Способы культивирования дрожжей при производстве спирта из крахмалистого сырья

Производственными или зрелыми дрожжами в спиртовом производстве называют готовую культуру дрожжей, которую получают в результате сбраживания питательного сусла на 2\3 от первоначального содержания сухих веществ. Существуют периодический, подунепрерывный, и непрерывный способ культивирования дрожжей.

Периодический способ культивирования.

Сущность способа периодического культивирования состоит в том, что все операции : подготовка сусла, ввод посевных дрожжей, их выращивание, ввод дрожжей, промывка стенок и их стерилизация, охлаждение и повторное наполнение осуществляются в одном дрожжевом аппарате. Это герметичнозакрытый цилиндроконический аппарат, снабженный двумя рядами змеевиков (для пара и для воды) с мешалкой.

В дрожжевом отделении устанавливают так же один-два сборника для кратковременного хранения маточных зрелых дрожжей, отбираемых из дрожжевого аппарата, содержимое которого спускают в очередной бродильный аппарат. Объем каждого сборника около 10% от вместимости дрожжевого аппарата. По мере необходимости маточные дрожжи обработывают раствором серной кислоты до pH 2.5-3.0 и выдерживают 40-60 мин для очистки от посторонней микрофлоры.

Перед началом процесса культивирования дрожжевой аппарат моют горячей водой, стерилизуют парам, охлаждают, набирают сусло температурой 55-59ºС, добавляют в качестве азотистого питания солодовое молоко и выдерживают 1-2 часа для осахаривания крахмала солода. После этого температуру повышают до 75ºС, пастеризуют сусло в течении 30 мин и охлаждают до 30ºС.Затем добавляют раствор серной кислоты до кислотности 0.7-0.9º для зернового, или 0.9-1.2º для картофельного и pH 3.8-4.0. Большая титруемая кислотность сусла из картофеля объясняется повышенной буферностью. В случае подкисления дрожжевого сусла молочной кислотой после пастеризации (75ºС) еге охлаждают до 54ºС и вносят подготовленную культуру молочнокислых бакрерий( штамм 52 или смешанная культура 70) в количестве 2-5% от объема сусла в дрожжевом аппарате, перемешивают (при 52ºС) и в течении 8-10 часов происходит молочнокислое брожение до нарастания общей кислотности до 1.7-1.9º в зерновом сусле и 2.0-2.4º в зерно-картофельном. Затем отбирают в сборник маточную культуру молочнокислых бактерий, а остаток сусла пастеризуют 25-30 мин при 76-78ºС.

Приготовленное сернокислое и молочнокислое дрожжевое сусло охлаждают до 30ºС и вносят засевные дрожжи до 8% объема дрожжевого аппарата, содержимое перемешивают и охлаждают до 22-23ºС. Размножение дрожжей длится 18-20 часов при 27-30ºС. Цель первоначального снижения температуры (складка)-угнетение посторонней микрофлоры, пока концентрация дрожжей в сусле невелика. Сточки зрения инфицирования сусла – это самый опасный период, когда численность дрожжевых клеток возрастает, вероятность инфицирования снижается, т.к. в межвидовой борьбе побеждает численно превосходящая микрофлора.

Концентрация сусла при культивировании снижается от 17-18 до 5-6%, а концентраця спирта возростает до 4.5-5%. Кислотность зрелых дрожжей не должна превышать начальную, определяемую при складке. При малейшем повышении кислотности дрожжи бракуют. Клетки готовой культуры дрожжей должны содержать гликоген, до 5% почкующихся, не более 1% мертвых, про полном отсутствии посторонних микроорганизмов. На поверхности содержимого в дрожжевом аппарате должны прослеживаться перемещение и его некоторое движение. При обнаружении 1-2 палочек посторонней микрофлоры ее обрабатывают в сборнике раствором сернрй кислоты приуказанной кислотности (pH 2.5-3.0), убивают до 50% дрожжевых клеток и соответственно увеличивают оббьем засевных дрожжей,повышают на чальную температуру брожения на 3-4ºС.

Недостаток: в периодическом культивиривании в каждом дрожжевом аппарате накопление дрожжевых клеток идет от 10-12 при засеве сусла до 100-120 млн/мл при их готовности. И это циклически повторяется через каждые 18-20 чаов. Такое резкое уменьшение дрожжевой популяции может сопровождаться инфицированием, поэтому возникает необходимость в совершенствовоние периодического способа культивирования.

Полунепрывное культивирование.

Сущность способа: все операции приготовления дрожжевого сусла проводят в отдельном аппарате-пастеризаторе, расположенном выше двух дрожжевых аппаратов. Устройство пастеризатора такое же, как и дрожжевого аппарата, только вместимость его на треть меньше. Приготовленное сусло сливают в один из дрожжевых аппаратов, добавляют дрожжи, поремешивают и размешивают их при тех же температурных условиях, что и в периодическом способе. Концентрация дрожжевого сусла вначале находится в пределах 14-15%, когда она понизится до 4.0-4.5%, половиу содержимого передают во второй дрожжевой аппарат и в оба аппарата доливают свежее сусло из пастеризатора. Когда концентрация понизится до 4.0-4.5%, из каждого дрожжевого аппарата отбирают по 1/3 в бродилбные аппараты и дрожжевые аппараты внось доливают пастеризованным суслом; так повторяется до тех пор, пока не потребуется смена дрожжей.

В результате увеличения количества засевных дрожжей продолжительность культивирования сокращается до 6 ч и соответственно повышается производительность дрожжевого отделения. В производственных дрожжах содержится от 50 до 120 млн клеток и до 4% спирта. Но для этого способо не предусмотреннна профилактическая стерилизация оборудования, поэтому он не получил широкого распространения.

Непрерывное культивирование.

Сущность: он осуществляется проточно в одном или нескольких поледовательно соединенных аппаратах-дрожжегенераторах. Осахаренное сусло поступает в первый головной аппарат, в который вносят маточные дрожжи. Засеянная ими питательная среда перемещается по аппаратам и выводится в виде готовой культуры дрожжей из последнего концевого дрожжегенератора в бродильную батарею – головной ее аппарат.

Сусло поступает в сборники, в них оно доосахаривается при 55ºС в течении 45-50 мин и насосом прокачивается через контектную головку для нагревания до 75-78ºС, пастнризуется 20-30 мин в выдерживателе, проходит сепаратор, в котором выделяющийся из сусла втаричный пар отсасывается эжэктором с помощью острого пара и возвращается в контактную головку. Далее сусло насосом подается в теплообменник, где охлаждается до 22-24ºС, а затем направляется в два головных дрожжегенератора. Одновременно из третьего дрожжегенератора подается, или 30% маточной культуры дрожжей насом. Непрерывное заполнение этих дрожжегенераторов в зависимости от объема маточной культуры продолжается соответственно 16, 12 и 8 часов. Для поддержания постоянной концентрации дрожжевых клеток на уровне 80-90 млн/мл скорость притока сусла по времени должна возрастать.

Во второй ступени-дрожжегенераторе большого обьема вместе с непрерывным притоком культуры из дрожжегенераторов вводится так же непрерывно сусло температурой 30ºС из общей производительной магистрали. Культивирование продолжается такое же время как и в дрожжегенераторах, при этом скорость притока сусла регулируется с учетом поддержания концентрации дрожжевых клеток на уровне 80-90 млн/мл.

По аналогичному принцыпу за такое же время заполняется концевой дрожжегенератор, имеющий объем равный, равный объему головного аппарата бродильной батареи. Сразу же после заполнения концевого дрожжегенератора его содержимое насосом перекачивается в стерилизованный бродильный аппарат.

Благодаря расчленению процесса дрожжегенерации на три ступени, непреривному последовательному наполнению сусло и периодическому освобождению дрожжегенераторов их можно стерилизовать через 8-16 часов, в результате чего обеспечиваются чистота и сохранноть монокультуры дрожжей и не нарушается систематическая поставка посевных дрожжей для неприрывного брожения сусла в батарее бродильных аппаратов.