Технология производства сухих дрожжей

 

Таблица 1.1 –  Производство дрожжей в Украине

 

Год производства	Тыс. тон
2005	175,112
2006	162,360
2007	158,091
2008	149,815
2009	158,081
2010	161,392
2011	178,976

 

 

Непростая ситуация и с приобретением оборудования. Производственные линии на дрожжевых предприятиях устанавливают импортные, так как украинских аналогов просто нет. Кроме того, производителям необходимо позаботиться об установке очистных систем, как это делается в Европе. Ведь отходы от производства достаточно опасны, поэтому перед сбрасыванием в городские стоки их нужно обязательно.

Спрос на отечественный продукт высок во всей Европе. В среднем на экспорт идет 20% продукции, но в некоторые месяцы этот показатель достигает 50%. Экспорт  дрожжей производиться  в Бельгию, Голландию, Чехию, Польшу, Россию, Молдову.

Выводы:

1. Химический состав дрожжей непостоянен: Дрожжевые клетки в среднем содержат 67% воды и 3З% сухого вещества.Элементарный состав дрожжей с содержанием 55 % белков включает 46% углерода, 6,9% водорода, 9,1% азота, 30% кислорода в 80% неорганических веществ, в основном калия и фосфора. По современной системе классификации дрожжи делятся на две группы: споровые и бесспоровые.

2. Сухие дрожжи применяются в хлебопекарном деле, виноделии, пивоварении и производстве квасов и т.п. напитков, промышленном производстве спирта, а также в медицине и науке.

3. Всего три компании контролируют 90% украинского рынка дрожжей. «Энзим» – единственное предприятие в Украине и одно из немногих в Европе, которое выпускает именно сухие дрожжи. Рынками сбыта для отечественных сухих дрожжей стали Польша, Чехия, Болгария, Нидерланды, Россия, Словакия и Молдова.

 

РАЗДЕЛ 2 Технология производства сухих дрожжей

 

 

2.1 Этапы производства

 

 

В процессе выращивания  дрожжей из одной клетки получают несколько тонн продукта.

Начальная стадия выращивания проходит в микробиологической лаборатории. Прежде всего, с помощью  микроскопа отбираются здоровые и невредимые клетки нужных дрожжей. Выбранную клетку помещают в стерильную пробирку, в которой уже находятся все необходимые для роста клетки ингредиенты.

В пробирке клетка начинает размножаться почкованием. Когда  количество размножившихся клеток достигает  определенной массы, их переносят в  стерильную стеклянную колбу. Колба  содержит жидкую смесь, называемую питательной средой. В этой среде есть все необходимое для дальнейшего роста клеток. Когда дрожжевая клетка многократно размножилась, начинается процесс брожения. Содержимое колбы с дрожжевыми клетками переносят в стерилизованные чаны для брожения. В них готовят намного больше питательной среды, что даст возможность дрожжевым клеткам размножаться дальше. Основным питанием для дрожжей становится меласса, в качестве источника углеводов, добавляют также витамины и минеральные вещества.

Растущие и  размножающиеся клетки поступают по очереди в бродильные чаны с все  большим объемом. Объем последнего в технологическом процессе бродильного  чана – 100 м³ В конце брожения количество дрожжей измеряется тоннами.

После процесса брожения дрожжевые клетки поступают к промывным аппаратам, где промываются и отделяются от питательных веществ, с помощью сепараторов. Получается чистая и активная довольно густая дрожжевая масса.

Затем дрожжевую  массу отделяют от лишней воды и  фильтруют на вакуум-фильтре. Полученную дрожжевую массу помещают в большие холодильники и остужают до + 4⁰С.

 

2.2 Технологическая  схема дрожжевого производства

 

 

Процесс получения  товарных дрожжей включает три основные стадии: выращивание, выделение из бражки и обезвоживание их.

Выращивание биомассы делится на два процесса: получение засевных дрожжей, на отделении чистой культуры и выращивании товарных дрожжей. Выделение проходит в две ступени: извлечение из бражки флотацией и сгущение на сепараторах.

Процесс обезвоживания  также состоит из нескольких операций: сначала дрожжи плазмолизуются, затем упариваются на выпарной установки и после этого окончательно высушиваются на распылительной сушилке.

 

 

Схема 2.1 – Технологическая  схема производства сухих дрожжей

1-чан; 2-малая  дрожжанка; 3-большая дрожжанка; 4- малый инкулятор; 5-производственный инкулятор; 6-приемник; 7-сусло; 8-питательные соли; 9-аммиачная вода; 10-воздоходувка; 11-флотатор; 12-стакан флотатора; 13-сепаратор 1; 14-промывной чан; 15-сеператор 2; 17-плазмолизатор; 18-напорный бак; 19- вакуум-выпарную установка

 

Весь цикл производства заключается в следующем. Чистая культура дрожжей, выращенная в лаборатории, засевается в малую дрожжанку 2, где  ведется выращивание периодическим  способом. Затем дрожи из малой  дрожжанки поддаются в большую 3, а из большой дрожжанки – в малый инокулятор (засевной чан) 4. В нем выращивание ведется непрерывным способом. Выращенные в отделении чистой культуры засевные дрожжи непрерывно подаются из малого инокулятора в производственный инокулятор 5. Сюда же подаются из сборника 6 сусло, воздух при помощи воздуходувки 10, питательные соли 8, аммиачная вода 9. Выросшие в инокуляторе дрожжи непрерывно отбираются в виде дрожжевой пены и самотеком поступают во флотатор 11. Здесь происходит расслоение пены на бражку без дрожжей и пену, обогащенную дрожжами по сравнению с той, что поступила из инокулятора. Пена гасится во внутреннем стакане флотатора. Полученная суспензия с концентрацией дрожжей 60-80 г/л отбирается из него насосом и подается для сгущения на I ступень сепарации 13, где отделяется часть бражки. Суспензия после I ступени сепарации (150-250 г/л) поступает в промывной чан 14, куда для промывки дрожжей подается вода. Разбавленная водой суспензия подается насосом на I I ступень сепарации 16, где происходит сгущение дрожжей до 500-600 г/л. Готовая дрожжевая суспензия насосом подается на плазмолизатор 17. Сюда же подается пар. Здесь происходит подогрев суспензии до 80⁰С, при этом дрожжевые оболочки разрушаются, содержимое клеток вытекает и попадает в напорный бак плазмолизатора 18, здесь под давлением суспензия становится более текучей. Плазмолизат поступает на вакуум-выпарную установку 19 для упаривания сухих веществ до концентрации 12.5% . Упаренный плазмолизат подается на распылительную сушку, где высушивается в токе горячего воздуха до содержания влаги 8-10%. Готовые сухие дрожжи из сушилки поступают на упаковку, где расфасовываются в бумажные мешки по 20-25 кг .

 

2.3 Основные  способы выращивания дрожжей

 

 

Существуют два принципиально  различных способа выращивания дрожжей: периодический и непрерывный. В первом случае в инокулятор задают питательную среду с солями, охлажденную до необходимой температуры, засевные дрожжи, затем подают воздух, перемешивают и таким образом ведут выращивание до полной утилизации РВ дрожжами. В ходе выращивания только поддерживают необходимую температуру, рН среды и расход воздуха. По окончании процесса содержимое инокулятора полностью выбирают, аппарат моют, стерилизуют и процесс выращивания начинают сначала. Таким способом ведут выращивание на первых стадиях приготовления чистой культуры дрожжей в отделениях чистой культуры производственных цехов. При этом способе выращивания дрожжи проходят в инокуляторе постепенно все стадии развития:

1) стадию покоя или  лагфазу, когда клетки еще не растут, а лишь приспосабливаются к среде в подготавливаются к росту—в них в это время вырабатываются необходимые ферменты;

2) фазу логарифмического  роста, когда все клетки почкуются  в прирост биомассы идет в  геометрической прогрессии;

 3) фазу стационарного роста, когда скорость прироста клеток снижается ;

4) фазу затухания, когда  рост дрожжей прекращается, так  как весь сахар из среды  использован. 

Периодический способ выращивания  невыгоден тем, что на протяжения цикла выращивания меняются состав среды и активность клеток, процесс нельзя автоматизировать. Мала производительность инокулятора из-за длительной лагфазы (период «разбраживания») и необходимости остановок для отбора готовых дрожжей и мойки посуды. Поэтому в больших промышленных инокуляторах выращивание ведут непрерывным способом. Он заключается в том, что после окончания разбраживания, когда дрожжи перешли в фазу логарифмического роста и находятся в самом активном состоянии, в инокулятор мелкими порциями или непрерывно с заданной скоростью приливают питательную среду и одновременно с той же скоростью отбирают среду с приросшими дрожжами. В инокуляторе поддерживают определенный запас дрожжей и бражки, поэтому при определенной скорости подачи среды дрожжи находятся в аппарате необходимое время, в течение которого они успевают усвоить питательные элементы среды и вырасти. При таком способе выращивания дрожжи находятся все время в постоянных условиях, скорость роста их максимальна, производительность инокулятора — тоже. Процесс полностью поддается автоматизации. Непрерывный способ выращивания дрожжей имеет три существенно различных варианта по соотношению времени роста дрожжей в времени нахождения бражки в инокуляторе. 1-й вариант.

 Бражка и дрожжи  отбираются из инокулятора с  одинаковой скоростью, одним потоком (рис. 2.2).

 

 

Рисунок.2.2 - Схема выращивания дрожжей прямым методом:

1-инокулятор; 2-флотатор

 

2.4 Технологический режим

 

 

Технологический режим  — это ряд условий, обеспечивающих ход технологического процесса в  нужных направлениях и масштабе при максимальном выходе продукта. Факторы режима, необходимые для обеспечения требуемого направления жизнедеятельности дрожжей и максимального выхода, следующие: состав среды; состав питательных солей и количество их на единицу расхода питательной среды; рН среды и рН выращивания; температура выращивания; остаточная концентрация питательных веществ в бражке время роста дрожжей; время нахождения среды в инокуляторе; расход воздуха

Состав среды

Для выращивания дрожжей  в промышленности применяются три вида гидролизных сред: гидролизат, барда и смесь барды с гидролизатом. Они служат источником основной составной части дрожжей — углерода. В процессе жизнедеятельности дрожжи усваивают углерод из таких, входящих в состав гидролизных сред соединений, как сахара и органические кислоты (главным образом уксусная). Основное различие между этими средами заключается в количестве содержащихся в них питательных веществ и в соотношении сахаров (редуцирующих веществ) и органических кислот. Так, в гидролизате содержится 3,0_3,5% редуцирующих веществ и только 03—О,45% органических кислот, что составляет лишь около 10/ от суммарного количества сахаров и кислот. В барде содержится 0,6—0,7%, редуцирующих веществ органических кислот—около 0,2%, т. е. доля их в сумме источков углерода для дрожжей составляет до 25%. В смеси барды и гидролизата это соотношение может быть самым разнообразным в зависимости от того, сколько гидролизата добавлено к барде. Состав сахаров барды и гидролизата также различен. В барде содержатся только пентозные сахара, в гидролизате около 20% сахаров составляют пентозы, около 80% гексозы. По питательной ценности сахара и органические кислоты неравнозначны.

Состав питательных  солей

Для нормального развития дрожжей на какой-либо питательной  среде необходимо, чтобы эта среда содержала источники всех элементов, которые входят в состав дрожжевой клетки. Чтобы выход дрожжей был максимальным, элементы в среде должны находиться в той же пропорции, что и в дрожжевой клетке. В гидролизном сырье элементы, необходимые для дрожжей, находятся в совершенно другой пропорции, чем в самих дрожжах. Таких элементов, как азот и фосфор, в древесине содержится незначительное количество. Поэтому их и некоторые другие элементы питания обязательно следует добавлять в гидролизные среды. Добавка осуществляется в виде раствора минеральных солей. Величина добавки той или иной соли рассчитывается в зависимости от состава дрожжевой массы, состава используемой древесины (или другого растительного материала) и выхода дрожжей от исходного сырья. Следует также предусмотреть некоторый избыток в расходе питательных солей, так как небольшие количества их должны обязательно оставаться в бражке (культуральной среде) после выращивания дрожжей.

В количестве меньшем, чем 0,1%, находятся в дрожжах такие элементы, как медь, железо, натрий, кремний, кобальт. Это так называемые микроэлементы

рН выращивания дрожжей

Следует различать рН среды, поступающей в инокулятор для выращивания дрожжей (сусла), и рН бражки в инокуляторе, т. е. рН, при котором растут дрожжи. Оба параметра нерасчетные, они подбираются опытным путем. рН сусла выбирается на основании условий, обеспечивающих наибольшую его доброкачественность и наименьшую агрессивность, а также из условий растворимости отдельных компонентов. Для сусла, получаемого путем гидролиза растительных материалов, принят рН в пределах 3,8—4,2. рН выращивания или рН бражки в инокуляторе обусловливается совершенно иными факторами, он должен: гарантировать оптимальные условия развития дрожжей; не являться оптимальным для биологических примесей, например таких, как бактерии; быть оптимальным для поддержания в растворенном состоянии всех компонентов сусла. рН, при котором дрожжи могут существовать в развиваться, колеблется в очень широких пределах: от 2,5 до 8,0. Эти пределы сильно зависят от других условий выращивания, таких, как температура, доброкачественность среды, возраст дрожжей, аэрация. Оптимальный рН, т. е. тот, при котором дрожжи, быстро развиваясь, дают высокий выход биомассы, лежит в гораздо более узких пределах. При слишком низких и слишком высоких значениях рН выход дрожжей уменьшается. Графически зависимость выхода дрожжей от рН можно представить кривой с максимумом, как это изображено на рис. 2.3.

 

 

Рисунок.2.3 - Зависимость выхода дрожжей от Рн

 

Для непрерывного выращивания на гидролизных средах оптимум рН находится между 3,8 в 5,4. Однако при рН больше 4,6 сильно снижается растворимость фосфорно-кальциевых солей, а также коллоидно- растворенных гуминовых кислот и лигнина; они начинают выпадать в осадок. Среды темнеют, товарные дрожжи-тоже. При высоком рН (5,0—5,4) хорошо развиваются бактерии и поэтому увеличивается возможность заражения ими инокулятора. Поэтому рН при выращивании дрожжей на гидролизных средах принимают равным 3,8—4,6, однако при производственной необходимости допускается выращивание в при рН 3,5—3,6, а также при рН 4,8—5,4.

Температура выращивания

Температура выращивания  — нерасчетный параметр, принимаемый  в зависимости от выбранной для  производства культуры дрожжей.Зависимость выхода от температуры аналогична зависимости его от рН: тоже имеет максимум. При низкой температуре выход уменьшается из-за того, что увеличивается расход сахара на энергетические процессы в клетке. При температуре выше оптимальной выход быстро снижается, так как выходят из строя катализаторы биохимических реакций — ферменты. Как и другие белковые вещества при высокой температуре они сначала теряют активность, а потом свертываются и перестают действовать. Биохимические реакции так же, как и химические, ускоряются с повышением температуры (при увеличении температуры на 10°С скорость реакции возрастает вдвое). Поэтому выгоднее вести процесс при более высокой температуре: производительность аппаратуры будет больше. Кроме того, для производства большое значение имеет возможность работать при высоких температурах, так как можно тратить меньше воды для охлаждения сред