Глава 5. Переработка мелассы разного состава

§ 1. Переработка неполноценной мелассы

Неполноценная меласса содержит недостаточное количество азота, калия, магния и ростовых веществ. При переработке такой мелассы проводят нормализацию ее состава путем добавления аммиачной воды, стимуляторов роста (дестиобиотина, кукурузного экстракта, сырцовой мелассы), калийных и магниевых солей, а также смеси карбоксилина.

Нормализация мелассы с использованием азота. Для дрожжевого производства большое значение имеет также количество общего азота в мелассе, в состав которого входит так называемый усвояемый и неусвояемый азот.

В полноценной мелассе количество общего азота должно быть не ниже 1,4%. Содержание азота в количестве 1,7-1,9% ускоряет рост дрожжей. При этом увеличивается и количество усвояемого азота. В мелассе нормального состава усвояемый азот находится в пределах 0,3-0,4%. Он состоит из аминокислот и амидов и определяется составом свеклы. Критерием оценки пригодности мелассы для дрожжевого производства является содержание легкоусвояемого азота аминокислот. В мелассе содержатся 17 аминокислот, при этом преобладают аспарагиновая, глютаминовая кислоты, ускоряющие рост дрожжей.

Аминокислотный состав мелассы в течение производственного сезона изменяется. Общее количество аминокислот в мелассе уменьшается к концу сезона сахароварения на 13-16% от первоначального их содержания.

Усвояемый (аминный) азот мелассы определяется "медным способом". Выявлена корреляционная зависимость между содержанием общего и аминного азота (коэффициент корреляции - 0,824).

На основании установленной зависимости между содержанием в мелассе общего и аминного азота содержание последнего принимается исходя из следующих данных (в %):

Эти данные следует использовать при расчете расхода азотсодержащих соединений в процессе выращивания дрожжей.

При использовании сернокислого аммония в процессе роста дрожжей происходит расщепление этой соли на аммиак и кислотный остаток, в результате чего культуральная среда подкисляется и рН снижается до 4,0 и ниже и скорость роста дрожжей уменьшается. В этом случае вместо сернокислого аммония необходимо использовать в качестве азотного питания и для регулирования активной кислотности (рН) культуральной среды аммиачную воду. Аммиак быстро усваивается дрожжами, так как при этом не требуется дезаминирования или карбоксилирования, как при использовании других азотсодержащих соединений, что способствует ускорению роста дрожжей.

От величины рН зависят образование витаминов, скорость поступления питательных веществ, активность ферментов; участвующих в синтезе белка.

С целью получения ожидаемого прироста хлебопекарных дрожжей активную кислотность (рН) бродящей жидкости в процессе выращивания необходимо поддерживать в оптимальных значениях (4,3-5,5).

Нормализация мелассы с использованием ростовых веществ (дестиобиотина или кукурузного экстракта). Содержание биотина в свекловичной мелассе в среднем составляет 80 мкг/кг. Для активного роста дрожжей должно быть в мелассе 200 мкг/кг биотина. Дрожжи, содержащие достаточное количество биотина, подготовлены к быстрому размножению, так как биотин облегчает усвоение ими азота из среды и этим содействует образованию белковых веществ в дрожжевой клетке.

В настоящее время на дрожжевых заводах в качестве источников биотина используются дестиобиотин и кукурузный экстракт из расчета 0,4 г или 60 кг на 1 т перерабатываемой мелассы соответственно.

Дестиобиотин является предшественником биотина и стимулирует развитие дрожжей так же активно, как и биотин.

Применение дестиобиотина не только увеличивает выход дрожжей, но и значительно улучшает качество готовой продукции.

Нормализация мелассы с использованием калийных и магниевых солей. Нормализация состава мелассы в результате добавления источников биотина вызывает значительное ускорение роста дрожжей. Однако при переработке мелассы с недостаточным содержанием калия наблюдается понижение стойкости дрожжей. В связи с этим кроме активаторов роста необходимо добавлять калийное и магниевое питание.

В мелассе с содержанием золы ниже 7% количество калия незначительно (ниже 2,5%), что не удовлетворяет потребности растущих дрожжевых клеток.

Присутствие ионов калия в мелассной среде требуется для проявления активности многих ферментов, которые участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и принимают активное участие в процессе роста и размножения дрожжей. На мелассе с низким содержанием калия рост дрожжевых клеток отклоняется от нормы: замедляются новообразования клеток, появляются дрожжевые клетки с двумя - тремя почками. При этом понижаются выработка и выход дрожжей.

В связи с этим при выращивании дрожжей на мелассе с низким содержанием калия следует добавлять калийное питание. Количество добавляемого к сырью калия (К₂О) должно составлять 3,5% к массе мелассы. При этом увеличивается выход дрожжей и улучшается их качество (стойкость и осмочувствительность). Для этой цели используют хлорид калия или карбоксид калия (поташ). Расход хлорида калия на одну единицу массы К₂О составляет 1,67, а карбоксида калия - 1,63. Например, при содержании в мелассе 2,8% К₂О следует добавить 0,7% его (3,5-2,8), или 7 кг на 1 т мелассы, что соответствует 11,7 кг (7-1,67) хлорида калия.

При добавлении магния принимают во внимание, что его содержание в мелассе должно составлять не менее 0,15% (MgO). В качестве источника магния вносят сульфат магния, а также эпсомит. Коэффициент пересчета для сульфата магния составляет 6,1, для эпсомита - 7,3. Указанные соли добавляют на тех предприятиях, где в производственной воде содержится мало магния (обычно его мало в воде низкой и средней жесткости).

Нормализация состава питательной среды приводит к стабилизации выхода дрожжей и к улучшению качества готовой продукции.

При выращивании дрожжей по периодическим схемам питательную среду нормализуют путем добавления источников биотина (дестиобиотина или кукурузного экстракта), калийных и магниевых солей в, начале процесса выращивания в указанных выше количествах.

Нормализация питательной среды при выращивании дрожжей по удлиненной схеме (например, суточной) осуществляется следующим образом: кукурузный экстракт или дестиобиотин, калийные и магниевые соли подаются из расчета на мелассу, расходуемую в накопительном периоде. Второй раз указанные ингредиенты добавляют в начале периода оттока среды из расчета на мелассу, перерабатываемую в течение 6 ч. В дальнейшем недостающие вещества добавляют по истечении 6 ч оттока среды из расчета на мелассу, перерабатываемую в течение следующих 6 ч.

С целью получения большей эффективности от нормализации питательной среды при переработке мелассы разного состава следует обеспечить растущие дрожжи достаточным количеством азотсодержащих веществ, воздухом и не допускать снижения активной кислотности (рН) культуральной среды ниже 4,0 в процессе выращивания дрожжей в связи с тем, что нарушение одного из указанных параметров технологического режима приводит к снижению выхода дрожжей.

Нормализация мелассы с использованием смеси карбоксилин. Повысить выход дрожжей при переработке неполноценной мелассы можно также путем добавления смеси карбоксилин, состоящей из бикарбоната натрия и сернокислых солей магния, марганца и цинка в процессе выращивания дрожжей. Внесение указанных веществ в сочетании с источниками биотина значительно больше повышает выход дрожжей, чем при раздельном их добавлении, так как биотин является кофактором ферментов в реакциях биосинтеза, протекающих с участием углекислоты.

Добавление смеси карбоксилин при выращивании дрожжей в засевной и товарной стадиях позволяет повысить выход дрожжей на 7-12% и улучшить их качество по подъемной силе, зимазной и

активности и стойкости.

В качестве источника магния применяется магний сернокислый (ГОСТ 4523-77) или эпсомит (ТУ 6-18-153-73). Источником микроэлементов марганца и цинка могут служить микроудобрения для сельского хозяйства южных районов СССР (ТУ 6-08-339-76).

Указанные ингредиенты добавляются в начале процесса и затем через 1-2 ч в процессе выращивания дрожжей. Смесь дозируется на количество получаемых дрожжей из расчета бикарбоната натрия - 0,34 кг, сернокислого магния - 4,5 кг и микроэлементов - 13,6 г на 1 т дрожжей.

При расчете расхода смеси карбоксилин учитывается, что среднее увеличение выхода дрожжей составит 6-7% по стадии по сравнению с данными, приведенными в типовом технологическом регламенте производства хлебопекарных дрожжей.

Режим подачи смеси карбоксилин при выращивании дрожжей по суточной схеме для аппарата вместимостью 100 м³ осуществляется следующим образом.

В накопительном периоде перерабатывается 2800 кг мелассы, и в аппарате накапливается 3640 кг дрожжей. В накопительный период следует добавить бикарбоната натрия 1,2 кг, сернокислого магния 16,2 кг, микроэлементов 49,5 г. Указанные компоненты добавляются в начале процесса (складка) и затем через каждые 2 ч в три приема по 0,4 кг бикарбоната натрия, 5,4 кг сернокислого магния и 16,5 г микроэлементов (приложение 1).

В период оттока среды расходуется 650 кг мелассы в час, а за 12 ч - 7800 кг, и при этом получается дрожжей 6300 кг. В период оттока среды следует добавить 2,2 кг бикарбоната натрия, 28,8 кг сернокислого магния и 85,8 г микроэлементов. Указанные компоненты подаются через час, т. е. 6 раз в следующем количестве: бикарбоната натрия 0,4-0,3 кг, сернокислого магния 4,8 кг и микроэлементов 14,3 г.

Таким образом, на весь цикл следует дать бикарбоната натрия 3,4 кг, сернокислого магния 45,0 кг и микроэлементов 135,3 г.

Микроэлементы следует растворить заранее в определенном объеме воды и дозировать в аппарат в соответствии с вышеуказанными количествами. Бикарбонат натрия растворяется в воде непосредственно перед подачей его в дрожжерастильный аппарат. Сернокислый магний можно готовить в виде 10-20%-ного раствора и подавать в аппарат по указанным количествам.

В качестве источника биотина обязательно следует добавлять дестиобиотин или кукурузный экстракт и калийное питание. Дозирование указанных компонентов проводится соответственно технологическому регламенту производства хлебопекарных дрожжей. Дестиобиотин добавляется в количестве 0,4 г и кукурузный экстракт 60 кг на 1 т мелассы. Количество добавляемых к сырью солей калия должно соответствовать 3,5% к массе мелассы.

В примере взята меласса с содержанием К₂О 2,3%, следовательно, до нормы недостает 1,2% (3,5-2,3%). Расход хлорида калия на одну единицу массы К₂О составляет 1,67. Таким образом, хлорида калия на 100 кг мелассы необходимо добавить 2,0 кг (1,2-1,67).

Режим подачи смеси карбоксилин при выращивании дрожжей в концентрированной среде в аппарате ПНР приведен в приложении 2. Расход мелассы по стадии составляет 8200 кг, и дрожжей накапливается 8560 кг. На весь процесс следует добавить 3,0 кг бикарбоната натрия, 38,5 кг сернокислого магния и 116 г микроэлементов. Дрожжи выращивают в течение 14 ч. Подача смеси карбоксилин проводится 5 раз. Первая доза подается в складку и затем еще 4 дозы добавляются через 2 ч. Каждая доза состоит из 0,6 кг бикарбоната натрия, 7,7 кг сернокислого магния и 23,3 г микроэлементов.

Использование смеси карбоксилин в засевной стадии приводит к получению задаточных дрожжей с высокой генеративной активностью.

Использование таких дрожжей в товарной стадии способствует увеличению выхода дрожжей по стадии на 8-10%.

Использование сырцовой мелассы как источника биотина. Свекловичная меласса содержит недостаточное количество биотина (65-95 мкг/кг). В сырцовой мелассе количество биотина составляет в среднем 970 мкг/кг, что в 12 раз превышает содержание биотина в свекловичной мелассе. В связи с этим при выращивании хлебопекарных дрожжей в качестве источника биотина может быть использована сырцовая меласса, получаемая при переработке тростникового сахара-сырца.

Для получения эффекта по увеличению выхода дрожжей хорошего качества сырцовая меласса должна иметь следующие показатели:

Микробиологическая обсемененность и содержание вредных примесей должны соответствовать нормам для свекловичной мелассы.

При использовании сырцовой мелассы в производстве хлебопекарных дрожжей наиболее эффективным является применение смеси, состоящей из 70% свекловичной мелассы и 30% сырцовой. При этом выход увеличивается на 5% при хорошем их качестве.

При расчете азотного питания для дрожжей следует учитывать, что дефицит усвояемого азота в смеси меласс составит 30% из-за добавления сырцовой мелассы, содержащей низкое количество общего азота (0,04-0,2%). В связи с этим при выращивании дрожжей с использованием в качестве источника биотина сырцовой мелассы следует увеличить расход азотсодержащих солей на 30%.

Для приемки и хранения сырцовой мелассы на дрожжевых заводах нужно иметь отдельное мелассохранилище, что позволит использовать ее по мере необходимости.