Получение кормовых дрожжей на послеспиртовой барде

Послеспиртовую барду используют в качестве питательного субстрата в производстве кормовых дрожжей. Дрожжи выращивают или на одной послеспиртовой барде, или на послеспиртовой барде с добавками гидролизного сусла.

Продуценты кормовых дрожжей. Для производства кормовых дрожжей используют бесспоровые дрожжеподобные грибы.. По классификации Лоддер и Крюгер ван Рей аспорогенные дрожжи относятся к порядку Cryptococcales [3,114].

Cхема классификации аспорогенных дрожжей по Lodder and Kreqer van Rij

Класс Fungi imperfecti

Порядок Cryptococcales

Семейство Cryptococcaceae

Подсемейство Подсемейство Подсемейство

Cryptococcoideae Trichosporoideae Rhodotoruloideae

Род Род Род

Candida Trichosporon Rhodotorula

Torulopsis и др.

К подсемейству Cryptococcoideae относятся 7 родов. Семушиной с сотрудниками дрожжевой лаборатории ВНИИГидролиза в гидролизно-дрожжевом производстве внедрены дрожжи рода Candida [114]. Род Candida включает 30 видов, отличающихся различным расположением мицелия, бластоспор и другими признаками. В производстве используют чаще виды – С. scottii [114,115], C. utilis. В состав производственных ассоциаций входят и другие представители рода Candida: C.tropicalis, C.mesenterica, C.parapsilopsis, C.glaebosa, C.vini, C.intermedia, C.guilliermondii, C.mycoderma, C.melini, C.blankii, C.brumptii, C.arborea и др.

Виды подразделяются на расы (штаммы). Штаммы дрожжеподобных грибов, выделенные на разных заводах, отличаются по активности ассимиляции углеводов, устойчивости к ингибиторам гидролизных сред, скорости роста и по выходу биомассы.

Из подсемейства Cryptococcoideae в микробных ассоциациях в качестве примеси встречаются дрожжи родов Torulopsis и Cryptococcus: Torulopsis sace, T.famata, T.holnii, T.sphaerica, Cr.spesia и Cr.terreus и др. Это одиночные клетки, плохо флотирующиеся и снижающие выход биомассы от РВ.

В микробных ассоциациях гидролизно-дрожжевых заводов используют дрожжеподобные грибы рода Trichosporon. К данному роду относится вид Trichosporon cutaneum, который имеет невысокую скорость роста по сравнению с Candida scottii, но он более глубоко ассимилирует органические вещества питательного субстрата, в том числе пентозы и органические кислоты. Поэтому данный вид применяют не только при ферментации гидролизного сусла, послеспиртовой барды, но и отработанной культуральной жидкости (ОКЖ – последрожжевой бражки). В ассоциации с основной культурой С.scottii отмечается симбиоз культур дрожжей и гриба, что способствует повышению выхода дрожжей от РВ и содержания в них белка по Барнштейну. Известны следующие штаммы гриба: Кир-2, Кир-3 и Кир-01 (Киров), ВГ-6, Лд-10, Вж-1, Вт-6.

В ассоциациях дрожжей ряда заводов используют дрожжи Hansenula anomala, относящиеся к спорообразующим грибам семейства Saccharomycetaceae [116].

В качестве сопутствующей миклофлоры в биореакторах присутствуют дрожжи рода Zigofabospora (вид Z.marxiana), также относящиеся к семейству Saccharomycetaceae. Присутствие их в ассоциации дрожжей нежелательно, так как они снижают выход биомассы от РВ.

Кроме дрожжевых культур и культур гриба в составе биоценозов промышленных ферментаторов всегда присутствуют бактерии.

Для поддержания в необходимом количестве основной ассоциации дрожжей необходимо периодически осуществлять подсев культуры основного продуцента белка.

Вся сопутствующая микрофлора, а также живые клетки продуцента убиваются в процессе термолиза дрожжевой суспензии перед сушкой.

С целью повышения устойчивости к ингибиторам проводится постоянная селекция производственных штаммов. Адаптация культур дрожжей к ингибиторам, присутствующим в гидролизных средах, существенно повышает выход дрожжей от РВ и содержание в них белка. На гидролизных заводах с замкнутым циклом водопользования (Кировский биохимический завод) используют следующую ассоциацию дрожжей: С. scottii (Кир-87), Hansenula anomala (Кир-5) и Trichosporon cutaneum (Кир-2 и Кир-01), адаптированную к ингибиторам гидролизных сред. На заводе разработан режим засева данной ассоциации. Ассоциацию дрожжей С. scottii Кир-87 и Hansenula anomala Кир-5 (соотношение 60-70%:40-30%) используют при выращивании на послеспиртовой барде постоянно. Штаммы гриба Tr. cutaneum Кир-2 и Кир-01 подсевают периодически [33].

Создание оптимальных условий для выращивания культур-продуцентов белка обеспечивает доминирование этих культур в биоценозе промышленных ферментаторов. К этим условиям относятся: скорость роста – D=0,25-0,35 ч^-1, рН 3,8-4,5; t=38-39^oC [3,10]. Существенное влияние на состав микрофлоры оказывает качество и состав гидролизных сред. Продукты распада моносахаридов: фурфурол, оксиметилфурфурол, левулиновая кислота, лигногуминовые вещества, а также другие примеси гидролизата снижают скорость роста дрожжей и содержание белка в биомассе. Наиболее сильное снижение белка наблюдается при концентрации оксиметилфурфурола в гидролизном сусле более 0,07%.

Основная схема производства кормовых дрожжей. Типовая технологическая схема производства кормовых дрожжей с использованием в качестве питательного субстрата послеспиртовой барды, соответствующая общей блок-схеме производства кормовых дрожжей, (раздел 3.3.5), представлена на рисунке 4.5.

Послеспиртовую барду из сборника 1 подают через теплообменник 2 на выращивание дрожжей в биореактор 3 с барботажно-эрлифтной многозонной системой воздухораспределения типа УкрНИИСП. Содержание РВ в барде составляет 0,5-0,9%. При такой концентрации РВ в питательном субстрате нарушаются следующие оптимальные параметры выращивания дрожжей: нагрузка по РВ и время выращивания дрожжей. Для создания оптимальных нагрузок по РВ и получения качественных товарных дрожжей на заводах к послеспиртовой барде добавляют гидролизное спиртовое сусло. В биореактор кроме барды подают воздух, скомпримированный турбо-воздуходувкой 5. Для аппаратов V=1300 м³ используют две турбовоздуходувки ТВ-175-1,6 производительностью 10000 м³/ч. Удельный расход воздуха составляет 32 кг на 1 кг товарных дрожжей [10]. Для нейтрализации органических кислот и поддержания рН 4,2-4,5 в культуральной жидкости используют 25%-ный водный раствор гидроксида аммония, который также является и источником азота. Ферментацию проводят при значениях рН 4,2-4,5 с целью снижения инфицирования. При ферментации поддерживают температуру 38-39^оС.

Процессы микробиологического синтеза, в частности микробного белка, сопровождаются выделением значительного количества тепла. Отводят тепло путём подачи воды в теплообменники циркуляционных труб или в змеевики диффузоров, а также путём орошения водой наружной поверхности биореактора.

Из биореакторов отбирают два потока: один − поток отработанной культуральной жидкости из нижней части аппарата, и другой − поток дрожжевой суспензии. Откуда полученную дрожжевую суспензию с концентрацией прессованных дрожжей 30-40 г/дм³ самотёком отводят во флотатор 6. Дрожжевую пену гасят механическим и химическим пеногасителями в центральном стакане флотатора. Сгущённую дрожжевую суспензию с концентрацией дрожжей 80-120 г/дм³ через газоотделитель 7, насосом 8 откачивают в сборник 9. Отфлотированную отработанную культуральную жидкость насосом 10 подают в сборник 11, затем насосом 12 − на биоокисление. Биоокисление осуществляют в одну, две или три ступени в биореакторах V=1300 м³ с такими же системами воздухораспределения, как в биореакторах для выращивания дрожжей. Дрожжевую суспензию после биоокисления сгущают на флотаторе и подают в сборник дрожжевой суспензии 9. Дрожжевую суспензию насосами 13 подают на сепараторы 14 и 16. Сепарацию осуществляют в одну или две ступени с промывкой водой до концентрации дрожжей 300-400 г/дм³ (8-12% а.с.в.). Отсепарированную отработанную культуральную жидкость собирают в сборнике 17. Она содержит пеногаситель и не может проходить очистку в биоокислителях, поэтому её насосом 18 подают на очистные сооружения. Сгущённую суспензию

Рис. 4.5. Технологическая схема получения кормовых дрожжей:

1 - сборник сусла; 2 - теплообменник; 3 - биореактор; 4 - фильтр; 5 - турбовоздуходувка; 6 - флотатор; 7 - газоотделитель; 8, 10, 12, 13, 18, 20, 23, 26, 30 – насосы; 9 - сборник дрожжевой суспензии; 11 - сборник последрожжевой бражки; 14 - сепаратор I ступени; 15 - водоструйный насос; 16 - сепаратор II ступени; 17 - сборник отсепарированной дрожжевой бражки; 19 - сборник сгущенной дрожжевой суспензии; 21 - плазмолизатор; 22 - сборник дрожжевой суспензии; 24, 25 - выпарные аппараты; 27 - сборник дрожжевого концентрата; 28 - барометрический конденсатор; 29 - барометрический ящик; 31 - распылительная сушилка; 32 - циклоны; 33 - воздуходувка; 34 – бункер

собирают в сборнике 19.

Отсепарированную дрожжевую суспензию плазмолизуют (21) и направляют на вакуум-выпарную установку 24, 25. Дрожжевой концентрат собирают в сборнике 27 и насосом 30 подают на сушилку 31. Товарные дрожжи с влажностью 7-10% упаковывают в бесклапанные мешки. Мешки транспортируют на склад готовой продукции. После сушки из бункера дрожжи поступают в гранулятор. Хранят гранулированные дрожжи в бункерах. Транспортировку их осуществляют насыпью в железнодорожных вагонах.

Химический состав гидролизных кормовых дрожжей и их питательная ценность. Дрожжи кормовые гидролизные выпускают по ГОСТ 20083-74 с изменениями 1-7 (таблица 4.10).

4.10. Характеристика качества гидролизных кормовых дрожжей

Наименование показателей, % в пересчёте на а.с.в.	Нормативы по ГОСТ 20083-74 для групп
высшей	первой	второй	третьей
Внешний вид	порошок, чешуйки или гранулы
Цвет	от светло-жёлтого до коричневого
Запах	свойственный дрожжам, без постороннего запаха
Массовая доля влаги, не более для гранулированных дрожжей, не более	10,0 11,0
Массовая доля белка по Барнштейну,не менее
Массовая доля сырого протеина,%	не нормируется
Массовая доля золы, не более	12,0	14,0
Диаметр гранул,мм Длина гранул, мм Проход через сито с d=3мм, не более	5-13 не более двух диаметров 5,0
Металломагнитная примесь до 2мм,мг/кг
Наличие живых клеток продуцента	не допускается
Общая бактериальная обсеменённость, т.кл./г
Токсичность	не допускается

ГОСТом предусматривается качество дрожжей по четырём группам – 1,2,3 и высший сорт. Основной показатель качества дрожжей массовая доля белка по Барнштейну: для высшей группы – 44% и для 3 группы – 32%. Содержание зольных элементов не должно превышать 12% для высшей и 1-ой групп, 14% – для 2-ой и 3-ей групп. Гидролизные кормовые дрожжи производят в порошке и в гранулах. В ГОСТе ограничены размеры гранул: 5-13 мм для всех групп качества.

Питательная ценность гидролизных кормовых дрожжей достаточно хорошо изучена. Биомасса кормовых гидролизных дрожжей является источником витаминов, аминокислот, макро- и микроэлементов и других ценных компонентов.

Гидролизные кормовые дрожжи содержат все незаменимые аминокислоты. Сумма аминокислот в дрожжах, выращенных на послеспиртовой барде, составляет 40% от абсолютно сухого вещества. Проводились исследования по обогащению кормовых дрожжей азотсодержащими веществами, в частности карбомидом. Получены противоречивые результаты. Проведены испытания дрожжей, обработанных мочевиной, на свиньях и овцах. Мочевина рекомендуется в качестве азотной добавки в корма в количестве 2,5% [117,118].

Гидролизные дрожжи содержат нуклеиновые кислоты в количестве 4-8% и углеводы около 19%.

В гидролизных дрожжах содержатся следующие витамины (мг/г): В₁ (тиамин) – 5-27; В₆ (пиридоксин) – 3,0-25,0; рибофавин – 40-150; пантотеновая кислота – 50-100; холин – 2500-6000; никотиновая кислота – 350-800; биотин – 0,6-2,3; фолиевая кислота – 10-35. Витамины А и С не обнаружены. Гидролизные кормовые дрожжи богаты кальциеферолами. В дрожжах есть токоферолы, некоторые расы их способны накапливать в своей биомассе каротин. Дрожжи содержат лецитин, глютенин, ферменты. Количество жира в гидролизных дрожжах составляет 14,0%. Исследован их липидный состав.

Основную часть минеральных веществ кормовых дрожжей составляют фосфор (около 50%), калий (около 13,0%), кальций (около 3%), магний (около 1%). Кроме того, в состав дрожжевых клеток входят и микроэлементы. Изучено содержание микроэлементов в гидролизных дрожжах, выращенных на послеспиртовой барде (мг %): Mn – 10,4; Cu – 0,04-0,12; Cо – 0,66; Zn – 9,8; Fe – 32,0. Дрожжи, выращенные на гидролизате подсолнечной лузги, имели следующий состав микроэлементов (мг% от а.с.дрожжей): Mn – 2,8-7,6; Cu – 2,2-3,4; Cо – 0,04-0,12; Zn – 9,6-12,2; Fe – 20-60,8.

Различные виды дрожжей имеют различный состав. Так, дрожжи рода Saсcharomyces, применяемые как основные культуры для спиртового брожения, имеют 7,3-10,2% минеральных веществ, в том числе 4,46-5,74% Р₂О₅; 0,24-0,54% СаО; 0,25-0,51% MgO к весу а.с.дрожжей. Ионы тяжёлых металлов в кормовых дрожжах (мг/кг): Pb < 5; Ni – 4,1; As < 2; F – 60-80. Предельно-допустимые концентрации тяжёлых металлов в продуктах микробного синтеза (мг/кг) установлены для: Hg – 0,1; Cd – 0,5; Pb – 5,0; As – 2,0; Cr – 1,0; Ni – 2,0; Al – 25,0; Se – 1,0; F – 45,0.

Полный химический состав кормовых дрожжей гидролизно-дрожжевого производства с замкнутым циклом водопользования, полученных на послеспиртовой барде, представлен ниже в таблице 4.16.

Проведена большая работа по санитарно-токсикологической оценке продуктов микробиологического синтеза. Один из её методов – определение общего уровня микробного загрязнения. Бактериальная обсеменнёность товарных гидролизных дрожжей большинства заводов не превышает установленный норматив – 150000 кл. на 1 г продукта.

Проведены исследования по изучению токсичности гидролизных кормовых дрожжей. При этом были использованы различные методы анализа: на мышах и на инфузориях парамециях [119,120].

Известно, что нелетучие и трудноокисляемые cоединения остаются в гидролизате, сусле и послеспиртовой барде. Они являются основными загрязнителями отработанной культуральной жидкости и гидролизных кормовых дрожжей. К труднолетучим веществам относятся следующие продукты распада гексоз: оксиметилфурфурол, левулиновая кислота, гуминовые вещества; лигонофурановые вещества – продукты конденсации фурановых альдегидов с осколками лигнина, концентрация которых в гидролизате составляет 0,3-0,4%; продукты деструкции лигнина и экстрактивных веществ − фенолы и другие ароматические вещества. При переработке концентрированных сред содержание труднолетучих и трудноокисляемых веществ в отработанной культуральной жидкости увеличивается. Для получения нетоксичных кормовых дрожжей необходимо соблюдать ряд условий:

1. Сгущение дрожжевой суспензии в гидролизном производстве проводить до содержания абсолютно сухих веществ не менее 10-12%.

2. Ввести двухступенчатую сепарацию дрожжевой суспензии с промывкой дрожжей водой. ХПК отсепарированной отработанной культуральной жидкости не должно превышать 9000 мг О₂/дм³.

3. Соблюдать температурные режимы сушки (90-100^оС) и грануляции кормовых белковых продуктов (температура пара не должна превышать 140^оС).

4. Дрожжевую суспензию после мокрой очистки дымовых газов направить на утилизацию совместно с активным илом.

Кормовая ценность дрожжей определяется не только содержанием в них белков, витаминов, аминокислот, но и доступностью этих соединений для животного организма. Она, прежде всего, зависит от степени перевариваемости белков, отличающихся сравнительно большой устойчивостью к пищеварительным ферментам живого организма. Количество перевариваемого белка определяли по разности между количеством белка в пробе до и после обработки пепсином. Отношение этой величины к количеству исходного белка, выраженного в процентах, характеризует степень перевариваемости белка в дрожжах. Для дрожжей, выращенных на послеcпиртовой барде или смеси барды с нейтрализованным гидролизатом древесины, перевариваемость белка составляет 74-86%. Для дрожжей, выращенных на нейтрализованном гидролизате древесины, перевариваемость белка составила 72-90%. Питательная ценность и нетоксичность дрожжей подтверждена длительным использованием их в составе комбикормов на животных и птице.

Химический состав отработанной культуральной жидкости. Исследован химический состав отработанной культуральной жидкости, полученной при выращивании ассоциативной культуры С. scottii (Кир-87), Hansenula anomala (Кир-5) и Trichosporon cutaneum (Кир-2 и Кир-01) на послеспиртовой барде при переработке на спирт нейтрализованных гидролизатов различных видов растительного сырья. Результаты исследований представлены в таблице 4.11 [33].

Из результатов, представленных в таблице, видно, что в одних и тех условиях наибольшая загрязнённость отфлотированной и биоокисленной отработанной культуральной жидкости наблюдается при использовании древесины хвойных пород с добавками мелассы, а также древесины и зерноотходов. Наименьшая загрязнённость отработанной культуральной жидкости при сбраживании менее концентрированных субстратов, получаемых из хвойной древесины.

4.11 Химический состав отработанной культуральной жидкости при переработке на спирт гидролизатов различных видов растительного сырья, %

Дата добавления: 2015-10-02