Описание технологической и аппаратурной схемы

ВР.1 - Хранение и подготовка сырья

На этой стадии сырьё хранится в складских помещениях в определённых условиях. К этой стадии также относится подготовка навесок солей и витаминов для 10- и 200-кубового аппаратов, стерилизация лапрола ПД-1. Лаборатория берёт пробы сырья и материалов, осуществляет их технологический, химический, микробиологический контроль.

На этой стадии также происходит подготовка мелассы, в данном процессе участвуют такие емкостные аппараты как предразбавитель, разбавитель и приточный; устройство каждого из них будет рассмотрено далее.

Предразбавитель (поз. 4) представляет собой цилиндрический аппарат объёмом 4,5 м³, снабжённый люком, лопастной мешалкой и барботёром в виде перфорированной цилиндрической трубки. В предразбавитель по трубопроводам подаётся меласса из напорного бака (поз.1), серная кислота из сборника (поз. 2) с помощью насоса (поз. 3) и вода. Серная кислота добавляется для связывания ионов кальция, находящихся в мелассе в растворённом виде. Полученный раствор нагревается острым паром через барботёр. Нагретая до 50-60⁰С меласса проходит через фильтр, который улавливает связанный кальций и с помощью насоса (поз. 5) подаётся в кларификатор (n=1400 об/мин) (поз. 6), где происходит осветление мелассы, удаление примесей, составляющих тяжёлую фазу. Каждые 15-20 минут производят сброс отделённой тяжёлой фазы с кларификатора.

Разбавитель (поз. 7) – цилиндрический аппарат объёмом 1,5 м³, снабжённый лопастной мешалкой и плотномером. После кларификатора меласса попадает в разбавитель, где, в случае необходимости, её разбавляют водой, доводя тем самым плотность до требуемого значения. Оттуда меласса с помощью насоса (поз. 8) подаётся на УНС с рекуперацией тепла. Меласса проходит через пластинчатый теплообменник-нагреватель (рекуператор) (поз. 9), где холодная нестерильная меласса нагревается от горячей стерильной мелассы, а также дополнительно нагревается до температуры стерилизации с помощью насыщенного водяного пара. После этого меласса проходит через трубчатый выдерживатель (поз. 10), возвращается в теплообменник-рекуператор и поступает в приточный (t=80⁰С). В трубчатом выдерживателе меласса выдерживается 2-3 минуты (температура для ЧК, ЕЧК – 120⁰С, рН=4,5, а для товарных – 110⁰С и (5,0-5,4) соответственно).

Приточный (поз. 14) – цилиндрический аппарат объёмом 30 м³, на крышке расположен люк, на трубопроводе после аппарата имеется пробоотборник. Из приточного меласса насосом (поз. 15) передаётся через пластинчатый теплообменник-охладитель (поз. 16) в 10-кубовый дрожжерастительный аппарат (ЧК-I) (поз. 18) и в 200-кубовые аппараты маточного (поз. 19) и товарного производства (поз. 38). Каждые 2 часа из приточного отбирают пробу, определяют в ней рН, СВ (сухое вещество), количество осадка. Если количество осадка слишком большое, то сбросы на кларификаторе делают чаще.

Предразбавитель, разбавитель и приточный расположены на опорах-стойках.

 

ВР.2 – Подготовка стерильного сжатого воздуха

На этой стадии происходит очистка атмосферного воздуха от пыли и микробов.

Для 10-кубового аппарата воздух проходит грубую и тонкую очистку. Фильтрующий материал фильтров грубой и индивидуальной очистки – стекловолокно. Фильтрующий материал в виде фильтрующих элементов. Индивидуальный фильтр (поз. 17) стерилизуется насыщенным водяным паром при температуре 120⁰С в течение 30 минут, а затем просушивается в течение 120 минут.

Для 200-кубовых аппаратов воздух проходит только грубую очистку.

ВР.3 – Выращивание маточной культуры в лаборатории

На данной стадии происходит выращивание материала для засева 10-кубового аппарата (поз. 18).

Штамм, полученный из института, из пробирок пересевается в колбы (V=4,5 л) в жидкую солодовую  питательную среду. Засев колб осуществляется в стерильном боксе в зоне горящей спиртовой горелки. Выращивание длится 48 часов в термостате при температуре 30⁰С в анаэробных условиях.

Качество культуры оценивают по следующим показателям: чистоте культуры, ферментативной активности и генеративной активности.

ВР.4 – Подготовка оборудования

На данной стадии происходит подготовка оборудования к работе, создание стерильных условий.

10-кубовый аппарат за сутки до засева моется через воздушную систему и моечную головку. Сначала моют водой по 10 мин по переменно через воздушную систему и моечную головку, затем аналогично 1% (2%) раствором каустической соды (t=80⁰С, рН=11)  по 20 минут, снова водой по 15 минут, азотной кислотой 1% (рН<0,8) по 20 минут и в завершение водой по 10 минут. За час до засева включают бактерицидную лампу, непосредственно перед засевом крышку аппарата обрабатывают 2% раствором Микробака.

Индивидуальный фильтр стерилизуется при температуре 120⁰С в течение 30 минут, а затем просушивается в течение 120 минут.

200-кубовые аппараты только моют. Мойка осуществляется через моечные головки и воздушную систему одновременно: сначала моют водой 15 минут, затем 1% (2%) раствором каустической соды (t=80⁰С, рН=11) 20 минут, промывают водой 20 минут до рН=7 (определяют по лакмусовой бумажке), а затем моют азотной кислотой 1% (рН<0,8) в течение 20 минут.

УНС моют. Сначала мойку осуществляют горячей водой (t=80⁰С) в течение 20 минут, потом каустической содой 1% (2%) (t=80⁰С, рН=11) 30 минут, холодной водой 30 минут, азотной кислотой 1% (t=50⁰C, рН<0,8) 15-30 минут и в завершение моют водой 15 минут.

Сборники (большие V=60 м³/ маленькие V=18 м³) моют водой (20 минут/15 минут), каустической содой 1% (2%) (t=80⁰С, рН=11) по 20 минут, водой (15 минут/ 12 минут), азотной кислотой 1% (рН<0,8) по 20 минут, водой (10 минут/ 12 минут). После мойки сборники изнутри обрабатывают 2% раствором Микробака, чтобы предотвратить появление плесневых грибков (Aspergillus, Penicillium, Mucor).

Концентрацию раствора каустической соды меняют каждую неделю: первая неделя – 1%, вторая неделя -2%. Изменение концентрации не даёт микроорганизмам привыкнуть, выработать устойчивость к её воздействию. В результате раствор каустической соды оказывает на них губительное действие. Азотная кислота убивает грамположительные бактерии, а каустическая сода – грамотрицательные.

ТП.5 – Приготовление и стерилизация питательной среды

На данной стадии происходит приготовление питательной среды и уничтожение микробов-контаминантов в ней.

Приготовление питательной среды происходит в 10-кубовом и 200-кубовых аппаратах маточного и товарного производства дрожжей.

10-кубовый аппарат (ЧК-I) (поз. 18) представляет собой цилиндрический аппарат с наварным змеевиком из полутруб, воздушной системой инжекторного типа, люком и пробоотборником. Аппарат стоит на опорах-стойках.  На крышке и в нижней части обечайки расположены трубопроводы.

Питательная среда 10-кубового аппарата (V_ПС=6 м³) имеет следующий состав: питьевая (городская) вода, меласса, H₃PO₄, лапрол – подаются по трубопроводам; (NH₄)₂SO₄, ZnSO₄, KCl, MgSO₄, β-каротин, биотин, витамин В₁, витамин В₃ – подаются через люк. Содержание сухого вещества в питательной среде должно быть равно 13. Питательная среда стерилизуется в аппарате насыщенным водяным паром через воздушную систему и наварной змеевик (нагрев до 110⁰С, выдерживается в течение 30 минут под избыточным давлением равном 0,5 атм). После стерилизации питательная среда охлаждается до 35⁰С (подают холодную воду в наварной змеевик).

200-кубовый аппарат (ЧК-II, ЕЧК) (поз. 19) представляет собой цилиндрический аппарат. На крышке расположен люк, на обечайке имеется пробоотборник, в качестве теплообменного устройства выступает пластинчатый теплообменник, циркуляция через который осуществляется с помощью насоса. На крышке и обечайке аппарата имеются трубопроводы. Аппарат стоит на бетонных опорах.

Питательная среда 200-кубового аппарата (ЧК-II, ЕЧК) (V_ПС= 80-90 м³) имеет следующий состав: техническая (артезианская) вода, меласса, H₃PO₄, NH₄OH – подаются по трубопроводам; ZnSO₄, KCl, MgSO₄, β-каротин, биотин, витамин В₁, витамин В₃ – подаются через люк. Питательная среда набирается с горячей водой и обрабатывается гипохлоритом (выдерживается в течение 10 минут). Температура питательной среды – 30⁰С.

200-кубовый аппарат товарного производства (поз. 38) представляет собой цилиндрический аппарат. На крышке расположен люк, на обечайке имеется пробоотборник, в качестве теплообменного устройства выступает пластинчатый теплообменник, циркуляция через который осуществляется с помощью насоса. На крышке и обечайке аппарата имеются трубопроводы. Аппарат стоит на бетонных опорах.

Питательная среда 200-кубового аппарата товарного производства (V_ПС= 80-90 м³) имеет следующий состав: техническая (артезианская) вода, меласса, H₃PO₄, NH₄OH – подаются по трубопроводам; ZnSO₄, KCl, MgSO₄, Co(CH₃COO)₂, биотин, витамин В₁, витамин В₃ – подаются через люк. Питательная среда набирается с горячей водой и обрабатывается гипохлоритом (выдерживается в течение 10 минут). Температура питательной среды – 30⁰С.

ТП.6 – Стерилизация пеногасителя

Стерилизация лапрола ПД-1 для 10-кубового аппарата (ЧК-I) осуществляется в автоклаве в колбе при температуре 120⁰С в течение 45 минут. На колбу с двух сторон клеятся индикаторные бумажки, если режим выдержан, то они изменят свой цвет. Также лапрол стерилизуется в 10-кубовом аппарате вместе с питательной средой.

Для 200-кубовых аппаратов маточного и товарного производства стерилизацию пеногасителя не осуществляют.

 

ТП.7 – Получение маточных дрожжей

Стадия протекает в 10- (ЧК-I) (поз. 18) и 200-кубовом аппаратах (ЧК-II, ЕЧК) (поз. 19).

На крышке 10-кубового аппарата (ЧК-I) (поз. 17)расположены трубопроводы для подачи серной кислоты и лапрола и отвода отработанного воздуха, к нижней части обечайки подходит трубопровод со стерильным сжатым воздухом.

Через люк в стерильную питательную среду (t=35⁰C) вносят засевной материал, полученный в лаборатории. Засев осуществляют в зоне горящего огневого факела. Оптимальные условия выращивания: t=32⁰C, рН=4,2, τ=24-30 ч. Стерильный сжатый воздух подаётся через воздушную систему под избыточным давлением Р_изб=0,04 МПа (t=80⁰C, V_расход=2,5м³/ч), он не только аэрирует, но и перемешивает культуральную жидкость. В наварной змеевик подаётся холодная вода. Дрожжевые клетки погибают при температуре 38⁰С, поэтому важно отводить тепло, образующееся в процессе выращивания. При повышении рН ведут подтитровку серной кислотой. В случае повышенного пенообразования добавляют лапрол. В процессе ферментации каждые 2 часа через пробоотборник отбирают пробы, делают анализы на сухое вещество и накопление.

При уменьшении сухого вещества питательной среды на 50% и более начинают понижение температуры, через 2 часа проводят консервацию: в наварной змеевик подают ледяную воду (t_воды=1-3⁰С). В результате выращивания образуется  С=221 кг чистой культуры. Передача культуральной жидкости в 200-кубовый аппарат (ЧК-II) (поз. 18) осуществляется самотёком.

На крышке 200-кубового аппарата (ЧК-II, ЕЧК) (поз. 19) расположены трубопроводы для подачи серной кислоты, лапрола, мелассы, ортофосфорной кислоты и аммиачной воды, к верхней части обечайки подходит трубопровод со сжатым воздухом. От крышки аппарата отходит труба, по которой отводится отработанный воздух.

В заранее приготовленную питательную среду самотёком из 10-кубового аппарата подаётся засевной материал (для ЕЧК засевным материалом служит ЧК-II, передаётся насосом). Условия ферментации: t=32⁰С, рН=4,2, τ_ЧК-II=24 ч, τ_ЕЧК=14 ч. Культуральная жидкость охлаждается выносным пластинчатым теплообменником (поз. 23), в качестве хладагента выступает вода из градирни. Аэрация осуществляется сжатым воздухом под избыточным давлением Р_изб= 0,06-0,07 МПа через инжекторную воздушную систему, расход воздуха постепенно растёт с приростом биомассы. Также подача воздуха должна быть сопряжена с количеством подаваемой мелассы: если аэрация будет меньше необходимой, то произойдёт переход в анаэробные условия, и начнётся спиртовое брожение. В ходе процесса постоянно осуществляются доливы мелассы, ортофосфорной кислоты и аммиачной воды. Ортофосфорную кислоту прекращают подавать за 2 часа до конца выращивания.

У аппарата имеются датчики, определяющие содержание этанола в воздухе, предельно допустимое значение – 0,2%. Если содержание этанола становится выше положенного, то добавляют навеску сульфата меди (II) и сульфата цинка: сульфат меди связывает этанол, а сульфат цинка активирует дыхание. Можно добавить не более 6 навесок, иначе будет ингибироваться рост дрожжей. Каждые 2 часа отбирают пробы культуральной жидкости и делают анализы на накопление, кислотное и формольное число.

После окончания выращивания осуществляют дображивание, при этом температуру понижают до 28⁰С, питательные вещества не подают, а расход воздуха на аэрацию уменьшают. В результате выращивания получают концентрации дрожжей с=120 кг/м³ ЧК-II и с=167 кг/м³ ЕЧК.

Дальше культуральная жидкость с помощью насоса (поз. 21) подаётся на сепараторы (n=3600 об/мин), где проходит трёхступенчатую сепарацию: на первом сепараторе (поз. 26) происходит отделение дрожжевого молока от бражки (фугата), на втором (поз. 27) – промывка дрожжевого молока, а на третьем (поз. 28) – его промывка (незначительная) и сгущение (основной процесс). На второй и третий сепараторы подаётся вода для промывки, причём на второй сепаратор в качестве промывной идёт отработанная вода с третьего сепаратора, так как она выходит достаточно чистая. Сепарация может осуществляться и на двух сепараторах, тогда на первом происходит разделение дрожжевого молока и бражки, а на втором идёт промывка дрожжевого молока и его сгущение. Отделённая в результате сепарации лёгкая фаза отправляется на стадию ОБО.

После системы сепараторов дрожжевое молоко последовательно проходит через пластинчатые теплообменники-охладители. В первом теплообменнике (хладагент – вода) (поз. 29) происходит охлаждение дрожжевого молока до 13⁰С, во втором теплообменнике (хладагент – пропиленгликоль) (поз. 30) – до 2-3⁰С. После этого дрожжевое молоко направляется в сборник (V=18 м³) (поз. 31). Все сборники снабжены пропеллерной мешалкой (вал расположен горизонтально внизу аппарата), люком и моечной головкой; охлаждающая вода подаётся во внутренний горизонтальный змеевик сборника для поддержания температуры в пределах 2-3⁰С.

После сепараторов перед первым теплообменником имеется пробоотборник. Пробу с сепарации проверяют на накопление, СВ, плотность, рН и окисляемость.

 

ТП.8 – Получение товарных дрожжей

На крышке 200-кубового аппарата товарного производства (поз. 38) расположены трубопроводы для подачи серной кислоты, лапрола, мелассы, ортофосфорной кислоты и аммиачной воды, к верхней части обечайки подходит трубопровод со сжатым воздухом. От крышки аппарата отходит труба, по которой отводится отработанный воздух.

В заранее приготовленную питательную среду с помощью насоса (поз. 32) из сборника (V=18 м³) (поз. 31) подаётся засевной материал, которым служит дрожжевое молоко (ЧК-II). Если засевным материалом служит дрожжевое молоко (ЕЧК), то оно подаётся насосом (поз. 32) в передаточный (V=18 м³) (поз. 33), где обрабатывается серной кислотой для уменьшения количества бактериальной микрофлоры (время выдержки – 20-30 минут), и только после этого с помощью насоса (поз. 34) передаётся в аппарат товарного производства (поз. 36).

Условия ферментации: t=32⁰С, рН=4,2, τ=14 ч. Культуральная жидкость охлаждается выносным пластинчатым теплообменником (поз. 35), в качестве хладагента выступает вода из градирни. Аэрация осуществляется сжатым воздухом под избыточным давлением Р_изб= 0,06-0,07 МПа через инжекторную воздушную систему, расход воздуха постепенно растёт с приростом биомассы. Также подача воздуха должна быть сопряжена с количеством подаваемой мелассы: если аэрация будет меньше необходимой, то произойдёт переход в анаэробные условия, и начнётся спиртовое брожение. В ходе процесса постоянно осуществляются доливы мелассы, ортофосфорной кислоты и аммиачной воды. Ортофосфорную кислоту прекращают подавать за 4 часа до конца выращивания, а аммиачную воду за 2 часа. В процессе ферментации происходит постепенное увеличение рН с 4,2 до 6,0 и температуры с 32 до 35⁰С.

 У аппарата имеются датчики, определяющие содержание этанола в воздухе, предельно допустимое значение – 0,2%. Если содержание этанола становится выше положенного, то добавляют навеску сульфата меди (II) и сульфата цинка: сульфат меди связывает этанол, а сульфат цинка активирует дыхание. Можно добавить не более 6 навесок, иначе будет ингибироваться рост дрожжей. Каждые 2 часа отбирают пробы культуральной жидкости и делают анализы на накопление, кислотное и формольное число.

После окончания выращивания осуществляют дображивание, при этом температуру понижают до 28⁰С, питательные вещества не подают, а расход воздуха на аэрацию уменьшают. В результате выращивания получают концентрацию дрожжей с=180 кг/м³. Дальше культуральная жидкость с помощью насоса (поз. 36) подаётся на сепараторы.

 

ТП.9 – Отделение, промывка, сгущение, охлаждение дрожжевого молока

На стадии происходит получение и охлаждение дрожжевого молока.

Из 200-кубового аппарата товарного производства (поз. 38) культуральная жидкость с помощью насоса подаётся на сепараторы (n=3600 об/мин): на первом сепараторе (поз. 26) происходит отделение дрожжевого молока от бражки, на втором (поз. 27) – промывка дрожжевого молока, а на третьем (поз. 28) – его сгущение. После системы сепараторов дрожжевое молоко последовательно проходит через пластинчатые теплообменники-охладители. В первом теплообменнике (хладагент – вода) (поз. 29) происходит охлаждение дрожжевого молока до 13⁰С, во втором теплообменнике (хладагент – пропиленгликоль)  (поз. 30) – до 2-3⁰С. После этого дрожжевое молоко направляется в сборник (V=60 м³) (поз. 41). Все сборники снабжены пропеллерной мешалкой (вал расположен горизонтально внизу аппарата), люком и моечной головкой; охлаждающая вода подаётся во внутренний горизонтальный змеевик сборника для поддержания температуры в пределах 2-3⁰С.

После сепараторов перед первым теплообменником имеется пробоотборник. Пробу с сепарации проверяют на накопление, СВ, плотность, рН и окисляемость.

 

ТП.10 – Фильтрация дрожжевого молока на барабанном вакуум-фильтре

На этой стадии происходит отделение лишней жидкости от дрожжей.

Из сборника (поз. 41) с помощью насоса (поз. 42) дрожжевое молоко подаётся в бачок (поз. 43), где может происходить его охлаждение, а оттуда с помощью насоса (поз. 44) на барабанный вакуум-фильтр (поз. 45), на котором происходит дополнительное отделение от жидкости, фильтрация.  Отделённая жидкость поступает в сборник (поз. 46), в котором создаётся вакуум. При прохождении по трубопроводу от бачка к фильтру дрожжевое молоко смешивается с раствором соли (NaCl), это делает дрожжи суше. Образовавшийся слой отфильтрованных дрожжей срезается с поверхности барабана ножом, падает вниз и попадает в бункер формовочного автомата.

Вакуум-фильтр может быть с фильтровальным бельтингом или с намывным слоем из крахмала (на сутки уходит порядка 250 кг крахмала). Солевой раствор готовят в сборнике (V=7 м³) (поз. 39) и подают по трубопроводу к дрожжевому молоку с помощью насоса (поз. 40).

УМО.11 – Фасовка, упаковка, маркировка, отгрузка

Слой дрожжей, срезанный с барабана фильтра, попадает в бункер, где он перемешивается шнеками, к дрожжам добавляют пластификатор Д-1 или растительное масло для увеличения пластичности. На линии фасовки дрожжей по 1 кг через кольцо на брусок подаётся парафин для гладкости.

Прессованные дрожжи расфасовываются по

· 50 г (отгружаются в картонных блоках по 2 кг в каждом, которые складываются в гофрокороб по 3 штуки),

· 100 г (отгружаются в одноразовых гофрокоробах по 3,5 кг в каждом),

· 1 кг (отгружаются в гофрокоробах по 10 кг в каждом).

Гофрокороба заранее маркируют, после наполнения их расфасованными дрожжами заклеивают, складывают на деревянные поддоны в определённом порядке и отвозят в холодильную камеру, где готовая продукция хранится при температуре 0-4⁰С и влажности 82-96%.

Заключение

В результате прохождения производственной практики на ОАО «Комбинат пищевых продуктов» мы изучили технологический процесс и особенности производства хлебопекарных прессованных дрожжей, применили теоретические знания на практике и получили практические навыки.

В качестве усовершенствования можно предложить заменить биотин, являющийся дорогостоящим витамином, на дестиобиотин. Последний увеличивает выход дрожжей и значительно улучшает качество готовой продукции.