Наибольший выход биомассы дают Candidautilis С-1 и Candidatropicalis СК-4, что послужило основанием к применению их отдельно и в смеси прии производстве кормовых дрожжей на мелассной барде. Опасность вытеснения их другими культурами исключается, так как в мелассной барде достаточно ростовых веществ.
В благоприятных условиях время генерации при культивировании на мелассной среде 2,5 – 3,0 часа, что объясняется наличием в барде трудноусвояемых и ингибирующих веществ. При периодическом культивировании продолжительность одной генерации в период интенсивного размножения составила 4 часа, поэтому длительность пребывания среды в аппарате при непрерывном культивировании должна быть не менее 8 – 10 часов.
Процесс выращивания при такой длительности следует вести при очень интенсивной аэрации, что бы кислород не лимитировал быстрого размножения.
Скорость размножения и выход биомассы находятся в зависимости от концентрации барды. С разбавлением барды увеличивается выход дрожжей. Разбавленная барда менее вязкая и меньше пенится, кроме того требуется меньше воды на промывку дрожжевой суспензии. Кроме того, в этом случае возможно сокращение времени периодического культивирования (на 1/3 если разбавление идет водой в соотношении 1:1).
Но разбавление невозможно, если предполагается последующее выпаривание последрожжевой барды. Но из концентрированной барды можно получить такой же выход как из разбавленной, но при большей интенсивности аэрации или проведением процесса в 2 стадии. Если для интенсивной аэрации нет условий, тогда целесообразно разбавлять барду для повышения производительности аппаратов.
Активная кислотность мелассной барды соответствует рН 5,5 – 5,8. в процессе выращивания дрожжей потребляются органические кислоты, вследствие чего среда подщелачивается тем сильнее, чем интенсивнее рост клеток. Для поддержания рн на оптимальном уровне необходимо пользоваться соляной или серной кислотой.
Высокий выход биомассы наблюдается при рН 5,0 – 5,5. Однако при непрерывном культивировании в производственных условиях происходит быстрое нарастание инфекции, кроме того усиливается вспенивание дрожжевой бражки, что зарудняет сепарирование, поэтому приходится поддерживать рН среды на уровне 4,0 – 4,2.
При замедленном росте культуры из-за несовершенной аэрации и наличия в барде трудноусвояемых источников углерода, во избежании развития инфекции эффективнее вести процесс при рН 3,5 – 3,8.
Оптимальной температурой для выращивания рожей на мелассной барде надо считать 32 – 33оС. Более высокая температура процесса, хотя и уменьшает расход воды на охлаждение, но из-за пониженного выходя дрожжей не может быть рекомндована, тем более что при этом усиливается развитие инфицирующей микрофлоры, сильно подавляющей рост дрожжей.
Рекомендованный расход воздуха на аэрацию составляет 55 – 60 м3/м3 ч. Это соответствует 20 – 25 м3 воздуха на 1 кг введенных в аппарат углеродсодержащих питательных веществ.
Стадии технологического процесса
Подготовка барды и приготовление питательной среды.
1. Стерилизация барды при 95–1000С 45 – 60 минут. Барда освобождается от спорообразующих микроорганизмов и твердых примесей, периодически удаляемых при чистке аппарата.
2. В случае переработки барды с повышенным содержанием СаО, необходимо подкисление до рН 3,5 – 3,8 и дальнейшее отделение в отстойниках выпавшего в осадок гипса.
3. Охлаждение барды до температуры 20 – 300С. Для этого применяются пластинчатые и (реже) трубчатые теплообменники с водой. Используют прудовую, речную и артезианскую воду а так же отсепарированную вторичную барду.
4. Приготовление питательной среды. Смешивают барду в смесителях с растворами содей содержащих азот и фосфор.
Размножение посевных дрожжей
Дрожжи размножаются в аппаратах чистой культуры, дрожжанках и дрожжегенераторе, из которого подаются в дрожжерастительные аппараты.
Для нормального культивирования кормовых дрожжей необходимо периодически вводить в дрожжерастительный аппарат дрожжи чистой культуры (в противном случае накопление биомассы уменьшается и питательные вещества не используются в должной мере). Количество посевного материала должно быть 30 – 40% от суммы углеродсодержащих веществ.
Посевной материал размножают из чистой культуры в пять последовательных стадий.
В лабораторной стадии культуру выращивают на качалке при температуре 300С, сначала в колбах со 100 мл мелассного сусла, а потом в колбах с 500 мл сусла в течении 16 – 24 ч.
Из двух колб по 500 мл дрожжи переносят с соблюдением правил стерильности в АЧК емкостью 15 л. Затем продолжают культивировать в АКЧ емкостью 150 и 1500 л, заполненных суслом на 2/3.
Молодые и энергичные дрожжи из АКЧ передают в дрожжанку емкость 8 м3 в которой размножение ведут на концентрированной барде концентрацией 5 – 6% СВ с добавлением стерилизованного мелласного сусла. Затем в дрожжанках на 30 м3 и дрожжегенераторе на 100 м3 дрожжи размножаются на барде при энергичной аэрации.
В качестве дрожжегенераторов используют небольшие аппараты с эрлифтным аэратором. При проявлении бактериальной инфекции и других нежелательных признаков среду в дрожжегенераторе заменяют. После освобождения и промывки аппарат и связанные с ним трубопроводы стерилизуют паром в течение 1 ч при 1000С.
Выращивание кормовых дрожжей
Для достижения высокой продуктивности дрожжерастительного процесса требуется непрерывный равномерный приток питательной среды и отбор дрожжевой бражки, интенсивная аэрация, строгое соблюдение температурного режима и поддержание оптимального рН среды: в I стадии выращивания 4,0 – 4,2 и II стадии 3,5 – 3,8. Несоблюдение этих условий негативно скажется на физиологической активности дрожжей, приводит к замедлению роста, развитию инфекции, неполному использованию углеродсодержащих веществ барды и низкому выходу продукции.
Аэробное размножение дрожжей сопровождается выделением тепла. Если это тепло не отводить, то среда нагревается сверх допустимых пределов. Наиболее устойчивый процесс выращивания протекает при температуре 32 – 340С. Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению накопления биомассы и развитию инфекции.
40% образующегося тепла уносится продуваемым воздухом, а остальное количество отводится через наружные стенки аппаратов и змеевика.
Выращивание кормовых дрожжей на мелассной барде ведут в высоких дрожжерастительных аппаратах с эрлифтной системой аэрации. Среда в эрлифных аппаратах превращается в эмульсию плотностью 0,30 – 0,35 г./см3, энергично циркулирующую и заполняющую аппарат на 80%. Дрожжевые клетки размножаются и растут в пенном слое (пенный метод).
При переработке концентрированной и сильно пенящейся барды циркуляция в дрожжерастительном аппарате может оказаться недостаточной. Чтобы разрушить пену и предотвратить флотацию дрожжей необходимо периодически добавлять в среду пеногаситель, так же можно уменьшить заполнение аппарата и увеличить аэрацию.
В аппаратах с перфорированным воздухораспределением («жидкостный» метод) постоянное гашение пены химическими веществами обязательно.
Дрожжевые аппараты соединяются трубопроводами в блоки из двух аппаратов (один головной и один хвостовой) или из трех (два параллельно действующих головных и один хвостовой). Это позволяет вести процесс параллельно и последовательно, т.е.по одно – и двухступенчатому методам. Неразбавленная барда концентрацией 8 – 9% СВ перерабатывается по двухступенчатому методу (повторное выращивание дрожжей, с добавлением в среду во второй стадии 5 – 10% свежей барды). Разбавленная барда концентрацией 5 – 6% СВ перерабатывается по одноступенчатому методу.
Деэмульгирование спиртовой бражки и флотация дрожжей.
Во избежание излишних потерь при сепарировании дрожжевая бражка должна быть предварительно обеспечена.
Физико-химическая сущность действия пеногасителей заключается в вытеснении стабилизатора пены из абсорбционного слоя пузырьков более сильным поверхностно-активным веществом. Для этого применяют животные и растительные жиры, высшие жирные кислоты, спирты. На мелассно-спиртовых заводах при производстве кормовых дрожжей для гашения пены применяют технический жир морских зверей, олеиновую кислоту, соапсток.
Приготовляют из пеногасителя эмульсию и по мере необходимости добавляют её в механический пеногаситель и сборник дрожжевой суспензии от первой ступени сепарирования.
На предприятиях, где дрожжи выращиваются в высоких чанах с эрлифтами для механического разрушения пены применяют различные аппараты – деэмульгаторы. В простейшем деэмульгаторе пена гасится отстаиванием, орошением водой или действием механических мешалок. Лучшие результаты достигаются при разрушении пены в деэмульгаторе механическим путем. Для этих целей используют лопастные или другие виды мешалок, колесо типа центробежного насоса, разложенное на вертикальном валу. Мешалки устанавливаются в слое пены, что бы они лишь касались поверхности жидкости.
Содержащиеся в мелассной барде мертвые дрожжи Sacch. Cervisiae не флотируются, поэтому в этом случае флотация может быть использована лишь при двухстадийном способе культивирования, когда не требуется полное выделение биомассы из бражки, поступающей на 2-ю стадию выращивания. При этом уменьшается потребность в сепараторах и насосах, снижается потребление электроэнергии. Горизонтальный флотатор в сочетании с деэмульгатором составляет установку, предназначенную для выделения дрожжей с пеной из бражки для лучшего его сепарирования.