Культивирования кормовых дрожжей на мелассной барде

Меласса непосредственно на корм животных непригодна, так как в ней содержится большое количество минеральных веществ. Мелассу используют в различных направлениях: как основное сырье для выращивания кормовых дрожжей, для получения органоминеральных удобрений, кормового концентрата витамина В, для выделения глицерина, глютаминовой кислоты, глютамината натрия, бетаина или солянокислого бетаина (ацидина), холинхлорида и других ценных веществ. Меласса содержит 7,5-10% сухих веществ, в том числе неорганических соединений около 3%. Дрожжами усваиваются редуцирующие сахара (0,2-0,5%), глицерин (0,6-0,9%). органические кислоты (1,5-2,5%), аминокислоты, спирты, глюкозиды, органические и неорганические азотсодержащие соединения, соли фосфора, калия, магния, железа, витамины и микроэлементы. Многие из аминокислот барды (аргинин, валин, глицин, лейцин, изолейцин, глютаминовая и аспарагиновая аминокислоты) усваиваются дрожжами [7].

Процесс приготовления среды заключается в кондиционировании барды, приготовлении растворов питательных солей, пеногасителей, кислот, их стерилизации и смешивании с бардой.

Кондиционирование барды. Суть процесса заключается в поддержании равномерной температуры, порядка 20-23°C, и влажности около 90% во всем объеме барды для хранения и поддержания её свойств на максимально возможное время.

Стерилизация барды. Для предотвращения развития посторонней микрофлоры в процессе культивирования дрожжей, горячую барду перед поступлением на производство выдерживают при температуре 120-130°C в целях стерилизации при непрерывном размешивании (во избежание образования осадка спиртовых дрожжей). Температура стерилизации не должна превышать 142°C, выше которой начинается распад сахаров, аминокислот, а так же витаминов.

Охлаждение. Горячую барду охлаждают до температуры 20-25°C на пластинчатых теплообменниках в противотоке с холодной водой.

Отдувка летучих веществ. В зависимости от качества свеклы и технологии ее переработки на сахар в мелассе и барде содержатся в разных количествах вредные вещества (ингибитор), угнетающие рост дрожжей: сернистые соединения, нитриты, муравьиная, пропионовая и масляная кислоты. При их повышенных концентрациях клетки дрожжей гибнут, процесс выращивания неожиданно прекращается без видимых причин. Большинство ингибиторов (SO₂, NO₂ Н-СООН, CH₃-CH₂-COOH, CH₃-CH, - CH₂-COOH) летучие и при отдувке воздухом удаляются из барды. При подкислении барды соляной кислотой до pH 3,5 указанные вещества, связанные с зольными элементами, переходят в свободное состояние и при отдувке воздухом выделяются в большем количестве и полнее, чем без подкисления. Расход воздуха при отдувке барды 25-30 м³/ч на 1 м³барды [6].

Пеногасящие эмульсии. Олеиновую кислоту, соапсток, фосфатиды, фуз и растительные масла смешивают с 8-10 кратным количеством воды или конденсата и в подогретом состоянии превращают в эмульсию с помощью аппаратов-эмульгаторов.

Эмульсии фосфатидных концентратов готовят при температуре 50°С, смешивают с водой в соотношении 1:25 с добавлением 0,2% диаммоний фосфата и размешивают до полного растворения. Эмульсия устойчива в течение суток. Эмульсия олеиновой кислоты готовится смешиванием с горячей водой температурой 60°C при оборотах мешалки 2000-3000 об/мин. С добавлением 0,5-1% эмульгатора (фосфатидов). Размешивают 1,5-2 ч.

Эмульсия олеата натрия готовится при перемешивании 60-10 об/мин. Нагревают с водой в соотношении 5:1 до 80°С, добавляют холодный 20% раствор едкого натрия (1,4 кг на 100 кг кислоты) и размешивают 30 мин. Эмульсия соапстока готовится при смешивании соапстока с горячей водой в соотношении 1:5, кипятят 1,5-2 ч, добавляют едкий натрий (3-4 кг на 100 кг соапстока), охлаждают до 30-40°C.

Из мерника дозатора эмульсию небольшой струей непрерывно приливают в деэмульгатор с мешалкой для разрушения пены культуральной среды, поступающей на сепараторы.

Смешивание компонентов питательной среды. Питательная среда получается при добавлении к охлажденной барде растворов солей, содержащих фосфорные и азотистые вещества, усваиваемые дрожжами. Быстрое размножение дрожжей и высокий их выход достигается при содержании в питательной среде азота и фосфора в концентрациях, достаточных для получения в готовом сухом продукте азота не менее 7,5-8,0% и фосфора (P₂O₅) не менее 3,5-4,0%. Охлажденную до 20-25°C барду в строго определенном соотношении смешивают с раствором питательных солей в непрерывно действующем смесителе, в который непрерывно и равномерно поступает в заданных объемах барда, вода или оттоки от сепараторной установки, для получения питательной среды с концентрацией сухих веществ 6,8-7,2% [8].

В условиях использования гидролизатов, как источников углерода - все стадии подготовки питательной среды схожи, за исключением подготовки непосредственно гидролизата перед смешиванием с другими компонентами питательной среды. В них входят: получение гидролизатов; нейтрализация и отстаивание; охлаждение гидролизата и отделение фурфурола.

Основным критерием при сравнении и отборе той или иной культуры для данной среды является скорость её роста и способность ассимилировать все питательные вещества с высоким экономическим коэффициентом. От этого зависит производительность предприятия, расход электроэнергии и другие технико – экономические показатели производства. Сахара присутствуют в мелассной барде совсем в небольших количествах и на выход дрожжей практически не влияют. Поэтому надо отдать предпочтение тем дрожжам, которые ассимилировали бы карбоновые кислоты, оксикислоты и глицерин, содержащийся в барде [9].

Наибольший выход биомассы дают Candida utilis С-1 и Candida tropicalis 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 [10].

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 [11].