Технология получения кормовых дрожжей на основе различных видов углеводного сырья
Характеристика видов и сфер применения белковых препаратов пищевого и кормового назначения. Описание технологических схем получения бактериальной биомассы и кормовых дрожжей. Обоснование выбора ферментатора, флораторов, сепараторов и другого оборудования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.10.2017 |
| Размер файла | 418,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ» (ПГТА)
Кафедра биотехнологии и техносферной безопасности
Дисциплина «Биотехнология белка и биологически активных веществ»
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему: Технология получения кормовых дрожжей на основе различных видов углеводного сырья
Выполнил: студент гр. 08 БТ Андреева Т.В
Руководитель: Черкасова Г.Н.
Пенза 2012
Утверждаю
Зав. каф. БТБ, д.т.н., профессор Таранцева К.Р.
«…...»…..……………2012 г.
ЗАДАНИЕ
на курсовую работу по дисциплине «Биотехнология белка и биологически активных веществ»
Студенту Андреевой Т. В. Группа 08 БТ
Тема работы:
Технология получения кормовых дрожжей на основе различных видов углеводного сырья.
1. Введение. Виды белковых препаратов (пищевого и кормового назначения). Краткая характеристика. Области применения. Продуценты белковых препаратов кормового назначения.
2. Характеристика углеводных и других питательных субстратов, используемых для получения белковых препаратов кормового назначения (кормовых дрожжей, бактериальной биомассы).
3. Технологические схемы получения белковых препаратов кормового назначения (кормовых дрожжей, бактериальной биомассы).
4. Описание технологии получения кормового белка по представленным схемам.
5. Аппаратурное оформление технологических схем
Руководитель Черкасова Г.Н.
Задание получил 6 февраля 2012 г.
Студент Андреева Т.В.
Содержание
Введение
1. Белковые препараты (пищевого и кормового назначения)
1.1 Виды белковых препаратов
1.2 Области применения
1.3 Продуценты белковых препаратов кормового назначения
2. Характеристика углеводных и других питательных субстратов, используемых для получения белковых препаратов кормового назначения (кормовых дрожжей, бактериальной биомассы)
2.1 Сырье для производства кормовых дрожжей и бактериальной биомассы
3. Технологическая схема и её аппаратурное оформление
3.1 Технологическая схема получения бактериальной биомассы
3.2 Технологическая схема получения кормовых дрожжей
3.3 Выбор ферментатора
3.3.1 Цилиндрический эрлифтный ферментатор
3.4 Выбор флотаторов
3.5 Выбор сепараторов
3.6 Выбор вакуум-выпарных аппаратов
3.7 Выбор сушилок, применяемых для высушивания дрожжей
4. Описание технологии получения кормового белка по представленной схеме
Заключение
Список литературы
Введение
Под биотехнологией обычно понимают промышленный биохимический синтез ценных веществ и переработку продуктов биологического происхождения. Производственной основой современной биотехнологии является микробиологическая промышленность, включающая гидролизные производства. Эти производства основаны на реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве основных продуктов реакции моносахаридов, которые подвергаются дальнейшей биохимической или химической переработке, либо входят в состав товарной продукции.
Кормовые дрожжи вырабатываются на специализированных гидролизно-дрожжевых заводах производственной мощностью 5-60 тыс. т дрожжей в год, а также на заводах спиртодрожжевого, фурфурольно-дрожжевого и ксилитно-дрожжевого профилей.
Белково-витаминные кормовые дрожжи являются продуктом биохимической переработки моносахаридов, получаемых при гидролизе полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок различных растительных отходов.
Гидролизные дрожжи вследствие высокого содержания в них полноценных, хорошо усвояемых белков, биологически активных веществ - витаминов, ферментов, гормонов и микроэлементов применяются в качестве корма для домашних животных и птиц. Добавка кормовых дрожжей к растительным кормам, богатым углеводами, значительно улучшает их качество и повышает биологическую ценность. Белковые кормовые дрожжи по питательности и усвояемости не уступают кормам животного происхождения. В дрожжах содержится 46-55 % белка, который в свою очередь содержит все жизненно необходимые аминокислоты. В золе кормовых дрожжей содержатся также ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы.
Таким образом, кормовые дрожжи, выращенные на гидролизных средах, богаты многими витаминами, входящими в состав различных ферментативных систем и участвующими в белковом и углеводном обмене, окислительно-восстановительных и других биохимических процессах. Содержащиеся в дрожжах ферменты, гормоны и другие продукты микробиологического синтеза играют важную роль в улучшении обмена веществ в организме животных и птиц.
1. Белковые препараты (пищевого и кормового назначения)
1.1 Виды белковых препаратов
К группе белковых препаратов пищевого и кормового назначения, полученных биотехнологическим способом относятся:
· белковые продукты микробиологического происхождения (пищевые и кормовые белки);
· белковые концентраты;
· белковые изоляты;
Белковые концентраты представляют собой обезжиренную муку, из которой удалены почти полностью углеводы. Содержание белков в концентратах 56-66 %, липидов - не более 2 %.
Белковые изоляты представляют собой предельно очищенный от белковых компонентов продукт с содержанием белка, превышающим 90 %. Вводимые в пищевые продукты, они увеличивают их биологическую ценность и усвояемость организмом человека.
За рубежом на основе белковых изолятов сои вырабатываются продукты, имеющие структуру мяса.
Пищевые и кормовые белки (пищевые и кормовые дрожжи).
Дрожжи богаты белками, их содержание может доходить до 66 %, при этом 10 % массы приходится на незаменимые аминокислоты. Дрожжевая биомасса может быть получена на отходах сельского хозяйства, гидролизатах древесины, её выход не зависит от климатических и погодных условий. Поэтому её использование чрезвычайно выгодно для обогащения белками пищи человека и корма сельскохозяйственных животных. Добавление дрожжей в колбасы началось ещё в 1910-е годы в Германии, в 1930-е кормовые дрожжи начали производить в СССР, где эта отрасль особенно развилась.
В зависимости от вида культивируемых организмов и среды выращивания кормовые дрожжи подразделяют на следующие разновидности: белковый препарат кормовой дрожжи
§ Гидролизные -- для культивирования дрожжевых грибков применяются гидролизаты отходов: древесных (опилки, стружка, щепа) и сельскохозяйственных (солома, мякина, лузга подсолнечника, кочерыжка кукурузы). Также могут применяться отходы целлюлозно-бумажного производства. Гидролиз осуществляется при высокой температуре и в присутствии кислот, при этом клетчатка отходов переходит в углеводы, которые используются как питательная среда.
§ Классические кормовые дрожжи -- получают путём выращивания дрожжевых грибов на барде, получаемой как отход в спиртовом производстве.
§ БВК (белково-витаминный концентрат) -- продукт культивирования дрожжевых клеток на отходах переработки различного нерастительного сырья -- нефтяных парафинах (паприн), низших органических спиртах -- метаноле (меприн), этаноле(эприн), а также природном газе (гаприн).
В СССР первые крупные заводы по производству белка -- паприна, мощностью 70 000 т. в год, были пущены в г. Кстово Нижегородской области в 1973 году и в г. Кириши Ленинградской области в 1974 году. В качестве сырья использовались отходы нефтепереработки. К 1970 году, с целью восполнения нехватки белкового питания, в СССР планировалось выпускать 900000 тонн кормовых и пищевых дрожжей в годhttp://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%80%D0%BE%D0%B6%D0%B6%D0%B8 - cite_note-57, таким образом к 1985 году становясь лидером по производству белка одноклеточных.
1.2 Области применения
Белковые препараты пищевого и кормового назначения нашли применение:
· в медицине - кровезаменители, препараты для парентерального питания;
· в ветеринарии - для компенсации белкового дефицита в кормах;
· в биотехнологии - как источник аминокислот и пептидов в составе питательных сред для культивирования микроорганизмов;
· в пищевой промышленности - в качестве пищевых компонентов, компонентов искусственных соков.
1.3 Продуценты белковых препаратов кормового назначения
Вид кормовых дрожжей определяется штаммом гриба-продуцента и средой его выращивания. В качестве штаммов-продуцентов кормового белка используют микроскопические грибы родов Candida, Saccharomyces, Hansenula, Torulopsis и др. они представляют собой одноклеточные микроорганизмы (грибы), способные развиваться в питательной среде, которая содержит источники углеводного и минерального (N, Р, К, Mg, Са, Fe, Mn, Zn и т.д.) питания, а также растворенный кислород. В процессе роста биомассы в дрожжевой клетке происходит ферментативный синтез белка.
Рисунок 1 - Промышленные штаммы дрожжей: а - Candida tropicalis;
б - Candida maltosa.
2. Характеристика углеводных и других питательных субстратов, используемых для получения белковых препаратов кормового назначения (кормовых дрожжей, бактериальной биомассы)
2.1 Сырье для производства кормовых дрожжей и бактериальной биомассы
Получение кормовых дрожжей основано на максимальной скорости образования дрожжами биомассы в питательной среде, содержащей все элементы, необходимые для их жизнедеятельности. В промышленных условиях для производства кормовых дрожжей применяют следующие питательные среды:
1. Пентозно-гексозные гидролизаты, получаемые при гидролизе всех полисахаридов, содержащихся в растительном сырье. Эти гидролизаты представляют собой сложную смесь различных органических соединений, утилизируемых дрожжеподобными грибами. К ним относятся гексозные (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза) и пентозные (ксилоза, арабиноза) сахара. В качестве энергетического материала дрожжи используют органические кислоты - уксусную и частично левулиновую.
2. Гексозные гидролизаты, получаемые гидролизом целлолигнина, который остается после удаления пентозанов при получении фурфурола или ксилита.
3. Предгидролизаты, состоящие из продуктов гидролиза гемицеллюлоз. Они получаются при водном или кислотном гидролизе гемицеллюлоз древесины. Водные предгидролизаты, содержащие декстрины, предварительно инвертируются.
4. Сульфитный щелок, получаемый при варке хвойной и лиственной древесины и содержащий гексозы, пентозы и органические кислоты.
5. Барда гидролизно- и сульфитно-спиртовых заводов, состоящая из пентоз и органических кислот.
6. Отеки, получаемые при производстве кристаллической ксилозы и глюкозы из различных растительных отходов.
Промышленное производство микробной белковой биомассы организовано на основе переработки углеводного и углеводородного сырья.
Дрожжевые клетки в качестве источника углерода для роста способны использовать неразветвленные углеводороды с числом от 10 до 30 углеродных атомов в молекуле. В основном они представлены жидкими фракциями углеводородов нефти с температурой кипения 200 -- 320 °С. Эти фракции углеводородов нефти могут быть получены низкотемпературной кристаллизацией, карбомидной депарафинизацией и адсорбцией на молекулярных ситах (цеолитах). В России первый завод по производству кормовых дрожжей из жидких парафинов нефти вступил в действие в 1971 г. В нашей стране и других странах СНГ из н-парафинов нефти производят большое количество кормовых дрожжей (свыше 1 млн т). При выращивании дрожжей на н-парафинах нефти в приготовленную из них питательную среду добавляют макро- и микроэлементы, необходимые витамины и аминокислоты. Высушенная дрожжевая масса гранулируется и используется как белково-витаминный концентрат (БВК), содержащий до 50 -- 60% белковых вешеств, для кормления сельскохозяйственных животных.
Хорошим субстратом для выращивания кормовых дрожжей является молочная сыворотка -- производственный отход при переработке молока. В 1 т молочной сыворотки содержится около 10 кг белка и 50 кг лактозы. Разработана эффективная технология выделения из молочной сыворотки белков методом ультрафильтрации низкомолекулярных веществ через мембраны. Эти белки используют для приготовления сухого обезжиренного молока. Жидкие отходы, остающиеся после отделения белков (пермеат), могут быть переработаны путем культивирования дрожжей в обогащенные белками кормовые продукты.
В качестве источников углерода дрожжевые клетки могут использовать и низшие спирты -- метанол и этанол, получаемые в биотехнологии из природного газа или растительных отходов. Дрожжевая масса, полученная после культивирования дрожжей на спиртах, содержит больше белков (56 -- 62 % от сухой массы) и меньше вредных примесей, чем кормовые дрожжи, выращенные на н-парафинах нефти, такие, как производные бензола, D-аминокислоты, аномальные липиды, токсины и канцерогенные вещества. Кроме того, кормовые дрожжи имеют повышенное содержание нуклеиновых кислот -- 3 -- 6% от сухой массы, которые в этой концентрации вредно воздействуют на организм животных. В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в мочевую кислоту и ее соли, которые могут быть причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний. Тем не менее кормовые дрожжи хорошо усваиваются и перевариваются в организме животных, а по содержанию таких аминокислот, как лизин, треонин, валин и лейцин, значительно превышают многие растительные белки. Вместе с тем белки дрожжей частично не сбалансированы по метионину, в них мало цистеина и селенцистеина. Оптимальная норма добавления Дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных обычно составляет не более 5 --10 % от сухого вещества.
Питательную среду приготавливают в специальном аппарате, так называемом стерилизаторе-нейтрализаторе, к которому подведены пар, воздух, известковое молоко, раствор сульфата аммония и водная вытяжка суперфосфата. Аппарат, заполненный нейтрализованным гидролизатом, с целью стерилизации среды нагревают до 80?С и дополнительно нейтрализуется до рН 5,5 - 5,8 при непрерывном воздушном или механическом перемешивании. При этом добавляются питательные соли: раствор сульфата аммония, водная вытяжка суперфосфата и хлористый калий. В питательную среду желательно добавить дрожжевой автолизат. Добавка автолизата ускоряет процесс размножения дрожжей и делает их физиологически активными.
Известно более 30 видов бактерий, которые могут быть применены в качестве источников полноценного кормового белка. Бактериальные белковые концентраты с содержанием сырого белка 60 -- 80% (от сухой массы) -- ценные препараты в кормопроизводстве. Следует отметить, что бактерии значительно быстрее, чем дрожжевые клетки, наращивают биомассу и, кроме того, белки бактерий содержат больше цистеина и метионина, что позволяет отнести их в разряд белков с высокой биологической ценностью. Источником углерода при культивировании бактерий могут служить природный и попутный газы, водород, а также спирты -- метанол, этанол, пропанол. Чаще всего на газовых питательных средах выращивают бактерии рода Methylococcus, способные утилизировать до 85 -- 90% метана в специальных ферментерах. Однако производство кормового белка из газообразных продуктов довольно сложно и дорогостояще. Более широко применяется технология выращивания бактерий на метаноле, который легко получают путем окисления метана. При культивировании на питательной среде с метанолом наиболее часто используют бактерии родов Methylomonas, Pseudomonas, Methylophillus. Масштабное производство кормовых белков на основе использования метанола впервые было организовано в Великобритании. Концерном «Ай-Си-Ай» выпускается кормовой белковый препарат прутин (коммерческое название). В России также разработана технология получения препарата из метанола под названием меприн. В этом препарате содержится до 74 % белков (от сухой массы), до 5 % липидов, 10% минеральных веществ, 10 --13 % нуклеиновых кислот. В настоящее время разрабатывается технология получения кормового белка из этанола на основе культивирования бактерий рода Acinetobacter (препарат эприн).
3. Технологическая схема и её аппаратурное оформление
3.1 Технологическая схема получения бактериальной биомассы
Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема получения биомассы при культивировании бактерий на природном газе.
3.2 Технологическая схема получения кормовых дрожжей
Технологическая схема производства белковых кормовых дрожжей включает две основные стадии:
1. культивирование - выращивание дрожжей, накопление биомассы;
2. концентрирование.
Концентрирование в свою очередь включает в себя сепарацию, плазмолиз - разрушение живых клеток, вакуум-выпаривание и сушку.
Рисунок 3 - Технологическая схема получения кормовых дрожжей.
Процесс биосинтеза (ферментация) требует создания наиболее благоприятных условий для размножения продуцируемой культуры микроорганизмов. Как правило, в субстрате существует ассоциация культур, в которых кроме главного, наиболее урожайного, штамма входят другие штаммы, а возможно и штаммы других родов. Эти спутники обеспечивают главную культуру недостающими для жизнедеятельности компонентами. В процессе образования и подготовки субстрата возможно его заражение, содержащейся в воздухе “дикой” микрофлорой. Чтобы исключить это явление и обеспечить постоянство состава микроорганизмов в технологическую систему вводят непрерывно или периодически основную монокультуру, специально выращенную в отделении “чистой культуры”. Наращивание “чистых культур” проводится в емкостях нарастающего объема, после лабораторной стадии “чистая культура” поступает в дрожжанку, а далее в дрожжерастильный аппарат. Дрожжевая суспензия передается в основной производственный поток и через 7 суток процесс получения “чистой культуры” вновь воспроизводится с лабораторной стадии.
3.3 Выбор ферментатора
Качественные показатели процесса накопления биомассы определяются рядом факторов. Система воздухораспределения в аппаратах должна обеспечить такое его диспергирование, в результате которого достигается глубокий контакт клеток с растворенным кислородом. В настоящее время существуют аппараты с барботажной системой воздухораспределения. Аппараты этого типа имеют сравнительно небольшую вместимость и производительность и в настоящее время применяются на установках по получению чистых культур микроорганизмов, а также в цехах по получению пищевых дрожжей на мелассной основе. К аппаратам барботажного типа относятся также аэротенки, которые используются при биологической очистке сточных вод.
В дрожжевых цехах в свое время широкое распространение получили ферментаторы с шайбовым воздухораспределением с объемом 150-250 м3, имеющие ряд модификаций. Недостатком работы чанов этой конструкции является неполное использование емкости вследствие образования мертвой зоны под шайбой, недостаточная диспергация воздуха, низкий коэффициент использования кислорода воздуха, значительный расход электроэнергии на приведение во вращение шайбовых устройств. Для выращивания дрожжей применяются также аппараты емкостью 250 м3, в которых механическое распыление воздуха осуществляется с помощью вращающихся перфорированных лопастей в виде полых пропеллеров, имеющих мельчайшие отверстия. Через них воздух входит в жидкость, распыляется в ней и поднимается вверх. В этом случае расход воздуха на 30-40% меньше, чем в случае барботажной системы.
Особенностью и достоинством дрожжерастильного аппарата с эрлифтной системой воздухораспределения является отсутствие движущихся механизмов, что существенным образом снижает удельный расход электроэнергии, т.е. такие аппараты являются наиболее экономичными. Одним из высокопроизводительных является дрожжерастильный аппарат с эрлифтной многозонной системой воздухораспределения. Большой эффект дают дрожжерастильные чаны с вибрационной системой воздухораспределения, основанной на принципе возбуждения колебаний звуковых и ультразвуковых частот в струе подаваемого в жидкость воздуха. Основным элементом этой системы является наличие в отверстии на выходе воздуха вибрационной пластинки. Под влиянием вырывающегося под давлением через зазор воздуха пластинка вибрирует, производя колебательные движения, способствующие соприкосновению воздуха с питательной средой и лучшему его растворению. В чане емкостью 250 м3 устанавливается 6-8 воздухоподводящих точек, расположенных равномерно по всему чану в виде паука. Такая рассредоточенная по всему днищу чана система воздухораспределения увеличивает поверхность контакта воздушной и жидкостной фаз, улучшает циркуляцию сусла и снабжение его кислородом, а следовательно повышает производительность дрожжерастильных аппаратов. Положительным является также равномерное распределение дрожжевой массы в аппарате, отсутствие застойной зоны, уменьшение расхода электроэнергии.
Каждый аппарат снабжен воздуходувкой. Расход воздуха 25 м3 на кг сухих дрожжей. Концентрация дрожжей или биомассы после выращивания составляет 30-40 г/л по прессованным дрожжам (прессованные дрожжи имеют влажность 75% и только 25% сухого вещества).
В процессе жизнедеятельности дрожжей выделяются продукты метаболизма, в основном органические кислоты (среда окисляется). Для поддержания Ph подается аммиачная вода. Часть отработанной культуральной жидкости последрожжевой бражки (до 30%) может быть направлена на разбавление сусла вместо свежей воды. Концентрация сухих в суспензии 1%, влажных дрожжей 99%. Необходимо получить дрожжи с влажностью не более 10%.
В данной технологической схеме будем использовать конструкцию дрожжерастильного аппарата с эрлифтной системой воздухораспрседеления с рабочим объемом ферментатора 1300 м3.
3.3.1 Цилиндрический эрлифтный ферментатор
Цилиндрический эрлифтный ферментатор предназначен для непрерывного выращивания дрожжей на сусле, которое является отходом гидролизно-дрожжевого производства. Он представляет собой стальной сварной корпус с днищем в виде усеченного конуса и конической крышкой с центральным отверстием. Внутри аппарата установлены четыре диффузора, которые создают четыре самостоятельно циркулирующих потока.Через коллектор в центральные трубы каждого диффузора, на конце которых имеются конус и кювета, подается сжатый воздух. На крышке аппарата установлен распределительный бачок, куда через штуцера поступают бражка, сусло, засевные дрожжи и аммиачная вода. Все компоненты смешиваются и образуют, питательную смесь, которая свободным потоком по трубам диаметром 100 мм поступает вниз, в кюветы аэрирующего устройства. Питательная смесь, переливаясь через край кюветы, смешивается с воздухом, выходящим через щели под кюветой. Образовавшаяся воздушно-жидкостная эмульсия поднимается вверх по диффузору к отбойнику, откуда, разрушаясь, стекает вниз. Для наружного охлаждения стенок аппарата установлен ороситель в виде коллектора.
Рисунок 4 - Цилиндрический эрлифтный ферментатор.
3.4 Выбор флотаторов
Дрожжевые клетки обладают способностью флотироваться в пене, т.е. дрожжевые клетки прилипают к пузырькам воздуха. Жидкость при этом обедняется дрожжами. Флотаторы применяются для сгущения дрожжевой суспензии. Типовой флотатор представляет из себя цилиндрическую емкость с внутренней обечайкой. Кольцевое пространство между стенками цилиндров разделено не доходящими до дна стенками на 5 секций, 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. В флотаторе концентрация дрожжей достигает 100-150 г/л (по прессованным).
Существует одноступенчатый пятисекционный флотатор с производительностью 100 м3/ч. Данный аппарат прост по устройству, легко доступен для изготовления и освоения. Недостатком его является смешение дрожжевой пены от различных секций, вследствие чего пена из первой секции, имеющая наибольшее содержание дрожжей, смешивается с пеной из последней секции, имеющей весьма низкую концентрацию. Вследствие этого средний коэффициент флотации составляет обычно 4-6, в то время как в первой секции, где выделяется до 80% общего количества дрожжей, коэффициент флотации доходит до 15-16. В целях получения из флотатора концентрированной дрожжевой суспензии была разработана конструкция флотатора, в котором пена из первой и последующих секций флотации отбирается отдельно.
Используются также двухступенчатые флотаторы, в котором обе ступени флотирования совмещены. Основное преимущество данной конструкции заключается в ее компактности в связи с объединением двух ступеней флотирования в одном корпусе аппарата. Однако, недостаточность объема 2-ой ступени флотирования не позволяет значительно снизить потери дрожжей в связи с уносом их с отработанной жидкостью. Также используются цилиндрические и конические флотаторы. Основным преимуществом конического флотатора является то, что его форма улучшает условия отвода дрожжевой пены в стакан.
Для концентрирования дрожжей рекомендуются пневматические флотаторы конструкции ВНИИСинтезбелок. В отличие от других флотаторов в данной конструкции предусмотрены узлы для интенсивного диспергирования воздуха. Напорные флотаторы относятся к перспективным флотаторам для выделения активного ила и дрожжей. Электрофлотаторы на современном этапе проходят стадии полупромышленных и промышленных испытаний. После решения ряда проблем могут эффективно использоваться при выделении микроорганизмов.
3.5 Выбор сепараторов
Дальнейшее концентрирование дрожжевой суспензии проводят на двух ступенях сепараторов: концентрация на первой ступени 200-300 г/л, на второй 500-600 г/л. Разработаны конструкции сепараторов производительностью 60-80 м3/ч с системой безразборной мойки с автоматическим регулированием степени сгущения концентрата. В зависимости от назначения сепараторы бывают разных конструкций. В дрожжевой промышленности применяют сепараторы открытого типа, полугерметичные и герметичные.
Открытые сепараторы имеют приемный сосуд, в который бражка свободно сливается из трубопровода. Под напором столба жидкости бражка, пройдя фильтрующую сетку, свободно поступает в распределительную трубу сепаратора. Отработанная жидкость выбрасывается через отверстие в верхней части барабана в верхнюю приемную камеру, откуда самотеком сливается через штуцер в открытый лоток, в воронку или сборник. Дрожжевая суспензия выводится из барабана через отверстия в мундштуках, собирается в нижней приемной камере и также самотеком через штуцер выводится в лоток.
У полугерметических сепараторов подача готовой бражки и отвод отработанной жидкости осуществляется под напором, а дрожжевая суспензия выводится самотеком. У таких сепараторов отсутствует приемный сосуд, а готовая бражка поступает из трубопровода, непосредственно присоединенного к распределительной трубе сепаратора. У этих сепараторов отсепарированная бражка выводится без напора, производительность данных сепараторов составляет 35000 л/ч.
У герметических сепараторов ввод готовой бражки, а также вывод отсепарированной жидкости и дрожжевой суспензии осуществляется под напором. Герметические сепараторы обеспечивают более стерильные условия сепарирования, исключают выделение влаги и углекислоты в рабочее помещение и не требуют обязательного расположения их над сборниками дрожжевой суспензии. Разработана конструкция сепаратора, который рассчитан на производительность до 80 м3/ч. При работе сепаратор под давлением до 0,2-0,3 Мпа выбрасывает дрожжевую суспензию и отработанную жидкость, в связи с чем не требуется установки промежуточных емкостей между отдельными группами сепараторов.
После первой ступени сепарации производят промывку водой в водоструйном насосе. Промывка проводится с целью удаления продуктов метаболизма и красящих веществ, улучшается качество выпускаемой товарной продукции.
После сепараторов дрожжевая суспензия поступает на плазмолиз для снижения пенообразования в испарителях выпарных аппаратов, а также для исключения образования сгустков дрожжей, отрицательно влияющих на процесс упаривания. Дрожжевая суспензия выдерживается около часа в теплообменнике труба в трубе при температуре 120 0С. При этом разрушается клеточная оболочка и жидкость вытекает, т.е. дрожжевые клетки погибают. Снижается вязкость дрожжей, что обеспечивает лучшие условия работы в вакуум-выпарных аппаратах
Широко используются сепараторы СОС-501 К-3, которые представляют собой сепараторы-сгустители непрерывного действия тарельчатого типа с непрерывным центробежным сопловым выводом из барабана сгущенной суспензии и свободным сливом отработанной культуральной жидкости. Однако существенным недостатком сепараторов данной конструкции является быстрая засоряемость мундштуков и межтарельчатого пространства механическими включениями и мертвыми дрожжами.
3.6 Выбор вакуум-выпарных аппаратов
Далее дрожжевая суспензия поступает на вакуум-выпарные аппараты. Для снижения интенсивности термического распада витаминов дрожжевой массы выпарку проводят под вакуумом при температуре не выше 80-85 0С. С целью экономии тепла упаривание проводят на двух- или трехкорпусных вакуум-выпарных батареях, концентрация дрожжей при этом повышается от 12-15% до 20-25% по абс. сухим веществам. Схема двух- или трехкорпусной выпарки дает возможность сократить расход пара на испарение влаги при упаривании дрожжевой суспензии. Для предотвращения образования осадков необходимо обеспечить интенсивную циркуляцию упариваемой суспензии в выпарных аппаратах, а также в других аппаратах и коммуникациях. При упаривании вязких растворов эффективны выпарные аппараты с принудительной циркуляцией жидкости.
Широко распространена конструкция аппаратов с выносной греющей камерой, так как обладает рядом преимуществ перед выпарными аппаратами со встроенными в корпус трубчатыми подогревателями. Аппараты с выносными подогревателями и принудительной циркуляцией обеспечивают лучшие условия и большие скорости циркуляции упариваемой жидкости, а следовательно, более высокий коэффициент теплопередачи и возможность свободного доступа к трубчатому подогревателю для чистки или ремонта. Принцип работы выпарных аппаратов с естественной циркуляцией, обусловленный только разностью удельных весов жидкости в испарителе и подогревателе, имеет большое применение при упаривании невязких жидкостей. Таким образом, для данной технологической схемы выбираем выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и с выносной греющей камерой .
3.7 Выбор сушилок, применяемых для высушивания дрожжей
Далее дрожжевой концентрат направляется в сушилку для высушивания дрожжей до остаточной влажности менее 10 %. Для получения сухих дрожжей, пригодных к длительному хранению и перевозкам, применяются различные способы сушки. На заводах малой производительности, работающих преимущественно на спиртовой барде, используются вальцовые сушилки с испарительной способностью от 2 до 6 т влаги в час. Дрожжи, высушенные на вальцовых сушилках, имеют вид тонких, хрупких, полупрозрачных листочков желтого или коричневого цвета. В таком виде они имеют небольшую объемную массу, что затрудняет их упаковку.
В данной технологической схеме будем использовать распылительную сушилку, которая получила наибольшее распространение. Процесс сушки основан на тонком распылении дрожжевого концентрата в камере, заполненной горячим воздухом. Мелкие капли дрожжевого концентрата в этих условиях быстро высыхают и в виде светло-желтого порошка падают на дно сушилки. Производительность распылительных сушилок по испаряемой влаге равна 4-25 т/ч. Для стабильной и безопасной работы распылительных сушилок необходима правильная организация процесса сушки, обеспечивающая высыхание капель жидкости до достижения стенок сушилки.
Высушенные дрожжи из конической части сушилки пневмотранспортом подаются в циклоны, где происходит двухступенчатая очистка отработанного воздуха, затем в бункер дрожжей и далее на упаковочно-взвешивающую машину производительностью 2т/ч .
Таким образом, процесс производства белковых кормовых дрожжей будем поводить по следующей схеме: стадия ферментации осуществляется в дрожжерастильном аппарате с эрлифтной системой воздухораспределения; флотация проводится в одноступенчатом пятисекционном флотаторе с производительностью 100 м3/ч; дальнейшее концентрирование дрожжевой суспензии проводится на двух ступенях сепараторов СОС-501К-3; плазмолиз осуществляется в теплообменнике труба в трубе; далее дрожжевая суспензия поступает на выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и с выносной греющей камерой; высушивание дрожжевой суспензии до 10%-ой влажности осуществляется в распылительной сушилке СРЦ-12,5/1100 НК производительностью 6000 кг/ч.
4. Описание технологии получения кормового белка по представленной схеме
Подготовленное к биохимической переработке сусло подается в дрожжерастильный аппарат. Для разбавления сусла до концентрации редуцирующих веществ, равной 2,2%, подается последрожжевая бражка. В этот же аппарат поступает аммиачная вода для поддержания оптимального pH и засевные или подсевные дрожжи для поддержания в среде определенной культуры дрожжей, а также необходимой концентрации их. Процесс выращивания дрожжей происходит в дрожжерастильном аппарате с эрлифтной многозонной системой воздухораспределения. Непрерывный процесс дает возможность поддерживать постоянные условия культивирования и отбора биомассы. Производительность аппарата 46,4 т в сутки товарных дрожжей. Дрожжерастильный аппарат представляет собой вертикальный стальной цилиндр. Внутри аппарата установлено четыре диффузора, которые создают четыре циркулирующих потока. Через коллектор сжатый воздух подается в вертикальные трубы каждого диффузора. Внизу эти трубы оканчиваются конусом и кюветой. Удельный расход воздуха на 1 кг товарных дрожжей составляет 32 кг. В кювету по трубе меньшего диаметра подается разбавленное сусло, Сусло, переливаясь через край кюветы, смешивается с мелкодисперсным воздухом, выходящим через щели под кюветой. Образовавшаяся пена поднимается вверх по диффузору и, разрушаясь, стекает вниз. Таким образом достигается многократная циркуляция жидкости в аппарате. Выращивание дрожжей происходит при интенсивной подаче воздуха, в пенной среде, способствующей их быстрому размножению и росту. При работе дрожжерастильного аппарата температура жидкости в нем поддерживается в пределах 34-37С0. При выращивании дрожжей выделяется значительное количество тепла, составляющее от 12250 до 15680 Дж на 1 кг абс. сухих дрожжей, и температура среды может подняться выше допустимой. Отводят тепло путем подачи воды в змеевик двухстенного диффузора и орошения водой наружной поверхности аппарата.
Полученная дрожжевая cуспензия с концентрацией 35 г/л прессованных дрожжей непрерывно самотеком отводится из нижней части дрожерастильного аппарата в одноступенчатый флотатор. В последнем методом флотации осуществляется выделение дрожжей из бражки и их сгущение до концентрации 120 г/л. Частично сгущенная дрожжевая суспензия через газоотделитель центробежным насосом откачивается в сборник. Последрожжевая бражка передается из флотатора насосом в сборник, откуда частично направляется на разбавление сусла, а остальная часть - для сгущения на первую группу сепараторов. Из сборника дрожжевая суспензия насосом подается на первую ступень сепараторов, где сгущается до содержания дрожжей 400 г/л. Последрожжевую бражку из этой группы сепараторов направляют в сборник.
Для получения кормовых дрожжей высокого качества в схему включается их промывка. Сгущенная дрожжевая суспензия после первой ступени сепараторов засасывается водоструйным насосом, смешивается в нем с водой, промывается и подается на сепараторы второй ступени. Отработанная промывная вода со второй ступени сепараторов для снижения потерь дрожжей возвращается в сборник. Там она смешивается с дрожжевой суспензией, а потом смесь подается на первую ступень сепарирования. Сгущенную дрожжевую суспензию с концентрацией дрожжей 580 г/л после второй ступени сепарирования собирают в сборнике . Перед поступлением на выпарку дрожжевая суспензия подвергается плазмолизу для снижения пенообразования в испарителях выпарных аппаратов, а также для исключения образования сгустков дрожжей, отрицательно влияющих на процесс упаривания. При плазмолизе дрожжи теряют как свободную, так и связанную воду и становятся текучими. Сгущенная дрожжевая суспензия подается насосом в плазмолизатор-подогреватель , в который поступает пар низкого давления, и под его влиянием происходит плазмолиз дрожжей при температуре 120 ?С. Плазмолизированные дрожжи подаются через напорный бак на упаривание в двухкорпусную вакуум-выпарную установку. На выпарной установке производится сгущение дрожжевой суспензии до содержания сухих веществ 20-22%. В качестве греющего пара на выпарную установку подается свежий пар или с целью экономии используется вторичный. Частично упаренная дрожжевая суспензия передается в выпарной аппарат. Вторичный пар, образующийся при упаривании дрожжевой суспензии поступает в подогреватель второго корпуса выпарной установки. Упаренный дрожжевой концентрат из выпарной установки откачивается насосом в сборник. Вторичный пар из второго корпуса через ловушку поступает в барометрический конденсатор, конденсируется водой и через барометрический ящик сбрасывается в канализацию. Вакуум в системе создается вакуум-насосом.
Из сборника дрожжевой концентрат насосом подается в сушильную установку, состоящую из дисковой распылительной сушилки, циклонов, вентилятора и другого вспомогательного оборудования.
Основная масса дрожжей, высушенных до содержания 8-10% влаги, пневмотранспортом подается через циклон в бункер. Отработанный воздух для улавливания уносимых дрожжей из распылительной сушилки подается в циклоны, а затем выбрасывается в атмосферу. Осевшие в циклонах дрожжи подаются в общий поток товарных дрожжей.
Сухие дрожжи из бункера поступают в упаковочную машину. Упакованные в бумажные мешки товарные дрожжи направляются по транспортеру в склад готовой продукции, а затем потребителям
Заключение
В заключение можно сказать, что биотехнологическое производство кормовых дрожжей является очень важным для человек, так как кормовые дрожжи - это экологически чистая эффективная сухая высокобелковая кормовая добавка, которая производится специально на корм различным сельскохозяйственным животным, птице, пушным зверям и рыбе. Применяются для обогащения комбикормов и кормления животных в сочетании с силосом и жомом.
Белок кормовых дрожжей по содержанию незаменимых аминокислот, приближается к белку кормов животного происхождения. Можно сказать, что кормовые дрожжи используются по сути, как протеиновая кормовая добавка, которая содержит биологически активные вещества растительного и микробиологического происхождения: протеин, все незаменимые аминокислоты, витамины (особенно витамины группы B), ферменты, способствующие перевариваемости и усвояемости кормов, а также микро- и макроэлементы. Как известно, в состав протеина входит не менее 20 аминокислот, в том числе незаменимые: валин, лейцин, изолейцин, метионин, триптофан, лизин, треонин и другие. А витамины группы В тесно связаны с белковым обменом в организме животных.
Применение кормовых дрожжей положительно влияет на развитие животных и птицы, увеличивается их продуктивность. Так например, кормовые дрожжи позволяют увеличить удои и жирность молока, cнизить затраты корма примерно на 10-15% на единицу продукции, при этом повышая привес животных и птиц, а так же повысить качественные характеристики мяса и яиц (вкус, диетические свойства, снижение уровня холестерина). Если говорить о пушном звере, то улучшается качество меха. Кроме того, при использовании в корме дрожжей, стимулируется размножение и снижается падеж молодняка.
Список литературы
1. Беккер М., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология-М.:Агропромиздат, 1990.-334с.
2. Биотехнология. В 8 кн. / Под редакцией Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова (том 5) -- М.: Высшая школа, 1987 г.
3. Г.Н.Черкасова, Н.В.Фирсова, К.Р.Таранцева Методические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине «Технология белковых и биологически активных веществ» - Пенза: Изд-во ПГТА, 2009
4. Муратова, Е.И. Биотехнология органических кислот и белковых препаратов: учебное пособие / Е.И. Муратова, О.В. Зюзина, О.Б. Шуняева. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. - 80 с.
5. Стахеев И.В., Коломиец Э.И., Здор Н.А. Биотехнология малотоннажного производства микробного протеина. - Мн.: Наука и техника, 1991.-261 с.
6. Яковлев В.И. Технология микробиологического синтеза. - Л.: Химия, 1987. 272 с
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая характеристика технологической схемы цеха по получению белковых кормовых дрожжей, описание и обоснование выбора его основного технологического оборудования. Расчет материального баланса цеха и оборудования по получению белковых кормовых дрожжей.
курсовая работа [58,6 K], добавлен 23.03.2010Схема производства кормовых дрожжей. Получение гидролизата и подготовка к выращиванию дрожжей. Влияние концентрации сахара в питательной среде. Выделение биомассы дрожжей из отработанной среды, концентрирование и сепарирование ее до товарной продукции.
курсовая работа [61,3 K], добавлен 19.12.2010Состав и свойства кормового дрожжевого белка. Производство кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде. Технология переработки зерновой барды в сухие кормовые дрожжи, использующая непатогенный штамм Rhodosporium diobovatum. Выращивание товарных дрожжей.
презентация [1,7 M], добавлен 19.03.2015Химический состав кормовых дрожжей. Сырьё и вспомогательные материалы. Оптимальные условия культивирования кормовых дрожжей на мелассной барде, стадии данного процесса. Аппаратурно-технологическая схема производства кормовых дрожжей на мелассной барде.
курсовая работа [33,2 K], добавлен 19.12.2010Характеристика микрофлоры дрожжевого производства. Процесс выращивания белковых дрожжей. Среды, применяемые для их производства. Описание технологической схемы получения дрожжей. Расчет материального баланса дрожжевого отделения биохимического завода.
курсовая работа [211,6 K], добавлен 18.06.2012Способы получения пекарских дрожжей. Промышленное производство дрожжей без запаха и вкуса. Особенности получения данного продукта методом химической активации. Характеристика и технология получения винных дрожжей с высокой бродильной активностью.
реферат [44,7 K], добавлен 08.12.2014Производство хлебопекарных дрожжей на мелассно-дрожжевых предприятиях. Технологические режимы переработки мелассы различного качества. Схема получения маточных дрожжей по режиму ВНИИХПа. Хранение, сушка, формовка, упаковка и транспортировка дрожжей.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.12.2010Изучение и воспроизводство различных видов пивных дрожжей. Аппаратно-технологическая схема производства пива. Основные этапы процесса пивоварения: соложение, варка, брожение, дображивание, осветление, созревание, фильтрация, пастеризация и розлив.
курсовая работа [145,7 K], добавлен 19.12.2010Расчет распылительной сушилки под производительность Кировского биохимического завода. Подбор вспомогательного оборудования: батарейного циклона, дымососа, топочного вентилятора, насоса для подачи дрожжевой суспензии. Характеристика кормовых дрожжей.
дипломная работа [159,0 K], добавлен 02.02.2013История становления производства дрожжей. Их классификация, химический состав, способы выращивания. Морфология дрожжевой клетки. Технологическая схема и этапы дрожжевого производства. Состав среды, питательных солей, рН и температура роста дрожжей.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.11.2010Описание служебного назначения детали, анализ технологических свойств материала детали. Обоснование метода получения первичной заготовки, выбор и обоснование технологических баз, погрешность базирования. Описание контрольного и рабочего приспособления.
курсовая работа [427,0 K], добавлен 14.11.2009Свойства винилацетата и его применение. Общие методы получения винилацетата. Технология получения винилацетата окислением этилена в присутствии уксусной кислоты. Характеристика сырья технологии. Сравнение различных методов получения винилацетата.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 25.12.2009Потребление углеводов клеткой дрожжей. Практическая значимость усвоения углеводов клеткой. Практическое значение спиртового брожения. Синтез углеводов в клетке. Азотный, жировой, минеральный обмен дрожжей. Значение кислорода в метаболизме дрожжей.
лекция [31,8 K], добавлен 21.07.2008Анализ техники и технологии рекуперации пива из остаточных дрожжей. Прессование и сепарация дрожжей, их мембранное фильтрование. Обзор конструкций баромембранных аппаратов. Патентная проработка проекта. Технология производства нефильтрованного пива.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 07.01.2010Химический и витаминный состав сухих пивных дрожжей, технология их производства. Строение и принцип работы установки производства чистой массовой культуры, дрожжегенераторов и вальцовых вакуум-сушилок. Правила промывки и хранения конечного продукта.
реферат [1,7 M], добавлен 24.11.2010Свойства и применение молибдена, характеристика сырья для его получения. Окислительный обжиг молибденитовых концентратов. Разложение азотной кислотой. Выбор и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии получения триоксида молибдена.
курсовая работа [148,8 K], добавлен 04.08.2012Описание технологического процесса и основного оборудования объекта управления. Классификация разрабатываемой системы, принципы ее действия и предъявляемые требования. Обоснование выбора способов измерения необходимых технологических параметров.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 05.03.2015Технологическая схема производства пива, описание ее стадий. Характеристика основного сырья в пивоварении, а именно зерна, солода, хмеля, дрожжей и воды. Перечень новых сортов зерновых культур, включённых в Государственный реестр России с 2007 года.
курсовая работа [49,5 K], добавлен 31.01.2010Основные стадии процесса получения каучука и приготовления катализатора. Характеристика сырья и готовой продукции по пластичности и вязкости. Описание технологической схемы производства и его материальный расчет. Физико-химические методы анализа.
курсовая работа [13,1 M], добавлен 28.11.2010Виды биотоплива в зависимости от агрегатного состояния, способа получения и сфер применения. Преимущества использования древесных гранул перед другими видами топлива. Процесс брикетирования, торрефикация древесины. Технология производства биогаза.
реферат [1,2 M], добавлен 20.10.2013
