CC BY
51
Стабилизация биотехнологических характеристик свекловичных меласс
как один из путей повышения эффективности дрожжевого производства
Т.В. Тулякова, А.В. Пасхин
ВНИИ пищевой биотехнологии В.Ю. Седов
«Вестфалия Сепаратор АГ», Московское представительство
В России, как и во всем мире, основным сырьем для получения пекарских дрожжей служит свекловичная меласса.
Исследования, проводимые в институте ВНИИ пищевой биотехнологии в течение многих лет, показали, что химический состав свекловичных меласс России и их биотехнологичес-
кие характеристики не стабильны. В табл. 1 приведены усредненные показатели химического состава свекловичных меласс и их отклонения от средних значений по годам. Из приведенных данных видно, что в последние годы отклонения всех показателей химического состава меласс от их средних значений не стали значимо
Таблица 1
Усредненный химический состав свекловичных меласс России по годам
1957 г. 1965 г. 1990 г. 2003 г.
Показатель среднее значение отклонение от среднего значения, % среднее значение отклонение от среднего значения, % среднее значение отклонение от среднего значения, % среднее значение отклонение от среднего значения, %
Концентрация СВ, % 74 10,2 77,8 11 74 12,5 75,5 8
Содержание сахара, %
по прямой поляризации 48,2 10,5 47,7 13,3 48 7 45 10
инверт 1,56 274 2,73 239 2,0 495 0,91 189
Активная кислотность, рн - - 6,7 16 7,5 22 6,64 12
Доброкачественность, % 62,6 16 62,7 10 60 9,5 59,7 7,5
Содержание азота, %
общего 1,27 71 1,38 82 1,4 64 1,48 11,5
аминного 0,35 62 0,32 78 0,3 83 0,297 48,5
Таблица 2
Химический состав свекловичных меласс сезона сахароварения 2003 г.
Показатель Значение показателя
минимальное среднее максимальное
Концентрация CB, % 69,8 75,5 82
Содержание сахара, %
по прямой поляризации 40 45 49
инверт 0,58 6 4 0,91 6 64 4,02 8
Доброкачественность, % 55 59,7 6,4
общего 1,34 0 13 1,48 0 237 1,69 0,36
Окись калия (К20), % 3,0 3,42 3,8
Летучие кислоты, % 0,85 0,92 0,02 0,02 0,99
Окись магния (МдО), % 0,24 0,31 0,86 0,86 0,41
меньше, т. е. не наблюдается тенденция стабилизации качественных показателей свекловичных меласс. Кроме того, мелассы стали более кислыми, а содержание в них сбраживаемых сахаров и аминного азота уменьшилось.
В табл. 2 приведены результаты анализа 25 образцов свекловичных меласс, полученных нами с 12 сахарных заводов России в 2003 г.
Из приведенных данных видно, что содержание сухого вещества в мелассах колебалось от 69,8 до 82 %, содержание сбраживаемых сахаров от 40 до 49 %, содержание аминного азота от 0,13 до 0,36 %.
Анализ показателей инфицирован-ности исследованных образцов меласс показал, что общее количество микроорганизмов в 1 г мелассы в различных образцах меласс изменялось от 1 х 103 до 2,5 х 105 , то есть в сотни раз. Не постоянен также и состав микрофлоры. Существенные различия в характеристиках меласс явились причиной нестабильности результатов ферментации дрожжей.
В табл. 3 приведены результаты культивирования дрожжей с использованием исследованных 25 образцов меласс. Культивирование проводили на опытной установке вместимостью 10 л по стандартной методике. В качестве инокулята использовали сушеные дрожжи одной партии.
Данные табл. 3 подтверждают нестабильность биотехнологических свойств меласс даже одного сезона сахароварения.
Выход дрожжей колеблется от 60 до 87 %, качество дрожжей, выраженное величиной первого подъема теста (подъемная сила дрожжей), изменялось от 38 до 52 мин.
Причинами нестабильности химического состава и биотехнологических характеристик мелассы являются (по Матвеевой И.В. и др., 2001 г.)
• различия климатических условий вегетации свеклы в регионах России;
• длительность уборки свеклы и, как следствие, различия в зрелости свеклы перед ее переработкой;
• отличия технологии переработки свеклы на сахарных заводах России;
• несоблюдения технологической и санитарной дисциплины на некоторых сахарных заводах;
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Таблица 3
Результаты ферментации пекарских дрожжей
Показатель Значение показателя Отклонение от среднего значения в %
минимальное среднее максимальное
Выход дрожжей, / М46 • 100 %) 60 78,4 87,3 17,4
Удельная скорость роста дрожжей, ч-1 0,09 0,102 0,12 15
Время первого подъема теста, мин 38 45 52 15
Осмочувствительность дрожжей, мин 5 13 21 61
• длительное время хранения свеклы до переработки;
• нарушения правил хранения и транспортировки меласс.
Обеспечить дрожжевую промышленность сырьем стабильного качества и устранить все указанные причины в ближайшее время не представляется возможным.
Единственный возможный выход из сложившейся ситуации - это стабилизация битехнологических характеристик меласс на самих дрожжевых заводах. Дрожжевые заводы ведущих иностранных компаний уже давно оснащены автоматическими линиями подготовки растворов мелассы, которые включают в себя разбавление мелассы водой до определенной плотности, подкисление раствора серной кислотой, механическое удаление образовавшихся коагулянтов, стерилизацию полученного осветленного раствора. Данные линии не только стабилизируют такие показатели, как концентрация сухого вещества, рН раствора, его цветность, но и позволяют существенно повысить биотехнологические характеристики питательной среды.
Известно, что в свекловичных мелассах содержатся такие летучие кислоты, как уксусная, муравьиная, мас-
ляная, которые являются ингибиторами роста дрожжей. Причем большая часть летучих кислот находится в связанном состоянии в виде солей. Соли летучих кислот значительно менее вредны для дрожжей, чем свободные кислоты. Однако в процессе ферментации под действием серной кислоты соли летучих кислот переходят в свободное состояние и тормозят процессы роста и размножения дрожжей. Предварительное подкисление раствора мелассы позволяет перевести большую часть имеющихся в мелассе связанных летучих кислот в свободное состояние, а затем удалить их в вакуумном расширителе, т. е. на стадии подготовки питательной среды.
Как известно, особенностью российских свекловичных меласс является повышенное содержание солей кальция.
В среднем по России содержание кальция, по данным 2003 г., составляет 0,7 %, в пересчете на СаО. В Ф.Р.Германии аналогичный показатель составляет 0,12 %.
При высоком содержании солей кальция в мелассе добавление серной кислоты в ферментеры в процессе культивирования дрожжей приводит к образованию нерастворимого гипса. Наличие гипса в культуральной среде
снижает скорость диффузии кислорода и приводит к лимитированию процессов роста и размножения дрожжей по кислороду. В конечном итоге гипс попадает на тарелки дрожжевых сепараторов, что снижает эффективность их работы и, как следствие, влияет на качество конечной продукции.
Современные автоматические линии подготовки растворов мелассы предусматривают удаление гипса, образовавшегося при предварительном под-кислении раствора мелассы, седиментацией и механическим отделением на кларификаторах с последующей обработкой осадка на декантере (двух ступенчатая схема) для извлечения остаточного сахара и возврата его в процесс.
Учитывая, что контаминация основной культуры при культивировании дрожжей происходит из-за высокого содержания посторонней микрофлоры в мелассе, описываемые линии подготовки среды предусматривают стерилизацию раствора мелассы острым паром. Воздействие высокой температуры в течение длительного времени на растворы мелассы, с одной стороны, может вызвать снижение содержания сбраживаемых сахаров из-за образования карамелей и меланоидов. С другой стороны, недостаточная температурная обработка не гарантирует стерильность раствора мелассы. Современные автоматические линии подготовки растворов мелассы обеспечивают строгое соответствие между температурой нагрева и временем воздействия этой температуры на растворы мелассы.
На рисунке приведена схема автоматической линии подготовки раствора мелассы, с успехом внедренная на дрожжевом заводе ЗАО «Энзим» (г. Львов, Украина).
Сырая меласса из сборника непрерывно подается насосом в смеситель,
где смешивается с горячей водой. Параметры необходимой концентрации раствора мелассы в пределах 38-42 0 Впх задаются в систему управления и автоматически поддерживаются расходами потока сырой мелассы и горячей воды.
Для подкисления раствора мелассы в смеситель подается серная кислота. Соответствие показателя рН заданной величине контролируется автоматически.
В смесителе с помощью встроенного эжектора происходит предварительный нагрев раствора мелассы до температуры примерно 60 0С. Из смесителя раствор мелассы по переливной трубе поступает в промежуточный сборник. С определенного уровня промежуточного сборника раствор мелассы насосом через теплообменник подается в секцию стерилизации. В теплообменнике происходит вторичный предварительный нагрев раствора мелассы с 60 до 90 0С.
Секция стерилизации состоит из парового эжектора и стерилизационного выдерживателя. В эжекторе горячий раствор мелассы смешивается с острым паром, при этом температура раствора повышается до температуры стерилизации 123...130 0С. Стерилиза-ционный выдерживатель рассчитывается, исходя из заданной температуры
стерилизации и необходимого времени выдержки раствора при этой температуре. При отклонении температуры стерилизации от заданной, после сте-рилизационного выдерживателя, раствор мелассы с помощью автоматических клапанов возвращается в промежуточный сборник.
Быстрое охлаждение раствора мелассы после стерилизации достигается применением вакуумного расширителя. В расширителе благодаря мгновенному снижению давления происходит процесс испарения добавленной при стерилизации влаги, при этом температура раствора мелассы понижается примерно до 95...100 0С. При испарении из раствора мелассы удаляются и свободные летучие кислоты, ингибирующие рост дрожжей, и пары воды.
С целью регенерации тепла стерильная горячая меласса из вакуумного расширителя насосом подается на теплообменник. В теплообменнике горячая стерильная меласса охлаждается примерно до 65 0С, нагревая при этом поступающий на стерилизацию раствор мелассы. Для удаления образовавшихся при подкислении и нагреве гипса карамелей, коллоидов и других механических примесей раствор мелассы после теплообменника подается на высокоэффективный клари-
фикатор фирмы «Вестфалия Сепаратор АГ».
Пар из вакуумного расширителя поступает в конденсатор пара, представляющий собой кожухотрубный теплообменник. Данный теплообменник служит для приготовления горячей воды, которая подается в буферную емкость, из которой затем насосом подается в смеситель для приготовления раствора мелассы. 0светленный стерильный раствор мелассы после кла-рификатора поступает в сборник стерилизованной мелассы. Для соблюдения условий асептики линия подключена к автоматической станции безразборной мойки (С1Р).
Производительность всей линии по приготовлению стерильного раствора мелассы определяется производительностью кларификатора.
Фирма «Вестфалия Сепаратор АГ» поставляет кларификаторы с производительностью от 3 до 20 м3/ч в зависимости от требуемой производительности.
Реализованное решение автоматической линии подготовки раствора мелассы позволяет эффективно решать вопросы, связанные с ее нестабильностью. Получаемая после линии меласса всегда имеет стабильные биотехнологические характеристики, которые позволяют получать предсказуемые результаты ферментации дрожжей.
