Нормальным следует считать выход кормовых дрожжей (в сухом виде) 40 – 50% от использованного сахара.
3.3 Обеспечение воздухом
Одним из важнейших условий выращивания аэробных культур микроорганизмов для накопления белка является подача воздуха, являющегося источником кислорода. Истинное определение потребности воздуха при выращивании биомассы имеет большое значение, так как недостаток его приводит к снижению выхода биомассы, а значительное его превышение – к сооружению сложных воздуходувных и воздухораспределительных устройств.
Расход кислорода на получение абсолютно сухой биомассы может быть найден по уравнению:
V=0,25gKk
V – расход кислорода, кг; 0,25 – содержание сухих веществ в биомассе, кг/кг; g – прирост сырой биомассы, кг/ч; Kk – коэффициент расхода кислорода, кг на 1 кг абс. сухой биомассы.
Диспергирование воздуха в жидкости, на которой выращиваются дрожжи, может быть осуществлено различными путями, в соответствие с чем в технике производства кормовых дрожжей существует большое разнообразие воздухораспределительных систем, установленных в дрожжерастильных аппаратах. Имеются общеизвестные барботажные системы, системы с механическими средствами распыления воздуха, аэрлифтные и ряд других.
Воздух, подаваемый в дрожжерастильные аппараты, должен быть максимально чистым, не зараженным посторонними микроорганизмами. Для этого забор воздуха необходимо осуществлять с мест, удаленных от гнилостных и запыленных участков. Воздух забирают вне здания через индивидуальные всасывающие воздухозаборные трубопроводы или через коллектор. Индивидуальные всасывающие воздухозаборные трубопроводы лучше всего применять тогда, когда не требуется осуществлять тонкую очистку воздуха от механических примесей. Такую очистку допускают турбовоздуходувки, работающие с большим числом оборотов и для них ставится условие: содержание механических примесей в воздухе, поступающем на всасывание, не должно превышать 10 мг в 1 м3 воздуха. В связи с этим необходимо очищать воздух на масляных фильтрах.
3.4 Влияние концентрации сахара в питательной среде
Кормовые дрожжи легче всего и в первую очередь усваивают гексозы. Общее содержание в гидролизатах моносахаридов составляет 3,72 г в 100 мл раствора. На скорость накопления биомассы дрожжей больше всего влияет концентрация сахара в субстрате и количество взятых на засев дрожжей . В промышленных условиях при высоком (более 1,5 – 1,7%) содержании РВ выращивание дрожжей идет замедленно с неполной утилизацией углеводов. Для того, чтобы увеличить утилизацию углеводов, необходимо достичь высокой степени диспергирования воздуха и циркуляции жидкости, что возможно только в лабораторных условиях. Весьма важным условием глубокой утилизации сахаров является наличие всех необходимых для выращивания биомассы стимуляторов роста. Разбавляют гидролизат водой или отработанной послеспиртовой культуральной жидкостью, доводя содержание РВ в нем до 1 – 1,8%.
Для достижения максимального выхода кормовых дрожжей из гидролизата, имеющего повышенное содержание РВ (выше 2%), необходимы специальные меры.: разбавление гидролизата отработанной дрожжевой жидкостью, двухступенчатое выращивание дрожжей, при котором на первой ступени осуществляется выращивание биомассы на неразбавленных гидролизатах с недобродом до 1 – 1,2%, а после отделения дрожжей – выращивание биомассы на второй ступени с окончательной утилизацией остаточных сахаров; увеличение времени выращивания дрожжей с введением в дрожжерастильные аппараты соответствующей культуры дрожжей, усваивающей все виды сахаров. Самым лучшим приемом использования неразбавленного гидролизата может быть подбор соответствующей культуры дрожжей, до конца усваивающей все виды сахаров.
3.5 Влияние температуры среды
Выращивание кормовых дрожжей обычно проводят при температуре от 32 до 40˚С. Различия в температурном режиме зависят не только от культуры дрожжей, но и степени ее адаптации к более высоким и низким температурным условиям.
При выращивании кормовых дрожжей происходит значительное выделение тепла (2500 – 3500 кал на 1 кг сухой массы дрожжей). Это тепло повышает температуру среды, следовательно его необходимо отвести. В дрожжерастильных аппаратах небольшой емкости (до 250 м3) для охлаждения используются змеевики. В аппаратах большего объема используется отвод тепла через поверхность диффузора, а также с помощью наружного орошения. Разбавление сусла холодной водой также используется как средство охлаждения среды в аппарате.
С увеличением емкости, а также производительности одного дрожжерастильного аппарата отбор выделяющегося тепла приобретает большую трудность. Конструктивно невозможно разместить внутри аппарата необходимую поверхность охлаждения. В связи с этим в отдельных случаях охлаждение жидкости осуществляется на специально сооружаемых выносных теплообменниках с циркуляцией через них отбираемой из дрожжерастильного аппарата дрожжевой суспензии при помощи центробежного насоса. В этом случае требуется дополнительная затрата электроэнергии на циркуляцию суспензии через теплообменник.
3.6 Влияние и допустимые пределы содержания вредных примесей в среде
Качество среды, в которой выращиваются дрожжи определяется также содержанием ингибиторов, задерживающих жизнедеятельность клеток.
Сильно вредят жизнедеятельности дрожжей продукты карамелизации, разложения сахаров и в особенности вещества гуминово-лигнинового комплекса, находящиеся в гидролизате в коллоидном состоянии. Эти вещества при интенсивной аэрации коагулируют, выпадают из субстрата и примешиваются к дрожжевой массе.
Для снижения степени разложения сахара нужна такая конструкция гидролизаппарата и фильтрующей его части, при которой бы свободно, без задержки выводился образующийся гидролизный сахар за пределы происходящих внутри аппарата реакций. Для очистки от красящих и коллоидных веществ рекомендуется применять коагулянты (сульфат алюминия, хлорное железо).
Фурфурол – неизбежный продукт процесса гидролиза растительных материалов. Он влияет на активность дыхания дрожжей. В гидролизате древесины содержание фурфурола составляет 0,035 – 0,1%, тогда как оптимальное его содержание в среде около 0,03%. Для снижения фурфурола в сусле, подаваемом на выращивание дрожжей, необходимо прежде всего стремиться к минимальному его образованию во время процесса гидролиза, а затем уже к максимальному удалению фурфурола в процессе подготовки гидролизата к выращиванию дрожжей.
Медь также относится к группе веществ, оказывающих вредное действие на развитие микроорганизмов. Ионы меди ухудшают обмен веществ дрожжей. Медь оказывает тормозящее действие на дыхание дрожжей даже при низких концентрациях: 0,15; 0,175 и 0,3 мг/л, а на накопление биомассы влияют более высокие ее концентрации.
3.7 Влияние рН и кислотности среды
Получаемый из гидролизаппаратов кислый гидролизат с показателем рН = 2 – 2,5, непригоден для роста дрожжей. Допустимым пределом рН, в котором кормовые дрожжи разных культур могут нормально жить и размножаться, является 3,5 – 5,5. Отклонения в ту или иную сторону резко снижают жизнедеятельность дрожжевых клеток.
При размножении дрожжей на гидролизате происходит повышение кислотности среды. Во время бурного размножения дрожжи усваивают из аммонийных солей радикал NH3 и оставляют в среде радикал SO3 в виде серной кислоты, в результате чего рН среды снижается. В этом случае очень хороший эффект дает использование аммиака в виде аммиачной воды. Аммоний уравнивает значение рН и одновременно доставляет дрожжам азотное питание.
3.8 Выход кормовых дрожжей
Основным веществом питания дрожжей является сахар, содержащийся в растворе гидролизата. Поэтому выход дрожжей считают по степени утилизации сахара относительно потребленных редуцирующих веществ. Практически выход дрожжей из РВ меньше, чем из такого же количества глюкозы. К определяемым в растворе РВ относятся не только усваиваемые дрожжами сахара, но и другие вещества: неутилизируемые сахара, метилпентозы, фурфурол, некоторые органические кислоты. Кроме того, в производственных условиях не полностью утилизируются доброкачественные сахара, протекают посторонние микробиологические процессы, использующие сахара, наблюдаются потери дрожжей на различных стадиях производственного процесса (на флотаторах, сепараторах, в сушилках). При микробиологическом синтезе выделяется тепло, на которое также расходуется часть энергетического материала.
Наилучшие показатели выхода дрожжей со 100 кг РВ по дрожжерастильному чану равны 48 – 50 кг сухой массы. Если в питательной среде содержатся органические соединения – несахара, за их счет можно увеличить выход дрожжей. К таким соединениям относятся этиловый спирт, уксусную, молочную и лимонную кислоты, углерод которых в присутствии подходящих стимуляторов роста и сильной аэрации быстро усваивается дрожжами с образованием нового клеточного вещества.
На увеличение выхода дрожжей влияет возврат на разбавление сусла отработанной последрожжевой бражки, содержащей остаточное количество РВ и дрожжевые клетки.
3.9 Технологические схемы
Кормовые дрожжи в промышленных условиях выращивают в специальных дрожжерастильных аппаратах. Для достижения глубокой степени утилизации сахара и получения наибольших выходов дрожжей необходимо в каждом отдельном случае правильно выбрать технологическую схему процесса выращивания дрожжей.