Осахаривание

Общие сведения о брагоперегонных и дистиляционных аппаратах

Расчет дефлегматоров и холодильников брагоперегонных аппаратов

Замена кожухотрубного дефлегматора на пластинчатый

Бражная колонна под вакуумом

Руководство по проектированию и диагностированию теплообменников для конденсации

Сложная перегонка бражки в спирт

Материальный баланс бражной колонны

Ферментация

Рыночные позиции производителей ферментных препаратов

Ферменты Ново Нордиск для спиртовой промышленности

Получение микробных ферментных препаратов для спиртовой промышленности

Производство собственного амилолитического ферментного препарата Aspergillus Niger на спиртовой барде

Выращивание культур микроорганизмов - продуцентов ферментов Глюкавоморин - глубинным способом непосредственно на заводе на послеспиртовой барде

Оптимизация перемешивания культуральной жидкости при глубинном культивировании микроорганизмов

Расчет продуктов при выработке спирта из крахмалистого сырья с заменой солода ферментами глубинных культур

Тепловые схемы ректификационных установок с цехом упаривания барды

Технология кормовых дрожжей на послеспиртовой барде

Анаэробная очистка барды на биологических очистных сооружениях с последующей аэробной доочисткой

Производство кормового концентрата витамина В12 и метана метановым брожением послеспиртовой барды

Получение сбалансированного белково-углеводного кормопродукта (БУК).

Центрифуга для обезвоживания послеспиртовой барды

 

 

Получение микробных ферментных препаратов для спиртовой промышленности.

 

 

 

Получение микробных ферментных препаратов для спиртовой промышленности возможно благодаря разнообразным микроорганизмам. В зависимости от состава питательной среды и условий культивирования микроорганизмы легко переключаются с синтеза одного фермента на другой. У микроорганизмов сравнительно короткий цикл разви­тия (10—100 часов), что позволяет получать сотни урожаев в год.

Продуцентами ферментов могут быть бактерии, грибы, дрожжи и актиномицеты. Для промышленного получения ферментных препаратов используются как природные штаммы микроорганизмов, выделенные из естественных сред, так и мутантные, селекционированные воздействием на природные физических и химических мутагенов.

Микроорганизмы синтезируют одновременно комплекс ферментов, но некоторые из них, особенно мутантные штаммы, продуциру­ют в значительных количествах лишь один фермент. Для лучшего использования крахмалсодержащего сырья в спиртовом производ­стве осахаривающие материалы должны содержать не только амилолитические ферменты, но и ферменты, гидролизующие другие углеводы сырья — целлюлозу и гемицеллюлозы. Для обеспечения дрожжей азотистым питанием имеют значение и протеолитические ферментные препараты.

Несмотря на то, что для успешного осахаривания нужен комплекс ферментов, отбор микроорганизмов-продуцентов до сих пор проводился главным образом по высокой активности амилолитических ферментов — a-амилазы, глюкоамилазы и в более ранних работах — олиго-1,6-глюкозидазы (декстриназы).

Микроорганизмы - продуценты ферментов

Наиболее часто в качестве продуцентов амилолитических ферментов в спиртовом производстве используются плесневые грибы, реже — дрожжеподобные организмы и споровые бактерии.

Плесневые грибы

Для получения амилаз широко применяют плесневые грибы рода Aspergillius, видов niger, orizae, usamii awamori, batatae; рода Rhizopus, видов delemar, tonkinensis, niveus, japonicum и др., а также отдельные представители Neurospora crassa и Mucor.

Плесневые грибы очень широко распространены в природе; основное место их обитания — почва. Несмотря на наличие многих ро­дов и видов плесневых грибов все они характеризуются нитевидным строением тела и специфическим строением плодоносящих органов. Тело гриба состоит из длинных переплетенных нитей сероватого или белого цвета, называемых гифами. Гифы распространяются по поверхности питательного субстрата, образуя мицелий и частично врастают в него. Некоторые гифы, поднимающиеся над поверхностью в виде легкого пушка, имеют более сложное строение и представляют собой органы плодоношения, называемые конидие или спорангиеносцами. У мукоровых грибов на конце спорангиеносца находится шаровидное вздутие, окруженное оболочкой, внутри которого образуются споры. У аспергиллов конец конидиеносца име­ет булавовидное утолщение, от которого отходят удлиненные клетки, называемые стеригмами; от стеригм отшнуровываются более мелкие круглые клетки — конидии.

Отделившиеся конидии или споры, попадая в благоприятные условия, начинают прорастать, затем гифы ветвятся, образуя мицелий; при истощении питательных веществ в среде гриб переходит - в стадию споро- или конидиебразования. Споры и конидии плесневых грибов содержат пигменты, что и придает зрелым культурам характерную окраску.

На рис. 1 показана морфология плесневых грибов. Для осахаривания на спиртовых заводах чаще используются аспергиллы: при поверхностном культивировании — Asp. oryzae и Asp. awamori, а в последнее время высокоактивный по глюкоамилазе штамм Rhizopus delemar В; при глубинном культивировании — Asp. niger, Asp. usamii, Asp. awamori и Asp. Batatae.


Плесневелые грибы


Рисунок 1. Плесневелые грибы:

          1 – Asp. Oryzae; 2 - Asp. Niger, 3 – Penicillium, 4 – Mucor, a – мицелий; б – конидиеносцы в - конидии и споры

 


На спиртовых заводах США используется высокоактивный штамм Asp. awamori МКК-3112.

Аспергиллы являются типичными аэрофилами, поэтому они мо­гут развиваться только на поверхности твердой или жидкой среды или в жидкой, достаточно аэрируемой среде. Оптимальная темпера­тура для, большинства аспергиллов 25—30°С, для некоторых — до 35°С. Большинство грибов при поверхностном культивировании мо­гут переносить кратковременное повышение температуры до 40 и даже 45°С без заметной потери активности ферментов. Оптималь­ная влажность среды для них около 65%.

Для питания аспергиллов необходимы азотистые и минеральные вещества. В качестве источника углевода кроме моносахаридов, многих олиго- и полисахаридов могут служить спирты и органические кислоты, однако для накопления амилазы в среде обязательно должны присутствовать крахмал, декстрины или маль­тоза. На средах, содержащих другие сахара, в том числе глюкозу грибы амилазы не образуют. Источником азота могут быть белки и их гидролизаты, аммонийные соли и нитраты.

Среда должна содержать соединения, в состав которых входят сера, фосфор, калий, магний и микроэлементы. Большинство плес­невых грибов усваивают серу из сульфатов, а фосфор — из солей фосфорной кислоты. Аспергиллы не нуждаются в готовых витами­нах и факторах роста, так как способны сами синтезировать их из более простых химических соединений, содержащихся в среде. Пре­параты ферментов из плесневых грибов содержат, как правило, ши­рокий набор ферментов, поэтому во многих случаях могут пол­ностью заменять зерновой солод.

В последнее время на спиртовых заводах стал широко применяться высокоактивный по глюкоамилазе штамм Asp.awamori-466, выращиваемый на концентрированном кукурузном сусле 18% сухих веществ). Готовая культура имеет активность до 250ед. ГлА на 1 мл, но других амилолитических ферментов, а также протеазы практически не образует. В связи с этим эту культуру целе­сообразно применять в смеси с другими культурами, продуцирую­щими a-амилазу и протеолитические ферменты.

Дрожжеподобные организмы

Амилолитические ферменты синтезируют также некоторые дрож­жи и дрожжеподобные грибы родов Saccharomyces, Candida, Endomycopsis и Endomyces.

В спиртовом производстве нашли применение End. bispora и End. species 20-9, выращиваемые глубинным способом и продуцирующие главным образом активную глюкоамилазу; а-амилазная активность проявляется слабо. Высокоактивный штамм End. bispora имеет раз­ветвленный мицелий, образует бластоспоры; гифы — септированные, зернистые. На твердых агаризованных средах образует коло­нии с воздушным серовато-белым мицелием, на жидких питатель­ных средах — гифы и некоторое количество бластоспор.

Дрожжеподобные грибы в спиртовом производстве самостоя­тельно не применяются, так как не содержат других ферментов, не­обходимых для нормального осахаривания сусла из крахмалсодержащего сырья. Обычно они используются в смеси с ферментными препаратами из плесневых грибов или бактерий.

Бактерии

Многие бактерии, способны синтезировать активные амилазы: Bac. subtilis, Bac. diastaticus, Bac. mesentericus, Bac. mecerans, Вас. polymyxa и некоторые другие. Бактерии — продуценты амилолитических ферментов представляют собой палочки длиной 1,2—1,3 мкм и диаметром 0,6—0,8 мкм. Палочки соединяются по две, три, иногда образуют цепочки. Цикл развития у бактерий короче, чем у плесневых и дрожжеподобных грибов. Например, культура Вас. diastaticus  выращивается в глу­бинных условиях при температуре 60°С в течение 10—12 ч.

Бактерия Вас. mesentericus ПБ-ВНИИПрБ, применяемая в на­ стоящее время на спиртовых заводах как продуцент а-амилазы в смеси с препаратами глюкоамилазы, выращивается в течение 24—36 ч при температуре 40°С.

Особенность бактерий — их способность образовывать высокоак­тивную термостойкую а-амилазу, необходимую на стадии подваривания замесов и осахаривания сусла для разжижения и декстринизации крахмального клейстера.

 

 

Номенклатура ферментных препаратов

Ферменты микробного происхождения применяются в спиртовом производстве в виде естественной культуры — сухой поверхностной или жидкой глубинной, а также в виде концентрированных препаратов. При определении названия ферментного препарата учитыва­ют только основной фермент, активность которого в препарате пре­валирует. Название каждого препарата образуется из сокращенно­го названия этого фермента, вида микроорганизма-продуцента и оканчивается во всех случаях на «ин». Например, если продуцентом глюкоамилазы является Asp. batatae или Asp. awamori, то препа­рат называется соответственно глюкобататин или глюкаваморин; если продуцент а-амилазы — Asp. orizae или Вас. diastaticus, то препарат называется, амилоризин или амилодиастатин. Для пре­парата, полученного глубинным культивированием, после названия ставится буква «Г», при поверхностном — «П».

Условно количество фермента в стандартной глубинной или поверхностной культурах обозначается буквой «х». При этом под «стандартной культурой» понимается готовая культура продуцен­та, обладающая строго определенной активностью на единицу мас­сы. Так, глубинную культуру End. biospora называют глюкоэндомикопсин Гх, а поверхностную культуру Asp. oryzae — амилоризин Пх.

Цифры перед буквой «х» в наименовании препарата показывают степень очистки фермента: Пх и Гх — это стандартная исходная культура продуцента без какой-либо очистки; П2х и Г2х — жидкий концентрат растворимых веществ исходной культуры,_освобожденный от нерастворимой фазы, с содержанием сухих веществ 40 — 50%; ПЗх и ГЗх — сухие ферментные препараты, полученные высу­шиванием экстракта из поверхностной культуры или фильтрата культуральной жидкости при глубинном культивировании; П10х и Г10х — сухие препараты, полученные осаждением ферментов из водных растворов органическими растворителями или высаливанием; П15х л Г15х — препараты ферментов, очищенных различными методами; П25х и Г25х — высокоочищенные, но не кристаллические ферментные препараты, содержащие до 20-25% балластных веществ.

Применение высокоочищенных препаратов от 10х до 25х в спиртовой промышленности нецелесообразно, так как они слишком дороги. Для осахаривания разваренной массы пользуются естественной культурой Гх или Пх или практически неочищенными концентрированными жидкими или сухими препаратами П2х, Г2х, ПЗх и ГЗх

 

 


 

 

 


В табл. 26 приведена характеристика ферментативной активности некоторых препаратов микробных ферментов, применяемых в спиртовой промышленности в России и за рубежом.

Препараты глюкаваморин Пх, глюкобататин Гх и амилоризин Пх содержат полный набор ферментов, необходимых для осахаривания. Преимущественно а-амилазной активностью обладают амилодиастатин Гх, амилосубтилин ГЗх и препараты Novo-I и тенназа.

Глубинная культура Asp. awamori 466, выращиваемая на кон­центрированном кукурузном заторе с высотой глюкоамилазной ак­тивностью (250 ед. ГлА на 1 мл) и не имеющая других амилолитических ферментов, может применяться в смеси с солодом либо с бак­териальной культурой Вас. mesentericus или Вас. diastaticus

 

 

Производственные способы культивирование микроорганизмов продуцентов ферментов

Существует два способа культивирования микроорганизмов продуцентов ферментов: поверхностный и глубинный.

Первый способ, применяемый для культивирования плесневых грибов, характеризуется развитием мицелия на поверхности твердо­го или жидкого субстрата. На жидком субстрате образуется пленка мицелия, продуцирующего не только амилолитические ферменты, но и органические кислоты, инактивирующие их, поэтому пользуют­ся твердыми субстратами с развитой поверхностью — пшеничными отрубями, дробиной барды, картофельной мезгой и др.

Максимальная активность ферментов достигается при культиви­ровании грибов на пшеничных отрубях. Дробина барды бедна пита­тельными веществами, и активность ферментов в культурах грибов, выращенных на ней, в 4—5 раз ниже, чем на отрубях. Зрелая куль­тура грибов вследствие обволакивания частиц отрубей мицелием имеет вид плотной войлокообразной массы.

При поверхностном культивировании пшеничные отруби должны быть увлажнены и стерилизованы. В стерильных условиях готовят посевную культуру, но выращивают гриб в нестерильных условиях в кюветах, устанавливаемых в растильных камерах. Тепло, выделя­ющееся в процессе роста грибов, удаляется продуванием через растильную камеру кондиционированного воздуха.

Поверхностный способ выращивания плесневых грибов имеет ряд преимуществ. Так как во время роста гриба отруби не переме­шиваются, посторонние микроорганизмы не распространяются по всей их массе и вызывают лишь незначительное местное инфицирование, которое, как правило, не влияет на активность ферментов. Это, однако, не исключает необходимости тщательной стерилизации среды и оборудования. Культуру на отрубях высушивают до содер­жания влаги 10—11%. В таком виде она может храниться продолжительное время без значительной потери активности. Это позволяет организовать централизованное снабжение спиртовых заводов сухой культурой плесневых грибов, что является одним из преимуществ поверхностного способа выращивания.

Недостаток поверхностного способа — необходимость установки множества кювет, работу с которыми трудно механизировать. Себе­стоимость культуры гриба-продуцента высока, причем в основном из-за затраты большого количества ручного труда. Механизация процесса выращивания возможна путем создания непрерывно действующих установок или бескюветных аппаратов с вертикальным толстым слоем питательной среды и интенсивным продуванием воз­духа через этот слой.

Глубинную культуру микроорганизмов выращивают на жидкой питательной среде при энергичной аэрации в герметически закры­тых аппаратах и в стерильных условиях. Процесс полностью меха­низирован. Стерильность глубинной культуры микроорганизма — продуцента ферментов положительно отражается на результатах сбраживания сусла дрожжами.

 

Поверхностное культивирование плесневелых грибов

Питательные среды

При поверхностном культивировании твердой средой обычно служат пшеничные отруби, содержащие в достаточных количествах все вещества, необходимые для питания гриба. Лучшие результаты достигаются при содержании крахмала в отрубях или в другой пи­тательной среде не менее 16%.

С целью удешевления питательной среды А. А. Шилова и Р. В. Фениксова предложили применять в качестве основы ее биош­рот — отход производства ферментов, представляющий собой нерастворимый остаток культуры после экстрагирования ферментов. При обогащении крахмалом и ростовыми веществами, вносимыми соответственно с картофельной мезгой и солодовыми ростками, по­лучается полноценная питательная среда.

Основой может служить также пивная дробина, к которой добав­ляют разваренную массу зерно-картофельного сырья. На некоторых спиртовых заводах используют питательную среду, составленную из 80% картофельной мезги (крахмалистостью 15—16% и влажностью 70—74%), 17% пшеничных отрубей и 3% сухих ростков ячменного солода (отхода пивоваренного производства).

В Чехословакии применяют смесь, состоящую из 30% карто­фельной мезги, 30% дробленой подсолнечной лузги, 30% стержней кукурузных початков и 10% отрубей, к которой добавляют 6% ку­курузного экстракта или сгущенного клеточного сока картофеля.

 

Получение посевного материала

Для засева производственной питательной среды может быть исользован посевной материал трех видов: споры, мицелий и спороносящая культура, выращенная на твердой питательной среде.

Споровой материал готовят поверхностным культивированием гриба на твердой или жидкой питательной среде в специальных ап­паратах с кюветами. В первом случае гриб выращивают в пробир­ке на косом агаре до обильного образования спор, затем спорами засевают колбы со стерильными пшеничными отрубями, наконец, спороносящую культуру передают в специальный аппарат. По окон­чании спорообразования в этом аппарате отбирают споры посредст­вом специального вибросепаратора притщательной аспирации. Споры фасуют в полиэтиленовые мешочки, стеклянные или дюралю­миниевые банки, в которых они могут сохраняться при температуре от 8 до 24°С около 1,5 лет.

Во втором случае из спор, собранных в пробирке с косым агаром, готовят водную суспензию и ею засевают жидкую питательную среду, которую направляют в растильный аппарат. Из-под вырос­шей спороносящей пленки удаляют жидкую среду, пленку подсу­шивают, снимают с кювет, измельчают и упаковывают. Готовый споровый материал не содержит примеси среды и обладает высокой всхожестью (90—95%), которая сохраняется свыше 3 лет.

Споры (конидии), полученные любым методом, обладают водо­отталкивающей способностью и почти не смачиваются водой. Это их свойство приводит к неравномерности засева среды и, следова­тельно, к неодинаковой скорости роста культуры. Смачиваемость спор можно улучшить, если добавить в их водную суспензию 25— 50 мг поверхностно-активного вещества, например алкилбензол-сульфата, на 1 г спорового материала. При этом всхожесть спор остается без изменения.

Для сокращения длительности культивирования плесневых гри­бов в производственных условиях можно применять предваритель­ное проращивание спор в течение 7 часов в жидкой питательной среде До появления ростовых трубочек. Это сокращает продолжитель­ность лаг-фазы на 8—9 часов и увеличивает оборачиваемость растильных камер.

Применение спорового материала упрощает технологический процесс, позволяет более полно механизировать его и сократить площадь цеха чистой культуры. Централизованное производство спорового материала для группы предприятий, работающих с дан­ным штаммом гриба, выгодно создать в одном специализированном Цехе чистой культуры. Положительный опыт подобной организации имеется в производстве лимонной кислоты методом микробного синтеза.

Л.С. Салмановой предложено засевать производственную пи­тательную среду мицелием, полученным глубинным культивирова­нием гриба в 10-литровых колбах на качалке. При высокой производительности предприятия целесообразно выращивать посевной мицелий в небольших ферментаторах, как это было предложено А. П. Левчиком и осуществлялось на Мичуринском эксперимен­тальном ферментно-спиртовом заводе. Получение в глубинных ус­ловиях неспороносящего посевного мицелия значительно улучшает санитарные условия труда, сокращает производственные площади и способствует росту производительности цеха.

На спиртовых заводах получило распространение приготовле­ние посевного материала в виде поверхностной культуры гриба на пшеничных отрубях, которое складывается из следующих двух опе­раций: 1) выращивание спороносной культуры гриба в пробирках на сусло-агаре; 2) засев спорами пшеничных отрубей в колбах и выращивание культуры гриба.

Культуру получают из лаборатории чистых культур ВНИИПрБ. Исходная — музейная чистая культура хранится в холодильнике при температуре от 2 до 4°С. Один раз в месяц пересевают споры музейной культуры из пробирки в пробирку с сусло-агаром с соб­людением правил проведения микробиологических работ. При этом первая засеянная пробирка является музейной, а остальные 2 — 3 пробирки используются для дальнейшего размножения. Засеян­ные пробирки помещают в термостат при температуре 30°С и вы­держивают в нем в течение 4—6 сут.

При нормальном росте поверхность сусло-агара равномерно покрывается спороносящим мицелием. Культура гриба с плохим спороношением, с медленно растущим мицелием, с пушком вторичного роста в производство не допускается. Пробирки с выросшей культурой вынимают из термостата и хранят в холодильнике. Пе­ред посевом в колбы проверяют чистоту культуры высевом на чаш­ки Петри и микроскопированием.

Чистая культура на сусло-агаре служит исходным материалом для размножения грибов на пшеничных отрубях в колбах. Отруби смешивают с водопроводной водой в соотношении 1 : 0,7 и переносят в несколько колб по 10—20 грамм в каждую. Колбы закрывают ват­ными пробками и стерилизуют в автоклаве при избыточном давле­нии 0,15 МПа в течение 1 ч. После охлаждения до комнатной тем­пературы в колбы вносят суспензию спор гриба, содержащую 150— 200 тыс. спор в 1 мл. Для этого в пробирку с культурой гриба на сусло-агаре прибавляют 10 мл стерильной водопроводной воды и при помощи стерильной пипетки над огнем соскабливают конидии гриба. Полученная суспензия используется для посева (2—2,5% от массы засеваемой среды или 0,4—0,5 мл на 10 грамм отрубей).

Выращивание ведут в термостате при температуре 30°С в тече­ние 4—5 сут. Одну из колб используют для дальнейшего размно­жения чистой культуры, остальные хранят в холодильнике для по­следующего цикла. В колбу, предназначенную для размножения, вливают 50—60 мл стерильной водопроводной воды и над пламе­нем стерильной пипеткой тщательно перемешивают.

Расход чистой культуры при пересеве из колбы в колбу или бан­ку составляет 5—10% от массы засеваемой среды.

 

Размножение посевного материала

Пшеничные отруби подготавливают так же, как и при получе­нии чистой культуры. Отруби, стерилизованные в бюксах под избы­точным давлением 0,15 МПа в течение 1,5 часов, переносят на специ­альный стол, предварительно вымытый и дезинфицированный. Охлаждение отрубей до температуры 40—42°С проводят перемешива­нием с соблюдением правил микробиологической чистоты. Затем их засевают спорами из колбы с чистой культурой (расход культу­ры — 0,5—1% от массы отрубей). Суспензию спор готовят из рас­чета 1 часть культуры на 5 частей воды. Засеянные отруби распре­деляют по кюветам, предварительно стерилизованным при темпе­ратуре 120°С в течение 2 ч, слоем толщиной 1—1,5 см. Кюветы сверху закрывают крышкой, под которую подкладывают стериль­ную бумагу; на отверстие по центру крышки накладывают стерили­зованную ватную подушку, после чего кюветы помещают в термо­стат на 18—24 часов при температуре 30—32°С. В дальнейшем кюветы устанавливают на стеллажи, расположенные в самой растильней камере, и ращение ведут при температуре 24—28°С в течение 3— 4 сут. Выросшую культуру затем помещают в комнату подсушки и в воздушно-сухом состоянии передают на хранение в кладовую, температура в которой не должна превышать 8°С.

Посевной материал, приготовленный описанным способом, пред­ставляет собой спороносную культуру гриба, содержащую не менее 0,7 млрд. спор в 1 г, из которых 86—90% способны к прорастанию. Посевной материал не должен содержать посторонней микро­флоры.

Производственное культивирование

На рис. 56 приведена технологическая схема получения культу­ры гриба в растильных камерах на кюветах. Этот способ связан с затратой большого количества ручного труда, однако пока приме­няется на заводах.

Пшеничные отруби ковшовым элеватором 1 подают на автома­тические весы 2, отсюда они поступают в загрузочный бункер 3, а из него в стерилизатор 5. В этом аппарате отруби увлажняются во­дой, подаваемой через форсунки из бака для стерильной воды 4. На 1 кг отрубей добавляют 0,2 л воды и 7—8 мл соляной кислоты с относительной плотностью 1,19 или 2,7—3,0 мл серной кислоты плотностью 1,84. Стерилизацию производят острым паром при тем­пературе 103—105°С (давление 0,07 МПа) в течение 1 — 1,5 часов, пери­одически включая мешалку. По окончании стерилизации отруби дополнительно увлажняют до содержания влаги 58—60%, охлаж­дают до 40—42°С и затем производят засев культурой гриба, полу­ченной в отделении чистых культур.

Расход посевного подсушенного материала составляет 0,5— 0,6% к массе отрубей. Посевной материал вводится в виде водной суспензии, приготовляемой из культуры гриба в 5-10-кратном количестве кипяченой воды.

Засеянную среду тщательно перемешивают в течение 15- 20 минут, выгружают на раскладочный стол 6 и распределяют по кюветам. Наполненные кюветы ставят в этажерки 7, перевозят их на тележках в растительную камеру 8, в которой поддерживают

 


 

 

 


ра партии, активности ферментов и массы. Хранят культуру в су­хом помещении на деревянных стеллажах.

Предложены технологические схемы производства поверхностных культур плесневых грибов с использованием механизирован­ных растильных установок:    с вертикальными    каналами (установка была осуществлена на Мичуринском заводе и может быть использована на предприятиях средней мощности — до 2 тонн культуры гриба в сутки); непрерывно действующей конвейерно-пластинчатой, предназначенной для специализированных ферментных предприятий мощностью более 2 тонн культуры в сутки

 

 


 

 



На рис. 57 приведена технологическая схема производства по­верхностной культуры плесневых грибов с использованием расти­льных камер конструкции А. В. Соловьева.

Взвешенные отруби загружают в бункер, из которого дозатором передают в шнек-стерилизатор. Стерилизованная среда поступает в выдерживатель, а из него в аппарат для расхолаживания, увлаж­нения и засева культурой гриба в виде суспензии. Конечная влаж­ность засеянных отрубей около 60%. Расход посевной культуры — 0,5% к массе воздушно-сухих отрубей.

Подготовленная и засеянная среда механически загружается в одну из камер для выращивания плесневых грибов в вертикальном слое. Для равномерного распределения отрубей над камерой уста­новлена лопастная мешалка, имеющая частоту вращения около 13 об/мин. Мешалка может перемещаться вдоль камеры и в верти­кальном направлении. Уплотнение среды создается с помощью виб­ратора.

Основные технологические операции выполняются на двух ветвях поточной линии: на первой — загрузка и ращение по стадиям, на второй — выгрузка, мойка и стерилизация растильной камеры.

Растильные камеры передвигаются на поточных линиях по рельсам. На первой ветви передвижение осуществляется с помощью толкателя, на второй — вручную. Для.перевода растильной камеры с первой ветви на вторую и обратно предусмотрены траверсные тележки, Растильная камера вмещает 500 кг отрубей в расчете на воздушно-сухие. Количество камер 7, из них 6 всегда загружены, а 1 находится на разгрузке, мойке, стерилизации или загрузке.

Растильная камера представляет собой ящик прямоугольной формы размером 1600x1300x1620 мм, изготовленный из алюминиевого сплава. Внутри нее имеется 23 вертикальных канала с перфорированными стенками для выращивания гриба; диаметр отвер­стий 3 мм, шаг 40 мм. Сверху каналы открыты, а снизу закрыты затворами, открывающимися при разгрузке системой рычагов. Ще­ли между каналами шириной 12 мм предназначены для аэрации растущей культуры и отвода выделяемого ею тепла. Кондициони­рованный воздух подводится с торца камеры и отводится с проти­воположной стороны. Загруженная растильная камера механиче­ским толкателем продвигается к воздушным диффузорам, которые автоматически с достаточной герметизацией подключаются к растильным камерам. Герметичность создается пневматически.

Наилучшие показатели по активности культуры достигаются при выращивании гриба на среде, температура которой 15°С. При подаче охлажденного воздуха с относительной влажностью 98— 100% подсыхания среды не происходит; при снижении влажности воздуха до 67—70% влажность питательной среды изменяется ма­ло. Амилолитическая активность культуры возрастает до 36 ч, а затем снижается. Потери сухих веществ за 36 часов составляют около 25%. Общая продолжительность цикла выращивания культуры с учетом подготовительных и заключительных операций в камере 48 часов.

Сырая культура из растильной камеры выгружается в бункер, оборудованный специальным устройством для дробления, к шнека­ми подается в сушилку.

Мойку и стерилизацию растильных камер проводят в камере стерилизаторе, где их обрабатывают водой снизу, сверху и с боков, а затем стерилизуют острым паром при температуре 120°С. После этого подготовленные растильные камеры с помощью траверсной тележки направляют на загрузку.

В цехах по производству поверхностной культуры во избежание заражения ее посторонними микроорганизмами соблюдают особую чистоту. Влажную уборку проводят ежесменно, помещение и обо­рудование периодически дезинфицируют, в цехе работает приточно-вытяжная вентиляция с использованием воздуха, очищенного от микроорганизмов.

Готовая культура всегда содержит небольшое количество спор в связи с неодновременным созреванием в отдельных участках, по этому рабочие, непосредственно соприкасающиеся с ней, должны надевать на лицо марлевые повязки, а на руки — резиновые перчатки.

Разгрузка кювет и дробление культуры гриба должны проводиться в герметически закрытых камерах, снабженных аспирационными устройствами.

 

 

Глубинное культивирование плесневелых грибов и других микроорганизмов

При глубинном культивировании микроорганизмы развиваются во всем объеме жидкой питательной среды. Так как подавляющее большинство продуцентов ферментов — строгие аэробы, среду интенсивно аэрируют. В микроорганизмах протекают два неразрывно связанных процесса — синтез биомассы и синтез ферментов.

Для максимального накопления ферментов необходимы определенный состав питательной среды, обеспечение кислородом возду­ха, своевременный отвод метаболитов и физиологического тепла, оптимальные значения рН и температуры. Важнейшим условием является также стерильность питательной среды, подаваемого воз­духа, ферментаторов, трубопроводов и арматуры.

Питательные среды

Для глубинного культивирования используют жидкие питательные среды, содержащие примесь твердых компонентов. В комплексных питательных средах, основанных на естественном сырье с добавлением отрубей, ростков, кукурузного жмыха, глютена, свекловичного жома, спиртовой бар­ды, следят за тем, чтобы не было крупных комочков, так как они затрудняют стерилизацию и могут привести к забиванию коммуникаций. Поэтому перед смешением необходимо проводить просеив­ание твердых компонентов или грубую фильтрацию (например, зер­но-картофельной барды).

Жидкую часть питательной среды (вода или фильтрат барды) обогащают питательными слоями, гидролизатами белков, аминокислотами, источниками биоса, различными углеводами. Содержание сухих веществ в жидких питательных средах может колебаться от 1,5 до 16% в зависимости от рода продуцента и принятого режима культивирования.

Ниже в качестве примера приводится состав питательных сред (в %) для производственного культивирования трех микроорга­низмов.

 

Питательная среда для Аsp. batatae 61

Грубый фильтрат барды 96,6

Мука кукурузная или пшеничная                                         1,95

Кукурузный экстракт                                                          0,6

Селитра аммиачная                                                            0,5

Мел                                                                                     0,2

Магнезит (МgО)                                                                     0,1                 

Растительное масло (пеногаситель)                                       0,05

 

Питательная среда для End. biospora

Вода                                                                                        93,75

Кукурузная мука                                                                     2,6;

Соевая мука                                                                            1,5

Кукурузный экстракт                                                              1,6

КН2РО4 или (NН4)2НРО4                                                        0,5

Растительное масло                                                                0,05

 

Питательная среда для Аsp. awamori 466 - ВНИИПрБ

Кукурузный затор, осахаренный ячменным солодом (1,2—3%)                    1,2—3

Содержание сухих веществ                                                                           18—20

В научно-исследовательских организациях постоянно проводит­ся работа по улучшению эффективности производства ферментных препаратов, в основном по повышению активности зрелой культу­ры. Это достигается не только селекцией штаммов микроорганиз­мов, но и совершенствованием условий культивирования, в том чис­ле и изменением состава питательной среды, поэтому приведенные составы питательных сред могут подвергаться значительным изме­нениям при соответствующем корректировании аэрации и других условий культивирования.

Получение и размножение посевного материала

Для засева производственной питательной среды при глубинном культивировании посевной материал готовят также глубинным способом. Вид посевного материала зависит от продуцента: для гри­бов — это мицелиальная масса, для бактерий — молодая растущая культура на начальной стадии спорообразования.

Получение посевного материала осуществляется постадийным увеличением массы культуры продуцента. При небольшой произво­дительности цеха она сводится к одной или двум операциям, а для заводов большой производительности представляет собой много­стадийный процесс. В качестве примера приводится схема приго­товления посевного материала для производственного культивиро­вания двух микроорганизмов.

Для Аsp. awamori 466-ВНИИПрБ

1.    Пробирка с исходной культурой на агаризованной питательной среде

2.   Пересев водной суспензии культуры в колбы с жидкой питательной средой, содержащей 5% кукурузной муки и 0,5% дрожжевого автолизата, культивирование на качалке в течение 48 ч

 

3. Пересев культуры в сосуды вместимостью 6л (величин f засева 10-12% К объ­ему питательной среды), культивирование 48 часов

 

4. Пересев культуры в инокулятор на кукурузное сусло концентрацией 6%, культи­вирование в течение 48 ч при температуре 27°С, перемешивании мешалкой с час­тотой вращения 950 об/мин и подачей воздуха 16 м3э-ч)

5.   Пересев культуры в производственный ферментатор (величина засева 3% к объему питательной среды)

 

Для Endomycopsis biospora

 

1.   Пробирка с исходной культурой на агаризованной среде с крахмалом и глю­козой

 

2.   Пересев петлей и получение стационарной культуры на жидкой питательной среде с крахмалом, глюкозой и кукурузным экстрактом в колбах на  100 МЛ (культиви­рование в течение 48—72 ч в термостате при 28°С)

3.   Пересев 4—6% к объему среды в колбах вместимостью 750 мл с 50 мл жидкой питательной среды, включающей крахмал и кукурузный экстракт

 

4. Пересев 0,3—0,5% к объему среды в маточнике, содержащей крахмал и куку­рузный экстракт (культивирование в течение 24 ч при 28°С)

5. Пересев 3—5% к объему среды в производственном ферментаторе.

Культивирование на всех стадиях должно проводиться при оптимальной температуре, аэрации и в строго определенное время. Если возникают непредвиденные задержки в использовании, то по­севной материал охлаждают до 8—10°С и хранят не дольше 4 ч, иначе качество его может резко ухудшиться.

Посевной материал как на отдельных стадиях, так и готовый подвергают тщательному микробиологическому контролю. Посев­ной материал не должен быть инфицирован посторонней микрофло­рой и должен содержать определенное количество спор или клеток на единицу массы, стойко сохранять генетически заложенные в нем свойства продуцировать ферменты.

 

 

Производственное культивирование

Известны следующие способы глубинного культивирования ферментов: периодический, непрерывноциклический и непрерывно-проточный.

Периодический способ культивирования ферментных препаратов характеризуется несменяемостью питательной среды в ферментаторе, состав которой в процессе развития постепенно изменяется. Процесс протекает постадийно: в фермен­татор набирают питательную среду и задают посевной материал; после размножения микроорганизмов и накопления продуктов их обмена зрелую культуру выгружают, а все оборудование, коммуникации- и запорные устройства промывают и стерилизуют паром.

По непрерывноциклическому способу микроорганизмы, расположенные на неподвижной насадке в ферментаторе, непрерывно омываются средой, протекающей в замкнутом контуре, до полного потребления ими питательных веществ. После этого зрелую куль­туру выгружают, аппарат промывают, стерилизуют и цикл повто­ряют. Богатая питательная среда в ходе такой циклической ферментации по­степенно истощается; по времени этот процесс более продолжителен, чем непрерывно-проточный.

Способ непрерывно-проточного культивирования микроорганиз­мов более совершенен. Суть его заключается в том, что микробная популяция развивается в проточной питательной среде. Непрерыв­ный способ имеет две разновидности: гомогенно-непрерывный и градиентно-непрерывный. В первом случае выращивание ведут в одном ферментаторе; при тщательном перемешивании среды и аэра­ции обеспечивается одинаковое состояние культуры во всем объеме жидкости. В ферментатор при этом непрерывно поступает свежая

 

 


 


среда, а из него также непрерывно вытекает избыток культуральной жидкости.

Градиентно-непрерывное культивирование осуществляют в батарее ферментаторов, соединенных переточными трубами. Засеянная среда с большим содержанием углеводов и других ингредиен­тов непрерывно перетекает из одного ферментатора в другой и так­же непрерывно вытекает в виде готовой культуры.

Непрерывное культивирование в проточных средах позволяет выращивать микроорганизмы в условиях, оптимальных для их возрастного состояния. При этом такие важные факторы, как концентрация питательных веществ, содержание продуктов обмена, рН, содержание растворенного кислорода, резко изменяющиеся при периодическом способе культивирования, поддерживаются постоянными на заданном уровне или изменяются по усмотрению опера­тора.

Способы непрерывного культивирования в производстве ферментных препаратов для спиртового производства не вышли еще из стадии испытаний. Поэтому в настоящее время на заводах применяют периодическое культивирование микроорганизмов.


 


 


 


На рис. 58 приведена технологическая схема установки по полу­чению глубинной культуры Asp. Batatae 61.

Барда из брагоректификационного аппарата поступает в непре­рывно действующий фильтр 1 для отделения крупных частиц дро­бины. Фильтр представляет собой полуцилиндрическое или коническое сито с отверстиями диаметром 1,5—2 мм. С фильтра отбирают 15—20% жидкой части с 0,05% дробины (в исходной барде содержалось ее 1,3 — 2,7%) в сборники 2 и центробежным насосом 3 пе­рекачивают ее в смеситель 9, служащий для приготовления пита­тельной среды. Другие компоненты среды — муку, магнезит и мел — смешивают с водой в сборнике 4, из которого насосом 5 пе­рекачивают также в смеситель 9.

В смесителе питательную среду тщательно перемешивают и раствором гидроксида натрия доводят рН до 5,6—5,8. Затем среду стерилизуют, для чего насосом 10 ее подают в контактную головку 8, нагревают с 75—80°С до 128—130°С, выдерживают в трубчатом аппарате // в течение 40—50 мин и охлаждают до 30—32°С в по­верхностном теплообменнике 12.

Стерилизованная и охлажденная среда поступает в ферментаторы 13 — вертикальные цилиндрические сосуды с лучевыми аэраторами или с двухъярусными турбинными мешалками и барботером для подвода воздуха.

В тех случаях, когда теплообменник отключают для профилактического ос­мотра или ремонта, горячую среду из выдерживателя по обходной коммуникации передают непосредственно в ферментатор. В процессе заполнения ферментатора в нем поддерживают избыточное давление 0,25 МПа паром, подаваемым по воз­духоводу через аэрирующее устройство. Коэффициент заполнения ферментатора 0,75—0,85. При меньшем его значении объем доводят до нормы подачей барды из смесителя 9 через систему стерилизации. После заполнения ферментатора всю систему освобождают от среды, прокачивают водой и стерилизуют острым паром. Питательную среду в ферментаторе охлаждают до 30—32°С.

В ферментаторе среду засевают культурой гриба из маточника 14. До засева из ферментатора отбирают пробы через пробоотбор­ник для микробиологического контроля (высев на МПБ или МПА) и биохимических анализов. Засев осуществляют по линии передавливания, предварительно стерилизованной от маточника до фер­ментатора острым паром в течение 1 ч. Для этого закрывают вентиль на выходной воздушной линии у маточника и поднимают в нем дабление до 0,06—0,08 МПа, оставляя в ферментаторе давле­ние 0,02—0,03 МПа, после чего открывают вентиль на линии передавливания у маточника и ферментатора и в связи с разностью давления посевную культуру из маточника передавливают в ферментатор. Если маточник один на два ферментатора, то из него передавливают только 50% культуры. После этого закрывают венти­ли на линии передавливания, в ферментаторе приводят во враще­ние мешалку и начинают процесс выращивания культуры.

Маточник представляет собой цилиндрический сосуд со сфери­ческим днищем, оборудованный устройством для аэрации и переме­шивания, патрубками для подачи питательной среды, спуска промывных вод, подачи пара, подвода и отвода воздуха. После передавливания всей посевной культуры из маточника выпускают воздух, открывают крышку и внутреннюю поверхность тщательно моют. Затем маточник стерилизуют и заполняют питательной сре­дой для следующего цикла приготовления посевного материала.

Питательную среду для маточника готовят в смесителе 6, обору­дованном миксером. Вначале в смеситель набирают воду, включа­ют миксер и постепенно вносят муку, кукурузный экстракт и растительное масло. Размешивание среды производится не только миксером, но и в результате циркуляции ее насосом 7; рН среды доводят серной кислотой до 5,6—5,8.

Тем же насосом среду подают через контактную головку 8 в ма­точник, где ее выдерживают 1,5—2 ч при 126—132СС, охлаждают до 30—32°С и засевают спорами гриба, выращенного в колбах на отрубях, через посевной лючок с соблюдением условий стерильно­сти и при минимальном движением воздуха в цехе. После засева открывают вентили для подачи и отвода воздуха. Расход воздуха 50—60 м3/(м3-ч), его температура 35—40°С. Продолжительность культивирования 36 ч. При задержке передачи посевной культуры в ферментаторы ее расхолаживают в маточнике подачей воды в рубашку и сохраняют при обязательной аэрации.

Подготовку воздуха, подаваемого в маточники и ферментаторы, проводят следующим образом. Перед нагнетанием ротационным водокольцевым компрессором 17 воздух очищают от механических примесей на висциновом фильтре 16, а после компрессора освобож­дают от влаги последовательно в водоотделителе 18, влагоотделителе 19 и конденсаторе 20. Сжатый и осушенный воздух нагревают в теплообменнике 21 до температуры 60—80°С и затем очищают от микрофлоры на общем головном фильтре 22, заполненном базаль­товым волокном. После головного фильтра воздух поступает в коллектор 23 и дополнительно очищается на индивидуальных филь­трах 24 у маточника и 25 у ферментатора, которые также заполне­ны базальтовым волокном.

Для бесперебойного воздухоснабжения необходима установка двух головных фильтров. Перезарядку головного фильтра базаль­товым волокном проводят 1—2 раза в год, после чего его стерили­зуют острым паром при избыточном давлении 0,15 МПа в течение 4—6 ч и затем полностью отдувают влагу горячим воздухом темпе­ратурой 110—114С. Индивидуальные фильтры перезаряжают че­рез 5—10 ферментации. В случае переброса питательной среды в фильтр или нестерильности ферментации проводят внеочередную перезарядку. Индивидуальные фильтры стерилизуют одновременно с маточниками и ферментаторами острым паром в течение 2 ч при избыточном давлении  около 0,2 МПа. Влагу удаляют из фильтров продуванием воздуха.

     За стерильностью воздуха, поступающего в аппараты, ведут си­стематический контроль. С этой целью колбу вместимостью 0,5 л со стерильным мясопептонным бульоном (100—150 мл) в стериль­ных условиях подсоединяют к специальному пробному кранику на воздуховоде и продувают воздух через бульон в течение 10—12 ч допуская сильного вспенивания). По истечении этого времени колбу отсоединяют и ставят в термостат при 37°С на 48 ч. Появля­ющееся помутнение свидетельствует о нестерильности воздуха.

Во время культивирования гриба в ферментаторах температура питательной среды 30—32°С поддерживается автоматическим регулированием подачи воды в рубашку аппарата. Аэрацию и перемешивание мешалкой (частота вращения около 200 об/мин) про­водят непрерывно с момента окончания засева и до конца фермен­тации. Количество подаваемого воздуха 15—20 м3/(м3-ч). Пробоотборник и нижняя сливная коммуникация находятся под паровой защитой. Продолжительность ферментации 48—55 ч.

Отработавший воздух из ферментатора по патрубку в крышке выбрасывается через скруббер 26 в атмосферу. В скруббере воздух очищается от спор и других взвешенных частиц.

Готовая культура насосом 15 перекачивается в сборники при осахаривателях разваренной массы. Освободившийся ферментатор моют и стерилизуют при 120°С в течение 2 ч.

В процессе ферментации для микробиологического и биохими­ческого контроля развития культуры отбирают пробы (с соблюде­нием условий стерильности) вначале через 24 ч после засева, а за­тем через каждые 12 ч роста. Готовая культура должна иметь ак­тивность не менее: по а-амилазе 4—5 ед./мл и по глюкоамилазе — 5—6 ед./мл.

Производственное культивирование других микроорганизмов проводится по аналогичной технологической схеме и отличается только составом питательной среды, расходом воздуха, частотой вращения мешалки в ферментаторе, продолжительностью культи­вирования и активностью готовой культуры.

Так, например, для культивирования Asp. awamori 466 исполь­зуют кукурузное сусло, осахаренное солодом. Разваривают куку­рузную муку при мягком режиме. Концентрация сухих веществ 20% Стерилизация питательной среды производится при 125°С в течение 30—40 мин. Количество посевного материала — 3% к объему питательной среды.

Ферментация производится 120—160 ч при 35°С при работе двухъярусной мешалки с частотой вращения 150—170 об/мин, рас­ход воздуха 20—30 м3 на 1 м3 аэрируемой среды в час, конечный рН 3,5. Активность готовой культуры — 200—250 ед. ГлА/мл.

На рис. 59 приведена технологическая схема непрерывного культивирования плесневых грибов на установке, предложенной ВНИИПрБ и испытанной с положительным результатом на Мичуринском заводе.

Установка состоит из батареи ферментаторов, соединенных переточными трубами. Выращенную в маточнике посевную культуру гриба передают в головной ферментатор, в который одновременно поступает готовая питательная среда. По заполнении первого фер­ментатора культура самотеком поступает во второй, затем в тре­тий и т. д. С помощью лоткового делителя питательную среду можно распределить между первым и вторым головными ферментаторами и таким образом, регулировать развитие культуры, что, кроме того, достигается и скоростью притока.

Основная трудность в осуществлении непрерывного культивиро­вания — большая опасность инфицирования, и необходимость час­тых остановок для проведения профилактической стерилизации.

 

 


 


КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ

 

Сухая поверхностная культура плеснспых грибо» долго сохраняется и выдер­живает дальние перевозки. Глубинная культура из-за низкой концентрации в ней ферментов и порчи не может транспортироваться на большие расстояния. Извес­тен лишь один случай, когда Рауденварскпй завод перевозил глубинную культуру End. biospora и Asp. awamori 466 в автоцистернах на 50—70 км для снабжения ею спиртовых заводов. Однако экономически более целесообразно при снабже­нии других заводов глубинной культурой концентрировать ее.

Способы концентрированна без применения очистки могут быть различными: упаривание под вакуумом до сиропообразного состояния или высушивание на распылительной сушилке с получением порошкообразного препарата. На спирто­вых заводах ни один из этих способов не нашел применения и распространен на специализированных ферментных заводах Главмпкробиопрома.

На Мичуринском спиртовом заводе и 1978 г. внедрено концентрирование глу­бинной культуры способом ультрафильтрации, разработанным Н. И. Беловым с сотрудниками. Сущность способа состоит в том, что культуральиую жидкость, содержащую фермент, подают в аппарат под давлением. Жидкость движется по ряду параллельных каналов, образованных полупроницаемыми мембранами. Вода и часть низкомолекулярных веществ проходят через мембраны, а высокомолеку­лярные вещества, в том числе ферменты, задерживаются и выводятся из аппара­та в виде концентрированного раствора (сиропа).

На рис. 60 дана принципиальная схема ультрафильтрационной установки

 

 Рис. 60. Принципиальная схема ультрафильтрационной установки для концентрирования ферментных растворов.

 

УПТ-3, применяемой на Мичуринском заводе для концентрированна ферментов из культуральной жидкости микроорганизмов End. biospora и Asp. batatae 61. УПТ-3 означает: ультрафильтрационная (У) установка с аппаратами на оснопе плоскопараллельных (П)фильтрующих элементов с турбулентным (Т) движением раствора в каналах аппарата, трехступенчатая (3). Установка имеет площадь фильтрации 100 м2 при производительности до 20 м3 по исходной культуральной жидкости.

Ультрафильтрации подвергается культуральная жидкость, освобожденная от мицелия и других взвешенных частиц на фильтр-прессе и суперцентрифуге. Культуральная жидкость должна иметь достаточную ферментную активность и не со­держать посторонней микрофлоры.

Подготовленную культуральную жидкость из сборника 1 насосом 2 подают на установку, состоящую из трех циркуляционных контуров (ступеней)—А, Б и В, в которых поддерживают давление 0,4—0,6 МПа. Каждый контур имеет свой циркуляционный насос 3, регулирующий вентиль 4, расходомер 5, пять ультра-фильтрационных аппаратов 6 (I, II, III, IV, V) расположенных последовательно один за другим, и теплообменник 7. Контуры соединены между собой переточ­ными линиями с регулирующими вентилями 8.

Через расходомер контура А культуральная жидкость движется по каналам всех пяти аппаратов и фильтруется. Фильтрат удаляют, а концентрат через ре­гулирующий вентиль переходит в контур Бит. д. В каждом аппарате контура А находится по 35 фильтрующих элементов, а всего их в контуре 175; в аппара­тах контура Б по 26 фильтрующих элементов, всего 130; в аппаратах контура В по ф фильтрующих элементов, всего 95. Общее количество фильтрующих элемен­тов в установке 400. Поверхность одного фильтрующего элемента 0,3 м2.

Полупроницаемые мембраны фильтрующих элементов изготовляются на основе ацетатов целлюлозы и имеют различный условный диаметр пор, вследствие чего ультрафильтрация может быть использована как для отделения только воды (концентрирование), так и для очистки от балластных веществ.

При турбулентном движении жидкости по каналам она разогревается, поэто­му в каждом контуре имеется теплообменник для отвода тепла, в котором охлаж­дающим агентом является холодная вода. Температура жидкости поддерживает­ся автоматически

При прохождении культуралыюй жидкости через контур А концентрация ее повышается с 1—2% сухих веществ до 4—5%; в контуре Б —до 8—9% и в кон­туре В — до 20%. Фильтрат собирают с каждого контура и выбрасывают в ка­нализацию или используют для приготовления замесов в спиртовом цехе.

Концентрат с содержанием сухих веществ 20% собирается в отдельном сбор­нике, откуда идет к потребителям. Потери активности при ультрафильтрации сос­тавляют 4—5% от ее величины в исходной осветленной культуральной жидкости.

Применение концентрированных препаратов для полной или частичной замены солода ничем не отличается от применения по­верхностных или глубинных культур, и может быть использовано одно и то же оборудование.

 

 

ПОДГОТОВКА КУЛЬТУР ПЛЕСНЕВЫХ ГРИБОВ

 

При замене солода глубинной культурой плесневых грибов в ферментатор после окончания ферментации при тщательном пере­мешивании добавляют 40%-ный раствор формалина из расчета 2 л на 1 м3 культуральной жидкости. После этого культуру перекачи­вают насосом в расходные чанки, из которых она через дозатор не­прерывно поступает в осахариватель.

При замене солода сухой поверхностной культурой плесневых грибов или смесью культур их взвешивают, смачивают водой в со­отношении

1 : 1 и тщательно измельчают на дробилках, применяемых для дробления солода. Измельченную массу направляют в сборник и смешивают с теплой водой (28—30°С) из расчета 3—4 л на 1 кг исходной культуры. Для стерилизации приливают 20—25 мл 40%-ного раствора формалина на 1 дал суспензии, тщательно перемешивают!5—20 мин, после чего выдерживают в течение 20—30 мин передают в расходные чанки.

Если применяют смесь поверхностной культуры плесневых гри­бов и сырцового солода, например. Asp.awamori или Asp. oryzae и ячменного или ржаного солода, то их дробят вместе и приготов­ляют водную суспензию также, как солодовое молоко.

Расход поверхностной культуры, удовлетворяющей требовани­ям МРТУ, определяемый по массе крахмала зерна и картофеля, включая крахмал в культуре, составляет 5%, в том числе аваморина П 4% оризина П 1%; при применении смеси солода и поверхно­стной культуры: на крахмал картофеля и зерна 4% солода и 2% аваморина П или 4% солода и 3% оризина.

Расход глубинной культуры микроорганизмов, а также кон­центрированных препаратов на осахаривание исчисляется из их активности.

Ниже приводится пример с культурой Asp. awamori 466.

Культура Asp. awamori 466 имеет незначительное количество а-амилазы, поэтому ее необходимо применять в смеси с другими источниками а-амилазы. Например, при полной замене солода глюкаваморином Гх-466 и амиломезентерином Гх-467 расход фер­ментов рассчитывают, исходя из норм расхода ферментов в едини­цах активности на 1 г перерабатываемого крахмала сырья. Причем этот расход изменяется в зависимости от принятой продолжитель­ности брожения.

Так, при 72-часовом брожении расход а-амилазы должен со­ставлять 1,5 ед. АС на 1 грамм крахмала, глюкоамилазы — 6 ед. на 1 г крахмала. При 48-часовом брожении расход а-амилазы остается неизменным, а глюкоамилазы увеличивается до 15 ед. ГлА на 1 г крахмала. При этом показатели выбраживания получаются не ху­же, чем при 72-часовом брожении.

Аналогично ведется расчет и с другими препаратами микроор­ганизмов — источниками а-амилазы. Препарат а-амилазы рекомен­дуется подавать в две точки технологической схемы: 0,5 ед. АС — на разжижение подвариваемой массы в предразварник и 1 ед. АС на 1 г крахмала — в осахариватель вместе с глюкоамилазой.

Если препарат а-амилазы содержит и другие амилолитические ферменты, в частности глюкоамилазу, то следует учитывать их и соответственно сокращать расход глюкоаваморина Гх-466.

Так как активность глюкаваморина Гх-466 может быть очень высокой (250 ед./мл), то для лучшего дозирования ее реко­мендуется разбавлять водой из расчета 4—8 м3 на 1 м3 препарата.

Препарат глюкаваморин Гх-466 можно применять и в смеси с солодом. В этом случае в зависимости от расхода солода рассчиты­вается и расход препарата в единицах ГлА на 1 г кархмала. Так, при 72-часовом брожении при расходе зерна на солод 5% к массе перерабатываемого крахмала необходимо 4 ед. ГлА на 1 грамм крахмала, а при расходе солода 8% —3 ед. ГлА на 1 г крахмала. При 48-часовом брожении расход препарата — 5 и 4 ед. ГлА на 1 грамм крахмала соответственно.

 

Получение собственных микробных ферментных препаратов.

При получение собственных микробных ферментных препаратов на спиртовом заводе возможно по следующим причинам:

1. Замес на посев культуры ферментов берется из уже имеющейся системы разваривания зернового сырья;

2. Технологическое оборудование для производства ферментов - это всего два небольших реактора из которых один - для амилосубтилина, другой для глюкавоморина + воздуходувка и стерильный фильтр для фильтрации воздуха;

3. Увеличения штата призводственного персонала не потребуется, т.к. имеющиеся в штате технологи и лаборанты вполне могут контролировать процесс ферментации.

4. В зависимости от состава питательной среды и условий культивирования микроорганизмы легко переключаются с синтеза одного фермента на другой. У микроорганизмов сравнительно короткий цикл развития (10—100 часов), что позволяет получать сотни урожаев в год.

5. При стоимости импортных ферментных препаратов до 20 Евро за 1 килограм получается неплохая экономия.

 

Расход ферментов при производстве спирта

 

Таким образом, потребление импортных ферментов составляет 2 литра на 100 дал спирта

 

Цена 1 литра импортных ферментных препаратов около 20 Евро

 

Для спиртового завода мощностью 3000 дал спирта в сутки расход импортных ферментов составит 60 литров в день или 60 л х 330 дней = 19 800 литров в год. Издержки на приобретение импортных ферментов для спиртзавода мощностью 3000 дал/ сут составят 19 800 литров в год х 20 Евро = 396 000 Евро в год

 

Для спиртового завода мощностью 15 000 дал спирта в сутки расход импортных ферментов составит 300 литров в день или 300 л х 330 дн = 99 000 литров в год. Издержки на приобретение импортных ферментов для спиртзавода мощностью 15 000 дал/ сут составят 99 000 литров в год х 20 Евро = 1 980 000 Евро в год

 

 

Расчет был сделан в 2000 году для ОАО Слободской спирто-водочный завод производительностью 3000 дал/сут

Расчет производства необходимого количества Амилосубтилина (в дальнейшем Ах)

произведен на основании типового регламента производства спирта

Расчет производства необходимого количества Глюкавоморина   (в дальнейшем Гх)

произведен на основании типового регламента производства спирта

 

Согласно регламента при переработке крахмалсодержащего сырья норма расхода глубинных культур ферментных препаратов исчисляется в единицах АС (активности А-амилазы), затрачиваемых на осахаривание 1 грамма перерабатываемого крахмала, включая собственный крахмал осахаривающих материалов, т.е. ферментов.

Норма расхода осахаривающих ферментов устанавливается в зависимости от выбранного срока брожения. Для продолжительности брожения в 72 часа расход А-амилазы на 1 грамм перерабатываемого крахмала составит 1-1,5 АС ед/мл.

Известно , что за 1 час через систему подработки, дробления и разваривания проходит 4 тонны зерна, которое имеет среднее содержание крахмала 56%. Решая следующую пропорцию, мы узнаем сколько тонн условного крахмала перерабатыватся предприятием в течение 1 часа.

4 тн/ час - 100%

Х тн час  - 56%

 Х = (56%  *  4 тн/ час) / 100% = 2,24 (тн/час)

 

Что составит соответственно 2.240.000,00 граммов условного крахмала в час

Далее находим неоходимое число единиц амилолитической активности амилосубтилина Ах, необходимое для осахаривания 2.240.000,00 граммов условного крахмала в час

2.240.000,00 г  *  1,5 АС ед/мл = 3.360.000 АС ед/мл

Таким образом расчитан расход амилосубтилина Ах в час. Он составит соответственно 3.360.000 Ас ед/мл

 

Расчет емкости посуды , необходимой для получения 3.360.000 АС ед/мл в час

При проведении данного расчета будем отталкиваться от емкости имеющегося на предприятии оборудования. Таковыми являются разварники, снятые по предписанию инспектора в 1997 году и неиспользуемые в настоящее время, а также существующие емкости для хранения жидкого амилосубтилина, получаемого с Омутнинского биохимзавода

Емкость одного разварника составляет 5 кубических метров. Средняя активность применяемого в настоящее время жидкого амилосубтилина равна 200 АС ед/мл.

Подсчитаем, сколько единиц амилолитической активности содержится в объеме 5 м3

5 м3 = 5.000.000,00 мл

5.000.000,00 мл * 200 АС ед/мл = 1.000.000.000,00 Ас ед

 

Для того, чтобы узнать на какое время работы достаточно емкости одного разварника произведем следующие действия: разделим количество единиц амилолитической активности содержащейся в объеме 5 м3 на часовой расход амилосубтилина, выраженный также в единицах амилолитической активности

1.000.000.000,00 Ас ед  /  3.360.000 АС ед/мл = 297,9 часа, т.е. 12,5 суток

Таким образом, в случае приготовления амилосубтилина Ах с активностью 200 АС ед/мл в разварнике с внутренним объемом 5 м3 данного объема хватит на 12 суток работы спиртового предприятия с производительностью 3000 дал спирта в сутки

Зная, что производственная продолжительность культивирования культуры ферментов составляет 120 -160 часов (см Регламент стр 61), т.е. 5- 6,6 суток можно с уверенностью сказать, что один разварник обеспечит потребность предприятия в посуде для выращивания амилосубтилина Ах

 

 

 

Согласно регламента при переработке крахмалсодержащего сырья норма расхода глубинных культур ферментных препаратов исчисляется в единицах ГлА (глюкоамилазной активности), затрачиваемых на осахаривание 1 грамма перерабатываемого крахмала, включая собственный крахмал осахаривающих материалов, т.е. ферментов.

Норма расхода осахаривающих ферментов устанавливается в зависимости от выбранного срока брожения. Для продолжительности брожения в 72 часа расход глюкоамилазы на 1 грамм перерабатываемого крахмала составит 6 ГлА ед/мл.

Известно , что за 1 час через систему подработки, дробления и разваривания проходит 4 тонны зерна, которое имеет среднее содержание крахмала 56%. Решая следующую пропорцию, мы узнаем сколько тонн условного крахмала перерабатыватся предприятием в течение 1 часа.

4 тн/ час - 100%

Х тн час  - 56%

 Х = (56%  *  4 тн/ час) / 100% = 2,24 (тн/час)

 

Что составит соответственно 2.240.000,00 граммов условного крахмала в час

Далее находим неоходимое число единиц амилолитической активности глюкавоморина Гх, необходимое для осахаривания 2.240.000,00 граммов условного крахмала в час

2.240.000,00 г  *  6 ГлА ед/мл = 13.440.000 ГлА ед/мл

Таким образом расчитан расход глюкавоморина Гх в час. Он составит соответственно 13.440.000 ГлА ед/мл

 

Расчет емкости посуды , необходимой для получения 13.440.000 ГлА ед/мл в час

При проведении данного расчета будем отталкиваться от емкости имеющегося на предприятии оборудования. Таковыми являются разварники, снятые по предписанию инспектора в 1997 году и неиспользуемые в настоящее время, а также существующие емкости для хранения жидкого амилосубтилина, получаемого с Омутнинского биохимзавода

Емкость одного разварника составляет 5 кубических метров. Средняя глюкоамилазная активность применяемого в настоящее время жидкого глюкавоморина равна 200 АС ед/мл

Подсчитаем, сколько единиц  активности содержится в объеме 5 м3

5 м3 = 5.000.000,00 мл

5.000.000,00 мл * 200 АС ед/мл = 1.000.000.000,00 Ас ед

 

Для того, чтобы узнать на какое время работы достаточно емкости одного разварника произведем следующие действия: разделим количество единиц глюкоамилазной активности содержащейся в объеме 5 м3 на часовой расход амилосубтилина, выраженный также в единицах амилолитической активности

1.000.000.000,00 Ас ед  /  13.440.000 ГлА ед/мл = 74,4 часа, т.е. 3,1 суток

Таким образом, в случае приготовления глюкавоморина Гх с активностью 200 АС ед/мл в разварнике с внутренним объемом 5 м3 данного объема хватит на 3 суток работы спиртового предприятия с производительностью 3000 дал спирта в сутки

Зная, что производственная продолжительность культивирования культуры ферментов составляет 120 -160 часов (см Регламент стр 61), т.е. 5- 6,6 суток можно с уверенностью сказать, что  3 три разварника обеспечит потребность предприятия в посуде для выращивания глюкавоморина Гх

 

 

 

 

Объявление - продам реакторы

Литература. Яровенко В.Л., Калунянц К.А., Глотер Л.И. ; Москва - Пищевая промышленность. Производство ферментных препаратов из грибов и бактерий

ФEРМЕНТЫ из Китая    http://www.cnenzyme.cc/

 

 

 

 

 

 
Hosted by uCoz