Прикладные направления биотехнологии. Биохимические и бродильные производства

Производство кормового белка

Для нормального функционирования организма, построения клеток и тканей, необходимы белковые соединения. Человек и животные не могут сами синтезировать ряд аминокислот — валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.

Если содержание белков в пище ниже нормы, этот дефицит компенсируется белковыми добавками, например, сои, риса, гороха.

Для животных готовят специальные комбикорма с добавлением отходов рыбной, мясной и молочной промышленности, а также шротов и жмыхов от получения растительных масел.

Но особый интерес представляет использование микроорганизмов. Перечислим преимущества этого направления в технологии производства пищевых продуктов и кормов.

  • 1. Для культивирования м.о. можно использовать самые разнообразные отходы производства.
  • 2. Прирост микробной биомассы происходит намного интенсивней, чем прирост белковой биомассы в животноводстве.
  • 3. Технология несложная и не имеет сезонных ограничений.
  • 4. Продукт содержит не только белки, но также много витаминов, углеводов, липидов и минеральных веществ (Р, Са, К, Fe, Mg, Na, S, Си, Со и др.).
  • 5. Микробные белки по сравнению с растительными белками и белками животного происхождения имеют повышенное содержание незаменимых аминокислот.
  • 6. Возможность направленного генетического влияния на химический состав и ценность продукта.

Использование кормовых дрожжей дает существенную экономию и пользу. Но для промышленного производства и использования продуктов на основе м.о. необходимы тщательные исследования их действия на организм человека и животных. Основными критериями являются токсикология и усвояемость.

В натуральном виде кормовые дрожжи использовать не рекомендуется. Их применяют как добавку из расчета 1 г сухих дрожжей на 1 кг живой массы животного в сутки.

Для получения кормового белка применяют дрожжи из рода Candida и Torulopsis.

Дрожжевая клетка имеет размер в диаметре 5—7 мкм, что существенно меньше, чем у спиртовых и пекарских.

В дрожжевых клетках происходят сложные химические процессы. Для нормального роста они нуждаются в углероде, азоте, а также в неорганических элементах и специальных дрожжевых витаминах.

В качестве источника углерода они усваивают глюкозу, ксилозу, мальтозу, сахарозу, маннозу, арабинозу, уксусную кислоту, этиловый спирт и другие вещества.

Достаточное количество таких питательных веществ содержат различные отходы пищевой промышленности:

  • • барда со спиртовых заводов;
  • • соковые воды крахмальных заводов;
  • • отходы гидролизной и целлюлозной промышленности, древесные остатки хвойных и лиственных пород, остатки переработки продуктов сельского хозяйства (подсолнечная лузга, кукурузные кочерыжки, рисовая шелуха, солома хлебных злаков, шелуха их хлопковых семян).

Для выработки дрожжей необходимы содержащиеся в этом сырье гексозы.

Технология производства включает следующие стадии:

  • • подготовка чистой культуры и засевных дрожжей;
  • • подготовка субстрата гидролизата — питательной среды;
  • • выращивание дрожжей;
  • • выделение дрожжей из культуральной жидкости сгущением путем флотации и сепарированием;
  • • плазмолизирование и упаривание;
  • • сушка и витаминизирование.

Подготовка чистой культуры и засевных дрожжей

Чистой культурой считают 100 % биомассу дрожжей, рекомендованных производству для культивирования на данном сырье.

Процесс выращивания делится на стадии:

  • 1) выращивание чистой культуры в лабораторных условиях;
  • 2) выращивание засевных дрожжей в малой и большой дрожжанках;
  • 3) выращивание засевных дрожжей в малом дрожжерастительном аппарате.

Питательной средой на всех стадиях является нейтрализованный гидролизат или сульфитный щелок с pH = 5,5—5,8. К раствору добавляют питательные вещества:

Сульфат аммония из расчета 0,056 кг азота на 1 кг питательных веществ (ПВ), водная вытяжка суперфосфата 0,031 кг Р205 на 1 кг ПВ и хлористый калий 0,015 кг на 1 кг АВ. Добавляется дрожжевой гидролизат 10 л на 1 м3.

Выращивание в лабораторных условиях проводится в несколько стадий в колбах или бутылках на 0,25; 3 и 20—25 л.

Далее выращивание дрожжей в несколько этапов продолжается в дрожжерастительных аппаратах.

Процесс ведется в специальном аппарате ферментаторе. Он может работать в периодическом и в непрерывном режиме, по потребности.

За весь период подготовки накапливается 6 м3 среды с содержанием 90—100 кг биомассы. Из этого объема порциями по 1—1,5 м3 засевные дрожжи отбираются в производственный дрожжерастительный аппарат, где выращивают товарные дрожжи. Осуществляют постоянный контроль чистоты культуры. В качестве питательной добавки используют также дрожжевой гидролизат.

Гидролиз растительного сырья

При гидролизе отходов растительного сырья полисахариды переходят в моносахариды.

Для гидролиза используют серную, сернистую и соляную кислоты, концентрированные или разбавленные до концентрации 0,5—5 %.

При гидролизе разбавленными кислотами применяют серную кислоту, так как соляная очень агрессивная, а ее активность ниже. Для гидролиза концентрированными кислотами применяют и серную и соляную, но в промышленности этот способ не применяется.

Условиями гидролиза разбавленной серной кислотой 0,4— 0,6 % являются: температура 175—190° и повышенное давление. Начальное давление в гидролизаторе устанавливается на уровне 0,5 МПа.

Гидролизаторы изготавливают из титана, емкость до 160 м3. Температуру повышают подачей горячей воды.

Гидролизат отводится через фильтрующие трубы. По технологическим условиям процесса соотношение т:ж в аппарате имеет малую величину. Поэтому отбирается масса гидролизата в 15—17 раз больше, чем масса перерабатываемого сырья, например, древесины.

Остаток древесины после гидролиза — это лигнин, его удаляют под давлением 0,7—0,8 МПа.

В гидролизате, кроме сахаров содержатся вещества, которые негативно влияют на выращивание дрожжей — фурфурол, фенол, левулиновая кислота и другие. Их содержание регламентируется.

Гидролизат освобождают от вредных веществ и нейтрализуют известковым молоком или раствором аммиака.

Для освобождения от фурфурола гидролизат продувают паром.

Реакции при нейтрализации:

Одновременно нейтрализуются органические кислоты.

Температуру после нейтрализации снижают до 28—32°С.

Выращивание дрожжей

Скорость накопления биомассы зависит от концентрации сахара в субстрате, количества взятых дрожжей и интенсивности дыхания дрожжевых клеток.

При выращивании дрожжей на упаренных гидролизатах с содержанием ПВ 3 % и при содержании фурфурола не выше 0,01 % за 4,5 ч получается выход 57,9 %. Дрожжевая суспензия содержит от 20 до 40 г биомассы на 1 л.

Выход дрожжей рассчитывают по сухой массе на 100 кг ПВ. Он связан со степенью использования сахара и повышается за счет использования содержащихся в гидролизатах таких веществ как этиловый спирт, уксусная, молочная и лимонная кислоты.

При добавлении отработанной (оборотной) культуральной жидкости о.к.ж. и при уменьшении содержания фурфурола выход дрожжей повышается.

Выделение биомассы дрожжей из культуральной жидкости

Для выделения биомассы применяются методы отстаивания, фильтрации, центрифугирования, сепарирования и выпаривания.

Широкое применение имеет флотационный метод. Благодаря наличию полисахарида хитина дрожжи обладают флотационной способностью.

Флотационный способ организуют как непрерывный. По сравнению с сепарированием (центрифугированием) он более экономный, использует более простое оборудование.

При центрифугировании процесс ускоряется в 5000— 6000 раз. Под действием центробежной силы дрожжевые клетки отбрасываются к стенкам.

Дрожжевой концентрат за 2—5 с сгущается до 10—15 % от начального объема.

Упаривание дрожжевой суспензии проводится на вакуумных установках. Витаминный состав белкового вещества сохраняется при условии, если температура не превышает 80—85°С.

Упаривание проводят в однокорпусных и многокорпусных установках до содержания 20—25 % СВ.

Сушка и витаминизация

Это заключительная стадия получения товарного продукта. Товарные дрожжи должны содержать не более 10 % влаги.

Такой продукт можно длительно хранить и транспортировать.

Сушка на вальцовых сушилках проводится при температуре 150°С. Такие условия — достаточно жесткие, и продукт частично разлагается.

Более мягкой является распылительная сушка, при которой подается горячий воздух (300—400°С). В процессе сушки температура в рабочем пространстве сушилки снижается до 80°С.

Для повышения кормовой ценности дрожжей их витаминизируют.

Используют три способа:

  • 1) в процессе выращивания дрожжей;
  • 2) облучением УФ лучами;
  • 3) добавлением витаминов в готовый продукт.

Витаминизация в процессе выращивания достигается подбором культуры.

Содержащийся в дрожжах эргостерин при облучении УФ-лучами переводится в витамин D2.

Добавление готовых витаминов производится в случае их нехватки в выпускаемом продукте. Витамины в дозированном количестве подаются в дрожжевой концентрат перед сушкой. Они сорбируются из растворов и в дальнейшем сохраняются в сухих дрожжах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >