Спосіб зброджування поживних середовищ

Винахід відноситься до спиртової промисловості, зокрема, до способів зброджування поживних середовищ і може бути використаний при виробництві спирту з меляси. Відомий спосіб зброджування мелясного сусла в спиртовому виробництві (див. Маринченко В. А., Метюшев Б. Д. "Те хнология спирта из мелассы". - Київ.: Вища школа, 1975 -284с.), що передбачає антисептування меляси, збагаченої її поживними речовинами, розведення водою до концентрації сухих речовин 12-22мас.%. Потім сусло зброджують вільними дріжджовими клітками безперервним способом у батареї з 8-10 послідовно з'єднаних бродильних апаратів. Час перебування зброджувального середовища в батареї складає 18-20 годин, що відповідає швидкості розведення середовища, у середньому, 0,055год-1. Зрілу бражку з останнього апарата направляють на перегонку або з неї попередньо виділяють дріжджі, які використовують як хлібопекарські. Недоліком цього способу є те, що спиртові дріжджі використовуються тільки в одному виробничому циклі, унаслідок чого необхідно постійно безперервним способом культивувати дріжджі, на синтез біомаси яких витрачається від 4 до 6% від суми зброджувального цукру поживних середовищ і відповідно знижується вихід цільового продукту. Найбільш близьким до запропонованого по технічній сутності і результатові, що досягається, є "Спосіб безперервного зброджування сусла в батареї ферментерів при виробництві спирту" / а. с. СРСР - №885254, МПК С12Р7/06; опубл. 30.11.81 Бюл. №44, у якому зброджування і дооцукрювання сусла ведуть роздільно у дві послідовні багаторазово повторювані стадії, при цьому дріжджі перед зброджуванням попередньо іммобілізують на носії природного походження - на буковій стружці. Кількість дріжджів, іммобілізованих на буковій стружці, відповідає 160-180млн. клітин/мл. Концентрація сусла в головному бродильному апараті підтримується на рівні, що пригнічує розмноження дріжджів, і складає 6-7%. Після виходу з головного ферментера сусло дооцукрюють у послідовно з'єднаних дооцукрювачах. Зрілу бражку із останнього ферментера направляють на перегонку. За рахунок інтенсифікації процесу дооцукрювання декстринів сусла з крохмалевмісної сировини тривалість бродіння скорочується до 36 годин, що відповідає швидкості розведення 0,028 год-1 проти 60 годин контрольного зброджування. Зброджування сусла іммобілізованими дріжджами дає можливість збільшити вихід спирту. Винахід відноситься до виробництва спирту з крохмалевмісної сировини і частково може бути використаний у виробництві спирту з інших видів сировини, зокрема, при зброджуванні мелясного сусла дріжджами, іммобілізованими на носії - буковій стружці. В останньому випадку досягається тільки підвищення виходу спирту, інтенсифікація процесу зброджування мелясного сусла не відбувається, тому що концентрація дріжджових клітин у середовищі відповідає прийнятій у спиртовій промисловості при застосуванні для цієї мети вільних клітин. Крім того, сама по собі букова стружка не є носієм, оскільки вона не має адсорбційних властивостей або розвинутої пористої структури. Тому дріжджові клітини слабо утримуються в макрообсягах вільного простору шарів букової стружки, і такий носій неефективний при високій швидкості розведення середовищ, яка при зброджуванні мелясного сусла в 2,5 рази вище, ніж при зброджування сусла з крохмалевмісної сировини. В основу винаходу поставлена задача створення способу, що дозволить інтенсифікувати процес зброджування поживних середовищ і тим самим підвищити вихід е тилового спирту. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб включає підготовку сировини до зброджування і зброджування сусла штамами іммобілізованих дріжджів проводять у батареї бродильних апаратів. Згідно винаходу зброджування здійснюють спиртовими дріжджами, іммобілізованими на поверхні носія, у якості якого використовують вуглецевий волокнистий матеріал, отриманий з привитих сополімерів целюлози, шляхом карбонізації при 800-850°С в інертному середовищі й активізації при 700-900°С водяною парою. Крім того, зброджування мелясного сусла здійснюють при швидкості розведення середовища в головних бродильних апаратах 0,065-0,085год-1, а також доброджування виведеної з головних бродильних апаратів бражки здійснюють у двох послідовно з'єднаних апаратах доброджування при швидкості розведення середовища 0,20-0,45год-1. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом полягає у наступному. Синтетичний вуглецевий волокнистий матеріал, отриманий з привитих сополімерів целюлози, карбонізований при 800°С в інертному середовищі й активований при 700-900°С водяною парою, складається з вуглецевих волокон, обсяг простору між якими складає 0,95-0,98см 3 на 1см 3 матеріалу. Наявність міжволоконного простору дозволяє міцно закріпити 8-12г дріжджів на 1г носія, унаслідок чого в зброджувальному середовищі можна створити концентрацію дріжджів 25-40г/л, що в 1,5-2 рази вище, ніж звичайно застосовувана. Це дозволяє скоротити тривалість бродіння в періодичному процесі або збільшити розведення середовища в безперервному процесі. Використання волокнистих матеріалів виключає вимивання іммобілізованих дріжджів потоком зброджувального середовища. При коефіцієнті розведення середовища в головних бродильних апаратах більше 0,085 год-1 відбувається "проскок" незбродженого цукру у концентраціях вище допустимих, внаслідок чого зменшується вихід спирту. Коефіцієнт розведення в батареї доброджувачів встановлюють в межах 0,20-0,45год-1. При коефіцієнті розведення вище 0,45год-1 відбувається неповне дображування внаслідок "проскоку" цукрів. Запропонований спосіб пояснюється наступними прикладами: Приклад 1. Зброджували мелясне сусло концентрацією сухи х речовин 22%, приготовлене зі знезараженої меляси. З метою підтримки біологічної чистоти середовища в умовах тривалого процесу зброджування пригнічувати сторонні мікроорганізми можна за допомогою антисептиків, антибіотиків і впливом високих температур. У наши х дослідах мелясу піддавали стерилізації при 130°С протягом 2 хвилин. У мелясу вводили з розрахунку на 1000 дал одержуваного з неї спирту 21,5кг ортофосфорної кислоти, 9кг сечовини, 140кг соляної кислоти в перерахунку на 100%-ву. Мелясу з усіма допоміжними матеріалами розбавляли водою до концентрації сухи х речовин 22% і зброджували безперервним способом у лабораторній установці проточного типу спиртовими дріжджами Saccharomyces cerevisiae раси В. Безперервний процес вели протягом шести діб. У контрольному досліді мелясне сусло зброджували вільними дріжджовими клітинами при швидкості розведення середовища 0,055год-1, що відповідає прийнятій у спиртовій промисловості тривалості зброджування мелясного сусла (18 годин). Кількість засівних дріжджів складала 10г/л. У середовище додавали дріжджі з розрахунку сумарної їх концентрації 25-40г/л, як і в дослідних варіантах. Кількість цукру на їх розмноження враховували при розрахунку ви ходу спирту відносно цукру меляси. Виведену з головних бродильних апаратів бражку доброджували протягом З годин, що відповідає швидкості розведення 0,35год-1. Приклад 2. Запропонований спосіб здійснювали в аналогічних умовах дріжджами, іммобілізованими на вуглецевому волокнистому матеріалі, при швидкості розведення середовища 0,065 год-1 у головних бродильних апаратах і 0,5год-1 - у доброджувачах. Вуглецевий волокнистий матеріал, отриманий з привитих сополімерів целюлози, карбонізований при 800°С в інертній атмосфері й активований при 700-900°С водяною парою. Приклад 3. Запропонований спосіб здійснювали за прикладом 2 із тією лише відмінністю, що стерильне мелясне сусло зброджували при швидкості розведення середовища 0,065год-1 у головних бродильних апаратах і 0,45год-1 - у доброджувачах. Приклад 4. Запропонований спосіб здійснювали за прикладом 2 із тією лише відмінністю, що стерильне мелясне сусло зброджували при швидкості розведення середовища 0,070 год-1 у головних бродильних апаратах і 0,35год-1 - у доброджувачах. Приклад 5. Запропонований спосіб здійснювали за прикладом 2 із тією лише відмінністю, що стерильне мелясне сусло зброджували при швидкості розведення середовища 0,080год-1 у головних бродильних апаратах і 0,25год-1 - у доброджувачах. Приклад 6. Запропонований спосіб здійснювали за прикладом 2 із тією лише відмінністю, що стерильне мелясне сусло зброджували при швидкості розведення середовища 0,085год-1 у головних бродильних апаратах і 0,20год-1 - у доброджувачах. Приклад 7. Запропонований спосіб здійснювали за прикладом 2 із тією лише відмінністю, що стерильне мелясне сусло зброджували при швидкості розведення середовища 0,090год-1у головних бродильних апаратах і 0,20год-1 - у доброджувачах. Коефіцієнт розведення Концентрація незбродженого середовища, год-1 цукру, г/100мл У головних У До Після бродильних доброджувачах доброджування доброджування апаратах 0,055 0,035 0,70 0,35 (контроль) 0,065 0,50 0,57 0,48 0,065 0,45 0,53 0,29 0,070 0,35 0,67 0,32 0,080 0,25 0,58 0,32 0,085 0,20 0,67 0,34 0,090 0,20 0,86 0,64 Вміст спирту у зрілій бражці, % об Вихід спирту, % відносно контролю Кислотність бражки, град. 8,98 100,0 0,65 9,08 9,26 9,24 9,25 9,22 9,05 101,2 103,1 102,9 103,0 102,8 100,8 0,62 0,72 0,67 0,75 0,70 0,63 Як видно з приведених у таблиці даних, концентрація незбродженого цукру в зрілих бражках, крім досліду зі швидкістю розведення середовища в головних бродильних апаратах 0,090год-1, практично однакова, але вміст і вихід спирту в дослідах з іммобілізованими дріжджами на 1,2-3,1% вище, ніж у контролі (зброджування сусла вільними клітками дріжджів). Це пояснюється тим, що при зброджуванні мелясного сусла іммобілізованими дріжджами зменшуються витрати цукру на синтез біомаси дріжджів і відповідно створюється резерв цукру для додаткового утворення спирту. Помітне підвищення виходу спирту в порівнянні з контролем спостерігається зі збільшенням швидкості розведення до 0,085год-1 у головних бродильних апаратах і 0,45год-1 - у доброджувачах, при подальшому збільшенні швидкості розведення вихід спирту різко зменшується внаслідок "проскоку" цукру. Таким чином, максимальних вихід спирту досягається при швидкості розведення середовища в головних бродильних апаратах до 0,065-0,085год-1 і 0,20-0,45год-1 - у доброджувачах. Однак, з метою підвищення питомої продуктивності дріжджебродильної апаратури - зниження металоємності апаратів у залежності від хімічного складу меляси і застосовуваного штаму іммобілізованих дріжджів швидкість розведення середовища доцільно підтримувати на максимально можливому рівні в зазначених інтервалах.