Производство кормовых дрожей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

кормовой дрожжи микроорганизм

В настоящее время проблемы комплексного научного обеспечения кормопроизводства как многофункциональной отрасли в должной мере не решены вследствие кризисного состояния агропромышленного комплекса страны, а также сложности и большого разнообразия природно-климатических условий. По данным ряда специалистов мировой дефицит белка кормов к началу XXI века оценивался в 30-35 млн. т. в год.

Применяемые в настоящее время в хозяйствах методы кормления животных не всегда позволяют в полной мере сбалансировать рационы по важнейшим показателям: энергии, протеину, минералам и витаминам, вследствие чего, генетически заложенный потенциал продуктивности животных используется только на 50-60%. За последнее десятилетие наполнение российского рынка мясными продуктами на 40-60% зависит от поставки его из-за рубежа, что грозит продовольственной безопасности страны, поэтому в Минсельхозе принята концепция по развитию животноводства в России, где предусматривалось увеличение к 2010 году производство говядины, свинины, мяса птицы в два раза. Решение поставленных задач по развитию животноводства предполагало значительное расширение производства кормов, повышение их качества, применения новых технологий и создание на этой основе крупнотоннажных производств.

Кроме недостаточного объема производства кормов неблагоприятным фактором в животноводстве является низкое качество кормов, в первую очередь, его несбалансированность и недостаток белка, эти проблемы имеют всеобщее значение. Большинство кормов, используемых в животноводстве, не содержат в достаточном количестве белков и витаминов. Даже такие ценные корма, как кукуруза и сахарная свекла, дающие максимальное количество кормовых единиц с гектара, богаты углеводами, но не содержат достаточного количества азотистых веществ. В связи с чем, во всех странах отмечается большой дефицит кормового белка. Этот дефицит покрывается увеличением производства растительного протеина, содержащегося в сельскохозяйственных кормовых культурах: зерне, люцерне, выпуском рыбной и мясной муки, сухих молочных продуктов.

1. Обзор литературы

Кормовые дрожжи - дрожжи, специально выращиваемые для корма сельскохозяйственных животных, являющиеся ценным белково-витаминным источником.

Кормовые дрожжи содержат примерно 50% сырого протеина, включающего почти все незаменимые и частично незаменимые для животных аминокислоты. Общая питательная ценность 1 кг сухих кормовых дрожжей составляет 1,03 - 1,16 к.е. Так же, кормовые дрожжи являются источником витаминов группы В, жиров, провитамина D₂ (эргостерин), минеральных веществ, разнообразных ферментов, гормонов, способствующих усвоению белков и углеводов. Кормовые дрожжи используют в качестве белково-витаминной добавки к рациону. При скармливании ускоряется развитие животных, повышается их продуктивность.

1.1 Сырье для производства кормовых дрожжей

В зависимости от вида культивируемых организмов, среды выращивания кормовых дрожжи подразделяют на следующие разновидности:

· Гидролизные. Для культивирования дрожжей используют гидролизаты отходов: древесных (опилки, стружка, цепа) и сельскохозяйственных (солома, мякина, лузга подсолнечника, кочерыжка кукурузы). А так же могут применяться отходы целлюлозно-бумажного производства;

· Классические. Выращивание дрожжей на барде, получаемой как отход спиртового производства;

· Нерастительные (нефтепродукты и газопродукты). В качестве сырья используются нефтяные парафины; низшие спирты - метанол и этанол; природный газ.

При накоплении биомассы дрожжей источниками углерода могут служить: глюкоза, ксилоза, мальтоза, сахароза, манноза, арабиноза, а также уксусная кислота, этиловый спирт и другие органические вещества. Некоторое количество углеводов содержится в отходах пищевой промышленности, которые можно использовать для выращивания дрожжей. К таким отходам следует отнести спиртовую барду заводов производства этилового спирта биохимическим способом из мелассы, зерна и картофеля, соковые воды крахмальных заводов, отбросный щелок, получаемый при известковой сепарации меласса, отходы некоторых других пищевых производств. Количество дрожжей, которое можно получить на этих заводах, определяется количеством отходов.

Для выработки кормовых дрожжей используются также и отходы целлюлозно-бумажной промышленности: спиртовая барда, предгидролизаты и щелока. Например, некоторые виды сульфитного щелока нецелесообразно перерабатывать на этиловый спирт ввиду незначительного содержания в них гексоз. Большое количество дрожжей может быть получено при использовании растительных источников сырья: отходы древесины хвойных и лиственных пород и сельского хозяйства (подсолнечная лузга, кукурузная кочерыжка, рисовая шелуха и т.д.).

Культивировать кормовые дрожжи возможно и на парафинах. Парафины представляют собой смесь твердых углеводородов метанового ряда преимущественно нормального строения с 18 - 35 атомами углерода в молекуле и температурой плавления 45 - 65°С. В парафинах обычно содержится некоторое количество изопарафиновых углеводородов, а также углеводородов с ароматическим или нафтеновым ядром в молекуле. Парафины инертны к большинству химических реагентов. Они окисляются азотной кислотой, кислородом воздуха (при 140°С) и некоторыми другими окислителями с образованием различных жирных кислот, аналогичных жирным кислотам, содержащимся в жирах растительного и животного происхождения. Синтетические жирные кислоты, получаемые окислением парафина, применяют вместо жиров растительного и животного происхождения в парфюмерной промышленности, при производстве смазок, моющих средств и других продуктов.

Технология получения белков из нефтепродуктов пригодна и для производства из низших спиртов - метанола и этанола. В отличие от углеводородов, спирты полностью смешиваются с водой, что облегчает приготовление сред и снижает расходы на перемешивание [4].

В настоящее время отказались от получения кормового белка на нефтепродуктах и природном газе, так как это сырье постоянно дорожает, и использовать его становится все более нерентабельно. Помимо этого, кормовой белок, произведенный на нерастительном сырье, кроме спиртов, не так безопасен, как белок, произведенный на растительных средах и спиртах. Обуславливается это тем, что в кормовых дрожжах, культивированных на парафинах, накапливаются нефтяные фракции, которые вызывают патогенные изменения у животных, особенно влияя на печень.

1.2 Виды культур микроорганизмов, используемых для производства кормового белка

В производстве кормовых дрожжей используются разнообразные виды дрожжей. Это обусловлено: во-первых, питательной средой, используемой на производстве; во-вторых, качественным и количественным составом продукта культивирования; в-третьих, условиями и методами культивирования.

Виды применяемых микроорганизмов:

· Candida guilliermondii

· Candida scottii

· Candida tropicalis

· Candida utilis

· Monilia munmanica

· Saccharomyces cerevisiae 1026

· Saccharomycetales Kudrjanzev

· Torula utilis

· Trichosporon cutaneum

Дрожжи рода Candida относятся к подсемейству Candidoideae семейства Cryptococcaceae. Выделено 186 видов рода Candida. C. stellata может быть частью чайного гриба. C. kefyr / Kluyveromyces marxianus, C. firmetaria / Pichia fermentans, C. lipolytica / Yarrowia lipolytica, C. krusei / Issatchenkia orientalis и некоторые другие могут содержатся в обычном кефире. C. albicans, C. pseudotropicalis, C. tropicalis, C. krusei, C. parapsilosis, C. quillermondii, C. glabrata, C. lusitaniae и некоторые другие могут вызвать заболевания. Candida albicans (Robin) Ber Khout (синонимы: Monilia albicans, Oidium albicans, Candida claussenii, Candida langezoni) - условно-патогенный гриб.

Некоторые виды рода гриба Monilia в зависимости от условий развития, возраста и культуры образуют либо почкующийся мицелий, либо происходит почкование округлых дрожжеподобных клеток. Например, Monilia murmanica хорошо развивается в сахаристых растворах. Другие виды Monilia имеют хорошо выраженный многоклеточный мицелий и размножаются конидиями. Представитель этого вида, например Monilia fructigena, вызывает порчу яблок и груш - плодовую гниль.

Saccharomyces cerevisiae 1026 - эта разновидность пивных дрожжей, послужила для создания кормового препарата И - Сак 1026, единственной дрожжевой культуры, рекомендованной ЕС для использования в рационах молочного, мясного скота и телят. Помимо дрожжей для получения белка используют и другие микроорганизмы - дрожжеподобные грибы и бактерии.

Дрожжи вида Torula выращиваются на древесной массе, используемой в производстве бумаги, или на черной патоке, то есть мелассе. Применяются Torula utilis и Torula ellipsoidea, которые потребляют пентозы, оставшиеся при производстве спирта.

Дрожжи Trichosporon cutaneum обладают нефтесобирающей активностью, высокой деструктивной способностью. Помимо использования в качестве источника углерода нефтепродуктов, они ассимилируют глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, лактозу, мальтозу, раффинозу, а так же снижают загрязненность по показателем БПК и ХПК.

1.3 Питательные среды, их приготовление

Сырьем для производства кормовых дрожжей служит спиртовая барда. Питательную среду из барды получают смешиванием ее с растворами солей, содержащих азот и фосфор. Эта операция производится в чанах-смесителях. В смеситель непрерывно поступает барда и растворы солей, а полученная питательная среда непрерывно откачивается в дрожжерастильные чаны. Солевые растворы, прибавляемые к барде, дозируются мерниками-дозаторами, исходя из потребностей штамма микроорганизма и изначального химического состава барды.

Зернокартофельную барду чаще используют как корм для животных в натуральном или высушенном состоянии, но ее питательная ценность возрастает, если на ней выращивают кормовые дрожжи. Химический состав барды зависит от вида и качества исходного сырья и принятой технологии спирта.

Меласса непосредственно на корм животных непригодна, так как в ней содержится большое количество минеральных веществ. Мелассу используют в различных направлениях: как основное сырье для выращивания кормовых дрожжей, для получения органоминеральных удобрений, кормового концентрата витамина В, для выделения глицерина, глютаминовой кислоты, глютамината натрия, бетаина или солянокислого бетаина (ацидина), холинхлорида и других ценных веществ. Меласса содержит 7,5-10% сухих веществ, в том числе неорганических соединений около 3%. Дрожжами усваиваются редуцирующие сахара (0,2-0,5%), глицерин (0,6-0,9%). органические кислоты (1,5-2,5%), аминокислоты, спирты, глюкозиды, органические и неорганические азотсодержащие соединения, соли фосфора, калия, магния, железа, витамины и микроэлементы. Многие из аминокислот барды (аргинин, валин, глицин, лейцин, изолейцин, глютаминовая и аспарагиновая аминокислоты) усваиваются дрожжами.

Процесс приготовления среды заключается в кондиционировании барды, приготовлении растворов питательных солей, пеногасителей, кислот, их стерилизации и смешивании с бардой.

Кондиционирование барды. Суть процесса заключается в поддержании равномерной температуры, порядка 20-23°C, и влажности около 90% во всем объеме барды для хранения и поддержания её свойств на максимально возможное время.

Стерилизация барды. Для предотвращения развития посторонней микрофлоры в процессе культивирования дрожжей, горячую барду перед поступлением на производство выдерживают при температуре 120-130°C в целях стерилизации при непрерывном размешивании (во избежание образования осадка спиртовых дрожжей). Температура стерилизации не должна превышать 142°C, выше которой начинается распад сахаров, аминокислот, а так же витаминов.

Охлаждение. Горячую барду охлаждают до температуры 20-25°C на пластинчатых теплообменниках в противотоке с холодной водой.

Отдувка летучих веществ. В зависимости от качества свеклы и технологии ее переработки на сахар в мелассе и барде содержатся в разных количествах вредные вещества (ингибитор), угнетающие рост дрожжей: сернистые соединения, нитриты, муравьиная, пропионовая и масляная кислоты. При их повышенных концентрациях клетки дрожжей гибнут, процесс выращивания неожиданно прекращается без видимых причин. Большинство ингибиторов (SO₂, NO₂ Н-СООН, CH₃-CH₂-COOH, CH₃-CH, - CH₂-COOH) летучие и при отдувке воздухом удаляются из барды. При подкислении барды соляной кислотой до pH 3,5 указанные вещества, связанные с зольными элементами, переходят в свободное состояние и при отдувке воздухом выделяются в большем количестве и полнее, чем без подкисления. Расход воздуха при отдувке барды 25-30 м³/ч на 1 м³ барды [6].

Пеногасящие эмульсии. Олеиновую кислоту, соапсток, фосфатиды, фуз и растительные масла смешивают с 8-10 кратным количеством воды или конденсата и в подогретом состоянии превращают в эмульсию с помощью аппаратов-эмульгаторов.

Эмульсии фосфатидных концентратов готовят при температуре 50°С, смешивают с водой в соотношении 1:25 с добавлением 0,2% диаммоний фосфата и размешивают до полного растворения. Эмульсия устойчива в течение суток. Эмульсия олеиновой кислоты готовится смешиванием с горячей водой температурой 60°C при оборотах мешалки 2000-3000 об/мин. С добавлением 0,5-1% эмульгатора (фосфатидов). Размешивают 1,5-2 ч.

Эмульсия олеата натрия готовится при перемешивании 60-10 об/мин. Нагревают с водой в соотношении 5:1 до 80°С, добавляют холодный 20% раствор едкого натрия (1,4 кг на 100 кг кислоты) и размешивают 30 мин. Эмульсия соапстока готовится при смешивании соапстока с горячей водой в соотношении 1:5, кипятят 1,5-2 ч, добавляют едкий натрий (3-4 кг на 100 кг соапстока), охлаждают до 30-40°C.

Из мерника дозатора эмульсию небольшой струей непрерывно приливают в деэмульгатор с мешалкой для разрушения пены культуральной среды, поступающей на сепараторы.

Смешивание компонентов питательной среды. Питательная среда получается при добавлении к охлажденной барде растворов солей, содержащих фосфорные и азотистые вещества, усваиваемые дрожжами. Быстрое размножение дрожжей и высокий их выход достигается при содержании в питательной среде азота и фосфора в концентрациях, достаточных для получения в готовом сухом продукте азота не менее 7,5-8,0% и фосфора (P₂O₅) не менее 3,5-4,0%. Охлажденную до 20-25°C барду в строго определенном соотношении смешивают с раствором питательных солей в непрерывно действующем смесителе, в который непрерывно и равномерно поступает в заданных объемах барда, вода или оттоки от сепараторной установки, для получения питательной среды с концентрацией сухих веществ 6,8-7,2%.

В условиях использования гидролизатов, как источников углерода - все стадии подготовки питательной среды схожи, за исключением подготовки непосредственно гидролизата перед смешиванием с другими компонентами питательной среды. В них входят: получение гидролизатов; нейтрализация и отстаивание; охлаждение гидролизата и отделение фурфурола.

При культивировании кормовых дрожжей на основе источника углерода в виде природного газа, питательная среда представляет собой раствор минеральных солей, через который непрерывно пропускается газовая смесь - природный газ и воздух.

1.4 Приготовление растворов солей и кислот

В качестве питательных веществ, содержащих азот и фосфор, применяют карбамид в сочетании с ортофосфорной кислотой или диаммоний фосфатом. Карбамид растворяют в 5-6 кратном количестве воды (или охлажденного конденсата) при перемешивании 40-60 об/мин. К отстоявшему раствору приливают ортофосфорную кислоту. Для подкисления питательной и культуральной сред применяют неразбавленную техническую соляную и серную кислоты.

1.5 Способы выращивания кормовых дрожжей

Технологические схемы производства кормовых дрожжей различны, в зависимости от сырьевых источников, культуры дрожжей, принятой для культивирования, особенностей режимов и устройства оборудования.

Можно разделить такие методы ферментации, как глубинный и поверхностный. В большей степени распространен глубинный метод (рис. 1), хотя и поверхностный имеет место быть в некоторых видах биотехнологической промышленности.

Дрожжи выращивают на мелассе тремя способами: одностадийным, двухстадийным и с рециркуляцией (возвратом) оттоков от сепарации.

Одностадийное выращивание, продуцентом являются дрожжи рода Candida. По одностадийному способу, питательная среда используется в дрожжерастительном процессе однократно. Сепарированная от биомассы культуральная жидкость (дрожжевая бражка) является отходом производства. При одностадийном способе используются только легкоусвояемые вещества барды (сахара, аминокислоты, карбоновые кислоты), а трудноусвояемые вещества (пирролидоновая кислота, пептиды, липиды) ассимилируются дрожжами частично или остаются неиспользованными. При одностадийном способе выращивания не достигается ожидаемого выхода дрожжей - недостаток этого способа.

Двухстадийное выращивание. По этому способу дрожжи выращивают на питательной среде дважды. Образовавшуюся в первой стадии биомассу выделяют на сепараторах и на оттоке повторно выращивают дрожжи другой культуры, чем и достигается более полное использование углеродсодержащих веществ барды и увеличение выхода биомассы.

По этому способу в первой стадии выращивают дрожжи Candida utilis (штамм Л-35) и Torulopsis pinus (штамм Л-52), а во второй стадии Trichosporon cutaneum (штамм Л-52), глубоко использующий трудно усваиваемые вещества, оставшиеся после первой стадии.

Отделенную от культуральной среды биомассу присоединяют к биомассе от первой стадии, совместно концентрируют и после термолиза высушивают. Оптимальную температуру во второй стадии выращивания регулируют добавлением 5-10% свежей горячей барды, либо подогревают оттоки путем промывания дрожжей водой температурой 40-50°C.

Режим выращивания в первой стадии.

Питательная среда:

¦ концентрация CB 6,8-7,2%;

¦ pH 4,0-4 2;

¦ расход воздуха на аэрацию 55-60 м/ч;

¦ продолжительность пребывания в аппарате 7 ч,

¦ температура среды 33-35°C (регулируют наружным орошением дрожжерастительного аппарата) [9].

Режим выращивания во второй стадии. Во второй стадии дрожжи выращивают на оттоке, то есть на отделенной от биомассы культуральной жидкости от первой стадии.

Питательная среда:

¦ концентрация 5-2-5,5%;

¦ pH 4,0-4,5;

¦ температура 32-33°С;

¦ продолжительность пребывания среды в аппарате 6,5-7 ч.

Для поддержания оптимальной температуры выращивания и повышения активности дрожжей в дрожжерастильный аппарат добавляют 5-10% послеспиртовой барды и фосфорное питание. Температуру среды регулируют подачей теплых оттоков (35-40°С), получаемых промывкой дрожжевой суспензии теплой водой (40-50°С).

Выращивание с рециркуляцией оттоков. Для такого выращивания пригодны дрожжи родов Saccharomyces и Trichosporon. По этому способу сепарированную культуральную жидкость (отток) подкисляют соляной кислотой до pH 1,8-2,2 (или серной кислотой до pH 3,3-3,5), выдерживают 1,5-2,0 для подавления инфекции и подают в количестве 70-80% от исходной барды в дрожжерастильные аппараты на повторное выращивание. Концентрация питательных веществ среды, поступающей в аппарат, на столько же процентов снижается. Соответственно уменьшается и численность дрожжевых клеток в единице объема среды и ослабляется лимитирующее влияние кислорода на их размножение, а также уменьшается продолжительность пребывания среды в аппарате. Уменьшение концентрации питательных веществ в культуральной среде оттоками, возвращаемыми в аппарат, ускоряет размножение дрожжей, что весьма существенно. По этому способу можно перерабатывать неразбавленную барду (8-9% и даже 10-12% СВ), прибавляя к ней оттоки в таком количестве, чтобы содержимое усваиваемых дрожжами веществ в питательной среде не превышало 2,5%, т.е. соответствовало бы разрешающей способности применяемых дрожжерастильных аппаратов. Выращивание дрожжей на концентрированной среде помимо увеличения производительности позволяет повысить содержание CB в последрожжевой бражке и тем самым снизить расход пара на ее упаривание. При разбавлении исходной барды оттоками, уменьшается концентрация ингибирующих веществ, что также положительно сказывается на процессе выращивания дрожжей. Еще одно преимущество этого способа - уменьшение количества сточных вод, так как не используется вода при разбавлении барды.



Рис. 1 Принципиальная технологическая схема получения кормовой биомассы

2. Технологическая часть

Производство жидких кормовых дрожжей, как источника кормового белка, на основе переработки коричневого сока из растений и гидролизата зерноотходов культурой Candida scottii.

2.1 Сырье для культивирования кормовых дрожжей

Сырьем для производства кормовых дрожжей служит коричневый сок, образующийся при комплексной переработки трав (лецерна и клевер), кукурузы, ботвы сахарной свеклы, а так же гидролизат зерноотходов.

Данный сок представляет собой депротеинезированную фракцию зеленого сока растений. Содержит в 1 кг около 400 мг калия и 350 фосфора, азот; является благоприятной средой для выращивания дрожжей. Включает 6-10% СВ (сухих веществ), в том числе 0,6-6% РВ (редуцирующих веществ), способных усваиваться дрожжами. Количество РВ в соке сильно изменяется в зависимости от вида и степени зрелости растений: в пределах 0,5-3% - для люцерны и 2-6% - для сока ботвы сахарной свеклы. Кроме того, в коричневый сок входят антоцианины, аспаргин, каротиноиды, витамины С, D, Е, К и группы B, минеральные вещества (калий, кальций, фосфор, магний, марганец, железо, цинк, медь, фтор. В процессе выращивания кормовых дрожжей на соке в среду вносят дополнительное минеральное питание.

Гидролизат зерноотходов. При использовании в качестве субстрата для дрожжей зерноотходов их измельчают и подвергают мягкому гидролизу в гидролизной установке при давлении 0,15 МПа в течение 40 мин. Культивирование дрожжей осуществляется на грубом фильтрате гидролизата, разбавленного водой до содержания РВ 2-2,5%. Концентрированный грубый фильтрат имеет рН 1,2, в нем имеется 15-18% СВ, в том числе 11-13% РВ.

Меласса. Используется в качестве углеводного питания при получении чистой культуры дрожжей, её так же рекомендуется добавлять в питательную среду на стадии получения товарных дрожжей для увеличения их выхода и, следовательно, повышения содержания истинного белка в готовом продукте.

Сульфат аммония. Применяется в качестве дополнительного азотного питания. К использованию рекомендуется сульфат аммония капролактамового производства или медицинский. Применение сульфата аммония коксохимического производства не допускается.

Карбамид. Выпускается промышленностью в кристаллическом или гранулированном виде, содержит около 46% азота. Имеет хорошую растворимость в воде. Вносится в виде водного раствора в концентрации, необходимой для достижения в питательной среде азота не менее 7,5-8% в пересчета на сухое вещество.

25% раствор гидроксида аммония применяется для поддержания кислотности среды в процессе генерации дрожжей. При использовании аммиачной воды расход аммонийных солей сокращается при приготовлении питательной среды уменьшается в соответствии с количеством азота, введенного с аммиачной водой.

Серная кислота. Применяется для поддержания рН среды в процессе выращивания засевной и товарной стадий кормовых дрожжей, а так же для гидролиза зерноотходов.

Хлорная известь. Применяется как сильный окислитель для дезинфекции продуктовых емкостей, трубопроводов и помещения цеха кормовых дрожжей. Так же для мойки аппаратов и оборудования используются формалин и гидроксид натрия.

Пеногасители. Для гашения пены, образующейся при выращивании дрожжей, может быть использован один из перечисленных пеногасителей:

· Олеиновая кислота;

· Кашалотовый жир.

Олеиновая кислота. Содержится во многих растительных и животных жирах в виде сложных эфиров - глицеридов, к примеру, содержание олеиновой кислоты в оливковом масле - до 81%.

Кашалотовый жир. Получается путем вытапливания из жировых, мускульных и соединительных тканей туловища и головы кашалота. В этом жире содержится 60-70% воска и лишь 30-40% собственно жиров.

Применение того или иного пеногасителя обусловлено масштабами производства и доступностью конкретного пеногасителя, но в последнее время жирные кислоты вытесняют из промышленности натуральные пеногасители.

2.2 Характеристика культивируемых микроорганизмов, используемых для производства кормового белка

Для получения жидкого кормового продукта на высококонцентрированных средах из гидролизатов крахмалосодержащего сырья (фуражного зерна, зерноотходов, дефектного и нестандартного картофеля, картофельной мезги картофельного производства с добавлением свеклосахарной мелассы и без неё и коричневого сока) предложено использовать осмофильный штамм Candida scottii Д - 137. Этот штамм получен путем длительной адаптации штамма Candida scottii Тул - 1 к субстрату из агаризованного гидролизата зерноотходов с содержанием РВ выше 5% и многократного отбора в условиях периодического роста на качалке, а так же автоселекции при полунепрерывном выращивании в лабораторных ферментаторах.

Белок, представляющий собой смесь зерновой дробины и вырасших на гидролизате дрожжей Candida scottii Д - 137 по сумме незаменимых аминокислот превышает норму ФАО. Осмофильный штамм Candida scottii Д - 137 предложено культивировать на гидролизатах, содержащих 10-14% РВ, при рН 5-5,5 и температуре 28-30 ^оС [12].

2.3 Технологическая схема производства жидких дрожжей

Технологический процесс производства жидких кормовых дрожжей на основе переработки коричневого сока растений и гидролизата зерноотходов включает в себя следующие основные стадии:

· Приготовление питательной среды (охлаждение коричневого сока, добавление минерального питания и подача в дрожжерастительные аппараты);

· Выращивание засевной культуры дрожжей;

· Выращивание кормовых дрожжей.

После коагуляции белка горячий коричневый сок направляют в сборник 1 и насосом 2 подают в сборник питательной среды 3.

При использовании для культивирования дрожжей зерноотходов, их предварительно измельчают в муку в дробилке 4 и из ёмкости для хранения муки 5, в количестве 200 кг/м³ через весы 6 направляют на гидролиз в реактор 7, в реакторе мука тщательно перемешивается с водой до получения однородной (без комков) массы. В суспензию добавляют 5%-ый раствор серной кислоты в количестве 10% об. Смесь гидролизуется при 0,15 МПа в течение 40 мин. Из реактора содержимое насосом перекачивается в приёмный сборник 32, а затем подаётся на барабанное сито 10 через теплообменник 9, в котором охлаждается с 97 - 100 до 77 ^оС.

С барабанного сита 10 дробина поступает по трубе в сборник 12, из которого её выкачивают насосом 13.

Раствор питательных солей готовят в сборнике 14 и насосом 15 через мерник-дозатор 16 направляют в сборник 3. Питательную среду готовят путем добавления к коричневому соку раствора питательных солей - источников азотного и фосфорного питания. В качестве азотного питания используют сульфат аммония или мочевину в количестве 2 и 1,5 кг на 1 м³ среды соответственно. Фосфорное питание вносят в виде диаммонийфосфата - 1,5 кг на 1 м³ среды. Питательная среда из сборника 3 насосом 17 через теплообменник 18 поступает в дрожжерастительный аппарат 19. Теплообменник предназначен для снижения температуры среды до 30 ^оС и работает непрерывно.

Часть питательной среды из сборника 3, минуя теплообменник 18, насосом 17 подают в аппараты чистой культуры (АЧК): малый 20 и большой 21. Для лучшего размножения дрожжевых клеток в АЧК добавляют из сборника 22 через мерник-дозатор 23 насосом 24 раствор мелассы. В целях поддержания оптимального значения рН среды в процессе выращивания дрожжей в зависимости от реакции среды в АЧК из сборников 25 и 26 через мерники-дозаторы 27 и 28 вводят аммиачную воду насосом 29 или серную кислоту с помощью сжатого воздуха.

Выращивание кормовых дрожжей ведут непрерывным или отъемно - доливным способом. Культуральную среду в малом и большом АЧК аэрируют от воздуходувки 31. Зрелая засевная культура дрожжей периодически из большого АЧК 21 самотеком поступает в дрожжерастительный аппарат 19. Воздух, очищенный от механических примесей в висциновом фильтре 33, подают в дрожжерастительный аппарат 19 от воздуходувки 31. Для поддержания оптимального рН среды в процессе выращивания дрожжей в дрожжерастительный аппарат вводят серную кислоту, которая из сборника 26 самотеком поступает в промежуточный мерник 30, из которого вытесняется сжатым воздухом, подаваемым компрессором 34. Дрожжевая суспензия из дрожжерастительного аппарата 19 непрерывно отбирается в деэмульгатор 36. Для разрушения пены используется вакуум - насос (РМК-2) 37, который устанавливается над деэмульгатором. Из деэмульгатора жидкие дрожжи насосом 35 подаются через кожухо-трубчатый теплообменник 38, со скоростью потока 1 м/с и нагреванием до 75 ^оС, в выдерживатель 39 - проведение плазмолиза дрожжевой суспензии выдержкой при 75 ^оС в течение 45 мин, с целью инактивации дрожжей и повышения усвояемости их в ЖКТ животных, откуда направляются потребителю. Для гашения пены в дрожжерастительном аппарате 19 применяется химический пеногаситель, эмульсия которого подается в аппарат 19 через мерник 40 из сборника для пеногасителя 41 насосом 42.

2.4 Описание технологической схемы

В дрожжевом производстве применяется сочетание различных методов последовательного сгущения и обезвоживания микроорганизмов: ферментация ->флотация->сеперация-> выпарка->сушка. Некоторые предприятия работают по более простым схемам, например, ферментация->флотация-> сепарация->сушка; ферментация->сепарация->выпарка-> сушка.

Рассмотрим технологическую схему получения кормовых дрожжей, принятую на большинстве специализированных заводов гидролизно-дрожжевого профиля.

На ферментатор непрерывного действия поступает подготовленный субстрат с концентрацией РВ 1,2-1,6%. Туда же поступает аммиачная вода и воздух. Процесс ферментации происходит при Т=35-38 С, рН=4,5-5,8, в течении 5-6 часов. В процессе выращивания кормовых дрожжей изменяется величина рН субстрата. Для ее корректировки в ферментатор подается раствор аммиачной воды.

Дрожжевая суспензия отбирается из ферментатора с концентрацией дрожжей 30 г./л по прессованным дрожжам. Флотатор представляет из себя цилиндрическую емкость с внутренней обечайкой. Кольцевое пространство между стенками цилиндров разделено не доходящими до дна стенками на пять секции; между первой и пятой секциями сплошная перегородка. Дрожжевая суспензия поступает самотеком в первую секцию, где происходит флотирование основного количества дрожжей. Культуральная жидкость последовательно проходит через остальные секции, где флотационное выделение дрожжей обеспечивается путем подачи воздуха. Оптимальный расход воздуха составляет 2,3-2,5 м³/мин на 1 м³ дрожжевой суспензии.

Образующаяся при флотировании пена попадает во внутренний цилиндр, где подвергается механическому и химическому пеногашению с использованием олеиновой кислоты, технического жира или соапстока. Расход химического пеногасителя около 25 кг/т дрожжей. Сгущенная дрожжевая суспензия из центрального цилиндра флотатора через газоотделитель 3 отбирается в сборник дрожжевой суспензии.

На процесс ферментации и флотации подается большое количество воздуха. Этот воздух и воздух из газоотделителей подвергается очистке от живых клеток на скруббере Вентури и брызгоуловителе.

Дальнейшее сгущение дрожжевой суспензии производится сепарационным методом с применением жидкостных центробежных сепараторов.

Дрожжевая суспензия через промежуточные сборники и проходит последовательно через первую и вторую ступень сепарации с соответствующим повышением концентрации до 300-400 и 500 -600 г./л по прессованным дрожжам (7,5-10 и 12,5-15% по сухим веществам).

Исходная дрожжевая суспензия поступает в сепаратор сверху; проходя между вращающимися тарелками, расположенными на расстоянии 0,8-1 мм; дрожжевые клетки отбрасываются к периферии аппарата и выводятся в виде дрожжевого концентрата. Более легкая водная фаза оттесняется к центральной оси вращения, поднимается вверх и отбирается в виде фугата (отсепарированной ОКЖ). ОКЖ из ферментатора, флотатора и после сепарации направляется в сборник ОКЖ 8, откуда поступает на очистные сооружения.

Дрожжевые сепараторы имеют свободный слив жидких компонентов, негерметизированы. При сгущении промышленных суспензий производительность сепараторов примерно в 2 раза ниже паспортной величины. Потери дрожжей на станции сепарации составляют 5-7%.

Хотя сепараторы являются аппаратами непрерывного действия, на практике периодически проводится мойка барабанов из-за забивки сопел. В связи с этим сепарационное сгущение дрожжей требует значительных затрат ручного труда и сопряжено с непосредственным контактом работающих с производственной микрофлорой.

По технологической схеме дрожжевой концентрат из сборника дрожжевого концентрата направляется в плазмолизатор, где нагревается глухим паром до 80-90°С с последующим выдерживанием с целью гомогенизации суспензии. При плазмолизе также обеспечивается подавление жизнедеятельности клеток микробной биомассы. В качестве плазмолизаторов используют теплообменники с поверхностью 16,34 и 90 м³. Плазмолиз стабилизирует процесс вакуум-выпарки дрожжевой суспензии в связи с уменьшением пенообразования в сепарационной камере выпарного аппарата и снижением способности дрожжей к агломерации с образованием комков и осадков. Для предотвращения образования осадков необходимо обеспечить интенсивную циркуляцию упариваемой суспензии в выпарных аппаратах, а также и других аппаратах и коммуникациях. При упаривании вязких растворов эффективны выпарные аппараты с принудительной циркуляцией жидкости.

Для снижения интенсивности термического распада витаминов дрожжевой биомассы выпарку проводят под вакуумом при температуре не выше 80-85°С. С целью экономии тепла упаривания проводят на двухкорпусных вакуум-выпарных батареях. Концентрация дрожжей при этом повышается от 12-15% до 20-25% по абсолютно сухим веществам. Обогрев подогревателя первого корпуса батареи осуществляется свежим паром, последующих корпусов - вторичным паром; температура 80-83°С в первом корпусе и 58-60°С во втором корпусе. На схеме показана подача нагретого дрожжевого концентрата из плазмолизатора в последовательно соединенные выпарные аппараты 14 и отбор упаренного концентрата из последнего аппарата с помощью насоса в сборник. Вторичные пары из последнего корпуса направляются на конденсацию в конденсатор. Далее дрожжевой концентрат поступает непосредственно на сушку.

Высушивание дрожжей до остаточной влажности менее 10% проводится на большинстве предприятий в распылительных сушилках и в дрожжевых цехах малой мощности на барабанных сушилках. Дрожжевой концентрат из сборника направляется в дисковый (турбинный, реже форсуночный) распылитель, расположенный в верхней части распылительной сушилки. Распиливающий диск вращается со скоростью 8000-12 000 мин^-1 с помощью электропривода. Дрожжевой концентрат проходит по радиальным каналам диска и под влиянием центробежной силы превращается в мелкие капли с размерами 5-100 мкм. Эти капли оседают на коническое днище сушилки в течение нескольких секунд, за это время происходит сушка дрожжей до влажности 6-10%.

В зону распыления дрожжевого концентрата в качестве теплоносителя подастся горячий воздух, нагретый до 270-300°С в воздухоподогревателе (калорифере). При газоконтактном методе сушки, который в основном применяется в промышленности, теплоносителем являются непосредственно топочные газы, полученные при полном сгорании топлива и разбавленные атмосферным воздухом до 350-450°С. В качестве топлива в топке сжигается мазут или природный газ. Для предотвращения загрязнения кормовых дрожжей продуктами неполного сгорания мазута (в том число канцерогенными веществами) необходимы строгое автоматизированное поддержание параметров горения (температура должна быть не менее 1200 ^оС) и контроль за полнотой сгорания топлива.

При контакте теплоносителя с мелкодисперсной суспензией происходит испарение воды и температура теплоносителя снижается до 90-95 ^оС. В сушильной камере с помощью диспергатора создастся спиралеобразное направление движения потоков, что обеспечивает хорошее перемешивание теплоносителя с дрожжевой суспензией и увеличивает продолжительность ее нахождения в зоне сушки. Скорость подачи горячего воздуха должна обеспечивать витание частиц высушиваемого материала. В процессе сушки происходит нестационарный перенос тепла и массы, который в основном определяется гидродинамическими характеристиками турбулентного потока. Скорость и направление потоков сушильного агента при подаче в сушильную камеру регулируются установкой в определенное положение лопаток направляющего аппарата на подводящем газоходе.

Использование принципа прямотока позволяет поддерживать в сушильной камере температуру не более 100°С, не допуская перегрева дрожжей, содержащих термолабильные соединения. Контроль за температурой теплоносителя на входе и выходе из сушилки позволяет оптимизировать процесс сушки.

Для стабильной и безопасной работы распылительных сушилок необходима правильная организация процесса сушки, обеспечивающая высыхание капель жидкости до достижения стенок сушилки. В противном случае возможны налипание дрожжей на стенках, их самовозгорание и взрыв дрожжевого аэрозоля в сушилке.

Дрожжевая суспензия поступает на сушку с t=70 ^оC. Основное количество (80-85%) высушенных дрожжей отбирается в конусной части сушильной камеры. Высушенные дрожжи пневмотранспортом подаются в циклон, где происходит отделение дрожжей от воздушного потока. Затем сухие дрожжи поступают на упаковку.

В отработанном теплоносителе содержится около 20% дрожжей. Они поступают в циклоны для отделения дрожжей от воздуха. А отработанный воздух направляется на мокрую очистку в скруббер Вентури. Вода для орошения скруббера подается из сборника 26 в форсунки грубого распыла. В горловине трубы-распылителя при скорости газа 70-100 м/с происходит дальнейшее распыление орошающей воды, которая улавливает содержащуюся в газе пыль. Орошающая вода циркулирует в системе, которая подпитывается водой из системы промышленного водоснабжения. Очищенный воздух для улавливания капель воды проходит циклон - брызгоуловитсль, после чего сбрасывается в атмосферу. В результате мокрой очистки концентрация пыли снижается примерно в 100 раз, КПД 95-99%. В частности, в результате очистки запыленность газа уменьшается со 180-200 мг/нм³ до 1,7-2 мг/нм³, При этом удаляются частицы с диаметром более 0,1 мкм.

Исходные данные

№ п/п	Наименование	Единица измерения	Величина
1	Число рабочих дней в году	день	345
2	Ёмкость гидролизаппарата	м3	50
3	Загрузка абсолютно сухой древесины (а.с.д.)	кг/м3	145
4	Состав древесины: лиственной Хвойной	доля - «-	0,5 0,5
5	Влажность древесины: лиственной Хвойной	- «- - «-	0,5 0,45
6	Выход лигнина от а.с.д.: лиственной Хвойной	- «- - «-	0,33 0,38
7	Влажность лигнина в гидролизаппарате	- «-	0,69
8	Расход серной кислоты на гидролиз древесины: лиственной Хвойной	% - «-	7 6,5
9	То же на направленную кристаллизацию гипса	- «-	0,3
10	Связывается серной кислотой от а.с.д.: лигнином То же золой древесины: хвойной лиственной	доля - «- - «-	0,35 0,5 1
11	Модули: смачивания сырья выдачи гидролизата	- -	2,5 18,3
12	Пар: давление температура (i = 2,79)	МПа оС	1,47 185
13	Нагрев сырья от 0 оС до	- «-	155
14	Средняя температура варочной кислоты: на смачивание (i = 335 кДж/кг) на перколяцию (i = 767 кДж/кг)	- «- - «-	80 180
15	Выход: общих РВ от а.с.д., дрожжей от РВ древесины: хвойной лиственной	% - «- - «-	46 48 46
16	Потери: РВ дрожжей (по 2% на сепарации, сушке и упаковке) тепла: при прогреве при перколяции	- «- - «- - «- - «-	4,5 6 10 5

Материальный баланс

Предварительный расчет

1. Часовая производительность завода: 30000: (345 • 24) = 3, 62 т/ч товарных дрожжей.

2. Средний выход абсолютно сухих дрожжей из РВ: 0,5 • 48 + 0,5 • 46 = 47%.

3. Выход товарных дрожжей из а.с.д.:46 • (1 - 0,045) • 47 • (1 - 0,06): (1 - 0,1) = 21,56%.

4. Расход а.с.д. 3,62: 0,2156 = 16,8 т/ч.

5. Выход РВ 16,8 • 0,46 = 7,72 т/ч.

6. РВ в сусле 7,72 • (1 - 0,045) = 7,37 т/ч.

Выход их в ферментере 7,37 • 0,47 = 3,46 т/ч. Остается после потерь: 3,46 • (1 - 0,06) = 3,25 т/ч или влажностью 10% 3,25: (1 - 0,1) = 2,92 т/ч.

Дрожжевое деление

1. Подается сусла и аммиачной воды: 259,89+ 1,09=260,9 т/ч с содержанием 7,37 т РВ. Их концентрация (7,37:260,9)*100=2,82%

2. Количество сусла в ферментере после разбавления отработанной бражкой и лютером фурфурольной колонны (в отношение 0,6:0.4) до концентрации 1,7%: 7,37:0,017=433,52 т/ч, для чего подается разбавителей 433,52-260,9=172,62 т/ч, в том числе бражки 172,62*0,6=103,6 т/ч и Лютера 172,62-103,6=69.02 т/ч

3. Выращивается дрожжей - а.с.д. 3,46 т/ч или натуральных 3,46:0,25=13,84 т/ч

4. 10%-ной дрожжевой суспензии после флотатора 13,84:0,1=138,4 т/ч, отработано бражки 433,52-138,4=295,12 т/ч, из которых возвращаются на разбавления сусла 103,6 т/ч и направляются на промежуточную группу сепараторов 295,12-103.6=191,52 т/ч, где концентрация дрожжей повышается с 0,2% до 3%, отделяется дрожжевой суспензии 191,52*0,03=5,75 т/ч и отсепарированой бражки 191,52-5,75=185,8 т/ч

5. Сборник перед сепараторами I ступени поступает дрожжевой суспензии 138,4+5.? 5+11,3=155,45 т/ч

6. После I-ой ступени сепараторов остается абс. Сухих дрожжей 3,46*0,98=3,39 т/ч или натуральных 3,39:0,25=13,56 т/ч отделяется 40% суспензии 13,5660,4=33,91 т/ч, и отсепарированой бражки 155.45-33.91=121.6 т/ч

7. Передается на обезвреживание после дрожжевой бражки 185,8+121,6=307,4 т/ч

8. После II-ой ступени сепарации: 60% суспензии 13,56:0,6=22,6 т/ч, от сепарированной бражки 33,91-22,6=11,3 т/ч, которые направляются в сепараторы I-ой ступени

9. Удаляются влаги при вакуум - выпарке дрожжевой суспензии до 20% сухих дрожжей: 22,6*(1-60*0,25/20)=5,65 т/ч и поступает на сушку 22,6-5,65=16,95 т/ч, где испарится влаги 16,95 - (3,39:0,9)=13,2 т/ч

10. Товарных дрожжей с учетом потерь на сушки и упаковки (3,39:0,9)*0,96=3,61 т/ч или в год 3,61* 24*345=29940,5 т/год

Часовой баланс дрожжевого деления

Приход	т/ч	Расход	т/ч
1. Сусла 2. Аммеачная вода 3. Последрожжевая бражка 4. Лютер фурфурольной колонны	259,89 1,09 103,6 69,02	1. Отработанная бражка: а) на разбавления сусла б) на обезвреживание после сепаратора промежуточных I-ступени 2. Испарившаяся влага: При вакуум - выпарке При сушке 3. Товарные дрожжи	103,6 185,8 121.6 5,65 13,2 3,61
Баланс	433,6	Баланс……………	433,51

Заключение

Микробный синтез кормового белка позволяет решить проблему его дефицита. Этот способ получения питательных веществ отличается скоростью производства, мягкими условиями технологического процесса, он менее трудоёмок, чем иные способы получения.

Рассмотрена принципиальная схема получения кормовых дрожжей, вне зависимости от используемых технологических приемов; основные этапы и процессы производства. А так же, возможное сырье, используемые микроорганизмы, питательные среды, технологические способы производства кормовых дрожжей.

Изучен технологический процесс производства белка на примере жидких кормовых дрожжей на основе переработки коричневого сока растений и гидролизата зерноотходов культурой Candida scottii Д - 137. Процессы, протекающие в аппаратах технологической линии и на различных стадиях.

В микробиологическом производстве белка используются различные питательные среды, виды дрожжей. Три варианты сырьевой базы: гидролизный, классический и нефтяной. Часто используемые микроскопические грибы родов Candida и Saccharomyces.

Эта отрасль биотехнологического производства является самой крупной и быстро развивающейся, что является вполне закономерным явлением, так как пища - одна из основных вопросов, стоящих перед любым живым существом.

В ходе выполнения курсового проекта была выбрана и описана технологическая схема дрожжевого отделения. Приведена характеристика кормовых дрожжей и микрофлоры дрожжевого производства. Разобраны среды применяемые для производства кормовых дрожжей. Рассчитан материальный баланс дрожжевого отделения биохимического завода мощностью 30 000 тонн кормовых дрожжей в год и изучены литературные источники.

Список используемой литературы

1. http://bvkbio.ru/11.htm

2. Стахеев И.В., Коломиец Э.И., Здор Н.А. Биотехнология малотоннажного производства микробного протеина. ? Минск. Наука и техника, 1991. -264 с.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Кормовые_дрожжи

4. Андреев Н.Г. Технология производства кормов. - М.: Научные труды, 1992. 6 с.

5. Кузнецов Н.Н. Молочнохозяйственный вестник, №2, III кв. -2011. С. 11-13

6. http://streamtome.ru/brodilnoe-proizvodstvo/104-prigotovlenie-pitatelnoy-sredy-dlya-kormovyh-drozhzhey-chast-1.html

7. http://streamtome.ru/brodilnoe-proizvodstvo/105-prigotovlenie-pitatelnoy-sredy-dlya-kormovyh-drozhzhey-chast-2.html

8. Производство белковых веществ / Быков В.А., Манаков М.Н., Панфилов В.И. и др. - М.: Высшая школа, 1987. 74 с., 5т.

9. http://streamtome.ru/brodilnoe-proizvodstvo/107-sposoby-vyraschivaniya-kormovyh-drozhzhey-chast-1.html

10. http://streamtome.ru/brodilnoe-proizvodstvo/108-sposoby-vyraschivaniya-kormovyh-drozhzhey-chast-2.html

11. http://allhygiene.ru/bakteriya/foma-alternarija-stahibotris-i-monilija.html

12. http://www.rusnauka.com/7_NND_2009/Biologia/42794.doc.htm

Размещено на Allbest.ru

...