СПИРТОВЫЕ ДРОЖЖИ

Спиртовые дрожжи в промышленном производстве спирта

Атлас производственных дрожжей Saccharomyces cerevisiae расы XII

Китайские сухие дрожжи

Дрожжегенерирование при непрерывном сбраживании осахаренных заторов

Дрожжанки

Возбраживатель

Фотостимуляция жизнедеятельности дрожжей для сбраживания пивного сусла

Ускорение биотехнологического процесса спиртового брожения за счет использования дрожжевых лизатов, содержащих собственные внутриклеточные ферменты, извлеченных из послеспиртовой барды

Накопление дрожжами целевого продукта - этилового спирта

Теоретические основы непрерывного культивирования дрожжей и спиртового производства

Математическое моделирование и Расчет дрожжегенераторов и бродильных аппаратов для непрерывного брожения

Способы культивирования дрожжей

 

СБРАЖИВАНИЕ

Контроль качества зрелой бражки

Периодический метод сбраживания осахаренного сусла

Непрерывные схемы брожения в технологии спирта.

Поточный метод сбраживания крахмалистых материалов

Расчет бродильного отделения при непрерывном сбраживании затора

Головной чан бродильной батареи

Брожение и образование сивушного масла

Чистка и дезинфекция оборудования спиртового производства

Мойка оборудования

Расчет внутреннего змеевикового охладителя бродильного чана

Охлаждение бродильного чана выносными теплообменниками

Схемы непрерывных бродильных установок с элементами под вакуумом

Ускорение непрерывного спиртового брожения рециркуляцией дрожжей

Интенсификация непрерывного брожения сусла / бражки с применением вакуума

Влияние концентрации сухих веществ в исходном сусле на динамику накопления продуктов брожения

Теория непрерывного процесса перемещения жидкости в батарее сообщающихся сосудов

Оборудование для непрерывного брожения

Цена бродильного чана

Влияние адаптации дрожжей к пониженному рН среды на их метаболизм при сбраживании мелассного сусла

Сбраживание сусла из крахмалсодержащего сырья термотолерантными дрожжами

 

 

Способы культивирования дрожжей.

 

Сбраживание осахаренного сусла.

 

Все осахаренное сусло кроме той части, которая идет на приготовление дрожжей, направляют в бродильные аппараты, и содержащийся в нем сахар сбраживается дрожжами в спирт. При сбраживании зерно-картофельного сусла одновременно происходит доосахаривание декстринов. Бродящее сусло называют бражкой, или культуральной жидкостью.

   Показание сахаромера в фильтрате бражки – это видимая плотность (видимый отброд), показание сахаромера в фильтрате бражки после отгонки спирта и доведения дистиллированной водой до первоначального объема – содержание истинных сухих веществ бражки (истинный отброд). Последние всегда больше видимой плотности. Этими терминами заменены ранее применявшиеся – соответственно видимый и истинный отброды бражки.

Содержание спирта в зрелой бражке (и в вводно-спиртовом растворе) в объемных процентах называют крепостью бражки (и этилового спирта).

На отечественных заводах сейчас применяют в основном непрерывно-проточный, проточно-рециркуляционный и циклический, а на малых заводах еще и периодический способы сбраживания сусла.

 

Периодическое брожение.

 

     Наиболее простой способ и широко распространенный способ сбраживания – способ периодического брожения в чанах.

Характерным для этого способа является следующее:

- периодичность работы,

- сбраживание от начала до конца в одном и том же сосуде,

- совместное пребывание массы дрожжей и сбраживаемого субстрата в течение всего времени брожения,

- размножение сбраживаемых дрожжей и следовательно неизбежная трата вещества сбраживаемого субстрата на образование дрожжей,

- относительно быстрая изменяемость условий, при которых в различные стадии брожения работают дрожжи.

 

О течении процесса брожения при периодическом способе дает известное представление кривая, изображенная на рисунке ниже

 

 

 

  Построенная по среднечасовому сбраживанию сахара за отдельные периоды времени брожения, определяемому по потере веса бродящей жидкости при повторном ее взвешивании (в весовых процентах от экстракта исходной среды), причем продолжительность брожения считается от момента прививки дрожжей.

  Диаграмма свидетельствует о том, что процесс брожения протекает чрезвычайно неравномерно. Первоначально относительно долгое время процесс брожения почти совершенно не обнаруживается; в этот период идет накопление дрожжей, и только после того как они образуются в достаточном количестве, процесс начинает развиваться. Под влиянием быстрого увеличения массы дрожжей интенсивность брожения за короткий промежуток времени стремительно нарастает, достигает максимума и быстро спадает до очень незначительной величины, на которой она держится затем долгое время, медленно продвигаясь к минимуму. Причины резкого перехода, наблюдаемого вслед за высшим напряжением силы брожения, заключаются в прекращении размножения дрожжей и в постепенном исчезновении сбраживаемого вещества, с чем связано одновременно идущее накопление в бродящей жидкости продуктов брожения, задерживающих и ослабляющих работу дрожжей.

Так как в каждый отдельный момент состав, свойства и температура бродящей жидкости изменяются под влиянием процесса брожения, дрожжи последующих генераций должны несколько отличаться от предыдущих по своему составу, а следовательно и по свойствам. В результате этого масса дрожжей, образующихся к концу брожения, не является чем-либо совершенно однородным и одинаково устойчивым по отношению к неблагоприятному воздействию различных факторов, влияние которых особенно сильно проявляется к концу брожения. Поэтому отдельные фракции работающих дрожжей в разное время начинают постепенно слабеть, становясь в конце концов совершенно недеятельными в смысле спиртового брожения.

Вполне доказанная способность микроорганизмов в известной степени приспосабливаться к неблагоприятным условиям в данном случае может проявляться только в самом ограниченном масштабе из-за краткости всего процесса брожения и сравнительно быстрой смен условий в связи с изменением сбраживаемой среды.

Поэтому некоторая часть дрожжей, находящихся в бродящей жидкости, не будучи в данной мере приспособленной к условиям того или другого периода брожения, не в состоянии проявить всю бродильную способность, которую дрожжи могли бы обнаружить, если бы освоились с условиями данной среды в течение более продолжительного времени.

В результате этого бродильная сила многих дрожжевых клеток ослабляется. При малой производительности спирта, а следовательно, углекислоты, сила, увлекающая дрожжевую клетку вверх, оказывается недостаточной, вследствие чего она оседает на дно бродильного сосуда. Оседание дрожжей в различные моменты времени протекает неодинаково в связи с накоплением в бродящей жидкости спирта, снижающего удельный вес сбраживаемой среды. Использовав питательные вещества окружающей среды в сфере своего действия, дрожжевая клетка, лищенная движения, начинает очень скоро страдать от недостатков питания и от неблагоприятного влияния продуктов ее жизнедеятельности. В конце концов такая ослабевшая дрожжевая клетка не только не содействует, а, напротив, затрудняет процесс брожения, так как начинает обогащать бродящую жидкость не только этиловым алкаголем, сколько нежелательными для самих дрожжей продуктами процесса их автолиза.

Таким образом, при рассматриваемом периодическом способе брожения происходит постепенное фракционированное осаждение и частичное отмирание дрожжей, становящихся при этом в известной мере не деятельными.

  По мнению Дельбрюка (1), в период дображивания сначала осаждаются слабые, а затем, через некоторый промежуток времени, и наиболее сильные дрожжи, к которым относятся, во-первых, дрожжи с большим запасом зимазы и с малой пептонизирующей способностью, во вторых, дрожжи с более тонкой клеточной оболочкой (молодые клетки последних генераций) и, наконец, сильнейшие дрожжи, наиболее богатые энзимами.

Последовательное выделение различных фракций дрожжей особенно наглядно можно наблюдать в низовом брожении пивоварения, где это явление имеет практическую ценность и решаюшее значение для поддержания чистоты брожения. Как известно, из осадка дрожжей, образующегося на дне отработавшей пивной кади, в дальнейшую работу идут дрожжи только определенного качества и, следовательно, соответствующих генераций, располагающиеся на известной высоте осевшего дрожжевого слоя.

Изложенное свидетельствует о том, что брожение в каждый определенный период обуславливается работой не всей массы имеющихся дрожжей, а главным образом деятельностью определенных генераций, наиболее приспособленных к условиям среды данного периода брожения. К концу последнего периода остается относительно очень немного деятельных, свободно плавающих в бродящей жидкости клеточек. Остальная масса дрожжей садится на дно, причем значительная часть ее оказывается по указанным причинам или бесполезной, или даже вредной для дальнейшего брожения. Поэтому удаление из бродящей жидкости такого рода дрожжей в известный период целесообразно, а иногда, например, в пивоварении или виноделии, даже необходимым, так как в готовом продукте брожения приходится считаться не только с количеством заключающегося в нем спирта, но также с качеством и количеством других веществ, находящихся в растворенном состоянии. Все эти вещества – очень важные факторы оценки качества готового продукта, ими в значительной степени определяются такие решающие свойства его, как вкус и аромат.

Освобождение бродящей жидкости от части дрожжей в некоторых случаях проводят для того, чтобы прервать процесс брожения в определенной его стадии, дальше которой нежелательно вести выбраживание. Бродящую жидкость освобождают от осевших дрожжей или сливанием сброженного субстрата, или осторожным спусканием дрожжей с небольшим количеством увлекаемой ими жидкости.

Отношение спиртового производства к отделению дрожжей во время брожения определяется следующим. Целью спиртового производства до си х пор было только получение спирта, т.е. возможно более полное превращение в него всего сахара, имеющегося в сбраживаемом сусле. Вкус и аромат, связанные с наличием побочных продуктов брожения в данном случае совершенно не имели значения, так как вещества, от которых зависят эти свойства, нацело отделяются от готового продукта брожения при дальнейшей ректификации. Поэтому в спиртовом производстве совершенно не отделяли во время брожения слабые, постепенно выпадающие дрожжи.

Если побочные продукты брожения, усиленно производимые отмирающими и слабыми дрожжами, совершенно не имеют отрицательного значения для производства как не входящие в готовый продукт, то в этом случае постепенно выходящие из сферы действия слабеющие дрожжи могут все же рассматриваться как полезные, хотя их производительность невелика. Эти соображения, по-видимому и лежат в основе принятого в настоящее время в спиртовом производстве способа брожения.

Однако правильность такого взгляда объясняется не только этим. Очень существенно отношение деятельной, энергичной в смысле производства спирта фракции дрожжей к продуктам, производимым ослабевшими и отмирающими дрожжами, а также отношение последних к образовавшемуся этиловому спирту. Если выходящие из сферы действия дрожжи понижают полезную деятельной массы дрожжей или же вызывают потерю спирта, например сжигая его в значительном количестве, то при известном масштабе этих процессов удаление из бродящего сусла осаждающихся дрожжей необходимо и для спиртового производства. В тесной связи с этим стоит выяснение положения о том, в какой мере во время брожения и в какие стадии его нужно производить отделение нежелательной части дрожжей и как это может отразиться на течении брожения, а также на качестве и количестве готового продукта. Последнее уже касается вопроса о трате сбраживаемого вещества при спиртовом брожении. Под тратой понимается расход сбраживаемого вещества на те явления и процессы, связанные с брожением, которые непосредственно не приводят к превращению исходного материала в конечные продукты брожения. Под конечными продуктами брожения подразумеваются: экстракт, оставшийся несброженным, образовавшийся спирт и выделившаяся при брожении углекислота, вычисленная в количественном отношении к образовавшемуся спирту, который можно определить по имеющемуся сахару в соответствии с уравнением брожения. При сбраживании пивного сусла или затора спиртового производства количественное соотношение спирта и углекислоты определяют по уравнению сбраживания мальтозы

                                                                                       С12HOH2O + Н2О = 4 C2H5(OH) + 4 CO2.

 

В виноделии, где сбраживаемым сахаром является главным образом глюкоза, уравнение брожения должно быть взято в форме

                                                                                       С12H22O11 = 2 C2H5(OH) + 2 CO2.

 

 

Непрерывно-поточный способ брожения.

 

Сущность способа непрерывно-поточного сбраживания заключается в непрерывном притоке осахаренного сусла и вводе дрожжей в головной аппарат бродильной батареи, состоящей из нескольких последовательно соединенных между собой сосудов, в непрерывном сбраживании этого сусла и оттоке зрелой бражки из последнего, концевого, аппарата.

Концентрация дрожжей в бродильной батарее поддерживается на определенном уровне скоростью притока осахаренного сусла, а отток осахаренного сусла идет по принципу сообщающихся сосудов.

Автором идеи и первым исследователем непрерывного способа спиртового брожения был С.В.Лебедев. Продолжили его исследования на мелассе Климовский и Гладких. При непрерывном способе сбраживания осахаренного сусла на спирт ускоряется процесс и увеличивается мощность бродильного цеха на 30%, повышается выход спирта на 0,5 Дал из 1 тонны условного крахмала, облегчается труд, снижаются затраты и создаются условия для автоматизации процесса. Однако в промышленном масштабе непрерывный способ сбраживания осахаренного сусла на спирт долго не удавалось осуществить из-за инфицирования зерно-картофельного сусла посторонней микрофлорой, что вызывало значительные нарастания кислотности в процессе непрерывного сбраживания, инактивацию амилолитических ферментов и потери спирта.

Проблема непрерывного брожения была успешно решена Яровенко В.Л. в 1955 году. Непрерывно поточный способ сбраживания осахаренного сусла на спирт осваивается и внедряется на многих заводах. За рубежом (США, Япония, Германия) непрерывно-проточный способ сбраживания еще невнедрен, хотя попыток было много.

При изучении и освоении непрерывного способа брожения осахаренного сусла были установлены некоторые особенности и закономерности. Главная из них – неравномерность перемещения сусла в батарее бродильных аппаратов. Так, за один оборот головного бродильного чана, т.е за одну смену объема сусла, в головном бродильном чане остается (задерживается) около 36% первоначального (старого) сусла и такое же количество прилитого свежего (нового) сусла выносится из этого бродильного аппарата. С увеличением числа оборотов количество задерживаемого старого сусла уменьшается. Изменение количества его Ri1 в в других аппаратах бродильной батареи и продолжительности задержки Вi1 в i-м аппарате в зависимости от числа оборотов аппарта Q показано на двух рисунках ниже.

 

 

 

 

 

Таким образом, задержки старой жидкости (сбраживаемого сусла) в батарее из i-го числа сосудов составят

 

Вi1 =    i*t,

Где t - продолжительность одного оборота, час.   

 

С увеличением числа оборотов и порядкового номера аппарата в бродильной батарее возрастает продолжительность задержки старого сусла, а вместе с ним и развитие посторонних микроорганизмов, главным образом молочно-кислых бактерий.

Если учесть, что полное освобождение первого бродильного аппарата от остатков старого сусла наступает через 6..7 оборотов (один оборот занимает 6..7 часов) и 6-й аппарат батареи полностью освобождается от указанного сусла только через 14 оборотов, то станет понятно влияние неравномерности перемещения сусла в батарее и его неоднородности на результаты брожения. Постепенно создается серьезный очаг инфекции, который неизбежно ведет сначала к сверхнормативному нарастанию кислотности , а затем к полному прекращению брожения. Это усугубляется еще ограниченным объемом засеваемых производственных дрожжей (8…15%), характерным для способа периодического брожения. При движении бродящего сусла по переточным трубам из одного аппарата в другой происходит неравномерное распределение скоростей , следствием чего является задержка сусла у стенок труб и аппаратов, что также способствует развитию инфекции.

В этом отношении периодическое сбраживание сусла имеет то преимущество, что оно строго ограничено во времении от начала до конца проводится в одном аппарате, который по завершении цикла стерилизуется паром. Проточное спиртовое брожение - непрерывное, в каждом из бродильных аппаратов осуществляется лишь часть процесса, продолжительность его теоретически не ограничена и не предусмотрена остановка для стерилизации. Однако из-за указанных выше особенностей проточного сбраживания необходимо проводить профилактическую стерилизацию бродильных аппаратов строго последовательно, по номерам аппаратов – от головного к концевому через определенные промежутки времени и независимо от состояния, степени и стадии брожения (смотри рисунок ниже).

Сущность профилактической стерилизации бродильной батареи заключается в том, что через определенные промежутки времени (3 суток) непрерывный приток сусла в батарею переключается на второй головной бродильный аппарат 6 (рис. 73) и в него же насосом 12 перекачивается содержимое первого головного бродильного чана - аппарата 5, который затем моют, стерилизуют паром, охлаждают, вновь засевают дрожжами из дрожжегенератора 4 и восстанавливают приток свежего сусла. Пока аппарат 5 наполняется, содержимое аппарата 6 перекачивается в аппарат 7. Аппарат 6 моют, стерилизуют, охлаждают и наполняют перетоком из аппарата 5. Далее содержимое аппарата 7 насосом перекачивают в аппарат 8, первый из них также моют, стерилизуют паром, охлаждают и подключают к перетоку. По такому же принципу осуществляют наполнение, освобождение и стерилизацию остальных аппаратов бродильной батареи с их трубопроводами и арматурой. За стерилизуемым бродильным аппаратом сусло перекачивается насосом 12, а непрерывность его подачи во время стерилизации трубопровода осуществляется таким же дублером, остальное время работающим параллельно.

Профилактическая стерилизация всей бродильной батареи – от головного до концевого бродильных аппаратов – совершается через каждые 3 суток.

В зависимости от чистоты брожения время до очередной профилактической стерилизации бродильной батареи может увеличиваться до 5 и 10 суток или уменьшаться до 1,5 суток.

На инфицированность продуктов брожения сильно влияет правильность монтажа бродильной батареи. Нижняя точка днища бродильного чана должна быть на 0,5 м выше всасывающей трубы насоса: с уменьшением этого расстояния насос не может перекачивать бродящее сусло, его приходится разбавлять водой, что приводит к инфицированию и перерасходу пара на перегонку. Продуктовые трубопрводы должны иметь уклон в сторону движения сусла и бражки, их надо систематически продувать и стерилизовать паром. На переточных трубах следует устанавливать запорные диски для локализации стерилизуемых аппаратов на ходу.

Для обеспечения непрерывности брожения сусло должно поступать в батарею по двум параллельным линиям, и она питается через первый головной, а во время его стерилизации – через второй головной аппарат. Трубопроводы, осахариватели, насосы и теплообменники стерилизуют раздельно в каждой линии ежесуточно и последовательно. Стерилизация, неоднократно повторяющаяся через определенные периоды времени независимо от степени сброженности сусла, называется дробной профилактической стерилизацией.

При непрерывно-проточном способе сбраживания в головном бродильном аппарате устанавливается нормативная численность дрожжевых клеток 90 – 120 млн./мл, что достигается увеличением объема засевных производственных дрожжей до объема головного аппарата и подержанием в нем заданной концентрации таким регулированием притока свежего сусла, чтобы скорость разбавления была равной удельной скорости роста дрожжей (D=m). Указанная выше численность клеток поддерживается во всех аппаратах, начиная от разводки в дрожжегенераторах, в головном и во всех остальных сосудах бродильной батареи. При этом дрожжи в большей части батареи размножаются в стационарной фазе роста с совмещением экспоненциальной и лаг-фазы.

 

Проточно-рециркуляционный способ сбраживания.

                                                                                                                                             

   При рециркуляции отсепарированной биомассы дрожжей без ее антисептирования возможно инфицирование продуктов брожения. Поэтому был разработан способ рециркуляции сбраживаемой среды из 2, 3 и 4 -го аппаратов в 1-й аппарат бродильной батареи (Яровенко В.Л., Б.М. Нахманович и др.). Таким способом из аппаратов 1 – 4 образуется рециркуляционный контур, в котором можно создать нужную скорость разбавления 1,5D … 2D ч-1 и больше и этим воздействовать на повышение удельной скорости роста микроорганизмов при стабилизации этих показателей в остальной части (5…10 аппаратах) батареи. Объем рециркулируемой сбраживаемой среды составляет 100% от исходного притока сусла в батарею, что позволяет включить дополнительный приток этого сусла в количестве 40 об. % от основного. Технологические показатели зрелой бражки, полученной при этом, приведены в таблице

                 

Показатель

Способы брожения

Непрерывно-проточный

Проточно-циркуляционный

Содержание сбраживаемых углеводов, г/100 мл.

0,24

0,19

Видимая плотность по сахарометру, град.

0,0

-0,10

Нарастание кислотности, град

0,03

0,01

Концентрация дрожжевых клеток в головном аппарате, млн./мл

58,0

71,0

Содержание спирта, об. %

8,9

8,96

Видимая плотность сусла в головном бродильном аппарате по сахарометру, град

7,8

5,4

Продолжительность брожения, час

56…60

51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Благодаря меньшему нарастанию кислотности в процессе непрерывного брожения

  • межстерилизационный период удлиняется с двух до трех суток,

  • производительность бродильной батареи непрерывного сбраживания повышается на 40%,

  • выход спирта увеличивается при продолжительности брожения 60 часов на 0,8 дал на 1 тонну крахмала,

  • а при продолжительности брожения 48 часов выход спирта увеличивается на 1,2 дал на 1 тонну крахмала.

  •  

    В результате рециркуляции сусла снижается унос дрожжей, происходящий при непрерывно-проточном брожении, обеспечивается повторное использование дрожжей, а следовательно, уменьшается расход сахара на синтез их биомассы, что сопровождается повышением выхода спирта на 0,1 дал/тонну крахмала.

    При дальнейшем совершенствовании непрерывно-проточного способа брожения может быть использован способ обработки сбраживаемого сусла в головной части батареи действием вакуума для удаления ингибиторов брожения – спирта и промежуточных продуктов. Снижением концентрации спирта до 2% и дополнительным вводом ферментов достигается дополнительная интенсификация доосахаривания и брожения, а в конечном результате – сокращение процесса брожения до 1 (одних) суток, т.е. до 24 часов.

    Ниже приведены исследования группы ученых, подтверждающие вышесказанное.

     

     

    Непрерывное спиртовое брожение с рециркуляцией дрожжей.

    Яровенко В.Л., Нахманович Б.М. Ферментная и спиртовая промышленность. 2-1979.

     

      Частичная рециркуляция дрожжей при непрерывном спиртовом брожении крахмалистых сред создает возможность повышения скорости разбавления, так как при этом компенсируется вымывание дрожжей и увеличивается производительность бродильной батареи (3).

    В последнее время ведутся разработки оптимальных условий и технологических схем непрерывного спиртового брожения с частичной рециркуляцией дрожжей (1,4).

    Исследования по рециркуляции дрожжей мы проводили на стендовой бродильной батарее, состоящей из 10 последовательно соединенных сосудов (ферментеров), объемом по 2 литра каждый. В прежних вариантах опытов на рециркуляцию отбирали дрожжевую бражку из 3-го ферментера в количестве 30 – 40 % от притока затора на батарею, после центрифугования сконцентрированные дрожжи возвращали в 1-й, а фугат – в 4-й ферментер.

    Рециркуляцию дрожжей характеризовали количеством возвращаемой в час дрожжевой бражки (R, мл/час) по отношению к часовому притоку затора (F, мл/час), обозначая эту величину коэффициентом рециркуляции r = R / F = 0,3 – 0,4. При этом часовой объем рециркулируемой бражки составлял около 10 % полезного объема ферментера (r * D * 100) и прирост дрожжей за счет рециркуляции тоже составлял около 10 % их количества в ферментере.

    Следует отметить, что в обычных условиях непрерывного брожения крахмалистых сред, при однопоточной загрузке батареи без рециркуляции дрожжей D = 0,10 – 0,11 ч-1. При двухпоточном осахаривании и непрерывном брожении (2) достигали общей скорости разбавления 0,20 – 0,22 ч-1, а с рециркуляцией она поднимается до 0,3 ч-1 и выше.

    Непрерывный принцип рециркуляции дрожжей при непрерывном брожении испытан во ВНИИПрБ. Схема бродильной батарей представлена на рис. 1.

     

     

     

     

    В отличие от известных режимов рециркулируемые дрожжи (из ферментеров № 3 или № 4) направляются не в первый головной ферментер, с предварительно засеянной в нем культурой маточных дрожжей, а в специальный 2-й головной ферментер – дрожжегенератор, в который поступает второй поток сусла из отдельной емкости. Оба потока затем направляют в ферментер № 3, однако концентрация дрожжевых клеток в нем ниже, чем в предыдущем сосуде, вследствие удвоенной скорости разбавления среды и вымывания дрожжей. Результаты одного из опытов по предложенному режиму непрерывного брожения с рециркуляцией дрожжей представлены на рис.2 и в табл.1.

     

                                                                                                                 Таблица 1

    № ферментера

    Кислотность, в градусах

    Сахар общий,% (после кислотного гидролиза)

    Остаточный сахар, % РВ

    Спирт, об. %

    Дрожжи, млн./мл

    (% почкующихся)

    Сусло

             -

          13,29

           8,0

            -

            -

           1

            0,35

           2,20

           0,64

            6,63

            64 (10)

           2

            0,30

           1,64

           0,40

            7,46

            66 (9)

           3

            0,30

           1,18

           0,30

            7,75

            62 (11)

           4

            0,30

           1,18

           0,26

            7,81

            60 (9)

           5

            0,30

           1,10

           0,22

            7,94

            59 (10)

           6

            0,30

           0,94

           0,20

            8,08

            58 (9,1)

           7

            0,30

           0,94

           0,19

            8,15

            60 (7)

           8

            0,30

           0,94

           0,17

            8,15

            58 (7)

           9

            0,30

           0,91

           0,18

            8,15

            57 (6,2)

          10

            0,30

           0,94

           0,19

            8,15

            51 (8)

          11

            0,30

           0,94

           0,19

            8,15

            54 (14)

     

    Дрожжи во 2-м ферментере быстро размножаются. Концентрация дрожжей в третьем сосуде в течение всего периода брожения находится в пределах 70 – 80 млн./мл. и немного снижается к концу брожения. Условия осахаривания заторов в обоих потоках одинаковы 1,5 ед.АС Bacillius sp. И 10 ед. Гл.А End. Bispora  на 1 гр. Крахмала. Скорости разбавления тоже одинаковы D1 = D2 = 0,11 ч-1. Небольшие скорости в каждом потоке улучшают условия дрожжегенерации и снижают вымывание дрожжей.

    Брожение заканчивается за 42 часа с хорошими показателями: содержание спирта в бражке 8,15 об.%, остаточный сахар, определенный по методу с антроном, 0,36 %, РВ по Бертрану – 0,19 %, кислотность бражек 0,3 гр., концентрация дрожжевых клеток – 60 -66 млн./мл. в первых четырех ферментерах и от 60 до 50 млн./мл в остальных.

    Представляется интересным рассмотреть значения скоростей разбавления (D) в процессе культивирования дрожжей в первых трех ферментерах бродильной батареи (рис. 3).

    Средние скорости разбавления (D) в ферментерах 1-м и 2-м составляют 0,11 и 0,11, а в ферментере № 3, где сходятся два потока,

    D = 0,192 ч-1, следовательно, скорость разбавления D почти удваивается за время брожения. Составляя графики изменения скоростей разбавления, легко заметить, что при большей концентрации дрожжевых клеток скорости разбавления меньше, и наоборот, что вполне закономерно.

    Окончание брожения за 42 часа вместо 72 часов соответствует повышению производительности бродильной батареи на 40 %.

    Испытывали также возможность непрерывного брожения по описанной схеме с рециркуляцией дрожжей с 4-го на 2-й ферментер, без их предварительного концентрирования на центрифуге, т.е. возвращали около 30 % дрожжевой бражки от притока на батарею свежего затора. В таблице №2 дано сопоставление динамики непрерывного сбраживания ячменных заторов с рециркуляцией дрожжей: без их концентрирования (рециркуляция дрожжевой бражки) и с концентрированием на центрифуге (фугат при этом возвращали на 5-й ферментер).

     

                                                                                                                                                                                                                             Таблица 2

    Рециркуляция зерновой бражки без центрифугования

    Рециркуляция с центрифугованием дрожжей

    № емк..

    Сахар общий,%

    Сахар свободный

    (РВ по Бертрану, %)

    Сахар по артрону

    Спирт, % об.

    Дрожжи, млн./мл

    № емк..

    Сахар общий, %

    Сахар свободный

    (РВ по Бертрану,%)

    Сахар по артрону

    Спирт, % об.

    Дрожжи, млн./мл

    Затор

    13,14

     7,89

     

     

     

    Затор

    12,63

    7,84

     

    6,70

     

       1

    2,68

     1,45

     

    6,28

    27

       1

    1,74

    0,87

     

    6,56

    26

       2

    2,26

     1,05

     

    6,91

    28

       2

    1,64

    0,81

     

    7,53

    28

       3

    1,74

     0,68

     

    7,05

    32

       3

    1,18

    0,49

     

    7,60

    30

       4

    1,58

     0,60

     

    7,33

    28

       4

    1,18

    0,47

     

    7,67

    30

       5

    1,15

     0,30

     

    7,75

    29

       5

    1,02

    0,36

     

    7,88

    24

       6

    0,81

     0,19

     

    8,01

    49

       6

    0,72

    0,21

     

    7,94

    43

       7

    0,70

     0,15

     

    8,15

    66

       7

    0,72

    0,20

    0,23

    7,94

    38

       8

    0,70

     0,15

    0,24

    8,15

    64

       8

    0,72

    0,19

    0,19

    7,94

    33

       9

    0,70

     0,16

    0,26

    8,15

    48

       9

    0,72

    0,18

    0,21

    7,94

    33

       10

    0,70

     0,16

    0,26

    8,15

    46

       10

    0,72

    0,18

    0,21

    7,94

    25

     

     

    В обоих опытах брожение продолжалось 48 часов, а фактически полностью заканчивалось несколько раньше: уже в 7-м сосуде был предельно низкий остаточный сахар и заканчивалось образование спирта. Концентрация спирта в бражке составляла 8,15 и 7,94 об. % , однако в первом опыте (без центрифугования) была несколько выше исходная концентрация сусла – 13,14 % против 12,63 % во втором опыте. Таким образом, результаты брожения можно считать равнозначными.

    Следует отметить, что в процессе рециркуляции скорость притока сусла на всех батареях не менялась (D1 = D2 = 0,12 ч-1), следовательно, производительность осталась постоянной. Скорость же разбавления во 2-м и 3-м ферментерах возрастала за счет рециркулируемой среды соответственно до D2 = 0,25   D3 = 0,4 (по условиям работы      D3 = D1 + D2). Из 4-го ферментера отбирали на рециркуляцию столько же бражки, сколько и прибывало с уносом за счет только избыточной скорости разбавления.

    Частичное увеличение скорости разбавления во второй и третьей емкостях не ухудшало работы батареи, а наоборот, сказывалось на всем процессе положительно, так как рециркуляция давала возможность поддерживать концентрацию дрожжей на постоянном, достаточно высоком уровне (около 80 млн./мл). Брожение полностью заканчивалось за 44-48 часов.

    Преимущество такого способа, не считая того, что исключается процесс концентрирования дрожжей, заключается также в том, что происходит рециркуляция не только дрожжей, но и всех ферментов, содержащихся в бражке, следовательно, 30 % их многократно участвует в расщеплении крахмала и белков на стадии головного брожения.

    Описанный способ рециркуляции дрожжей и ферментов дает возможность на 30 % и более интенсифицировать процесс непрерывного сбраживания крахмалистых сред в спиртовом производстве.

    Таким образом, испытан новый вариант непрерывного спиртового брожения с рециркуляцией дрожжевой биомассы и сбраживаемой среды в параллельно действующий, имеющий самостоятельный приток сусла 2-й головной ферментер, поток среды из которого соединялся с основным потоком в 3-м ферментере батареи.

    В результате этих испытаний скорости разбавления в 3-м и 4-м ферментерах увеличивались почти в два раза (0,192 ч-1 вместо 0,111 ч-1 с интенсификацией брожения на 30% и больше).

     

    Список использованной литературы.

    1. Исследование непрерывного спиртового брожения с рециркуляцией дрожжей. Ю.С. Бартенев, В.П. Леденев, Е.Ф. Лосенко, П.А. Белозеров. – Ферментная и спиртовая промышленность, 1977, № 4.

    2.Двухпоточное Осахаривание и непрерывное брожение крахмалистых заторов.

    Нахманович, Яровенко, Левчик, Маслова, Орлова. - Ферментная и спиртовая промышленность, 1975, № 8.

    3.Яровенко, Нахманович. Непрерывное спиртовое брожение крахмалистых сред с рециркуляцией дрожжей. Микробиологическая промышленность, 1976, В.2.

    4. Ферментационные аппаратурные устройства 2-го поколения. В.Л. Яровенко, Б.М. Нахманович, В.В. Яровенко, П.А. Белозеров. - Ферментная и спиртовая промышленность, 1977, №3.

     

     

     

    Циклический способ сбраживания.

     

    Циклический способ сбраживания, предложенный В.Л. Яровенко и Скалкиной, представляет собой разновидность полунепрерывных способов брожения, в которых возбраживание и главное брожение протекают непрерывно, а дображивание периодически.

    Недостаток циклического способа сбраживания – неодинаковая продолжительность пребывания бражки в отдельных аппаратах батареи: наибольшая в головных, наименьшая – в концевых, средняя – в остальных сосудах. Эта неоднородность ведет к инфицированию и закисанию бражки, что сопровождается потерями сахаров и снижением выхода спирта.

     

     

    Характеристика различных способов брожения

     

    Способ брожения

     

    Время брожения, час

    Выход спирта, дал/т крахмала

    Съем спирта, дал/(м3*сут)

    Показатели зрелой бражки

    Видимая плотность, %

    Истинные сухие вещества, %

    Несброженные РВ, г/100 мл

    Нераствор-й крахмал

    Титруемая кислотность,

    Град.

    рН

    Крепость бражки, об.%

    Рециркуляционно-проточный

    51

    65,6

    4,1

    -0,2

    3,1

    0,17

    0,05

    0,40

    4,5

    8,5

    Непрерывно-проточный

    56

    65,4

    3,0

    -0,1

    3,3

    0,23

    0,08

    0,40

    4,5

    8,4

    Циклический

    66

    64,9

    2,3

    0,20

    3,4

    0,35

    0,10

    0,53

    4,3

    8,2

    Периодический

    72

    64,7

    2,0

    0,35

    3,6

    0,45

    0,12

    0,40

    4,5

    8,0

     

     

                                                                             Расчет производительности бродильной батареи.

     

    В головном бродильном аппарате батареи дрожжи размножаются со скоростью dx / dt = mx и вымываются со скоростью dx / dt = -Dx. Поэтому скорость прироста их концентрации выражается соотношением

                                                                                                 dx / dt = mx Dx = ( m-D )x

    Если m >= D , концентрация дрожжей увеличивается; если     m < D , наоборот, уменьшается;    при m = D * dx / dt = 0, а Х становится величиной постоянной, и значение удельного прироста дрожжей в аппарате численно равно скорости разбавления.

    Количество дрожжевых клеток увеличивается до 5-го аппарата батареи и достигает 92,5 … 133 млн/мл.

    Удельная скорость роста (ч-1) в данный момент времени

     

                                                                                                    m=2,303(lgN1-lgN2) / t1-t0,

     

    где N1 и N2 – количество дрожжевых клеток в начале брожения, т.е. в засевных дрожжах, при t0  и в период времени  t1 .

     

    Для потока сусла, осахаренного солодом, в 1-м аппарате батареи m=0,078, D=0,074 ч-1 при объеме аппарата V=74м3 и F=5,5 м3/ч (D=F/V=0,074 ч-1);

          Для потока сусла, осахаренного грибной  культурой, в 1-м аппарате   m = 0,105;   D = 0,111 ч-1,   при том же объеме аппарата (74м3)

    F=8,2 м3/час.

         Удельная скорость роста дрожжей в первых аппаратах батареи для различных потоков составила 0,078 … 0,105, что в 1,5 – 2 раза больше , чем в остальных аппаратах, где значение m находилось в пределах 0,06 … 0,042 ч-1.

          Число генераций за время   t,   t1-t0.

                    

                                                                                                  n=3,32*(lgN1-lgN0).

     

          Средняя продолжительность одной генерации

     

                                                                                                 g=t1-t0/n=0,3(t1-t0) / lgN1lgN0 = 0,693 / m.

     

          Если количество генераций в 1 час  n/t, то удельная скорость размножения дрожжей

     

                                                                                                 m=3,32*(lgN1-lgN0) / t1-t0.

     

          В головном аппарате батареи скорость размножения дрожжей 0,112 и 0,115 генерации в 1 ч (при осахаривании солодом и грибной культурой) – примерно в 2 раза больше, чем в остальных аппаратах. Соответственно этому у одной генерации продолжительность в головном ферментере 6,6 – 8,9 ч, а в следующих четырех – от 13,7 до 16,9 ч.

          Расчеты подтверждают, что ведущая роль в непрерывном брожении принадлежит головному бродильному аппарату, в котором весь период времени дрожжевые клетки размножаются.

          Бродильная активность дрожжей q (выражается обычно в граммах сброженного сахара в 100 мл среды за 1 час на 1 грамм биомассы дрожжей, содержится в 1 литре) может быть определена на основании следующего.   Количество сброженного сахара в установившемся режиме за время   t = (So - S) * F * t, соответственно в единице объема за единицу времени количество сброженного сахара

                                                                                              (So - S) * F*t  / V * t  = (So - S) * D,

    откуда бродильная активность

    q = (So - S) * D / x,

    где  So и S – концентрация сахара на входе в аппарат и в самом аппарате (на его выходе); х – концентрация биомассы дрожжей в аппарате.

     

           1 млрд. дрожжевых клеток весит 70 мг, или каждые 10 млн клеток – 0,7 мг; следовательно, 1г биомассы дрожжей в 1л соответствует 14,3 млн. дрожжевых клеток в 1мл.

           При средней бродильной активности дрожжей эффективность единицы их биомассы в головном аппарате (q= 0,16 … 0,24) в два раза выше, чем в 5-м (q = 0,076 … 0,14), хотя количество дрожжевых клеток возрастает в обратном направлении – от 1-го до 5-го аппарата. Следовательно, эффективность действия единицы биомассы дрожжей в концевых аппаратах батареи резко снижается продуктами метаболизма и недостатком питательного субстракта. Поэтому число дрожжевых клеток целесообразно увеличивать только в головном аппарате.

           Экономический коэффициент Y (соотношение среднего прироста биомассы к количеству сброженного сахара, г/100 мл) для головного аппарата 0,046, для остальных пяти – 0,036. При полном выбраживании сахара величина Y является относительно постоянной для сахаромицентов Л-33 и составляет 0,05 г/ 100 мл.

           Скорость сбраживания сахара в условиях непрерывно-проточного спиртового брожения подчиняется кинетическому закону первого порядка:

                                                                                              K=2,303 / tф  *  lg So/S,

    Где К – константа скорости, ч-1;  tф – фиксируемый период времени от начала брожения, ч; So, S – концентрация сбраживаемого сахара в начале брожения (в сусле) и во время tф (в бражке).

     

       В нашем опыте при сбраживании сахаров пшеничного сусла при осахаривании солодом и глубиной грибной культурой (с расходом около 120% к массе крахмала) средние значения констант скорости сбраживания составляли 0,056 и 0,061 ч-1. Большее значение константы скорости не соответствует количеству дрожжевых клеток в среде и зависит от дозы осахаривающего материала.

      Зная К и задаваясь величинами So и S, из той же формулы можно определить необходимое время t. Количество сброженного сусла сахара в каждом последующем аппарате меньше, чем в предыдущем, соответственно снижается КПД аппаратов от начала до конца батареи.

       Процесс брожения можно представить рядом периодов его полураспада (табл. 24), в течение каждого из которых исходное его количество уменьшается  вдвое (S= 0,5 So).

                                                                                                                                                                                          Таблица 24

    Период полураспада

    Суммарное время полураспада, ч

    Концентрация сахара S,

    г/100 мл

    T1

    11,3

    7,0

    T2

    22,6

    3,5

    T3

    33,9

    1,75

    T4

    45,2

    0,875

    T5

    56,5

    0,437

    T6

    67,8

    0,218

     

    В следующей таблице 25 приведены средние скорости брожения во всех аппаратах. Для оценки их работы введем понятие «производительность единицы объема аппаратов», под которым следует понимать количество сброженного сахара в килограммах за 1 час в 1 м3 полезного объема аппарата.

     

    № емк

    Продолжительность брожения, час

    Количество сброженного сахара, кг/100 л

    Средняя концентрация сахара, кг/100л

    Средняя скорость брожения в аппарате

    Сброжено сахара,

    Кг/(м3*час)

    S1- S2 / t2- t1

    Кср Sср

    1

    9,0

    6,04

    10,93

    0,670

    0,667

    6,7

    2

    11,25

    4,02

    5,90

    0,358

    0,360

    3,58

    3

    3,25

    0,50

    3,64

    0,153

    0,220

    1,53

    4

    3,0

    0,33

    3,22

    0,110

    0,196

    1,10

    5

    8,0

    1,19

    2,46

    0,149

    0,150

    1,49

    6

    5,75

    0,68

    1,53

    0,118

    0,093

    1,18

    7

    8,0

    0,43

    0,97

    0,054

    0,059

    0,54

    8

    1,75

    0,23

    0,64

    0,132

    0,039

    1,32

    9

    8,0

    0,24

    0,36

    0,030

    0,022

    0,30

    10

    8,75

    0,10

    0,24

    0,011

    0,014

    0,11

     

    От 1-го до 3-го аппарата производительность убывает примерно вдвое: 6,70; 3,58; 1,53 кг/(м3*ч). Затем в связи с сокращением времени прохождения бражки через некоторые аппараты и перекачиванием ее насосом по ходу батареи при ее стерилизации закономерность нарушается. Так , в 8-м аппарате, где бражка находилась всего 1,75 часа, производительность возросла с 0,54 до 1,32, а затем вновь упала до 0,30. Это связано с повышенной скоростью перекачивания менее зрелой бражки из предыдущего аппарата, а затем более глубоким выбраживанием в результате ее перемешивания насосом.

          Производительность единицы объема ферментера в расчете на сброженный сахар резко снижается к концу бродильной батареи, что вызвано замедлением скорости ферментационного расщепления сахара, ингибируемой метаболитами, и не является особенностью способа брожения батареи или одного сосуда. 2,07 кг/(м3*ч) – это количество сброженного сахара в непрерывном потоке в единице объема всей батареи. Значение средней производительности адекватно производительности всего аппарата такой же вместимости. Вместе с тем в 1-м аппарате скорость брожения в 3,5 раза выше средней скорости брожения в батарее, что характеризует преимущества многоступенчатой системы, так как в ней соответственно увеличивается скорость дображивания.

         Повышение производительности и скорости брожения в концевых аппаратах представляет собой пока неразрешенную проблему снятия ингибирующего действия продуктов метаболизма (т.е. спирта) на синтез дрожжами отдельных ферментов, катализующих превращение моносахаридов в этанол.

     

         Производительность батареи можно рассчитать и   по второму варианту.

         При m = D, притоке, равном оттоку, и одинаковом объеме ферментеров удельную нагрузку на ферментер, или его удельную мощность, можно записать так:

                                                                                                           N=F/n,

    Где N - удельная мощность ферментера, м3/час, F - приток сусла в батарею или отток из нее, м3/час, n - число ферментеров в батарее.

     

         Подставив в эту формулу значение F = DV, получим

                                                                              N=D/n * V,

     

    D - расчетная скорость разбавления, ч-1; V – объем ферментера, м3.

     

          Время заполнения одного ферментера при средней скорости разбавления   D = 0,128 ч-1  составит   1/D = 1/0,128 = 7,8 ч.

          Продолжительность брожения при начальной концентрации сусла Со = 16% и истинной конечной концентрации Ск = 3,5%.

     

                                                                                 T = 2,303 / K  *  lg Co/C = 18 lg 4,6 = 52 ч.

     

    При общей продолжительности брожения в батарее Тб = 52 часа и соответственно продолжительности наполнения ферментера суслом Тф число ферментеров в ней

                                                                                                    n= Тб / Тф = T / (1/D) = TD,

     

    отсюда n = 52 / 7,8 = 7, с учетом времени на дезинфекцию и стерилизацию принимаем число ферментеров равным 8. Фактическое время пребывания сбраживаемой среды в ферментере будет 52 / 8 = 6,5 ч.

    Если в формуле (10.7) подставить значения из (10.8), то получим:

     

                                                                                                          N = D / T * D  * V = V / T.

     

       Следовательно, удельная мощность батареи брожения зависит в основном от отношения скорости протока и продолжительности его сбраживания.

       Если путем рециркуляции сбраживаемой среды и обработки ее под вакуумом   3,95 … 4,9 КПа в пределах рециркуляционного контура (в основном из 1 … 4 ферментеров)  вывести из нее 75% образовавшихся продуктов метаболизма – спирта и других побочных веществ, то брожение ускоряется, доля сухих веществ в среде головного ферментера составит 7% (при исходной 16%), в 4-м -  2%.  По данным стендовых испытаний, при остаточном содержании спирта в среде активной зоны 1,5% весь процесс брожения достигает такого ускорения, что за 3 - 3,5 часа пребывания в каждом из 8 ферментеров батареи бражка в конечном становится зрелой и таким образом продолжительность брожения под вакуумом будет равна: в  активной зоне с объемом 4 * 100 / 8 = 50% примерно 3 * 4 = 12 часов или 3,5 * 4 = 16 часов, где сбраживается сахаров (16,0 – 2,0 ) * 100 / 16 = 88% от общего их количества, время дображивания 3 * 4 = 12 часов или 3,5 * 4 = 16 часов.

    Общая продолжительность брожения в батарее составит время 24 … 32 часа соответственно.

       В отмеченных условиях вывода из процесса продуктов метаболизма (этанола и др.) активизируется доосахаривание с глубоким гидролизом декстринов, белковых веществ, обеспечивается обильное питание дрожжей и более полное сбраживание углеводов.

       В результате совмещения вакуума с непрерывным притоком сусла в батарею обеспечивается систематическое изменение обстановки с подачей необходимой композиции новых веществ питания вокруг каждой отпочковавшейся клетки, отвод и удаление старой среды обитания со стареющими оседающими дрожжевыми клетками и метаболитами. Судя по современным литературным и патентным материалам, это пока наиболее мощный реалистический фактор воздействия на процесс сбраживания углеводов.

       Весьма важно в проточном культивировании дальнейшее удлинение межстерилизационного периода. Квасников Е.И. предложил, а во ВНИИПрБ была разработана технология производства антибиотика лактомицина, продуцируемого Actinomyces   штамм 135/1.

       Антибиотик лактомицин вводят в  дрожжевое сусло в дрожжевом аппарате и в основное осахаренное сусло, поступающее в головной аппарат бродильной батареи. При этом значительно улучшается дрожжегенерация: быстрее повышается количество дрожжевых клеток (до 100 … 120 млн/мл), почкующих до 45 … 65%, снижается содержание мертвых с 30 до 2%, во взбраживателе с 15 до 3%, уменьшается содержание сухих веществ на 2%, сокращается продолжительность культивирования с 21 до 16 часов, под микроскопом дрожжи более чистые. Продолжительность межстерилизационного периода с лактомицином (0,2 …0,25%)  без нарастания кислотности удлиняется от 3 до 7 … 10 суток.

       На Мичуринском экспериментальном заводе готовили посевные дрожжи в пастеризованном и подкисленном сусле с 0,2% препарата лактомицина, введенного сразу после его дополнительного осахаривания. Аналогично готовили дрожжи в возбраживателе, с той разницей, что препарата вносили меньше – 0,06%. Качество дрожжей было отличным, концентрация их была 132 млн./мл, мертвых – 1%, видимая плотность и кислотность – ниже нормативных.

       Концентрация сухих веществ основного сусла составляла 15,6%, осахаривающий материал – Asp Batatae 61, активность амилолитическая 96 ед/мл, декстринолитическая 1936 ед/мл, глюкоамилазная 148, температура брожения 29 – 30 гр. Цельсия. Межстерилизационный период при добавлении к суслу 0,02% препарата лактомицина продолжался 5 суток, на 6 сутки, через 130 часов, питание бродильной батареи прекращали, под микроскопом бражка была чистой, в поле зрения наблюдались единичные (2-3) палочки. Кислотность в головном бродильном аппарате составляла 0,35 гр., в конечном тоже 0,35 и 0,38 гр., т.е. брожение проходило без нарастания кислотности.

       При инфицировании бражки первое нарастание кислотности фиксируется обычно в 3-м и 4-м ферментере, хотя начинается оно в головном. Смещается инфекция обычно протоком питательной среды от головного к концевому бродильному аппарату, но удалить ее таким вымыванием из батареи, к сожалению, нельзя.

       Процесс брожения интенсифицируется на 25%, основная часть углеводов 75% сбраживается в головных аппаратах, поэтому происходит более глубокое дображивание, среднее количество несброженных сахаров в бражке составляло 0,25 – 0,30 г / 100 мл; повысился (на 0,5 – 0,6%) выход спирта из 1 тонны крахмала; сократился расход пара и электроэнергии на стерилизацтию дрожжевого сусла и бродильных аппаратов и частота операций по их мойке и дезинфекции.

                                                                

     

                                                                                      Технологические показатели брожения

     

    Технологические показатели зрелой бражки характеризуют работу не только бродильного цеха, но и всех предыдущих цехов и участков производства – разваривания сырья, выращивания солода или культуры плесневелых грибов, осахаривания, вакуум-охлаждения, приготовления дрожжей и др. Ошибки в технологии, допущенные в предыдущих цехах, обнаруживаются в показателях зрелой бражки. Важнейший из этих показателей: содержание РВ и истинных сухих веществ бражки (истинный отброд), видимая плотность (видимый отброд), кислотность и крепость бражки (содержание спирта).

    Видимая плотность бражки - видимый отброд по показаниям сахарометра-плотномера - зависит от доброкачественности сусла: чем выше доброкачественность сусла, тем ниже плотность. При высокой доброкачественности, например 90% для кукурузы, плотность равна +1,2%, для ячменя с 80% доброкачественностью плотность будет +1,1%. Ориентировочно при увеличении и уменьшении доброкачественности на 1% соответственно видимая плотность понижается или повышается на 0,2%. Первоначальная концентрация сбраживаемого сусла существенно влияет на значение видимой плотности.

    При осахаривании разваренной массы сырья ферментными препаратами плесневелых грибов или бактерий, особенно глубинной их культуры, видимая плотность значительно выше, чем при осахаривании солодом. Увеличение ее объясняется гидролизом пектиновых веществ, гемицеллюлоз, В-глюканов и других веществ зерна не гидролизуемых солодом из-за отсутствия в нем соответствующих ферментов.

    О качестве брожения правильнее всего судить по количеству оставшихся несброженных РВ, которые определяются в фильтрате бражки до двухчасового гидролиза с 2%-ной HCL и после него. По этим двум значениям можно составить представление о составе оставшихся несброженных сахаров и декстринов. Несброженные сахара бражки состоят из пентоз (ксилозы, арабинозы), мальтозы и глюкозы. Однако редуцирующей способностью обладают и декстрины, что не учитывается при определении редицирующих веществ в бражке РВ до гидролиза (все РВ принимаются за мальтозу).

    Кроме того, к декстринам относят все вещества, образующие при кислотном гидролизе редуцирующие вещества РВ, в том числе и другой природы. В бражке из дефектного зерна обнаружены растворимые вещества, которые не осахариваются солодом, но после гидролиза с НСL редуцируют раствор Фелинга.

    Сведения о содержании в бражке мальтозы, декстринов и РВ (т.е. несброженных веществ) в зависимости от вида перерабатываемого сырья приведены в таблице

     

    Сырье

    Мальтоза

    Декстрины

    РВ после гидролиза

    Картофель

    0,25 … 0,40

    0, 1 … 0,6

    0,6 … 1,0

    Кукуруза

    0,3 … 0,45

    0,45 … 0,6

    0,8 … 1,0

    Просо

    0,3 … 0,45

    0,45 … 0,6

    0,8 … 1,0

    Овес

    0,3 … 0,45

    0,6 … 0,8

    0,9 … 1,2

    Ячмень

    0,35 … 0,55

    0,8 … 1,1

    1,0 … 1,5

    Рожь

    0,5 … 0,8

    0,8 … 1,0

    1,2 … 1,8

     

    Если показатели, определенные при анализе бражки, значительно превышают пределы, указанные в таблице, особенно содержание декстринов, то это свидетельствует о ненормально проходившем брожении и доосахаривании. Об инфицировании спиртового брожения судят по нарастанию кислотности зрелой бражки. Если приняты достаточные меры по устранению инфицирования, то в бражке развиваются только дрожжи и ее кислотность повышается на 0,2%; большее нарастание кислотности свидетельствует о развитии инфекции.

    При спиртовом брожении дрожжам сопутствуют главным образом молочнокислые бактерии. Нарастание кислотности свыше 0,2% сверх нормативной соответствует тратам примерно 0,6% всего сбраживаемого сахара, а нарастание кислотности на 1 градус вызывает понижение выхода спирта на 2,3 дал из 1 тонны крахмала. С нарастанием кислотности бражки уменьшается рН. Начиная с рН 4,2 (титруемая кислотность 0,8 гр.), амилазы солода в бражке не обнаруживаются. Глюкоамилаза и мальтаза аспергиллов в отличие от ферментов солода кислотоустойчивы и осахаривают крахмал при рН 4 – 3,8; а-амилаза инактивируется при таком же рН, как и солодовая, но в меньшей мере.

    Сопоставление показателей таблицы показывает, что лучшая зрелая бражка при проточно-циркуляционном способе, средняя – по циклическому способу и худшая – по периодическому способу.

    При всех преимуществах непрерывно-проточный способ сбраживания с рециркуляцией сусла внедряется медленно, больше заводов работает по циклическому способу сбраживания . Сказывается пока отсутствие действенных стимулов в борьбе за качество и экономичность производства этилового спирта.

     

    Назад, на главную страницу

     

    Схемы непрерывных бродильных установок с элементами под вакуумом

     

    Интенсификация непрерывного сбраживания мелассного сусла с применением вакуума

     

    Аппараты непрерывного сбраживания сусла из крахмала

     

    Математическое моделирование и расчет дрожжегенераторов

     

    Теория непрерывного процесса перемещения жидкости в батарее сообщающихся сосудов

     

    Влияние увеличения концентрации сухих веществ в исходном сусле на динамику накопления спирта

     

     

 

Яндекс.Метрика

 

Бродильная батарея для непрерывного сбраживания осахаренного сусла

 

Hosted by uCoz