Производство белковых препаратов на основе сульфитных щелоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство белковых препаратов на основе сульфитных щелоков

1. Характеристика препарата

В настоящее время выращивание белковых кормовых дрожжей осуществляется в аэробных условиях с применением культур рода Candida в основном на щелоке сульфитной варки. В производственных условиях наиболее широкое применение получили дрожжи Candida scottii. По сравнению с другими видами Candida scottii дает наибольший выход биомассы, но и не менее устойчивы в среде с повышенным содержанием фурфурола. Иногда целесообразно смешивать различные культуры дрожжей, т.к. при этом расширяется диапазон ассимиляции различных видов углеводов.

Нормальным следует считать выход кормовых дрожжей (в сухом виде) 40 - 50% от использованного сахара.

Согласно ГОСТ 20083-74:

1) кормовые дрожжи производят в гранулированном или порошкообразном виде;

2) в зависимости от показателей качества кормовые дрожжи подразделяют на четыре группы: высшую, первую, вторую и третью;

3) по органолептическим и физико-химическим показателям дрожжи должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.

Таблица 1 - Требования, предъявляемые к кормовым дрожжам

2. Характеристика сырья

Сульфитный щелок - неизбежный побочный продукт, который получают при производстве целлюлозы.

Варку древесины можно рассматривать как гидролиз древесины, только катализатор - сернистая кислота. Измельченное сырье обрабатывают бисульфитной варочной кислотой при 140-160?С. При этом происходит сульфирование и растворение лигнина, а также растворение и гидролиз гемицеллюлоз.

Целлюлоза остается в твердой фазе, т.к. сернистая кислота её практически не растворяет.

По окончанию варки целлюлозу отделяют от раствора, и после промывки она идет на дальнейшую переработку. А раствор (сульфитный щелок) идет на производство дрожжей, спирта и т.д.

Для производства дрожжей пригодны любые щелока, их только необходимо подвергнуть соответствующей подготовке.

При сульфитной варке целлюлозы нормального выхода в щелоке присутствуют пять моносахаридов в следующем примерном соотношении, %: гексозы - манноза 50, галактоза 15, глюкоза 5; пентозы - ксилоза 25, арабиноза 5. Концентрация PB в сульфитном щелоке от варки древесины находится в пределах 2,5…3,0%, концентрация уксусной кислоты 0,3…0,4%.

Задачей подготовки сульфитных щелоков к биохимической переработке, как и подготовки является полное превращение Сахаров в моносахариды - питательные продукты для микроорганизмов - и создание среды, обеспечивающей возможность их активной жизнедеятельности. Сюда включаются операции по удалению избытка диоксида серы из щелока, его нейтрализации и обогащению питательными солями.

Подготовка щелока осуществляется следующим образом: щелок с целлюлозного завода собирается в сборнике сырого щелока. Затем, подогретый в теплообменнике до 95…97°С, он подается в специальную колонку, где продувается паром. Обработкой щелока паром достигается извлечение SO₂ (до 50% общего содержания SO₂ в щелоке) и одновременное его облагораживание за счет удаления летучих компонентов (фурфурола и др.). Расход пара составляет 40…50 кг/м³ щелока. Для удаления избытка сульфата в щелоках на растворимых основаниях после обработки паром щелок окисляют кислородом воздуха, продуваемым через него в окислительном баке. Затем щелок поступает в нейтрализатор, где нейтрализуется известковым молоком вначале до pH=3,5. В емкостях-выдерживателях завершается процесс нейтрализации и происходит укрупнение частиц CaCO₃ (шлама), которые затем легче осаждаются и удаляются при осветлении щелоков в отстойниках. Минеральные питательные вещества - раствор хлористого калия и вытяжку суперфосфата, необходимые для жизнедеятельности дрожжей, добавляют в выдерживатель. Осветленный щелок до температуры 35…37⁰C охлаждается в теплообменниках, нейтрализуется 25%-ным раствором аммиака до pH=4,0…5,5, одновременно обогащаясь азотным питанием, и поступает в сборник щелока (рис. 1). Подготовленный таким образом щелок, имеющий указанные параметры и обогащенный питательными солями, готов к биохимической переработке. Подобно гидролизату, в гидролизном производстве его называют суслом или субстратом.

Биохимическая переработка гидролизата и сульфитных щелоков ведется одинаково и заключается в использовании микроорганизмов для получения кормовых белковых дрожжей, этилового спирта и углекислоты, средой жизнедеятельности которым служит сусло.

Рисунок 1 - Технологическая схема подготовки сульфитного щелока к производству кормовых дрожжей

Сусло обильно обсеменено бактериальной микрофлорой и перед подачей в дрожжерастительный аппарат требует тщательного антисептирования. С этой целью его нагревают до 100⁰С, затем охлаждают, либо без нагревания обрабатывают биомицином.

Рекомендован также способ пастеризации сусла с фуразолидоном, разработанный ЛО ВНИИХПа. Водную суспензию препарата вносят в сусло из расчета 0,01% к объему последнего (0,1 кг/м3), тщательно перемешивают, нагревают до 85⁰С, выдерживают от 3 до 10 мин (в зависимости от микрообсемененности) и охлаждают. Воздействие антимикробного препарата наряду с пастеризацией обеспечивает надежное антисептирование экстракта.

3. Схема производства кормовых дрожжей

Чистую культуру дрожжей размножают для засева среды в дрожжерастительных аппаратах в начале производства и периодически по мере необходимости замены культуры.

Засевные дрожжи получают размножением в несколько стадий: в колбах на качалке, начиная с пробирок с агаром до образования 3…5 л культуры; в аппаратах чистой культуры (АЧК) вместимостью 0,63 и 6,3 м³; в дрожжевом аппарате (до 25 м³); в дрожжегенераторе вместимостью 100 м³.

В колбах и АЧК-1 используют сусло концентрацией 4…5% СВ, подкисленное до рН = 4,8…5,0, В АЧК-2 и дрожжанке дрожжи размножают на сусле концентрацией 4,5…6,0% при рН = 4,5…5,0; в дрожжегенераторе - на сусле концентрацией 6…7% при рН = 3,4…3,8. Продолжительность культивирования дрожжей при температуре 34…36°С, ч: в колбах - 16…20, в АЧК - 8…10, в дрожжевом аппарате - 4…5 и в дрожжегенераторе - 3…4.

Концентрация биомассы 75% влажности в АЧК и дрожжевом аппарате составляет 15…20 г./л, в дрожжегенераторе - 30…33 г./л. На всех стадиях питательную среду аэрируют.

Для получения кормовых дрожжей применяется технология их глубинного выращивания в специальных аппаратах - ферментерах, в которых обеспечивается режим постоянного перемешивания суспензии микробных клеток в жидкой питательной среде и оптимальные условия аэрации. В целях поддержания заданного температурного режима в конструкции ферментера предусматривается система отвода избыточного тепла. Рабочий цикл выращивания культуры дрожжей длится около 20 ч. По окончании рабочего цикла культуральная жидкость вместе с суспендированными в ней клетками дрожжей выводится из ферментера, а в него вновь подается питательный субстрат и культура дрожжевых клеток для выращивания.

Выведенная из ферментера суспензия микробных клеток далее подается на флотационную установку, с помощью которой производится отделение биомассы дрожжей от культуральной жидкости. В процессе флотации происходит вспенивание суспензии, при этом микробные клетки всплывают на поверхность вместе с пеной, которая отделяется от жидкой фазы декантацией. После отстаивания дрожжевая масса концентрируется с помощью сепаратора. Для достижения лучшей перевариваемости дрожжей в организме животных проводится специальная обработка микробных клеток (механическая, ультразвуковая, термическая, ферментативная), обеспечивающая разрушение их клеточных оболочек. Затем дрожжевая масса упаривается до необходимой концентрации и высушивается, влажность готового продукта не должна превышать 8-10%.

В сухой дрожжевой массе содержится 40-60% сырого белка, 25-30% усвояемых углеводов, 3-5% сырого жира, 6-7% клетчатки и зольных веществ, большое количество витаминов (до 50 мг%). Посредством обработки дрожжей ультрафиолетовыми лучами проводится их обогащение витамином D2, который образуется из содержащегося в них эргостерина. Для улучшения физических свойств готового продукта кормовые дрожжи выпускают в гранулированном виде.

На основе ферментации гидролизатов растительного сырья наряду с производством кормовых дрожжей получают также этиловый спирт. В этом случае особенность технологии заключается в том, что вначале проводится спиртовое брожение, в результате которого происходит утилизация содержащихся в гидролизате гексоз. После отгонки спирта остается неиспользованный субстрат - барда, содержащая в основном пентозы. Эта послеспиртовая барда используется далее как питательная среда для выращивания кормовых дрожжей. Таким образом, из гидролизатов растительных отходов одновременно могут быть получены два вида ценной продукции (рис. 2).

белковый дрожжи спирт ферментация

Рисунок 2 - Технологическая схема производства кормовых дрожжей

Размещено на Allbest.ru