Тому що при повному окисленні цукру значно більше звільняється енергії та утворюється реакційно здатних метаболітів для синтетичних процесів, то збільшується швидкість розмноження та збільшується біомаса дріжджів.
2.4 Мікроорганізми – супутники дріжджів
При зброджуванні сула дріжджами необхідно захищати їх від сторонніх мікроорганізмів бактерій та диких дріжджів, що заносяться з сировиною, водою та повітрям. Потрапивши в дріжджові та бродильні апарати, вони можуть накопичуватися в значній кількості і навіть витісняти виробничу культуру дріжджів. Контамінуючи мікроорганізми споживають з сусла частину поживних речовин, тому вихід спирту знижується. Крім того вони утворюють органічні кислоти та інші продукти, що інактивують ферменти оцукрюючи матеріалів і знижують бродильну енергію дріжджів, в результаті чого в дозрілій бражці підвищується кількість незброджених цукрів та крохмалю. Хлібопекарські дріжджі, що були виділені з інфікованої мелясно – спиртової бражки, мають низку ферментативну активність та стійкість.
2.4.1 Характеристика сторонніх мікроорганізмів
Молочнокислі бактерії. Молочнокислі бактерії бувають циліндричні чи паличкобразні, а також сферичні чи кулевидні (кокки), грам позитивні, нерухомі, неспороутворюючі. Гетеро ферментні молочнокислі бактерії наряду з молочною кислотою утворюють летючі кислоти, спирт, діоксид вуглецю та водень.
Оптимальна температура для росту більшості молочнокислих бактерій 20 – 30 0С. Термофільні види їх краще розвиваються при температурі 49 – 51 0С. Молочнокислі, як і інші без спорові бактерії гинуть при 70 – 75 0С.
Оцтовокислі бактерії. Оцтовокислі бактерії – грам негативні, паличкообразні без спорові суворо аеробні організми, що розвиваються в тих самих умовах, що і дріжджі. Бактерії могуть окислювати етиловий спирт в оцтову кислоту. Деякі види бактерій могуть окислювати також глюкозу в глюконову кислоту, ксилолу та арабінозу – в ксилонову та араба нову кислоти. Етиловий спирт – головне джерело життєдіяльності оцтовокислих бактерій.
При накопиченні в суслі, що зброджується 0,01% оцтової кислоти, затримується, а при 0,2% пригнічується життєдіяльність дріжджів.
Маслянокислі бактерії. Маслянокислі бактерії – сурово анаероби, що мають рухомі великі спороутворюючи палички довжиною 10 мкм. Поряд з масляною кислотою вони можуть утворювати (в меншій кількості) оцтову, молочну, капронову, каприлову та інші кислоти, а також етиловий та бутило вий спирти. Збудники цього зброджування розвиваються головним чином у трубопроводах, насосах та інших прихованих місцях. Оптимальна температура для росту бактерій 30 – 40 0С, при рН нижче 4,9 вони не розвиваються. Маслянокислі бактерії становлять велику загрозу для спиртового виробництва, тому що масляна кислота, яку вони виробляють, навіть в дуже малих концентраціях (0,0005%) пригнічує розвиток дріжджів.
Гнилісні бактерії. Гнилісні бактерії викликають розпад білкових речовин. В аеробних умовах відбувається повна мінералізація білку аж до діоксиду вуглецю, аміаку, сірководню, води та мінеральних солей. В анаеробних умовах накопичуються різноманітні органічні речовини з різким запахом та отрутні.
Дикі дріжджі. Ці дріжджі становлять значну загрозу для спиртового виробництва. Вони споживають багато цукру та утворюють малу кількість спирту. у великій кількості дикі дріжджі негативно впливають на хлібопекарські якості чистих культур дріжджів. Багато з них перетворюють цукор в органічні кислоти і окислюють спирт.
2.4.2 Мікрофлора води та повітря
У воді для приготування мелясного сусла повинно бути не більше 100 бактерій в 1 мл. На спиртових заводах нерідко використовують воду з відкритих водоймищ, в якій знаходиться велика кількість різноманітних мікроорганізмів. В 1 мл такої води може знаходитися декілька сотень кислотоутворюючих бактерій.
Найбільш поширений, надійний та дешевий шлях обеззаражування води – її хлорування. Для цього використовують гіпохлорит натрія, хлорне вапно, дво- та триосновну сіль гіпохлорита кальція, хлорамін та ін.
Повітря для аерирування сусла в дріжджегенераторах очищують, інакше разом з ним вноситься значна кількість мікроорганізмів, шкідливих для спиртового бродіння та погіршуючи якість хлібопекарських дріжджів. Повітродувки забирають повітря з найбільш віддалених від землі місць (вище даху заводу). Для видалення з повітря загрубілих частинок на всмоктуючим повітроводі встановлюють олійні фільтри.
Використовують також фільтри, наповнені також скляною ватою.
2.5 Природно чиста культура дріжджів
Для засівання сусла в бродильних апаратах використовують дріжджі природно чистої культури, які відрізняються від чистої культури тим, що їх вирощують в умовах обмеженого потрапляння сторонніх мікроорганізмів, розвиток яких пригнічують.
Температура росту сторонніх мікроорганізмів майже не відрізняється від оптимальної температури росту дріжджів та спиртового бродіння, тому бактеріостатичні умови для них створюють зниженням активної кислотності сусла до рН 3,8 – 4,0 за допомогою сірчаної чи молочної кислоти. Хоча ці умови менш сприятливі для розмноження дріжджів, ніж при рН 4,7 – 5,0, вони забезпечують отримання мікробіологічно достатньо чистих культур.
3. Технологічна частина
3.1 Опис апаратурно-технологічної схеми
Меляса на завод поступає залізничним транспортом. Із залізничнодорожної цистерни меляса потрапляє у зливну воронку, яка розміщена між залізничними коліями, а потім йде у прийомний збірник, з якого вона шестирінчатим насосом безпосередньо подається на виробництво, або у мелясосховище, а вже звідти по мірі необхідності меляса відбирається на переробку.
Меляса подається в напірні збірники, з них вона самопливом потрапляє на ваги, які розраховані на 10т, з вагів у проміжний збірник, а звідти в 2 заторних апарати, по трубопроводу надходить вода та додається антисептик. В окремому збірнику готується розчин поживних речовин, сюди із складу подається діафоній фосфат (коли немає ортофосфорної кислоти) і карбамід та вода, потім все переміщується повітрям. Готовий розчин відцентровим насосом перекачується в мірник розчину поживних речовин, з якого подається в заторний апарат. З цистерни в мірник соляної кислоти підходить соляна кислота, яка також поступає до заторного апарату. Сюди ж додають олеїнову кислоту. Від повітродувки до барботера у заторному апараті підводиться повітря. Гази, що утворюються при перемішуванні відводяться газовим трубопроводом. Періодично заторний апарат та інше обладнання стерилізується (не менше двох годин) парою.
Затор витримують не менше 8 годин, а потім передають його на механічний вловлювач, з якого відцентровим насосом перекачується у напірний збірник, з якого меляса частково (20-25%) подається у бродильне відділення, а решта (70-75%) у дріжджегенераторне відділення.
Чисту культуру дріжджів отримують в центральній лабораторії, а потім розводять в АЧК. З АЧК дріжджі перепускаються зтисненим повітрям в држджегенератори. Перший дріжджегенератор заповнюється 8 годин. Вони з’єднані комунікаціями і заповнюються почергово.
Закачавши перший дріждігенератор, сюди подається розсиропка із розсиропника. У розсиропнику меляса доводиться до концентрації 17% сухих речовин, t=24-26 0С, pH=4.95-5.1 і поступає безперервно на всі 5 дріжджегенераторів. За час поки заповнюється перший дріжджегенератор, з другого спускають дріжджі в бродильне відділення, він миється, обробляється хлорним вапном, пропарюється, охолоджується, потім половина дріжджової маси з першого дріжджегенератора перекачується у другий, і розсиропка подається до двох разом. Так заповнюється вся батарея. В дріжджегенераторах дріжджі безперервно продувають утисненим повітрям з розрахунку на 1 м3 первичного середовища 5-7 м3/год повітря, що сприяє кращому живленню дріжджових клітин киснем. Повітря для цього відбирається повітродувкою, що знаходиться на вулиці. При керуванні йде сильне виділення піни, яку гасять олеїновою кислотою, що подається в дріжджегенератори, покриваючи сусло плівкою. Гази бродіння з піною, що залишилась, по трубопроводу йдуть на піновловлювач, в якому є сітка, що затримує залишки піни, руйнуючи її. Далі гази бродіння уже без піни поступають у спиртовловлювач. Водно-спиртова суміш, що утворюється, подається в збірник водно-спиртової суміші.
Для підтримання тиску на дріжджегенераторах встановлено вакуум-переривачі.
Концентрація мелясного сусла, приготованого для виробництва, не повинна перевищувати 18% ср., одержати бражку з вмістом спирту не більше 6-6,5%, бо висока концентрація ін активує мальтозу дріжджів.
В дріжджах міститься 2,5-3% спирту, оптимальна температура бродіння 28-30 0С, кислотність 0,3-0,4 град., рН=4,9. на стадії дріжджегенерування повинно зброджуватись до 30% цукру і накопичуватися 100-120 млн. дріжджових клітин в 1 мм.
При зброджуванні цукрів меляси, виділяється багато тепла, яке відводиться завдяки охолоджуваній воді, що подається на змійовик.
При встановленій роботі дріжджі через спеціальні воронки, що встановлені у дріжджегенераторах, подаються у бродильне відділення.
Зрілі дріжджі з дріжджегенераторів по комунікаціям самопливом потрапляють в перший головний бродильний апарат. Одночасно з потоком дріжджів в перший бродильний апарат подають з напірного збірника розсиропку 55-60%. Подачу розсиропки у перший бродильний апарат продовжують весь час, протягом якого зрілі дріжджі поступають у цей апарат. Після його заповнення дріжджами ти подачі туди розсиропки, бражку перепускають у другий бродильний апарат. Одночасно подають розсиропку, в такій кількості, щоб повністю компенсувати цукри, що недодані в дріжджову розсиропку.