Процесс сбраживания осветленного зернового сусла на этанол с применением рециркуляции дрожжей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ИЗВЕСТ

R$m

Рис. 2

мация зависимостей в плоскостях сечении осуществлена логарифмическими линиями тренда в растворе с добавкой 0,005% ФПМ (кривая 2):

К = 727,99 Ьп (1?елк) + 874,85 Я2 = 0,9997; (4) в растворе с добавкой 0,005% АМГС-50 (кривая

3):

К = 942,13 1л1 (Не„) + 1068,5 Я2 = 0,9995; (5) где Я2 — величина достоверности аппроксимации.

Для сравнения, скорость кристаллизации сахарозы из чистого раствора на осциллирующих кристаллах может быть выражена (кривая 1)

К = 729,44 Ьп (Иелк) + 792,34 Я2 = 0,9915. (6) Графическая интерпретация по формулам (4-6) показывает (рис. 2), что наблюдается параллельное расположение кривой 2 относительно кривой 1 и почти параллельное — кривой 3, что свидетельствует о практически неизменном действии ПАВ на подвижных поверхностях кристаллов. Объяснением этому может являться то, что действие ПАВ осуществляется на мономолекулярном уровне адсорбционного слоя поверхности кристаллов, а относительные осцилляции кристаллов в растворе проявляются в уменьшении толщины гидродинамического слоя. Различие порядков этих величин

весьма существенно. На этом основании можно сделать вывод о конгруэнтности влияния ПАВ и вибрации на процесс кристаллизации сахарозы. Сравнительные оценки скорости кристаллизации по логарифмическим зависимостям для осциллирующих кристаллов, а также в неподвижном слое приведены в таблице и подтверждают вывод об отсутствии синергизма действия АМГС-50, ФПМ и вибрации в изученных условиях.

ВЫВОД

Проведенные исследования показывают, что в изученных условиях роста кристаллов сахарозы действие АМГС-bQ, ФПМ и вибрации конгруэнтно, что объясняется различием механизмов действия ПАВ (мономолекулярный адсорбционный слой на поверхности кристаллов) и вибрации (гидродинамический пограничный слой).

ЛИТЕРАТУРА

1. Подгорнова Н.М., Петров С.М., Шестов А.Г. Оценка массовой кристаллизации сахарозы в вибрирующем слое при низких температурах / / Сахарная пром-сть. — 1998.

— № 3. — С. 25-27.

2. Zagrodzki S., Marczynski J. Einflus der Vibration auf die Geschwindigkeit der Saccharosekristaliisation / / Kristall und Technik. — 1973. — Bd. 8, Heft 4. — S. 483-490.

3. Захаров К.П. Влияние механических колебаний на скорость кристаллизации сахарозы. — Тр. КрНИИПП. — 1967.

— Т. IV. — С. 50-52.

4. Григоров С.В., Тужилкин В.И., Говорунов Н.В. Кри-

сталлизация охлаждением утфеля III при воздействии прерываемых колебаний промышленной частоты // Пищевая пром-сть, Серия 3, Сахарная и крахмало-паточная пром-сть. — М.: ЦНИИТЭИпищепром. — 1986. —

С. 13-16.

5. Ропотенко Я.Г. Применение поверхностно-активных веществ для интенсификации процесса кристаллизации сахара: Обзор. — М.: ЦНИИТЭИпищепром. — 1973. — 23 с.

6. кристаллизация утфелей с добавками поверхностно-активных веществ / Я.Г. Ропотенко, З.И. Береговая, Л.В. Еременко и др. // Сахарная пром-сть. — 1975. — № 5.

— С. 9-12.

7. Кинетика кристаллизации утфелей при добавлении поверхностно-активных веществ / Я.Г. Ропотенко, Ю.Д. Кот, З.И. Береговая и др. // Реф. сб. ’’Сахарная пром-сть”. — 1975. — Вып. 12. — С. 1-4 (ЦНИИТЭИпищепром).

Кафедра процессов и аппаратов химических и пищевых производств Кафедра технологии сахаристых веществ Кафедра физической и коллоидной химии

Поступила 19.01.99

663.45:663.12

ПРОЦЕСС СБРАЖИВАНИЯ ОСВЕТЛЕННОГО ЗЕРНОВОГО СУСЛА НА ЭТАНОЛ С ПРИМЕНЕНИЕМ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ДРОЖЖЕЙ

С.В. ВОСТРИКОВ, О.Ю. МАЛЬЦЕВА,

Е.В. КОНЧАКОВА, Е.В. ФЕДОРОВА

Воронежская государственная технологическая академия

В условиях рыночной экономики ввиду необходимости снижения себестоимости выпускаемой продукции перед спиртовой промышленностью стоят задачи по разработке и внедрению новых ресурсосберегающих технологий, позволяющих сократить потери, максимально использовать отходы производства. Одной из таких технологий являет-

ся применение частичной или полной рециркуляции дрожжей.

Нами исследована динамика выделения углекислого газа, накопление биомассы дрожжей, этилового спирта и примесей (ацетальдегида, этила-цетата, пропилового, изобутилового и изоамилово-го спиртов) при применении рециркулируемых дрожжей для сбраживания осветленного зернового сусла.

Использовали осветленное осахаренное зерновое сусло с массовой долей сухих веществ СВ 16%,

pH 5, cerevis

С00ТВЄ'

которь: лучаел предьц мертвь ских мой t деляли 301 с pH 3,5' 30 ч.

Ско; маном ток по, рацию хромат дарта активі

На

НИЯ у] ного ции д; На пе{ скорос ч бро> тенсш что ос утили, рость опыте троль) вьіделі куляц] см3С0 Ми: ли для ет О С1 Дик

НИИ 0<

рецирі на на Щ классу дится броже проце< клетоь резкое

М, 1999

можно ПАВ и «розы, изации ;цилли-зм слое 1В0Д об

\ ФПМ

, что в 1харозы груэят-! дейст-лй слой идроди-

Оценка цем слое - 1998.

м гл1 (Не / Ю^аИ 1-490. на скоро-. - 1967.

Д.В. Кри-здействии л // Пи-

|-паточная Э86. -

ивных ве-ации саха-!. - 23 с. тно-актив-вая, Л.В. .. - № 5.

ши повер-Ю.Д, Кот, >м-сть”. — юм).

5:663.12

о

циркуля-

ия угле-кей, эти-а, этила-амилово-ируемых зерново-

>е зерно-СВ 16%,

pH 5,2 и спиртовые дрожжи Засскаготцсез cerevisiae XII расы в количестве 160 млн/см (что соответствует 20 г/дм3) для каждого опыта, из которых 20% — рециркуляционные дрожжи, получаемые отделением от культуральной среды предыдущего брожения и засеваемые с учетом мертвых клеток. Было осуществлено 3 периодических цикла брожения с частично рециркулируемой биомассой дрожжей. Дрожжи от бражки отделяли центрифугированием на центрифуге ЛЗ-301 с последующей отмывкой и подкислением до pH 3,5-4,5. Сусло сбраживали при 30°С в течение 30 ч.

Скорость выделения углекислого газа измеряли манометром Варбурга, количество дрожжевых клеток подсчитывали на камере Горяева [1], концентрацию спирта и примесей определяли на газовом хроматографе ЛХМ-80 методом внутреннего стандарта [2], количество СВ — рефрактометрически, активную кислотность — на рН-метре.

-45—Кситроп*•0-р*цяр«уля»о'я ' — Р«*р«5Па1|»я2

Рис. 1

На рис. 1 представлен график скорости выделения углекислого газа при сбраживании осветленного зернового сусла с применением рециркуляции дрожжей. Все кривые имеют подобный вид. На первые 3-7 ч брожения приходятся максимумы скоростей выделения диоксида углерода. После 12 ч брожения для всех опытов характерен спад интенсивности процесса, свидетельствующий о том, что основное количество сбраживаемых углеводов утилизировано дрожжами. Максимальную скорость выделения диоксида углерода наблюдали в опыте без использования возврата дрожжей (контроль) — 17 см3С02/мин. Максимальная скорость выделения диоксида углерода для 1, 2 и 3-й рециркуляций составляла соответственно 13, 11 и 7

см

’СО,/

мин.

Минимальную скорость сбраживания наблюдали для 3-го процесса брожения, что свидетельствует о снижении бродильной активности дрожжей.

Динамика накопления биомассы при сбраживании осветленного зернового сусла с применением рециркуляции 20% засевных дрожжей представлена на рис. 2.

Кривые динамики накопления биомассы имеют классический вид. Стадия возбраживания приходится на первые 2 ч брожения, стадия главного брожения длится с 9 по 14 ч, после чего начинается процесс дображивания и количество дрожжевых клеток снижается. Начиная с 22-го ч наблюдается резкое снижение концентрации дрожжей, что сви-

Концентрация кмтм. нпнГси3

■'Контроль"' Рацмрсумцм 1 -(!кРе1зд*упяция2 -К-Реичжуияц** 3

Рис. 2

детельствует о неблагоприятных условиях для их размножения.

Вид кривой, характеризующей накопление биомассы дрожжей 1-й рециркуляции, подобен виду кривых для засевных дрожжей. Однако начало главного брожения уменьшается на 9 ч, а стадия главного брожения увеличивается до 20 ч. Это свидетельствует о том, что дрожжи в засеве с добавлением 20% от предыдущего брожения лучше адаптированы к условиям сбраживаемой среды и их физиологическое состояние более активно. Это можно наблюдать и на стадии 2-го процесса сбраживания, где максимум накопления приходится уже на 6-9 ч брожения. Несмотря на адаптацию дрожжевых клеток к условиям сбраживаемой среды, их активность (мальтазная и зимазная) постепенно снижается, что подтверждается кривой динамики накопления биомассы дрожжей 3-й рециркуляции. Невысокий прирост биомассы происходит на первых 2 ч брожения, затем количество клеток постепенно снижается. Во 2-м и 3-м опытах накопления дрожжевых клеток не происходит, что можно объяснить агломерацией и автолизом дрожжей, недостатком фосфорного и азотного питания для поддержания их физиологической активности. При рассмотрении кривых выделения диоксида углерода и накопления биомассы дрожжей можно констатировать, что применение дрожжей для рециркуляции целесообразно в первых двух циклах в количестве 20% от величины засева.

На рис. 3 представлена диаграмма концентрации этилового спирта в конце сбраживания осветленного зернового сусла с применением рециркуляционных дрожжей. С увеличением числа рециркуляций накопление этилового спирта снижается, что связано с ухудшением бродильной активности дрожжей. Так, для засевных дрожжей объемная доля этанола в конце брожения контроля составила 6,25% об., для 1, 2 и 3-й рециркуляций — 5,92; 5,78 и 4,97% об. соответственно.

Несмотря на то, что максимальное количество спирта накапливается при сбраживании исходными засевными дрожжами (6,25% об.), для последующих рециркуляций это количество отличается незначительно.

Изменение суммы примесей (ацетальдегида, этилацетата, пропанола, изобутанола, изоамилола) при сбраживании осветленного зернового сусла в циклах с применением рециркуляционных дрожжей представлено также на рис. 3.

0.003 I

3

і

Кола-истм рммрфлм#й

СЗСгадрт -<>-Прииве*':С(И1»»)

Рис. 3

Из графика видно, что суммарное количество примесей с увеличением числа рециркуляций снижается с 0,0067% об. для контроля до 0,0032% об. для 3-й рециркуляции. Такой характер графика можно объяснить снижением бродильной активности дрожжей, что подтверждается графиками выделения углекислого газа и динамикой накопления биомассы спиртовых дрожжей.

С увеличением числа возврата засевных дрожжей происходит замедление процессов, связанных с утилизацией основных компонентов сусла, а следовательно, снижается вероятность появления и накопления сложных промежуточных и побоч-

ных продуктов биохимических реакций при спиртовом брожении в периодическом процессе.

выводы

1. Исследована возможность и целесообразность рециркуляции отделенной от культуральной среды биомассы и использование ее для засева в ряде последовательных брожений.

2. Оптимальным количеством для рециркуляции следует считать 20% от общего количества выделенных после брожения дрожжей в течение двух генераций. Дальнейшее использование таких дрожжей ведет к снижению эффективности процесса сбраживания.

3. Необходимо применение аэрации и других приемов реактивации дрожжей после каждого цикла брожения, которые могут обеспечить 100%-е использование рециркулируемых дрожжей для обеспечения засева.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методические указания к лабораторным занятиям по технической микробиологии: Для студентов специальностей 270100, 270300, 270400, 270500, 270900, 271100 / Сост. B.C. Григоров, Г.П. Шеламова, О.С. Корнеева и др. — Воронеж: Изд-во ВГТА, 1996. — С. 31.

2. Столяров Б.В., Савинов И.М., Витенберг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии.

— Л.: Химия, 1988. — 335 с.

Кафедра технологии бродильных производств и виноделия

Поступила 26.11.98

уравн

R

Коні

Са(0

моль/

0

Дл:

Примі

где

664.1.038.22:546.4.04

ДИССОЦИАЦИЯ ГИДРОКСИДА КАЛЬЦИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

В.М. ПЕРЕЛЫГИН, Н.М. ПОДГОРНОВА,

А.И. СИТНИКОВ

Воронежская государственная технологическая академия

Известно [1—3], что гидроксид кальция в водных растворах полностью диссоциирует по 1-й ступени и частично — по 2-й. Однако в литературе данные о температурной зависимости константы диссоциации СаОН отсутствуют, а сведения о константе диссоциации для стандартной температуры противоречивы. По данным [2, 4, 5], константа диссоциации равна 1,65-10 *; 1,7-10 2; 5-10 2 соответственно.

Задача настоящего исследования — определение константы диссоциации в температурном интервале 298,15-353,15 К на основе измерений pH водных растворов Са(ОН)2,

Для приготовления растворов гидроксида кальция использовали свежепрокаленный СаО квалификации х.ч., навеску которого вносили в термо-статируемую ячейку, помещенную в изолированный бокс 6БП1-НЖ, заполненный инертным газом (азот). Оксид кальция гасили горячей дважды дистиллированной водой при температуре 353,15-358,15 К и охлаждали до заданной температуры. Приготовленный раствор использовали в качестве электролита цепи, включающей стеклянный электрод ЭСЛ 63-07 и хлорсеребряный электрод ЭВЛ-

1М3.1. С помощью иономера И-130 измеряли ЭДС цепи с точностью ±0,1 мВ. Значения ЭДС использовали для определения pH растворов по калибровочным зависимостям, полученным для стандартных буферных растворов [б]. Величины pH приведены в табл. 1, данные которой использовали для анализа ионных равновесий в водных растворах Са(ОН)2:

Са(ОН)2(тв) -* СаОН+ + ОН'

Са + ОН"

Константа диссоциации СаОН+

где т,

к =

2+

Са

т,

Са

2+ 2+

У С?

(1)

(2)

ГГI,

СаОН

— / + 4-

ОН ^ОН ' тСаОН У СаОН > тОН И У Сі > У СаОН > УоН

моляльные концентрации и коэффициенты активности соответственно ионов Са , СаОН+, ОНТ Если т — моляльная концентрация Са(ОН)й

в растворе, то в соответствии с степень диссоциации СаОН+

а = тГ

2+

/ тс

+ тг

= тг

2+

/

т.

‘Са / Са 1 '"-СаОН - "‘Са

С учетом уравнений материального баланса

2+

(if

т

т.

Са

+ т,

тп

т + т.г

СаОН >

= т (1 + а);

Be,

И0Н01

И0Н0І

Ио (3), (

Из

будел

Си но т числе точне