Двопотоковї способи зброджування

Спосіб безперервного зброджування мелясного сусла у промислових умовах вперше був застосований С.В. Лебсдєвим і Д.Н. Климовським у 1937 р. на Монас-тирищенському спиртовому заводі. Сутність цього способу полягала в тому, що основне сусло зброджувалося у чотирьох послідовно з'єднаних апаратах дріжджа­ми, які виділені із дозрілої бражки на сепараторах. Виробничі дріжджі із дріжджо-генераторів (активаторів) і основане сусло поступали у нижню частину 1-го броди­льного апарата, бражка піднімалась, переливалася в нижню частину 2-го апарата, нього - в 3-й. Два останні апарати були з'єднані трубою у верхній частині. Дозрі­лу бражку відводили із нижньої частини 4-го апарата, де осаджувалися дріжджі, перед сепаруванням її спрямовували в декантатор для відділення мертвих дріж­джових клітин і осаду. Нижній шар спускали у збірник бражки, а верхній - сепару­вали, спрямовуючи бражку в той же збірник.

Для вирощування виробничих дріжджів готували мелясне сусло для дріжджів концентрацією 11-12% СР, підкисляли його сірчаною кислотою до 1,1-1,3 град (рН 4), додавали мінеральні живильні солі і безперервно подавали в два послідовно пра­цюючі активатори, у яких сусло змішувалось із дріжджами. В активаторах сусло збро­джувалося до 5% СР і безперервно зливалось у 1-й бродильний апарат, де змішу­валось із основним суслом концентрацією 30-34% СР у співвідношенні 1:1. Ступінь зброджування основного сусла регулювали його притоком. Видиму концентрацію сухих речовин бражки підтримували у 1-му бродильному апараті 14%, у 2-му - 10, у 3-му-6,5 і у 4-му-до 6,1%. Концентрація спирту у зрілій бражці була 8,8-9,0 об.%. Основний принцип двопотокового способу зберігся до цього часу. Його особ­ливість - виділення дріжджів із зрілої бражки сепаруванням і повернення їх в голо­вний апарат бродильної батареї для багаторазового використання, в результаті чого зменшуються витрати цукру на синтез нової біомаси і підвищується вихід спирту приблизно на 2%.

При багаторазовому використанні дріжджів, не зважаючи на високу концент­рацію життєдіяльних дріжджових клітин, в результаті швидкого настання стадії головного бродіння пригнічується процес дихання і сповільнюється процес брунь-

 

кування клітин. Приріст нових дріжджових клітин урівноважується відмиранням старих; неактивні клітини замінюються молодими, фізіологічне діяльними.

Із збільшенням концентрації життєдіяльних дріжджів у бражці і зменшенням залишкових живильних речовин сповільнюється процес брунькування і розмно­ження; швидкість розмноження обернено пропорційна концентрації дріжджових клітин.

Багатократне використання дріжджів, які повертають на початок бродіння, при­зводить до скорочення і усунення лаг-фази, навіть логарифмічної фази, підвищує інтенсивність зброджування. Дріжджі весь час знаходяться в стаціонарній фазі роз­витку. Енергія бродіння при 2-4-кратному їх використанні підвищується.

В УкрНДІСПі вивчали вплив високих концентрацій дріжджів і багаторазового їх використання на процес зброджування мелясного сусла. із збільшенням концен­трації, посівних дріжджів зменшується їх приріст, із кожним наступним повернен­ням відсепарованих із зрілої бражки дріжджів для зброджування сусла збільшуєть­ся кількість мертвих і зменшується число брунькуючих клітин. При шестикратно­му поверненні дріжджів, виділених із дозрілої бражки, вміст летких кислот підви­щується із 350 до 600 мг/л, вміст альдегідів - із 0,0062 до 0,0074 об.%. При збро­джуванні мелясного сусла підвищеною кількістю дріжджів, накопичених шляхом повернення із зрілої бражки, прискорюється процес зброджування, скорочується стадія головного бродіння і більш інтенсивно проходить головне бродіння. Із збіль­шенням концентрації дріжджів із 30 до 60-80 г/л тривалість зброджування скорочується із 24-26 до 13-14 год, і в цьому разі концентрація спирту у зрілій бражці збільшується на 0,4-0,5%. При подальшому збільшенні концентрації дріжджів ви­хід спирту зменшується.

У зв'язку з тим, що систематичне повернення відсепарованих дріжджів в го­ловні апарати бродильної батареї спричиняє інфікування бражки, запропонований безсепараційний спосіб.

Для двопотокового способу дріжджі вирощують на мелясному суслі низької концентрації (10-12% СР), а на зброджування надходить сусло концентрацією 32-35%. У зв'язку з тим, що готують сусло двох концентрацій, ускладнюється апара­турне оформлення, але двопотокова схема має технологічні переваги.

Апаратурно-технологічна схема зброджування меляси двопотоковим спосо­бом наведена на рис. 9.4.

Меляса із залізничних цистерн 2, зважених на вагонних вагах, по похилому лотку зливається в заглиблений резервуар 1, звідкіля через уловлювач за допомо­гою насоса подається в мелясосховище.

Кислоти із залізничної цистерни 5 насосом 4 відкачують через верхній люк, заповнюючи трубопроводи на стороні всмоктування в насос кислотою із збірника 10. Потім переключають вентилі і насосом перекачують кислоту із цистерни у збірник 6.

Розчини антисептиків і живильних речовин готують у збірниках 40 і 42 із мі­шалками і насосом 41 перекачують у розхідні збірники-мірники 7 і 9.

Передбачено кислотне асептування нерозбавленої меляси, яку ви­користовують для приготування сусла для дріжджів. Мелясу із мелясосховищ

 

насосом 43 подають через автоматичний пробовідбірник у буферні збірники 15, розміщені над вагами 14. Зважена меляса поступає в змішувач 13, де до неї дода­ють сірчану кислоту або розчин діамонійфосфату та антисептики з відповідних збірників. Для цього у ваговому відділенні встановлюють збірники 10, 7 і 9 від­повідно для добового запасу кислот, розчину солей та антисептика. Усю кількість кислот і живильних солей, розраховану на всю мелясу, вносять до неї для приго­тування суела для дріжджів. Для запобігання розкладання цукру концентрова­ною кислотою її розбавляють дво- або трьохкратним об'ємом води у змішувачі 12 з оглядовим ліхтарем. Необхідну кількість допоміжних матеріалів встановлюють за допомогою мірників 8 і 11 або градуйованих покажчиків рівня в збірниках. Із змішувача 13 меляса поступає у один із збірників асептованої меляси 39. Для усереднення меляси протягом зміни її беруть із декількох резервуарів мелясосхо-вища. У збірниках мелясу додатково перемішують за допомогою насоса 38 вели­кої потужності.

Зважена меляса, яку використовують для основного сусла, надходить через змішувач без додавання кислот і поживних солей у збірник 37 добового запасу. У цю мелясу вносять тільки розчин антисептика із напірного збірника.

Із збірників асептовану мелясу насосом подають у напірні збірники 19, а із них вона поступає в змішувач 21 для приготування сусла для дріжджів. Мелясу для основного сусла подають у напірний збірник 18, звідкіля вона поступає в змішувач 20. Задану температуру сусла підтримують зміною співвідношення холодної і гаря­чої води із напірних збірників 16 і 17.

Сусло для дріжджів із змішувача 21 безперервним потоком поступає через витратоміри у дрІжджогенератори 30.

У стерилізатор 25 і апарати 23, 24 і 26 чистої культури дріжджів мелясне сусло подають із змішувача 21, повітря - через фільтр 22. Із останнього апарату чистої культури 26 дріжджі вводять у дріжджогенератор 30.

Виробничі дріжджі розмножують у дріжджогенераторах за технологією, опи­саною у розділі 8.

Дріжджі з кожного дріжджогенератора безперервно відводять через спеціаль­ні лійки в похилий колектор і через нього в головний апарат 34 бродильної батареї 33, яка складається з 10 апаратів,

У головний апарат 34 безперервним потоком поступає основне сусло із змішу­вача 20 у співвідношенні 1:1 до кількості виробничих дріжджів, які поступають із дріжджогенераторів 30. Швидкість подачі основного сусла І виробничих дріжджів регулюють так, щоб видима концентрація сухих речовин у бражці головного бро­дильного апарата була 10-12% і вміст спирту 5-6 об.%. Бражка перетічними труба­ми проходить бродильну батарею і насосом 32 подається в передаточний апарат 31, а із нього - на перегонку.

Піногасники вводять у дріжджогенератори і в бродильну батарею із збірника 36 за допомогою насоса 35.

Гази бродіння із дріжджогенераторів через піновловлювач 29 із бродильних апа­ратів надходять в окремі спиртовловлювачі 27. Звільнений від спирту діоксид вугле-

цю, який надходить із бродильних апаратів, поступає в цех рідкого діоксиду вуглецю, а з дріжджогенераторів - в атмосферу. Спиртоводна рідина із спиртовловлювачів над­ходить в збірники 28 і з останніх в передаючий апарат 31.

Дріжджі, які вирощені при низькому вмісті цукру в суслі, знаходяться в більш активному фізіологічному стані й утворюють менше вторинних і побічних продук­тів бродіння. Тому виробничі дріжджі по двопотоковому способу вирощують на суслі концентрацією, яка не перевищує 12% СР.

УкрНДІСП спільно із Лужанським експериментальним спиртовим заводом розроблений і впроваджений спосіб безперервно-циклічного двопотокового збро­джування меляси, суть якого полягає в тому, що виробничі дріжджі вирощені на 8%-ному суслі Й основне сусло концентрацією 43-45% СР певними частинами вво­дять у перші три бродильні апарати.

Звичайним двопотоковим способом у дріжджогенератори з мелясним суслом вводять 27% цукру, 73% його поступає у головний бродильний апарат. Подачу цу­кру із суслом у батарею закінчують на 6-7-му годину процесу бродіння, включаючи і тривалість дріжджогснерування. Удосконаленим двопотоковим способом у дріжджогенератори із суслом вводять тільки 18-18,5% цукру і 82-81,5% Його рівни­ми частками спрямовують у 1, 2 і 3-й бродильні апарати. У цьому випадку подачу цукру із мелясою в бродильну батарею закінчують на 11-12-ту годину бродіння, включаючи і тривалість дріжджогенерування, і потім зброджування ведуть пері­одично. Це знижує концентрацію сухих речовин у виробничих дріжджах із 5,5-6 до 2,4-2,8%, а у бражці на стадії головного бродіння - із 13,5-14 до 8,5-9%.

У випадку роботи за удосконаленим способом виробничі дріжджі у дріжджо-генсраторах мають концентрацію спирту значно меншу (2,8%), ніж за звичайним двопотоковим способом (3,8%). У зрілій бражці незброджених цукрів менше на 15-20%, кислот - на 17, альдегідів - на 21 і гліцерину - на 20-30%.

У цьому випадку більш повно використовуються цукри Й інші поживні речо­вини меляси, бродіння проходить Інтенсивніше і закінчується приблизно на 2 год раніше. Вихід спирту в процесі бродіння за удосконаленим способом на 0,5% вище, ніж при звичайному двопотоковому способі.

Апаратурно-технологічна схема удосконаленого двопотокового способу збро­джування меляси наведена на рис. 9.5. Мелясу із сховища подають у напірний збі­рник 9, розміщений над вагами 10, розчин поживних солей Із збірника 40 насосом 41 перекачують у дозатор 7. Меляса із збірника 9 і розчин антисептика (сульфоно-лу) із дозатора 8 поступають у змішувач 12, куди також вводять соляну або сірчану кислоту з дозатора 11, ортофосфорну кислоту з дозатора 6 і поживні солі із дозато­ра 8. Потім мелясу накопичують у збірнику 37 і використовують для приготування сусла для дріжджів. Мелясу для основного сусла з вагів через змішувач 12 злива­ють у збірник добового запасу 39. У цю мелясу вносять тільки розчин антисептика (сульфонолу). У збірниках 37 І 39 за допомогою насосів 36 і 38 усереднюють (гомогенізують) добовий запас меляси.

Із збірника 37 асептовану мелясу насосом 35 перекачують у напірний збірник 14, із якого вона поступає в змішувач 16 для приготування сусла для дріжджів. Із

І S3

 

збірника 39 мелясу насосом подають у напірний збірник 13, потім у змішувач 15 для приготування основного сусла.

У реакторі 43 готують розчин хлорвмісного препарату (наприклад, гіпохлориту натрію); насосом 1 цей розчин подають у дозатор 4, а із нього - у лІйку-змішувач реактора хлорованої води із розрахунку 15-25 мг активного хлору на 1 л води. У цю лійку надходить холодна і гаряча вода в потрібному співвідношенні, Труба від лійки спущена до дна реактора 5, розділеного перегородкою на дві частини для забезпечен­ня перемішування води із хлорвмісним препаратом. Подачу гарячої і холодної води регулюють по заданому рівню за допомогою поплавків та клапанів. Воду із антисеп­тиком витримують в реакторі 45-60 хв, звідкіля її подають у змішувачі 15 і 16.

Із змішувача 16 мелясне сусло безперервно надходить в дріжджогенератори 23. Засівні дріжджі вирощують в апаратах чистої культури 19, 20 і 21, сусло для них готують у стерилізаторі 22.

Схемою передбачено використання для приготування сусла конденсату барди (при його наявності на заводі), який насосом 32 через холодильник 2 подають у напірний збірник 3, а із нього - в змішувач 15 і 16.

Для очищення повітря на всмоктувальній лінії компреса 34 встановлено біо­логічний фільтр 32 марки „Лаік". Для запобігання попадання води в фільтр при раптовій зупинці компресора 34 перед фільтром встановлений водовіддільник 33. Після ресивера 31 також є водовіддільник 17 для видалення вологи, яка заноситься стисненим повітрям із компресора. Повітря нагнітається в апарати чистої культури через фільтри 18 і в дріжджогенератори 23.

Виробничі дріжджі з дріжджегенераторів надходять у головний бродильний апарат 29, який має мішалку 30. У цей апарат подають 1/3 частину основного сусла концентрацією 43-45% СР. У головному апараті підтримують видиму концентра­цію сухих речовин біля 8%. Із першого апарата бражка по псрстічному трубопро­воду поступає у другий бродильний апарат 28, у який безперервно надходить 1/3 основного сусла і підтримується видима концентрація сухих речовин 8-8,5%. Частину основного сусла, яка залишалася, вводять у 3-й бродильний апарат. Браж­ка перетічними трубами проходить усі бродильні апарати і з останнього вже дозрі­лою надходить на перегонку. Гази бродіння із дрІжджогенераторів 23 проходять послідовно в піновловлювач 24 і спиртовловлювач 25; із бродильних апаратів вони надходять у спиртовловлювач 26. Водно-спиртовий розчин із обох спиртовловлю-вачів через мірник 27 зливають у зрілу бражку.

Значний практичний інтерес має безперервно-циклічний спосіб зброджуван­ня мелясного сусла із рециркуляцією дріжджів. Внаслідок використання дріжджів, вирощених в анаеробній стадії бродіння і їх рециркуляції в головний апарат за­мість вирощених в частково аеробних умовах на стадії дріжджогенерувапня скоро­чується тривалість бродіння, зменшується накопичення гліцерину й інших вторин­них продуктів бродіння, посилюється спиртоутворююча спрямованість метаболіз­му дріжджів. Також зменшуються витрати цукрів на біосинтез дріжджових клітин. При високій концентрації в бражці дріжджів швидкість їх розмноження зменшу­ється, створюється можливість скорочення витрат сусла для дріжджів на стадії дрі-

жджогснерування в аеробних умовах, у процесі якого інтенсивно утворюються вто­ринні продукти бродіння.

Особливістю апаратурно-технологічної схеми установки для зброджування мелясного сусла з рециркуляцією дріжджів є наявність вузлів для концентрування, обробки дріжджової суспензії антисептиком і повернення її в головний бродиль­ний апарат. Для рециркуляції дріжджів, які виділені із бражки через 5-12 годин від початку бродіння, із 5-го або 6-го бродильного апарата бражку насосом подають у сепаратор. Концентровану дріжджову суспензію подають у збірник для її антисеп­тування сульфонолом і ортофосфорною кислотою в кількостях відповідно 0,025-0,050 і 0,5об.% і витримкою до 0,5 год. Із збірника для антисептування дріжджова суспензія надходить у головний бродильний апарат. Звільнену від дріжджів бражку із сепаратора відводять у бродильний апарат, який є наступним за тим, з якого віді­брали бражку для відділення дріжджів.

Внаслідок рециркуляції дріжджів та підвищеної їх концентрації в головних бродильних апаратах до 40-60 г/л зменшується (на 50%) кількість знову утворених дріжджів, а значить, і доля аеробно-асимільованих цукрів, скорочуються їх втрати при дріжджогенеруванні. Із збільшенням швидкості розбавлення середовища від 0,4 до 0,8 підвищується активність ферментів гліколізу дріжджів - гексокінази і фосфофруктокінази - і збільшується питома продуктивність апаратури.