Курсовая работа: Промышленное получение кормовых дрожжей на мелассно-спиртовых заводах

Курсовая работа: Промышленное получение кормовых дрожжей на мелассно-спиртовых заводах

Введение

Для увеличения производства продуктов животноводства необходима надежная комовая база. Корма, не содержащие в достаточном количестве белков и витаминов, не могут удовлетворить животноводство и птицеводство. В нашей стране, как и во всех станах отмечается большой дефицит кормового белка. Один из способов повысить питательную ценность кормов – вводить в рацион кормления животных и птиц кормовые дрожжи, которые получают на гидролизных и целлюлозных предприятиях. Для их выращивания используют углеводы, содержащиеся в гидролизатах и сульфитных щелоках. Эти дрожжи являются биологически полноценным кормом, источником белка, витаминов и минеральных веществ. Такие дрожжи содержат:

Белок 48 – 52%

Углеводы 13 – 16%

Жиры 2 – 3%

Безазотистые экстрактивные вещества 22 – 40%

Зола 6 – 10%

Кормовые дрожжи повышают биологическую ценность белков других кормов за счет содержания в них незаменимых аминокислот. По содержанию аминокислот кормовые дрожжи близки к белкам животного происхождения. Так же они содержат витамины группы В и в этом отношении превосходят все белковые корма. Эти витамины тесно связаны с белковым обменом в организме животных и являются компонентами ферментных систем, активными катализаторами, необходимыми для усвоения аминокислот и синтеза белка.

Кормовые дрожжи – богатый источник витамина Д2, их зола содержит ценные макро- и микроэлементы: P, K, Ca, Fe, Mg, S, Cu, Co…и др. По общей питательной ценности 1 кг дрожжей содержит от 1,03 – 1,16 кормовых единиц и особенно много перевариваемого белка – до 380 – 480 г.

Скармливать животным кормовые дрожжи рекомендуется в качестве белково-витаминной добавки, при этом повышается привес животных, снижаются затраты общих кормов на единицу привеса, сокращается продолжительность откорма.

Кормовые дрожжи с успехом используются во всех отраслях животноводства и птицеводства, поэтому потребность в них ежегодно возрастает.

Для производства кормовых дрожжей используются дрожжи и дрожжеподобные грибы, являющиеся отходами при производстве спирта, пива и вина, обладающие необходимыми технологическими свойствами: способностью быстрого роста в аэробных условиях с образованием протеина, аминокислот и витаминов, устойчивостью производственных культур, сопротивляемостью развитию посторонних микроорганизмов.

На спиртовых заводах, перерабатывающих мелассу, кормовые дрожжи получают путем выделения сахаромицетов из мелассной барды, на остальных – путем выращивания дрожжеподобных грибов на той же барде. Это повышает использование мелассной барды до 80% от общего ее количества на спиртовых заводах.

Химический состав кормовых дрожжей

Биомасса дрожжевых клеток состоит из 75–80% воды и 25–20% сухих веществ. Органические вещества дрожжей состоят из протеина, полисахаридов, безазотистыъх экстрактивных соединений и липидов. Наиболее ценным компонентом является протеин. Наибольшее количество протеина содержится в кормовых дрожжах, выращенных на зерно-картофельной и мелассной барде.

Таблица 1

Вещества, %	Дрожжи, выращенные на
	Сульфитном щелоке и гидролизной барде	Зерно-картофельной барде	Мелассной барде
Протеин (N*6,25)	45–52	48–56	47–55
Углеводы	13–16	22–25	14–17
Жиры	2–3	2–5	3–5
Безазотистые вещества	20–37	22–30	22–33
Зола	8–11	7–9	8–12

По ОСТ 18 – 15 – 70 на дрожжи кормовые сухие, вырабатываемые на спиртовых заводах, протеина в них должно быть не менее 45%, а усвояемого белка не менее 35%. По содержанию лизина и метионина (г/кг) дрожжи уступают только рыбной муке. В кормовых дрожжах:

Лизин 32,8 г/кг

Метионин 8,2 г/кг

Триптофан 6,3 г/кг

Биологическая ценность дрожжей обусловлена высоким содержанием витаминов группы В. П этому показателю дрожжи превосходят все кормовые продукты:

мг/кг

Тиамин 6,2 – 8,0

Рибофлавин 44 – 130

Пантотеновая кислота 28 – 44

Пиридоксин 23 – 30

Цианкобаламин 0,2

Никотинамид 500 – 504

Фолиевая кислота 11 – 23

Холин 7660 – 2910

Н – биотн 1,0 – 1,1

Эргостерин 2080

Сырьё и вспомогательные материалы

1. Мелассная барда – основное сырье при производстве кормовых дрожжей. При сбраживании на спирт свекольной мелассы только 45% сухих веществ превращается в спирт и углекислый газ, остальное количество а так же дрожжи Sacch. Cerevisiae и продукты их метаболизма полность переходят в барду.

Химический состав и технологические свойства барды зависят от качества переработанной свеклы и технологии сбраживания на спиртовом заводе. Поэтому химические свойства барды варьируют в широком диапазоне.

  Сухих веществ 7 – 10% и воды 90 – 93%.

  Неорганических веществ 20 – 30%, на долю органических приходится 70 – 74% от общего количества сухого вещества.

  Азота общего 3,7 – 6,0%, в основном бетаин. Остальная часть – нерастворимый и растворимый азот, азот оснований и аминокислот.

  Присутствующие аминокислоты 6 – 10% преимущественно состоят из нерасщепляемой дрожжами пирролидонкарбоновой кислоты. Поэтому по азотному составу барду нельзя считать полноценной средой.

  Свободных РВ не превышает 1,5 – 6,6% и общих 2,2 – 9,7%

  Сухие вещества на 1/3 состоят из зольных соединений. К2О 36 – 55%, Na2О – 6,5 – 7,5%. Остальные элементы содержатся в небольшом количестве в пределах 0,1 – 0,5%.

  Микроэлементы (мг% к СВ): Mg 0.3 – 9.0; Ni = 0,6 – 1,9; Ti = 0,3 – 5,9; Cu = 0,3 – 18,3; V = 0,3 – 6,0; Co = 0,06 – 0,64; Ba = 0,3 – 12,7; Mo, Cr, Pb, Ag, = 0,03 – 0,02.

  Практическое значение имеют те вещества, которые усваиваются дрожжами рода Candida, эти вещества имеются в барде в тех или иных количествах – моно- и дисахара, карбоновые кислоты и оксикислоты, спирты, аминокислоты, глюкозиды, органические и неорганические азотистые соединения, соли калия, магния, фосфора и железа, микроэлементы, витамины.

Мелассная барда является благоприятной средой для развития дрожжей и дрожжеподобных грибов. В биологическом отношении барда – пригодный продукт для развития многих микроорганизмов, что является основой для использования её как сырья в производстве кормовых дрожжей.

Недостатком барды является низкое содержание в ней фосфора и высокое содержание зольных элементов и других неусвояемых дрожжами веществ. Высокая концентрация СВ барды обуславливает повышенное осмотическое давление, тормозящее жизнедеятельность дрожжей. Поэтому дрожжи на ней размножаются медленнее чем на сахарных средах.

Наличие аминокислот в барде благоприятствует не только развитию дрожжей, но и посторонней бактериальной микрофлоры. В связи с этим переработка барды имеет свои отличительные особенности, связанные с предупреждением инфекции и борьбы с ней.

2. вспомогательные материалы.

  Соляная кислота HCl ГОТС 875 – 69 (синтетическая), ГОСТ 1382 – 42 (техническая)

  Серная кислота H2SO4 ГОСТ 667 – 53;

  Диаммонийфосфат (NH4)2HPO4 ГОСТ 8515 – 57 (технический);

  Карбамид CO(NH2)2 ГОСТ 2081 – 63 (мочевина);

  Ортофосфорная кислота H3PO4 ГОСТ 10678 – 63 (термическая);

  Сернокислый аммоний (NH4)2SO4 ГОСТ 9097 – 65 (аккумуляторный);

  Суперфосфат Ca(H2PO4)*H2O ГОСТ 8382 – 57;

  Олеиновая кислота ГОСТ 7580 – 55 (техническая);

  Технический олеин – смесь кориандрового и рапсового масла;

  Фузы – отходы, получаемые при механической рафинации растительных масел;

  Соапсток – отход щелочной рафинации растительного масла;

  Кашалотовый жир ГОСТ 8714 – 58;

  Несульфированные соединения (НС) – побочный продукт производства синтетических жирных кислот из жидких очищенных парафинов, состоящий из смеси высших жирных спиртов и непредельных углеводородов.

Оптимальные условия культивирования кормовых дрожжей на мелассной барде

Основным критерием при сравнении и отборе той или иной культуры для данной среды является скорость её роста и способность ассимилировать все питательные вещества с высоким экономическим коэффициентом. От этого зависит производительность предприятия, расход электроэнергии и другие технико – экономические показатели производства. Сахара присутствуют в мелассной барде совсем в небольших количествах и на выход дрожжей практически не влияют. Поэтому надо отдать предпочтение тем дрожжам, которые ассимилировали бы карбоновые кислоты, оксикислоты и глицерин, содержащийся в барде.

Наибольший выход биомассы дают Candida utilis С-1 и Candida tropicalis СК-4, что послужило основанием к применению их отдельно и в смеси прии производстве кормовых дрожжей на мелассной барде. Опасность вытеснения их другими культурами исключается, так как в мелассной барде достаточно ростовых веществ.

В благоприятных условиях время генерации при культивировании на мелассной среде 2,5 – 3,0 часа, что объясняется наличием в барде трудноусвояемых и ингибирующих веществ. При периодическом культивировании продолжительность одной генерации в период интенсивного размножения составила 4 часа, поэтому длительность пребывания среды в аппарате при непрерывном культивировании должна быть не менее 8 – 10 часов.

Процесс выращивания при такой длительности следует вести при очень интенсивной аэрации, что бы кислород не лимитировал быстрого размножения.

Скорость размножения и выход биомассы находятся в зависимости от концентрации барды. С разбавлением барды увеличивается выход дрожжей. Разбавленная барда менее вязкая и меньше пенится, кроме того требуется меньше воды на промывку дрожжевой суспензии. Кроме того, в этом случае возможно сокращение времени периодического культивирования (на 1/3 если разбавление идет водой в соотношении 1:1).

Но разбавление невозможно, если предполагается последующее выпаривание последрожжевой барды. Но из концентрированной барды можно получить такой же выход как из разбавленной, но при большей интенсивности аэрации или проведением процесса в 2 стадии. Если для интенсивной аэрации нет условий, тогда целесообразно разбавлять барду для повышения производительности аппаратов.

Активная кислотность мелассной барды соответствует рН 5,5 – 5,8. в процессе выращивания дрожжей потребляются органические кислоты, вследствие чего среда подщелачивается тем сильнее, чем интенсивнее рост клеток. Для поддержания рн на оптимальном уровне необходимо пользоваться соляной или серной кислотой.

Высокий выход биомассы наблюдается при рН 5,0 – 5,5. Однако при непрерывном культивировании в производственных условиях происходит быстрое нарастание инфекции, кроме того усиливается вспенивание дрожжевой бражки, что зарудняет сепарирование, поэтому приходится поддерживать рН среды на уровне 4,0 – 4,2.

При замедленном росте культуры из-за несовершенной аэрации и наличия в барде трудноусвояемых источников углерода, во избежании развития инфекции эффективнее вести процесс при рН 3,5 – 3,8.

Оптимальной температурой для выращивания рожей на мелассной барде надо считать 32 – 33оС. Более высокая температура процесса, хотя и уменьшает расход воды на охлаждение, но из-за пониженного выходя дрожжей не может быть рекомндована, тем более что при этом усиливается развитие инфицирующей микрофлоры, сильно подавляющей рост дрожжей.

Рекомендованный расход воздуха на аэрацию составляет 55 – 60 м3/м3 ч. Это соответствует 20 – 25 м3 воздуха на 1 кг введенных в аппарат углеродсодержащих питательных веществ.

Стадии технологического процесса

 

Подготовка барды и приготовление питательной среды.

1. Стерилизация барды при 95–1000С 45 – 60 минут. Барда освобождается от спорообразующих микроорганизмов и твердых примесей, периодически удаляемых при чистке аппарата.

2. В случае переработки барды с повышенным содержанием СаО, необходимо подкисление до рН 3,5 – 3,8 и дальнейшее отделение в отстойниках выпавшего в осадок гипса.

3. Охлаждение барды до температуры 20 – 300С. Для этого применяются пластинчатые и (реже) трубчатые теплообменники с водой. Используют прудовую, речную и артезианскую воду а так же отсепарированную вторичную барду.

4. Приготовление питательной среды. Смешивают барду в смесителях с растворами содей содержащих азот и фосфор.

Размножение посевных дрожжей

Дрожжи размножаются в аппаратах чистой культуры, дрожжанках и дрожжегенераторе, из которого подаются в дрожжерастительные аппараты.

Для нормального культивирования кормовых дрожжей необходимо периодически вводить в дрожжерастительный аппарат дрожжи чистой культуры (в противном случае накопление биомассы уменьшается и питательные вещества не используются в должной мере). Количество посевного материала должно быть 30 – 40% от суммы углеродсодержащих веществ.

Посевной материал размножают из чистой культуры в пять последовательных стадий.

В лабораторной стадии культуру выращивают на качалке при температуре 300С, сначала в колбах со 100 мл мелассного сусла, а потом в колбах с 500 мл сусла в течении 16 – 24 ч.

Из двух колб по 500 мл дрожжи переносят с соблюдением правил стерильности в АЧК емкостью 15 л. Затем продолжают культивировать в АКЧ емкостью 150 и 1500 л, заполненных суслом на 2/3.

Молодые и энергичные дрожжи из АКЧ передают в дрожжанку емкость 8 м3 в которой размножение ведут на концентрированной барде концентрацией 5 – 6% СВ с добавлением стерилизованного мелласного сусла. Затем в дрожжанках на 30 м3 и дрожжегенераторе на 100 м3 дрожжи размножаются на барде при энергичной аэрации.

В качестве дрожжегенераторов используют небольшие аппараты с эрлифтным аэратором. При проявлении бактериальной инфекции и других нежелательных признаков среду в дрожжегенераторе заменяют. После освобождения и промывки аппарат и связанные с ним трубопроводы стерилизуют паром в течение 1 ч при 1000С.

Выращивание кормовых дрожжей

Для достижения высокой продуктивности дрожжерастительного процесса требуется непрерывный равномерный приток питательной среды и отбор дрожжевой бражки, интенсивная аэрация, строгое соблюдение температурного режима и поддержание оптимального рН среды: в I стадии выращивания 4,0 – 4,2 и II стадии 3,5 – 3,8. Несоблюдение этих условий негативно скажется на физиологической активности дрожжей, приводит к замедлению роста, развитию инфекции, неполному использованию углеродсодержащих веществ барды и низкому выходу продукции.

Аэробное размножение дрожжей сопровождается выделением тепла. Если это тепло не отводить, то среда нагревается сверх допустимых пределов. Наиболее устойчивый процесс выращивания протекает при температуре 32 – 340С. Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению накопления биомассы и развитию инфекции.

40% образующегося тепла уносится продуваемым воздухом, а остальное количество отводится через наружные стенки аппаратов и змеевика.

Выращивание кормовых дрожжей на мелассной барде ведут в высоких дрожжерастительных аппаратах с эрлифтной системой аэрации. Среда в эрлифных аппаратах превращается в эмульсию плотностью 0,30 – 0,35 г./см3, энергично циркулирующую и заполняющую аппарат на 80%. Дрожжевые клетки размножаются и растут в пенном слое (пенный метод).

При переработке концентрированной и сильно пенящейся барды циркуляция в дрожжерастительном аппарате может оказаться недостаточной. Чтобы разрушить пену и предотвратить флотацию дрожжей необходимо периодически добавлять в среду пеногаситель, так же можно уменьшить заполнение аппарата и увеличить аэрацию.

Страницы: 1, 2