із суслом. Зброджену культуру бактерій подають в дріжджанку. Чисті культури молочнокислих бактерій підтримують на не фільтрованому солодовому суслі концентрацією 8…10 % сухих речовин. Оптимальна температура вирощування бактерій L. delbrueckii 48…50 °С, пересів проводять через 8…12 діб. Штам 52 був виділений О. М. Сіліщенською у 1937 р. і одержав широке впровадження на заводах як активніший[6].
1.3.8.Зброджування сусла з крохмалевмісної сировини
Сусло перекачують у бродильні апарати і цукор сусла зброджується дріжджами у спирт. При викорстанні крохмалевмісної сировини відбувається також дооцукровування декстринів. Сусло, що бродить називають бражкою, а зброджене сусло - зрілою бражкою.
Періоди бродіння:
• розброджування,
• головне бродіння,
• доброджування.
Способи зброджування сусла з крохмалевмісної сировини:
• періодичний,
• безперервно-приточний,
• проточно-рециркуляційний,
• циклічний способи.
Періодичний спосіб
Всі операції від початку до кінця проводять у одному апараті. Виробничі дріжджі вносять у бродильний апарат, який поступово заповнюють суслом. Кількість виробничих дріжджів 8…10 % від об'єму сусла, яке зброджується. Сусло з дріжджами залишають на бродіння протягом 72 годин. Тривалість наповнення одного бродильного апарата не повинна перевищувати 8 годин. Нормальна тривалість бродіння 72 год, при недостатньому об'ємі бродильних апаратів тимчасово допускається тривалість бродіння 48 годин.
Початкова температура сусла залежить від тривалості бродіння: чим вона більша, тим нижча температура (18…20 °С при 72 год). При 48-годинному бродінні початкова температура сусла 24…25 °С. Під час
головного бродіння підтримують температуру 29…30 °С, у процесі зброджування – 27…28 °С. При нестачі цукру дріжджі погано бродять. При більш низькій температурі зменшується закисання бражки.
Бродіння закінчене, коли вміст незброджених цукрів (редукуючих речовин) у бражці досягає 0,2…0,3г/100мл, а видимий та дійсний вміст сухих речовин не змінюється протягом останніх 2…3 год. При відсутності йодо-крохмальної реакції зрілої бражки розуміємо, що відбулося повне оцукрювання розчиненого крохмалю. Після кип'ятіння нефільтрована бражка з йодом при наявності крохмалю дає синє забарвлення, що свідчить про наявність непророслих зерен, погане подрібнення солоду і зерна.
За необхідності загальмувати бродіння, бражку охолоджують у кінці головного бродіння до 15…20 °С. При тривалому простої зрілу бражку асептують. Під час бродіння апарати з'єднують із спиртовловлювачем для конденсації спиртових парів, які виносяться газами бродіння.
Зрілу бражку з бродильного апарата насосом перекачують у брагоректифікаційний цех. Після випорожнення бродильний апарат миють водою, обризкують усередині розчином хлорного вапна, витримують 15…20 хв, після чого хлорне вапно змивають водою і пропарюють 30 хв. при температурі 100 °С. Витрати пари – 10…12 кг на м3 об'єму апарата. Для миття бродильних апаратів використовують механічні пристрої, які приводяться у рух рідиною, що подається насосом під тиском до 0,4 МПа. Робоча рідина – змішана з антисептиком перегріта вода – розбризкується усередині бродильного апарата.
Безперервно-проточний спосіб
Суть способу: безперервний приток сусла і додаванні дріжджів у головний бродильний апарат бродильної батареї з декількох поступово з'єднаних апаратів і відток зрілої бражки з останнього бродильного апарата на перегонку.
Підвищення кислотності бражки супроводжується частковою інактивацією ферментів, погіршенням зброджування цукрів і зниженням виходу спирту з тонни переробленого крохмалю. Безперервне зброджування крохмалевмісної сировини може бути лише за умови пригнічення біологічної інфекції, яка виникає у бродильній батареї. Тому безперервні способи зброджування сусла не знайшли розповсюдження у виробництві спирту з крохмалевмісної сировини.
Відзначають нерівномірність переміщення сусла у батареї бродильних апаратів. При русі бражки з одного апарата в інший виникає нерівномірний розподіл швидкостей, внаслідок чого бражка затримується біля стінок труб і апаратів, що сприяє розмноженню інфекції. При русі бражки з одного апарата в інший виникає нерівномірний розподіл швидкостей, внаслідок чого бражка затримується біля стінок труб і апаратів, що сприяє розмноженню інфекції.
Приточно-рециркуляційний спосіб
У зв'язку з інфікуванням бродіння рециркуляцією відсепаровуванні біомасою дріжджі розробили рециркуляцію зброджуваного середовища з 2, 3 і 4-го апаратів в 1-й апарат батареї. У такий спосіб з апаратів 1-4 створюється рециркуляційний контур, в якому можна створювати потрібну швидкість розбавлення і цим впливати на підвищення питомої швидкості росту мікроорганізмів при стабілізації цих показників. Об'єм рециркуляційного зброджуваного середовища складає 100% від початкового приходу сусла в батарею, що дозволяє включити додатковий в кількості 40 % сусла до основного.
На Мічурінському спиртному завдяки меншому наростанню кислотності в процесі бродіння подовжили період міжстерилізації з двох до трьох діб, підвищили продуктивність. Переваги: повторне використання дріжджів, а отже, зменшення витрати цукру на синтез їх біомаси.
Циклічний спосіб зброджування
Циклічний спосіб – різновид напівбезперервних способів, головне бродіння протікає безперервно, а доброджування - періодично.
Необхідно мати 2…3 механізовані дріжджанки, один зброджувач і 6…7 бродильних апаратів, сполучених між собою трубами із замикаючими дисками для їх ізоляції під час стерилізації, і насос для підняття відбирання молодої браги і накопичення біомаси дріжджів.
Робота батареї за циклічним способом починається з періодичного розмноження дріжджів в дріжджанках і подальшому їх накопиченні у зброджувачі до 25…30% від місткості головного бродильного апарату батареї. Кислотність сусла в дріжджанках 0,9…1,2° і у зброджувачі 0,5…0,6° встановлюється додаванням розчину сірчаної кислоти. В дріжджанках дріжджі розмножують на суслі, додатково оцукреному протягом 40…60 хв, пастеризованому при температурі 75…78 °С протягом 20…30 хв. і охолодженому.
На початку роботи батареї головний апарат одночасно наповнюють дріжджами і суслом. З цього апарату бродяче сусло з дріжджами безперервно послідовно заповнює 2, 3, 4, 5 і 6-ою бродильні апарати приблизно за 25…30 год, після чого проводять те, що періодичне доброджування сусла при температурі не вище 30 °С протягом 32…38 год. Після заповнення першої батареї сусло і дріжджі переводять на наповнення другої батареї, поки її наповнюють, закінчується те, що доброджує сусло в першій батареї. Звільняють батарею від браги починаючи з кінцевого апарату у напрямку до головного.
При правильній організації циклічного бродіння скорочується загальна тривалість процесу на 15%, збільшується знімання спирту з 1 м бродильних апаратів до 2,3 дал/добу замість 2,0 дал/добу при періодичному бродінні, цукор зброджується повніше, поліпшуються технологічні показники зрілої браги, але вони завжди гірші, ніж при безерервно-приточному бродінні[10].
Магістр