Технологічно схема виробництва дріжджів

Технологічно схема виробництва дріжджів

Способи культивування і показники процесу

При вирощуванні дріжджів застосовують способи, що розрізняються режимом подачі поживних речовин, повітря і тривалістю процесу. При цьому розрізняють безприпливний, повітряно-припливний, повітряно-проточний способи.

Безприпливний спосіб культивування застосовується при отриманні маткових дріжджів. При цьому способі всі поживні речовини у воду потрапляють відразу при завантаженні апарату. Повітря при цьому або не подають зовсім, або подають періодично, або невелику кількість протягом всього періоду культивування.

Повітряно-припливним називається спосіб, при якому дріжджі вирощують з постійною подачею повітря і поступовим припливом поживного середовища в дріжджовирощувальний апарат. Такий режим називається періодичним. Його зазвичай використовують при отриманні останніх стадій маткових дріжджів, а також товарних дріжджів.

Повітряно-проточним називається спосіб, при якому дріжджі вирощують з постійною подачею повітря і одночасним припливом поживногосередовища в дріжджовирощувальний апарат і відтоком культурального середовища з дріжджами в відбірний. При цьому протягом 6-7 годин дріжджі накопичуються в дріжджовирощувальному апараті - цей період називається накопичувальним. Через 6-7 годин починається відтік середовища з дріжджами з дріжджовирощувального апарату в відбірний апарат - відтічний період, або відбірковий, який триває 20-30 годин і більше - подовжений або безперервний режим.

Накопичувальний період протікає в основному в дріжджовирощувальному апараті, куди безперервно подається живильне середовище і повітря. При цьому дріжджові клітини так само, як і при періодичному способі, проходять лагфазу і фазу логарифмічного росту, яка триває безперервно. У перші години спостерігається синхронне відпочкування дочірніх клітин з невисоким коефіцієнтом годинного приросту (1,08-1,10), потім приріст збільшується і через 5 - 6 годин коефіцієнт годинного приросту досягає величини 1,20-1,25. В культуральному середовищі прицьому накопичується максимально можлива кількість дріжджів, так звана «робоча біомаса», після чого починається період безперервного розмноження, або відбірний період.

У цей період в основному дріжджовирощувальному апараті клітини перебувають у стадії логарифмічного росту і встановлюється постійне співвідношення клітин за величиною і ферментативною активністю. Кількість великих клітин становить 20%, середніх 55% і дрібних не більше 25-30%. Відбірний період може тривати нескінченно довго при дотриманні наступних умов:

- забезпечення дріжджових клітин необхідними поживними і ростовими речовинами, а також киснем в достатній кількості;

- безперервне виведення з дріжджовирощуваьного апарату продуктів обміну (метаболізму) клітин, гальмують їх зростання і розмноження;

- безперервний відбір з основного дріжджовирощувального апарату приростаючої біомаси.

Стаціонарна фаза розвитку дріжджів у безперервному процесі настає лише у відбірковому апараті, куди поживні речовини не надходять і звідки безперервно відбирається приростаюча біомаса.

Таким чином, вирощувані в основному апараті дріжджі характеризуються активністю ферментних систем, тобто здатністю до активного росту і розмноженню з постійною, встановленою для даного апарату і сировини, що переробляється, швидкістю. Від правильного ведення цього процесу в відбірковому апараті залежить в основному якість дріжджів.

Сировина і допоміжні матеріали

Основна сировина

Основним джерелом поживних речовин для дріжджів є бурякова меляса, що представляє собою густу сиропоподібну рідину.

Характеристика меляси

До складу меляси входять цукри (вуглеводи), нецукри і вода. Основною частиною вуглеводів меляси є сахароза С12Н22О11, кількість якої коливається в межах 40-50% в окремих випадках 54-56%. Крім сахарози в мелясі міститься інвертний цукор і рафінозі. Інвертний цукор (суміш глюкози С6Н12О6 і фруктози С6Н12О6) меляси частково надходить з буряків, де він міститься в кількості 0,1-0,2%. Зміст інвертного цукру значно збільшується в підгниих та заморожених буряках. Значна частина инвертного цукру утворюється в результаті гідролітичного розщеплення цукру в процесі цукроваріння.

Продукти інверсії - глюкоза і фруктоза - знижують вміст сахарози і погіршують якість меляси, так як в процесі цукроваріння вони перетворюються на кислоти і барвники. Рафіноза знаходиться в буряку в кількості 0,01-0,03%. Вона стійка до високих температур і дії лугів при виробництві цукру, тому повністю переходить в мелясу і її зміст досягає іноді 2%. Рафіноза С18Н32О16 являє собою трисахариди, складається з галактози, фруктози і глюкози.

У дріжджовому виробництві вміст вуглеводів в мелясі враховують за сумою зброджуваних цукрів, яка представляє собою загальну кількість сахарози, інвертного цукру і 1/3 рафінози.

Нецукри. Нецукрові меляси складаються з органічних і неорганічних речовин. Неорганічні речовини містять вуглекислі, сірчанокислі, хлористі, азотнокислі і в малій кількості фосфорнокислі солі калію, натрію, кальцію, магнію, заліза, амонію.

Загальну кількість неорганічних речовин визначають за складом золи, яка коливається залежно від грунтових і кліматичних умов вирощування буряків.

При вирощуванні хлібопекарських дріжджів велике значення для накопичення біомаси має не тільки абсолютний вміст золи, а й співвідношення зольних речовин і цукрів. Так, у повноцінній мелясі на кожні 100 г вуглеводів має припадати не менше 15 г золи, або 8-10% по відношенню до меляси. До складу органічних нецукрів меляси входять азотовмісні і безазотисті сполуки. Азотомісткі речовини складаються з продуктів розпаду білків - амінокислот, амідів і амонійного азоту, засвоюваних дріжджами. Велика частина азоту є азотом бетаїну, який дріжджами не засвоюється.

Безазотисті речовини складаються з органічних кислот щавлевої, янтарної, глутарової та ін), летких органічних кислот (оцтової, мурашиної, масляної, пропіонової), а також з карамелей - продуктів конденсації вуглеводів, що утворилися під впливом високих температур в процесі отримання цукру.

Вода в мелясі міститься у вільному і у зв'язаному стані в кількості близько 20%. Крім того, в мелясі містяться ростові речовини - біотин, пантотенова кислота, інозит, аневрін, рибофлавін, піридоксин, нікотинова і фолієва кислоти і мікроелементи: кобальт (Со), бор (В), залізо (Ре), мідь (Сu) марганець (Мn), молібден (Мо). цинк (Zn).

Велику роль у розвитку дріжджів грає реакція (рН) меляси і наявність в ній шкідливих домішок. Повноцінною меласою вважається меляса нейтральна,((слабощелочная)) низьколужна (рН 7,1-8,5) і слабокисла (рН 6,3-6.9). Кисла меляса (рН нижче 6,5) не придатна для тривалого зберігання. Наявність великої кількості((фарбувальних речовин)) в мелясі гальмує зростання дріжджів і погіршує їх якість.

Вміст у мелясі таких шкідливих домішок, як сірчистий ангідрид і летючі кислоти, в даний час не має настільки великого значення, як раніше, оскільки за останні роки меляси з підвищеним зміст сірчистого ангідриду практично зовсім не зустрічаються, а більша частина летючих кислот знаходиться в мелясі в зв'язаному стані у вигляді солей, значно менш шкідливих для дріжджів.

Мелясу, що надходить на дріжджові заводи, можна розділити, на три основні групи:

- меляса нормальна, відповідна встановленій нормі;

- неповноцінна меляса, що містить недостатню кількість речовин, необхідних для нормального росту дріжджів;

- дефектна меляса, що містить шкідливі домішки, які гальмують ріст дріжджів (летючі кислоти, сірчистий ангідрид, активні нітрітоутворюючі бактерії), меляса з підвищеною кольоровістю.

Нормальна меляса переробляється в дріжджовому виробництві за прийнятими технологічними режимами без нормалізації складу, тобто в основному без додавання активаторів росту і калійного живлення.

Вплив складу меляси на накопичення біомаси та якість дріжджів

При вирощуванні дріжджів на мелясі важливо знати кількість в ній азоту, засвоюваного зростаючими клітинами, кількість ростових і зольних речовин.

Азотисті речовини. Меляса, що містить недостатню кількість азотистих речовин, є неповноцінною сировиною для виробництва дріжджів. Критерієм оцінки придатності меляси для виробництва є вміст легкозасвоюваного азоту,амінокислот. У мелясі міститься 17 амінокислот, при цьому переважають аспарагінова і глютамінова, що прискорюють ріст дріжджів.

Ростові речовини (біотин). Для нормального розвитку дріжджів обов'язково потрібна наявність в середовищі речовин, що стимулюють накопичення біомаси (біотину, інозиту і пантотенової кислоти). Всі ці ростові речовини містяться у буряковій мелясі в наступних кількостях (мкг/кг): інозит 5770 000-8 000 000, пантотенова кислота 50 000-110 000, біотин 40-140. При цьому кількість інозиту і пантотенової кислоти зазвичай відповідає або трохи перевищує ту кількість, яка необхідна для швидкого накопичення біомаси з високим виходом готової продукції на одиницю сировини. Зміст же біотину навіть у мелясі хорошої якості зазвичай не досягає необхідної норми (200-250 мкг/кг). Тому при оцінці придатності бурякової меляси зміст біотину є дуже важливим показником.

Зміст біотину в мелясі, що надходить на дріжджові заводи, коливається в широких межах - від 40-140 мкг/кг і в середньому становить 83 мкг/кг, причому партії меляси з вищим вмістом біотину (115-140 мкг/кг) зустрічаються рідко. Таким чином, за змістом біотину бурякова меляса не задовольняє вимогам сучасного дріжджового виробництва.

Дріжджі, вирощені на середовищах з нестачею біотину, мають слабку ферментну систему, і тому їх зростання сповільнюється. Дріжджі, багаті біотином, підготовлені до швидкого розмноження, так як біотин полегшує засвоєння ними неорганічного азоту з середовища і цим сприяє утворенню білкових речовин в дріжджовий клітині. Такі дріжджі містять готові ферментні системи, активною групою яких є біотин.

Зольні речовини (калій). Нормалізація складу меляси в результаті додавання різних джерел біотину викликає значне прискорення зростання дріжджів. Однак при переробці деяких партій меляси спостерігається зниження стійкості готової продукції, що походить від недостатнього вмісту калію в мелясі. При цьому живлення порушується - в дріжджову клітину в процесі росту не надходять зольні елементи. А тим часом у складі золи дріжджової клітини калію міститься 23-40%.Калій може перебувати в мелясі не тільки у вільному, а й у зв'язаному стані, тому він не весь бере участь в обмінних реакціях при вирощуванні дріжджів.Присутність іонів калію в мелясному середовищі потрібна для прояву активності багатьох ферментів, які беруть участь у окислювально-відновних реакціях і активну участь у процесі росту і розмноження дріжджів.

З практики роботи дріжджових заводів відомо, що в мелясі з низьким вмістом калію ріст і розмноження дріжджових клітин відхиляється від норми: сповільнюються новоутворення клітин, з'являються дріжджові клітини з двома-трьома бруньками. При цьому знижується вироблення дріжджів і зрештою скорочується їх вихід

 

Допоміжні матеріали

У культуральне середовище для активного росту дріжджів необхідно додавати азот, фосфор, калій, магній, ростові речовини, а також питну воду і повітря.

Сірчана кислота H 2 SO 4 застосовується для підкріплення мелясного розчину при освітленні, для регулювання рН культуральної середовища в процесі вирощування дріжджів і для очищення від бактеріальної інфекції засівних дріжджі. У дріжджовому виробництві застосовують сірчану кислоту технічну контактну поліпшену і акумуляторну (з вмістом моногідрату 92,5-94,0%, миш'яку не більше 0,0001%.

Піногасники застосовуються для гасіння піни, яка утворюється у процесі вирощування дріжджів в дріжджовирощувальних апаратах. У дріжджовому виробництві зазвичай для гасіння піни застосовують технічну олеїнову кислоту марок А і Б, яка містить не менше 95% жирних кислот у безводному продукті, не більше 0,5% вологи і має температуру застигання не більше 10-16 В° С.

Дезінфікуючі речовини: хлорне вапно, натр їдкий технічний, сода кальцинована, формалін, молочна кислота, кислота борна, перекис водню, фурацилін, сульфанол і т.д.

Борна кислота Н3ВО3 у вигляді безбарвних блискучих кристалів або кристалічного порошку білого кольору, повністю розчинних у воді, містить не менше 99,0-99,8% борної кислоти. Застосовується разом з молочною кислотою для обробки засівних дріжджів і для придушення мікрофлори мелясного розчину, так як суміш зазначених кислот має більшу антибактеріальну активністю, ніж при використанні кожної кислоти окремо.

Перекис водню (водний розчин) - безбарвна прозора рідина з вмістом 27,5-40% перекису водню. Має антибактеріальну активність і застосовується для придушення росту бактерій в засівних дріжджах.

Повітря. У дріжджовому виробництві для аерації рідини, що бродить, використовується велика кількість повітря, яке може містити значну кількість мікроорганізмів (до декількох тисяч в 1 м ³). У зв'язку з цим забір повітря повинен проводитисявище коника даху заводу. Повітря необхідно очищати фільтрами і охолоджувати. Недостатнє очищення повітря, що подається на виробництво, може бути причиною збільшення чисельності бактерій в культуральній рідині.

Повітря виробничих приміщень, зазвичай осемінене бактеріями і дріжджовими клітинами, служить причиною потрапляння мікроорганізмів у виробничі середовища і готову продукцію.

3. Приготування поживого середовища

3.1 Приготування розчину меляси

Процес приготування розчину меляси складається з розбавлення і освітлювання її. Освітлюють мелясу з метою видалення грубих зважених часток, колоїдів, мікроорганізмів та інших домішок.

Існує кілька способів освітлення меляси в дріжджовому виробництві. Вибір того чи іншого способу звичайно обумовлений пристроєм підготовчого відділення.

Перед пуском на кларіфікатор мелясу зважують і розбавляють водою до певної концентрації (кратність розведення 1-3), додають хлорне вапно з розрахунку 2 - 3 кг (при вмісті 33% активного хлору) на 1 т її. Після перемішування розчину з хлорним вапном дають півгодинну «хлорну витримку», потім додають сірчану кислоту до отримання рН 4,5 - 5,0 і направляють на кларіфікатор.

На деяких підприємствах застосовують стерилізацію меляси. При цьому її розбавляють гарячою водою температурою 80-90 В° С і направляють в стерилізатор. Стерилізацію проводять при температурі 105-125 В° С протягом 15 - 60 с, після чого розчин меляси охолоджують до 80-85 В° С і подають на кларифікатор.

Відстійні кислотохолодний спосіб. Цей спосіб застосовують на дріжджових виробництвах невеликих потужностей (5-10 т/добу) і при відсутності кларифікаторов. У заторний чан набирають воду і мелясу (на 1 т меляси близько 0,75 м ³ води). Після розмішування в апарат засипають хлорне вапно з розрахунку 0,6-0,9 кг активного хлору, потім розмішують ще 30 хв і залишають затор в стані спокою протягом 30 хв. За цей час мікроби - шкідники дріжджового виробництва - під дією хлору стають неактивними і поступово гинуть.

Після витримки вмикають мішалку, додають сірчану кислоту до отримання рН 5,0, розмішують 30 хв і додають воду до вмісту сухих речовин в мелясі 20-40% (залежно від прийнятої на заводі концентрації) і дають затору відстоятися протягом 10-12 годин (поки меляса не стане прозорою).

Дозування розчину меляси здійснюється за програмою з допомогою автоматичних пристроїв або вручну.

При освітленні меляси відстійним кислотохолодним способом втрати меляси складають 1.8-1,4% від початкового об'єму.Для зниження втрат меляси при освітленні в дріжджовому виробництві в основному перейшли з відстійного методу на механічний (за допомогою кларифікаторов), що знижує втрати її до 0,14%.

3.2 Технологічні режими переробки меляси різного якості

Сучасна технологія виробництва дріжджів пред'являє до складу меляси вимоги, обумовлені необхідністю підвищити вихід дріжджів у товарній стадії до 80-90 °/о в розрахунку на сировину і максимально збільшити вироблення дріжджів з кожної лінії дріжджоростильних апаратів.

Вміст цукрів у мелясі коливається в широких межах, однак при виборі схем переробки беруть до уваги мелясу, що містить 46% цукрів. У мелясі з підвищеним вмістом вуглеводів (більше 50%) мало необхідних для побудови дріжджових клітин ((несахаров)): золи, азоту та біотипів. У зв'язку з цим значно знижується відношення маси перерахованих речовин до маси цукрів, і надлишок цукру витрачається не на накопичення біомаси, а зброджується з утворенням спирту.

При переробці меляс, які містять недостатню кількість азотистих, ростових і зольних речовин, необхідно додавати відсутні компоненти. Нормалізація складу поживного середовища призводить до стабілізації виходу дріжджів і до поліпшення якості готової продукції.

При вирощуванні дріжджів за періодичними схемами поживне середовище нормалізують шляхом додавання джерел біотипів (кукурудзяного екстракту або дестпобіотіна), калійних і магнієвих солей на початку процесу вирощування. Повноцінний кукурудзяний екстракт подають з розрахунку 6%, а калійні солі з розрахунку 3,5% калію в мелясі, яка містить 46% цукру.

Нормалізація живильного середовища при вирощуванні дріжджів за безперервною(наприклад, добовою) схемою здійснюється наступним чином: кукурудзяний екстракт подають під час завантаження дріжджовирощувального апарату з розрахунку 6%, а калійні солі 3,5% (К₂ О) до меляси, витрачається у накопичувальному періоді. Другий раз кукурудзяний екстракт і калійні солі додають на початку періоду відтоку середовища з розрахунку на мелясу, яка переробляється протягом 6 годин. Надалі відсутні інгредієнти додають після закінчення 6 год відтоку середовища з розрахунку на мелясу, яка переробляється протягом наступних 6 годин.

Процес дозрівання дріжджів

Процес вирощування дріжджів закінчується їх дозріванням. Від стадії дозрівання у великій мірі залежить якість хлібопекарських дріжджів. Під час цього процесу відбувається перебудова ферментних систем з активного синтезу біомаси на обмінні процеси, що підтримують лише нормальні функції клітини.До кінця процесу вирощування дріжджів, коли подача поживних речовин припинена, в дріжджоростильному апараті знаходяться дріжджові клітини, різні за віком, з різною біологічною активністю (старі, вже що дали кілька поколінь дочірніх клітин, і молоді, щойно відбрунькувалися, а також зрілі клітини). Співвідношення їх може бути різним, і це у великій мір залежитьі від режиму ведення технологічного процесу, і активності вихідної культури. Дочірні клітини знаходяться в стадії формування ферментних систем. Молоді клітини мають активну ферментну систему, спрямовану на синтез білка. У період брунькування вони відрізняються зниженою стійкістю. Для синтезу вони використовують поживні речовини, що містяться в бражці. У дозрілих клітинах ферментні системи врівноважені. Такі клітини за певних умов можуть довго зберігати притаманні їм властивості, тому процес дозрівання повинен забезпечити максимальне число зрілих клітин (брунькування має завершитися).

Особливо велике значення режим дозрівання дріжджів набуває при роботі повітряно-проточним способом, так як у відбірковий апарат весь час надходять клітини з активною ферментною системою, спрямованої на синтез біомаси.

У процесі дозрівання клітини споживають залишкові поживні речовини. Завершується процес брунькування. Клітини, що відбрунькувалися, виростають, і біомаса збільшується в основному за рахунок росту клітин.

Виділення дріжджів

По закінченню процесу вирощування і дозрівання дріжджі виділяють з культурального середовища спочатку на сепараторах, потім кілька разів промивають холодною водою, згущують і отримують дріжджове молоко з концентрацією дріжджів 300-700 г/л. Далі його направляють на вакуум-фільтри для остаточного виділення дріжджів.

Сепарація.

Відомо кілька способів виділення і промивання дріжджів.

- промивання дріжджів в одному промивному апараті з безперервною подачею води і безперервним відділенням промивної води на сепараторах ведуть до тих пір, поки дріжджі не будуть відмиті від бражки. Потім подачу води в промивний апарат припиняють, відмите дріжджове молоко згущують і подають спочатку в збірники молока, а потім на остаточне виділення.

- промивання у двох промивних апаратах. Дріжджове молоко, отримане після відділення бражки від дріжджів, промивають спочатку в одному, потім в іншому промивному апараті, після чого згущують на тих же сепараторах і направляють в збірники дріжджового молока, а звідти вже на фільтр-преси для остаточного відділення дріжджів від промивної води.

- двоступеневе сепарування. Дріжджі сепарують і згущують на різних сепараторах. Культуральне середовище дріжджів дріжджовирощувального апарату подають на першу сходинку сепараторів. Відсепаровані дріжджі через проміжну ємність, в яку подають холодну воду для промивання, перекачують на другу сходинку, де відбувається додаткова промивка і згущення дріжджів. Промиті і згущені дріжджі направляють в збірники дріжджового молока, в яких його зберігають при температурі, що не перевищує 6 ⁰ С (оптимальна температура становить 2 – 4⁰ С).

- триступеневе сепарування. Відділення дріжджів від середовища, промивання і згущення дріжджового молока відбуваються на різних сепараторах. На першій сходинцівідбувається відділення дріжджів від бражки. Непромитий дріжджі через проміжну ємність, в яку одночасно надходить холодна вода для промивання, подають на другу сходинку сепараторів, де дріжджі відокремлюють від промивної води. Потім вони надходять в другу проміжну ємність, в яку також подають холодну воду. Тут відбувається повторна промивка дріжджів, після чого разом з промивної водою вони насосом подаються на третю сходинку сепараторів, де відбувається згущення дріжджів до концентрації 450-700 г/л.

Найбільш ефективними в порівнянні з першими двома є ступінчасті схеми сепарування, при яких забезпечується краще промивання, згущення і високу якість готових дріжджів.

 

 

Зберігання дріжджів

На дріжджових заводах хлібопекарські дріжджі в основному зберігають у холодильних камерах, загорнуті в спеціальний папір, при температурі 1-4⁰ С і відносній вологості повітря 82-96%.

5.6 Сушка дріжджів

Сухі хлібопекарські дріжджі отримують з пресованих дріжджів. Висушування дріжджів є одним з ефективних способів збереження їх ферментних систем, оскільки вони не можуть зберігатися тривалий час у пресованих дріжджах.

Сутність процесу сушіння дріжджів полягає у видаленні води з пресованих дріжджів. При цьому вологість їх знижується з 72 до 8-10%. Основним завданням процесу сушіння є видалення тільки вільної вологи. Якщо видалити з клітки хімічно зв'язану вологу, то порушиться структура протоплазми і клітина загине.Хімічно пов'язана волога є тією залишковою вологою сушених дріжджів (7-8%), яка не видаляється при сушінні.

Відомий ряд способів сушіння дріжджів: в малорухливому шарі, у зваженому стані, розпиленням, сублімацією, в умовах залишкового тиску.

У всіх сушильних пристроях сушка дріжджів відбувається нагрітим повітрям. Однак температура повітря різна, що обумовлюється конструкцією сушарок. Наприклад, у вакуум-сушарці температура дріжджів ЗО ° С у першому періоді сушіння зберігається при нагріванні сушильного повітря до 60 ° С за рахунок сильного випаровування вологи. У камерній і стрічкової сушарках випаровування відбувається повільніше, ніж у вакуумній, тому підтримувати в дріжджах температуру 30 ° С можна при нагріванні повітря, що надходить у сушарку, тільки до температури 45-48⁰С. У розпилювальній сушарці внаслідок дуже швидкого сушіння дріжджів перегріву не спостерігається навіть при температурі вхідного повітря 140 ° С.

Процес сушіння дріжджів складається з наступних операцій: подачі пресованих дріжджів у формувальну машину, формовки їх у вигляді гранул, подачі гранул дріжджів в сушарку, процесу висушування, подачі сушених дріжджів в бункер для охолодження, пакування готової продукції.

Технологічно схема виробництва дріжджів