Фазы роста культуры. Бесприточный,воздушно-приточный и воздушно-проточный способы выращивания дрожжей

При выращивании дрожжей применяют бесприточный, воздушно-приточный и воздушно-проточный способы, различающиеся режимом подачи питательных веществ, воды, воздуха и продолжительностью процесса.

Бесприточный способ выращивания дрожжей

Этот способ предусматривает подачу всех питательных веществ и воды при загрузке дрожжерастильного аппарата. Культуральную среду либо аэрируют, либо воздух подают периодически в небольшом количестве на протяжении всего периода выращивания дрожжей. По этому способу получают дрожжи чистой культуры (ЧК) в начальных стадиях и первую стадию дрожжей естественно-чистой культуры (ЕЧК).

Воздушно-приточный способ выращивания дрожжей

Данный способ предусматривает выращивание дрожжей в одном дрожжерастильном аппарате с постепеннным притоком питательных веществ (мелассы, азот- и фосфорсодержащих солей) и постоянной аэрацией культуральной среды. Такой режим называют периодическим, так как он ограничен во времени. Продолжительность процесса в основном составляет 8-17 ч. Этот способ используют при получении дрожжей ЕЧК и ЧК, а также при выращивании товарных дрожжей.

Объем культуральной среды в аппарате и концентрация дрожжей на протяжении всего процесса не постоянны. В культуральной среде, несмотря на постоянный приток свежей питательной среды, к концу процесса накапливаются продукты жизнедеятельности клеток, тормозящие их рост, что отрицательно влияет на состояние клеток. Скорость роста дрожжей к концу процесса понижается. Периодические процессы, как правило, малопроизводительны.

Воздушно-проточный способ выращивания дрожжей

При этом способе дрожжи выращивают с постоянной аэрацией культуральной среды, постепенным притоком питательных веществ в дрожжерастильный аппарат и одновременным оттоком культуральной среды в отборочный аппарат, т.е. дрожжи выращивают в проточной среде с постоянной концентрацией питательных веществ и с постоянной концентрацией биомассы в дрожжерастильном аппарате. Этот процесс называют непрерывным. Он протекает в двух дрожжерастильных аппаратах (основном и отборном) и включает в себя два периода: накопительный и проточный (отточный).

Накопительный период протекает в основном в дрожжерастильном аппарате при постоянной подаче питательных веществ, воды и воздуха. Дрожжи растут по закону периодического способа. В своем развитии они проходят лагфазу и фазу логарифмического роста. В дрожжерастильном аппарате к концу периода накапливается рабочая биомасса, количество которой зависит от массообменных характеристик дрожжерастильного аппарата (его конструкции). Затем начинается второй период – период непрерывного роста клеток (проток), во время которого рабочая биомасса непрерывно дает прирост дрожжей, который выводится вместе с культуральной средой из основного дрожжерастильного аппарата в отборочный. Количество среды, отбираемое ежечасно, соответствует (по объему) количеству питательной среды и воды, поступающей в основной дрожжерастильный аппарат, поэтому уровень среды в нем остается постоянным.

В период оттока дрожжи находятся в стадии логарифмического роста. Для достижения высокой продуктивности процесса проток начинают при высокой скорости роста дрожжей, не допуская перехода клеток в стационарную фазу их развития.

При правильно организованном процессе прирост биомассы постоянен, неизменно также и качество продукта, так как процесс стабилизируется. Устанавливается постоянное соотношение клеток по величине и ферментативной активности. Отборочный период не ограничивается во времени при соблюдении следующих условий:

– скорость роста клеток равна скорости разбавления среды;

– дрожжевые клетки обеспечены всеми необходимыми для их жизнедеятельности питательными и ростовыми веществами, а также кислородом;

– непрерывный вывод из основного дрожжерастильного аппарата прирастающей биомассы;

– соблюдение параметров процесса, обеспечивающих оптимальные условия жизнедеятельности клеток.

Стационарная фаза развития дрожжевых клеток в непрерывном процессе наступает только в отборочном аппарате, в который питательные вещества не поступают. Клетки для поддержания жизнедеятельности используют оставшиеся в культуральной среде вещества, масса их увеличивается, т.е. проходит процесс дозревания дрожжей.

Трудность в ведении непрерывного процесса на предприятиях состоит в инфицированнии культуральной среды вследствие использования нестерильного воздуха, воды, а иногда и питательной среды, что понижает качество готового продукта. В связи с этим продолжительность периода оттоков культуральной среды на предприятиях в настоящее время в основном составляет 12-20 ч.

Непрерывный процесс обеспечивает более высокую скорость роста по сравнению с периодическими процессами. Дегенерации клеток не наблюдается, если дрожжи выращиваются на полноценной питательной среде при полном обеспечении клеток кислородом.

Таким образом, от правильности ведения накопительного периода зависит продуктивность процесса, так как он характеризуется активностью ферментных систем, а от правильности ведения отточного периода – качество готового продукта.

Выращивание маточных дрожжей по схемам ВНИИХПа, Узловской, Эркеншахарской, сравнительная характеристика. Производство засевных и товарных дрожжей, периодический и непрерывный способы, сравнительная характеристика

1) Приготовление питательной среды – питательной средой является специально подготовленный раствор мелассы с добавлением растворов питательных солей: готовятся 10-20% растворы солей, если плохо растворимая соль отделяется от твердой фазы, вносят на стадии получения товарных дрожжей (соли азотного питания – суперфосфат аммония, мочевина; фосфорного питания – ортофосфорная кислота). Приготовление растворов мелассы: готовят сусло концентрацией 22% СВ или 26% СВ для однопоточного способа сбраживания и 10-12% СВ для двухпоточного способа сбраживания мелассного сусла.

2) Приготовление засевных дрожжей: ЧК – дрожжи, выращенные. на 1 клетке м/о, ЕЧК – дрожжи, выращенные с минимальным накоплением других м/о.

Методы культивирования дрожжей

1 способ – бесприточный: готовят питательную среду, сразу задают необходимое количество солей, если надо ростовые вещества, засевают дрожжи и процесс ведут до накопления определенной биомассы дрожжей, либо до снижения содержания СВ от исходных до установленной нормы.

2 способ – воздушно-приточный: готовят питательную среду и вносят в нее часть от расчетного количества солей и ростовых веществ, засевают дрожжи, выращивают до определенного накопления биомассы, затем по графику добавляют оставшееся количество питательных солей, контроль осуществляется как и в 1 способе.

3 способ – воздушно-проточный, всегда непрерывный способ: в отличае. от 1 и 2 осуществляется на одной стадии либо как бесприточный либо как воздушно-приточный, далее процесс переводят на непрерывный путем отбора из аппарата дрожжевой суспензии и притока с той же скоростью свежего питательного раствора.

Процесс производства дрожжей может проходить в 2 или 3 генерации. Производство маточных дрожжей: 1 генерацию называют генерацией А (маточные дрожжи), 2 генерация называется генерацией Б (засевные дрожжи), 3 генерация называется генерацией В (товарные дрожжи). 1 и 2 генерации есть всегда, а генерации В может не быть. На лабораторной стадии используют солодовое сусло, на стадии цеха ЧК используют солод, сусло или его смесь с мелассным раствором, на производственной стадии используют мелассный раствор с повышенным количеством питательных солей и ростовых веществ (при переходе от стадии к стадии дрожжи привыкают к тяжелой питательной среде).

Производство по схеме ВНИИПА: 1. лабораторная стадия включает 4 этапа – 1) готовят 14-16% солодовое сусло, в него добавляют обогатители (биотин) и это сусло используют на всех 4-х стадиях. Сразу засевают 4 пробирки (по 10 мл сусла с кусочком дрожжей в термостат на 16-24 ч. при t=30ºС); 2) в подмолодочных колбах – при t=30ºС, 1 сутки; 3) в пастеровской колбе, в нее входит 700-800 мл среды, ее засевают дрожжами. 2 лабораторная стадия, одновременно вливая туда 4 подмолодки колбы, выращивают при t=30ºС, 1 сут.; 4) в колбах Карлсберга, V=10 л питательной среды, задается 1 колба 3-ей стадии, t=30ºС, 1 сут. 2 стадия цеха ЧК – 1) стадия малого инокулятора (МИН), V=500 л, из колбы Карлсберга. 2) стадия большого инокулятора (БИН), V=2,5 м³, передаем все содержимое из малого инокулятора. 3) передаем в аппарат ЧК 1, V=8м³. 3. Производственная стадия – 1) ЧК 2 по воздушно-приточному способу ведем выращивание. 2) в ЕЧК 1 по бесприточному способу 3) в ЕЧК 2 по воздушно-приточному способу. Общие отличия схем: количеством стадий в каждом цикле, составом питательной среды по стадиям, количеством засева дрожжей по стадиям, удельной скоростью роста дрожжей, для регулирования скорости используют t-ный фактор и аэрацию, выходом дрожжей из еденицы сырья. Обычно на стадии производства маточных дрожжей цель не max выход, а max качество, выход маточных дрожжей составляет 35-50%. Маточные дрожжи сразу после культивирования направляются на сепарирование – используют 2-х ступенчатую схему сепарирования: дрожжи концентрируют, затем густую часть смешивают с водой для промывки, отделяют воду. Дрожжи надо охладить до t=0-2ºС. При передаче на следующую стадию дрожжевое молоко могут обработать серной кислотой, молочной кислотой, перекисью водорода в зависимости от микробиологической чистоты дрожжевого молока. Производство засевных дрожжей – генерация Б.: способ культивирования всегда воздушно- приточный, периодический способ с подачей питательных солей по графику. Культивирование осуществляют в дрожжерастильном аппарате ВДА-30, V=30 м³, он должен быть герметичен, снабжен аэрирующей системой, охлаждающей системой, аппарат должен легко подвергаться мойке. В аппарат подают мелассное сусло с расчетным количеством питательных солей, затем передают маточные дрожжи чистой или естественно чистой культуры, включают аэрирование (80 м³ воздуха на 1 м³ дрожжей), выращивают втечении 15-20 ч, начальная концентрация сусла 2,5-3%, конечная концентрация 3-3,5%. Стадия товарных дрожжей – генерация В: может осуществляться периодическим или непрерывным способом. Аппарат ВДА-100, V=100 м³, требования те же, режим тот же, но О₂ подают 100 м³. С целью лучшего растворения О₂ применяют высокие дрожжерастительные аппараты, аппараты заполняют полностью, понижают t культивирования, чем меньше t тем больше О₂ удерживается и больше удерживается спирта, который является для дрожжей дополнительным питанием.

Отличия Узловской и Эргеншах. схем: 1) чем засевают аппараты – Узл. схема засевные дрожжи, Эр-Ш. – маточные дрожжи. 2) Основная цель. Узл. Схема – мах выход товарных дрожжей из единицы сырья, для этого на стадии товарных дрожжей используют большие засевы до 30% (обычно 10%), применяют разбавленный мелассный раствор однако инфицирования при этом нет т.к. засевные дрожжи хорошего качества и их много, пониженная t культивировирования и дрожжи мах усваивают питательную среду хотя и дольше, высокие дрожжерастительные аппараты – мах использование О₂ и спирта. Эркен шах. схема разработана для 2-х вариантов производства дрожжей: обычные прессованные дрожжи и сушеные дрожжи. Разница начинается с подбора рас. Сушеные выращивают на концентрированных мелассных растворах, а чтобы снять негатив этой концентрации дают мало засевных др. передают в производство на стадии логарифмического роста.

Плюсы непрерывного способа: процесс ведетсяся в установившемся режиме, нет влияния времени; можно автоматизировать подачу питательной среды в аппарат; при меньших производственных помещениях получать больший выход; сокращать временные затраты на подготовку оборудования от стадии к стадии.

Дозревание дрожжей – переход дрожжевой клетки от активного состояния до состояния, поддерживающего жизнедеятелность клетки, при этом клетка переходит в зрелое состояние. Будучи отделенными от питательной среды, дрожжи некоторое время сохраняют свою жизнеспособность, получая энергию за счет использования внутриклеточных резервных углеводов. Х/пекарные прессованные дрожжи потребляют преимущественно трегалозу, в меньшей степени – гликоген и в незначительной – глюкак и маннан. Стойкость дрожжей – один из главных показателей их качества – находится в прямой зависимости от содержания в них трегалозы. Во время хранения дрожжей накапливаются восстановительные соединения, которые изменяют окислительно-восстановительный потенциал. По мере снижения ОВП возрастает активность протеаз, при его отрицательных значениях брусок дрожжей размягчается.