Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

аппаратуры. Азот прибавляется в виде сернокислого аммония или водного раствора аммиака, содержащего 20—25% аммиака. Для обогащения среды фосфором используется вытяжка из суперфо­ сфата. Калий вводится в среду в виде раствора хлористого калия. Питательные соли, необходимые для выращивания дрожжей, пода­ ются в виде аммофоса (ІМН^гНРСД). Для его получения суперфос­ фат и сульфат аммония выщелачивают водой, а осадок отделяют. Необходимое количество хлористого калия задают в аммофос при его приготовлении. Раствор аммофоса можно подавать в нейтра­ лизатор или в сусловый трубопровод перед дрожжерастильным ап­ паратом. На некоторых гидролизно-дрожжевых заводах в качестве основного источника азота для дрожжей применяют аммиачную воду в виде 25%-ного раствора. В этом случае упрощается солевое отделение и при добавлении аммиачной воды непосредственно в дрожжерастильный аппарат стабилизируется значение pH при выращивании дрожжей.

Расход питательных солей на выращивание 1 г абс. сухих товар­ ных дрожжей составляет: 90 кг азота или 450 кг сернокислого ам­ мония; 48 кг фосфора (Р2О5 ) или 266 кг суперфосфата и 27 кг

калия или 50 кг хлористого калия. Так как часть азота, фос­ фора и калия теряется в производстве, общий расход питательных солей увеличивается по сравнению с вышеприведенным на 1 0 %.

При переработке сельскохозяйственных отходов добавка хлори­ стого калия не нужна, так как они содержат большое количество солей калия.3

3. ПОЛУЧЕНИЕ ЧИСТОЙ к у л ь т у р ы ДРОЖЖЕЙ

Для выращивания кормовых дрожжей необходимо подбирать культуры микроорганизмов, дающих в оптимальных условиях ма­ ксимальный выход дрожжевой массы, синтезирующих многие витамины и другие биологически активные вещества, устойчивых к вреднодействующим веществам гидролизной среды, способных полностью использовать все ее питательные вещества. На гидро­ лизных средах выращивают дрожжеподобные грибы рода Candida. Наиболее распространенными, активными и урожайными являются виды: Candida tropicalis, С. scottii, С. utilis. Для повышения вы­ хода дрожжей и ускорения их роста в производственных условиях применяют смесь нескольких культур, взаимно полезных друг другу. Смешанные культуры более устойчивы к отклонениям от технологического режима и к появлению посторонней инфекции.

В дрожжевой промышленности ведется работа по отбору из про­ изводственных сред новых культур, обладающих полезными свой­ ствами: высоким содержанием белка, способностью активно ути­ лизировать все питательные вещества среды, быстро синтезировать сложные органические вещества клетки, не сбраживать сахара.

270

применяется подсев чистой культуры, выращиваемой в специаль­ ном отделении. Приготовление чистой культуры необходимо и

вслучае занесения инфекции в дрожжерастильные чаны, а также

вначальный период пуска новых дрожжевых цехов и заводов или после остановки цеха на капитальный ремонт. Установка по при­ готовлению чистой культуры дрожжей работает периодически или непрерывно в зависимости от потребности. Наличие в производст­ венных условиях неустойчивой или малоурожайной культуры дрожжей является одной из причин непрерывной работы этой установки.

Чистая культура — это дрожжи, не содержащие посторонних примесей. Приготовление чистой культуры — весьма сложный про­ цесс, заключающийся в постепенном культивировании дрожжей по особому режиму, в стерильных условиях, начиная от небольшого числа клеток в лабораторной пробирке и кончая большим количе­ ством дрожжей в дрожжерастильных аппаратах. Выращивание чистой культуры дрожжей производят путем постепенного накоп­ ления дрожжевой массы. Первая стадия выращивания осуществ­ ляется в лабораторных условиях в специально оборудованном изо­ лированном помещении с микробиологическим боксом. Посев куль­ туры дрожжей вначале производится в пробирки со скошенным сусло-агаром, представляющим собой неохмеленное пивное сусло, разбавленное в 2 —3 раза водопроводной водой, в котором раство­

ряется при нагревании 2—3% агар-агара. Дрожжи растут при температуре 35—36° С в течение 48 ч. Затем выращивание продол­ жается в колбах емкостью 750 мл со 100 мл специально подготов­ ленной стерильной питательной среды при температуре 36—38°С в течение 16— 18 ч.

Синтетическая среда готовится на водопроводной воде, она со­ держит по 2% глюкозы и автолизата, 0,5% К4Н2РО4 и по 0,05% MgSC>4 и K2 SO4 . Затем дрожжи переносят в лабораторный аппарат емкостью 8 — 1 0 л, снабженный барботером для подачи воздуха.

Выращивание проводится методом доливок на синтетической среде с добавкой 2 л гидролизного сусла, содержащего 1,5% РВ. Выращенные в лаборатории дрожжи передаются в заводское отде­ ление чистой культуры. На гидролизно-дрожжевых заводах произ­ водительностью 50 тыс. т дрожжей в год процесс выращивания чистой культуры последовательно осуществляется в малой и боль­ шой дрожжанке, малом и большом дрожжерастильном чане (вто­ рая производственная стадия).

1. Выращивание дрожжей в малой дрожжанке емкостью 0,63 м3 происходит следующим образом: гидролизное сусло из стерилиза­ тора-нейтрализатора с концентрацией РВ 3% разбавляется сте­ рильной водой до содержания РВ 0,6—0,7%, обогащается пита­ тельными солями и дрожжевым автолизатом, поступает в просте­ рилизованную дрожжанку; температура среды 36—37° С, pH 4,8— 5,0, начальный объем составляет 180—200 л. Раствор питатель­ ных солей готовится специально для выращивания чистой куль­ туры. Дрожжевой автолизат приготавливается в автолизаторах,

271

обогреваемых горячей водой до температуры 50—60° С. На подго­ товленную питательную среду переводят 6 —7 л дрожжевой сус­

пензии из лабораторного аппарата. В процессе роста дрожжей среда подщелачивается аммиачной водой. Время выращивания

вмалой дрожжанке 12— 14 ч.

2.Дрожжевую суспензию в количес4ве 200 л переводят в бол шую дрожжанку емкостью 6,3 м3. В эту же дрожжанку подают также сусло из стерилизатора в количестве 1300 л, разбавленное до концентрации РВ 0 ,8 —0,9% и обогащенное питательными и ро­

стовыми веществами; pH среды поддерживается в пределах 4,6—

4,8, время выращивания 10— 12 ч.

3. Выращивание дрожжей в малом дрожжерастильном чане ем­ костью 63 м3 производится аналогично. Начальный объем сусла

составляет 13 м3 с концентрацией РВ 0,9— 1,0%. Из большой дрожжанки передают 1,7—2 м3 засевных дрожжей. Процесс на­ копления дрожжей на этой стадии длится 1 0 — 1 2 ч.

4. В дрожжерастильный аппарат емкостью 600 м3 задают 100 м3 питательной среды, состоящей из 30 м3 сусла с содержанием РВ

3%, и 70 м3 воды или последрожжевой бражки. Среда прогрева­ ется острым паром до 80° С, затем охлаждается 'до 35—36° С; pH ее 4,5—4,6, РВ— 1,0%. Засев производится путем перевода 15 м3 дрожжевой суспензии из малого дрожжерастильного аппарата. Питательные соли подаются в виде аммофоса, pH среды поддер­ живается подачей в аппарат аммиачной воды. Количество подавае­ мого воздуха 8000 м3/ч. Выращивание дрожжей в большом дрож­ жерастильном аппарате производится непрерывным способом. Каждый час отбирается 45—50 м3 дрожжевой суспензии концен­ трацией 25—30 г/л. Полученная таким образом активная чистая культура передается в производство.

Аппараты, в которых происходит выращивание чистой культуры, снабжены воздухораспределительной системой, змеевиками для подогрева или охлаждения питательной среды и барботерами для пропарки. Подача воздуха в дрожжерастильные аппараты чистой культуры производится от турбовоздуходувок. Воздух, поступаюющий в аппараты, проходит через специальные фильтры с перхлорвиниловой гидрофобной тканью, имеющей электростатический заряд, благодаря чему происходит хорошее обеспыливание и очи­ стка воздуха от посторонних микроорганизмов. Дрожжи чистой культуры из аппарата 600 м3 рекомендуется передавать последо­ вательно в первый производственный аппарат, после его заполне­ ния во второй и т. д. Чистая культура дрожжей выращивается непрерывно, в течение всего пускового периода, а подсев в дрож­ жерастильные аппараты — периодически для поддержания уро­ жайной культуры дрожжей в преобладающем количестве.

В зависимости от производительности завода, питательной среды, культуры дрожжей и других факторов схема, режим, со­ став и размеры оборудования установки для получения чистой культуры могут изменяться. Так, для заводов меньшей производи­ тельности типовое оборудование отделения' чистой культуры со­

272

стоит из следующих основных емкостей: малой дрожжанки емко­ стью 0,7 м3, большой дрожжанки емкостью 5,7 м3, малого дрож- 4

жерастильного чана 50 мг и большого чана 320 мъ.

4. ВЫРАЩИВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ

На скорость накопления биомассы дрожжей большое влияние оказывает концентрация РВ в субстрате. В промышленных усло­ виях при содержании РВ выше 1,8—2,0% происходит неполная их' 1

утилизация, и выращивание дрожжей идет медленно. До послед­ него времени сусло при подаче на выращивание разбавляли водой до содержания РВ 1,6— 1,8%. Целесообразнее разбавлять сусло последрожжевой бражкой с целью более глубокого использования пентозных сахаров, минеральных солей, повышения выхода товар­ ных дрожжей, экономии свежей воды и сокращения объема сточ­ ных вод. Однако на разбавление сусла может быть использовано только не более 30—40% последрожжевой бражки, так как при этом возрастает концентрация вредных примесей в субстрате. Кон­ центрация РВ в сусле может быть значительно увеличена (до 3— 5%), но при этом в среде должно быть достаточное количество растворенного кислорода.

При переработке неразбавленных гидролизатов с концентрацией РВ 3—5% повышается производительность аппаратов, сокраща­ ется объем сточных вод и появляется возможность их упаривания.

Переработку концентрированных сред можно осуществить: 1 ) применением рациональной схемы подготовки субстрата, умень­ шающей количество ингибирующих факторов в среде; 2 ) созда­

нием и использованием дрожжерастильных аппаратов интенсив­ ного массообмена (с наибольшей степенью насыщенности среды кислородом); 3) обогащением субстратов необходимыми стимуля­ торами роста; 4) селекцией урожайных и устойчивых культур дрожжей, пригодных для выращивания на этих средах.

Процесс выращивания кормовых дрожжей осуществляется при энергичном потреблении кислорода. Это — процесс аэробный. Ко­ личество потребляемого кислорода достигает 80% от получаемого сухого вещества дрожжей. Так как дрожжи усваивают только мел­ кодиспергированный, растворенный в жидкой среде кислород, ко­ личество его должно быть достаточным для нормального размно­ жения и роста дрожжей. Максимальная растворимость кислорода в сусле при температуре 30° С составляет около 7 мг/л. При сни­ жении концентрации его до 2 мг/л размножение дрожжей почти

прекращается. Поэтому с целью получения максимальных выходов биомассы выращивание дрожжей ведется при непрерывном и ин-' тенсивном продувании среды воздухом.

Для синтеза биомассы дрожжей теоретический расход кисло­ рода составляет в среднем 0,7—0,8 кг на 1 кг кормовых дрожжей.

По нормам проектирования, расход воздуха принимается 32 м3 на 1 кг абс. сухих дрожжей. В промышленности он составляет от 20 до 40 м3. Колебание в расходе воздуха зависит в основном от

системы воздухораспределения в дрожжерастильном аппарате, а также от характера углеродсодержащего субстрата, природы дрожжей и принятого технологического режима выращивания. Для снижения расхода воздуха, а следовательно, расхода электроэнер­ гии нужно обеспечить максимальное распыление воздуха в среде, на которой выращиваются дрожжи. На скорость прироста дрож­ жей влияет также перемешивание окружающей среды. Хорошее перемешивание способствует диспергированию и растворению кис­ лорода, ускорению проникновения его и питательных веществ в дрожжевые клетки, а также удалению продуктов их обмена. Для диспергирования воздуха в питательной среде, повышения скоро­ сти его растворения и увеличения времени соприкосновения пу­ зырьков с жидкостью, содержащей дрожжи, применяют различные воздухораспределительные устройства. В дрожжерастильных ап­ паратах устанавливают разнообразные воздухораспределительные системы: барботажную, систему с механическими средствами рас­ пыления или турбоаэрационную, эрлифтную, вибрационную.

Барботажная система воздухораспределения основана на прин­ ципе распыления воздуха в начале ввода его в среду. Чем мельче распылен воздух, тем полнее он используется дрожжами при про­ хождении через слой жидкости. Однако уменьшение сечения отвер­ стий для воздуха и увеличение их количества, а также применение пористых материалов привело к значительному увеличению мощ­ ности электродвигателей воздуходувных машин.

Барботажная система не обеспечивает достаточного диспергиро­ вания воздуха и интенсивного перемешивания среды в дрожжерас­ тильном аппарате, что приводит к неравномерному распределению дрожжей по высоте аппарата и снижению выхода биомассы.

Для усиления диспергирования воздуха в жидкости применяют системы с механическим или турбоаэрационным распылением воз­ духа. Измельчение крупных пузырьков воздуха в жидкости осуще­ ствляется с помощью различных вращающихся приспособлений (лопастей, пропеллерных винтов, дисков-шайб). Однако даже при­ менение многоярусных мешальных устройств с большим числом оборотов не обеспечивает нужной вертикальной циркуляции жид­ кости и воздуха.

Одной из лучших и наиболее распространенных воздухораспре­ делительных систем является эрлифтная система. При этой системе воздухораспределения давление воздуха не теряется при вводе в дрожжерастильный аппарат, а используется для создания цирку­ ляционных потоков, выравнивающих концентрацию воздуха, дрож­ жей, питательных веществ по всей высоте и объему аппарата. При этом неиспользованный воздух увлекается нисходящим потоком, что приводит к снижению расхода воздуха на выращивание дрож­ жей. Применяется также вибрационная система воздухораспреде­ ления. Преимущество этой системы состоит в том, что под влия­ нием вырывающегося под давлением воздуха вибрирующая пла­ стинка производит колебательные движения, дающие наибольший эффект контактирования воздуха со средой.

274