§ 2. Получение маточных дрожжей по режимам ВНИИХПа

На отечественных дрожжевых заводах товарные дрожжи в основном получают на дрожжах естественно-чистой культуры. В последние годы предприятия переходят на получение товарных дрожжей непосредственно на чистой культуре, минуя стадии дрожжей ЕЧК. Это является более прогрессивным и стало возможным вследствие внедрения в производство новых аэрационных систем, обеспечивающих получение дрожжей ЧК в больших количествах. Изменилась и технология их выращивания.

Ниже рассматриваются три способа: традиционный, получение маточных дрожжей в 2 смены (без ночной) и для 8-часового режима.

Процесс начинают с приготовления питательной среды и получения дрожжей в лаборатории завода.

Приготовление питательной среды для получения маточных дрожжей в лаборатории завода. Питательной средой для получения дрожжей ЧК в лаборатории завода является солодовое сусло или витаминизированная и затем смешанная среда.

Солодовое сусло готовят следующим образом. В аппарат вместимостью 65 л помещают 7,5 кг солодовой муки, добавляют 35 л водопроводной воды и содержимое хорошо перемешивают. Доводят рН до 5,3-5,4 молочной кислотой, нагревают до 50°С и выдерживают при этой температуре 60 мин. Затем подогревают до 63°С и при этой температуре оставляют на 2 ч. Общая продолжительность процесса осахаривания крахмала 3 ч.

Завершение процесса осахаривания проверяют реактивом Люголя. Для этого отбирают пробу, кипятят ее, фильтруют через бумажный фильтр и разбавляют водой в соотношении 1:3.

По окончании осахаривания сусло фильтруют в горячем состоянии через полотно, применяемое в виноделии. Обычно содержание сухих веществ в таком сусле составляет 16-17%.

Отфильтрованное сусло разбавляют водопроводной водой до 10% СВ, доводят рН до 4,5. При этом получается около 50 л сусла, в которое добавляют 3,5 г Mg(H₂PО₄)₂×4H₂0 и 3,5 г КН₂Р0₄, хорошо перемешивают и разливают в бутыли общей вместимостью 10 л по 5-6 л сусла. Бутыли закрывают и стерилизуют в автоклаве при 110°С и давлении 0,05 МПа (0,5 ат), охлаждают в автоклаве в течение 20 мин и выдерживают при комнатной температуре в боксе 24 ч. После этого солодовое сусло готово для засева дрожжей.

Витаминизированную среду готовят следующего состава: солодовое сусло (16-18% СВ) - 2000 мл, томатный или морковный сок - 450 мл, глюкоза - 50 г, мальтоза - 50 г, автолизат дрожжей (1%-ный) - 50 мл. Содержание сухих веществ в среде составляет 12-14%, рН 4,8-5,0.

При отсутствии солодового сусла можно приготовить среду с использованием солодового экстракта. Томатный или морковный сок можно заменить виноградным. В этом случае глюкозу не добавляют. При отсутствии соков можно работать и без них, однако наличие автолизата дрожжей в этом случае обязательно. Заводы, выпускающие сушеные дрожжи, используют среду без добавления томатного и морковного соков. Разрешается добавлять в питательную среду витамины комплекса В - Р или дрожжевого автолизата.

Стерилизацию сред проводят в соответствии с общими правилами микробиологической техники.

Эти среды используют для получения первых стадий. Последнюю лабораторную стадию рекомендовано получать на смешанной среде. Для приготовления ее берут 20 л витаминизированной среды, 10 л раствора мелассы (30-32% СВ) и 10 л воды. К смеси добавляют вытяжку из 50 г диаммонийфосфата, перемешивают, разливают по 7 л в колбы Карлсберга и стерилизуют в автоклаве при давлении 0,05 МПа (0,5 ат) в течение 60 мин.

Традиционный способ. Маточные дрожжи получают сначала в лаборатории завода, затем в цехе чистых культур; заканчивают процесс в производстве.

Получение дрожжей ЧК в лаборатории завода. Дрожжи выращивают в 4 стадии. Первые три стадии проходят на солодовом сусле или витаминизированной среде, последняя - на смешанной среде.

Процесс начинают из чистой культуры дрожжей, получаемой в пробирках из ВНИИХПа и ЛО ВНИИХПа, из музейной культуры дрожжевого завода или из сушеных дрожжей. В последнем случае размножение дрожжей начинают со стадии III. Во всех стадиях дрожжи выращивают в течение 16-24 ч при температуре 26-30°С без аэрации.

а) Стадия I. Дрожжи выращивают в пробирках вместимостью 10-15 мл, в каждой из которых находится по 5 мл стерильной питательной среды. С косого агара платиновой петлей засевают одновременно 4 пробирки.

б) Стадия II. Дрожжи выращивают в колбе вместимостью 100 мл, в которой находится 50 мл стерильной питательной среды. В нее засевают все содержимое стадии I. Одновременно засевают 4 колбы.

в) Стадия III. Дрожжи получают в колбе вместимостью 0,75-1,0 л, в которой находится 0,45 л стерильной питательной среды. В нее засевают всю культуральную среду из стадии II. Одновременно засевают 4 колбы.

г) Стадия IV. Дрожжи выращивают в 4 емкостях вместимостью по 10 л каждая. В каждой емкости находится по 7 л стерильной питательной среды. В каждую емкость засевают всю культуральную среду из колбы стадии III.

Питательной средой для первых трех стадий является витаминизированная среда или солодовое сусло, а для стадии IV - смешанная среда. Полученные дрожжи являются засевным материалом для стадии I в цехе чистых культур.

Посевы культуры производит микробиолог в предварительно простерилизованном боксе (включают бактерицидные лампы на 2 ч или наливают формалин в стеклянные емкости с большой поверхностью испарения и выдерживают их в боксе 2-3 ч). Пересевы дрожжей из стадии в стадию производят в период логарифмического роста дрожжевых клеток. При этом дрожжи находятся во взвешенном состоянии, т. е. не оседают на дно пробирки или колбы. В конце процесса из четырех колб Карлсберга получают 0,6 кг дрожжей, которые служат засевным материалом для стадии I цеха ЧК.

Получение дрожжей в цехе ЧК. Дрожжи получают в четыре стадии в аппаратах МИН, БИН, ЧК-I и ЧК-II. Первые три стадии являются бесприточными. Основные показатели процесса приведены в приложении 3.

Загрузку аппаратов в бесприточных стадиях осуществляют следующим образом. В аппарат набирают осветленный раствор мелассы (16% СВ) в количестве, соответствующем расходу мелассы в данной стадии, добавляют воду до начальной концентрации среды 12,0% СВ, диаммонийфосфат, хлорид калия, сульфат магния (при жесткости воды менее 5°С) и дестиобиотин. Добавлением серной или молочной кислоты устанавливают рН среды 4,5-4,6 и стерилизуют под давлением 0,05 МПа в, течение 60 мин. Среду охлаждают до 28-30°С и при небольшой аэрации стерильно засевают дрожжи: в стадию I - все содержимое четырех колб Карлсберга, в стадию II - все содержимое стадии I, в стадию III - все содержимое стадии II и в стадию IV - все содержимое стадии III.

Количество мелассы, расходуемой по стадиям, приведено в приложении 3. Расход диаммонийфосфата в бесприточных стадиях составляет на стадии I - 0,12 кг, на стадии II - 0,56, на стадии III - 4,06 кг; хлорида калия - соответственно 0,1; 0,6 и 1,5 кг; дестиобиотина - соответственно 10; 40 и 100 мг.

Сульфат аммония подают только на стадии III в количестве 7,3 кг.

Во всех бесприточных стадиях процесса температуру поддерживают на уровне 30°С, рН среды 4,5 в начале процесса с постепенным повышением к концу культивирования до 4,7-4,8. Аэрация среды от стадии к стадии постепенно увеличивается. На стадии I - аэрация слабая, воздух подают в течение 5-10 мин за 1 ч. В последующих стадиях воздух подают постоянно во время всего процесса в количестве 5-10 м3/(ч-м³) на стадии II, 20-30 м³/(ч-м³) на стадии III.

Стадия IV получения чистой культуры является воздушно-приточной. Основные питательные вещества подают притоком при постоянной аэрации культуральной среды. Технологический режим выращивания дрожжей на данной стадии и режимы притока необходимых для роста дрожжей веществ приведены в приложении 4; рН культуральной среды регулируют аммиачной водой подаваемой взамен сульфата аммония в эквивалентном по азоту количестве.

Получение дрожжей ЕЧК. В настоящее время дрожжи ЕЧК получают на чистой культуре в две стадии, из которых первая является бесприточной и проходит в цехе чистых культур, а вторая - воздушно-приточной и осуществляется в производственном аппарате.

Основные показатели режима получения дрожжей ЕЧК приведены в приложении 3.

а) Стадия I. Перед засевом в дрожжерастильный аппарат дрожжи ЧК очищают от посторонней микрофлоры серной или молочной кислотой. Кислотную обработку производят в специальной емкости, снабженной мешалкой.

Дрожжи ЧК в виде дрожжевого молока в количестве 50 кг (25% СВ) обрабатывают серной кислотой, которую добавляют из расчета получения 1,0%-ного раствора серной кислоты в дрожжевом молоке. 1 л концентрированной серной кислоты относительной плотностью 1,84 разводят в небольшом количестве воды и уже разбавленную серную кислоту добавляют в дрожжевое молоко при перемешивании. Продолжительность кислотной обработки 1 ч. При обработке молочной кислотой к дрожжевому молоку добавляют 2,5 л 40%-ной молочной кислоты и выдерживают в течение 40-60 мин при непрерывном перемешивании, после чего засевают дрожжи в дрожжерастильный аппарат, в который к этому времени загружены вода (4,1 м³), меласса (600 кг), дестиобиотин (0,12 г), диаммонийфосфат (4,3 кг), сульфат аммония (8,0 кг), хлорид калия (1,5 кг) и пеногаситель. Дрожжи выращивают при температуре 30 °С и рН среды 4,5 в начале процесса с постепенным подщелачиванием до рН 4,9-5,0 в конце процесса. Формольное число в начале процесса составляет 3,0-3,5 мл 0,1 н. раствора щелочи, в конце процесса - 2,0-2,5 мл 0,1 н. раствора щелочи. Аэрация среды постоянная [30 м3/(ч-м³)]. Концентрация культуральной среды в начале процесса составляет 10 % СВ, в конце - 3,0-3,5% СВ. Получают 230 кг дрожжей.

б) Стадия II - воздушно-приточная. Дрожжи, полученные на стадии I, вместе с культуральной средой передают в аппарат вместимостью 50 м³, в который предварительно загружены вода, меласса, соли, ростовые вещества и пеногаситель. Процесс ведут в соответствии с технологическим режимом, представленным в приложении 5. Культуральную среду аэрируют постоянно, рН среды регулируют при помощи раствора аммиака, который подают вместо сульфата аммония в эквивалентном по азоту количестве.

Способ ВНИИХПа для двухсменного режима. Режим обеспечивает получение маточных дрожжей с высокой генеративной активностью.

В лаборатории завода дрожжи получают по традиционному способу. В цехе ЧК и на производстве маточные дрожжи получают в две смены: утреннюю и вечернюю.

Получение дрожжей ЧК. Дрожжи выращивают в четыре стадии. Первые две стадии - бесприточные, третья - комбинированная (питательные вещества и воду подают в два приема), а последняя - воздушно-приточная. Основные показатели технологического режима приведены в приложении 6. Расход питательных солей по стадиям приведен в табл. 1.

Таблица 1

рН культуральной среды во всех стадиях поддерживают на уровне 4,5 в начале процесса с постепенным повышением до 4,7-4,8 в конце процесса и регулируют аммиачной водой, подавая взамен сульфата аммония.

а) Стадия I. В аппарат загружают воду (0,125 м³), раствор мелассы (М₄₆ = 50 кг), диаммонийфосфат (0,12 кг), хлорид калия (0,5 кг), дестиобиотин (10 мг), пеногаситель, стерилизуют, охлаждают до 30°С и засевают все содержимое четырех колб Карлсберга (0,6 кг). Начальная концентрация среды составляет 12% СВ. Продолжительность размножения дрожжей определяют по сбраживанию среды. Она обычно составляет 14-18 ч при 28-30°С и слабой аэрации (по 5-10 мин/ч). При концентрации среды 4,0-4,5% СВ процесс заканчивают, содержимое аппарата охлаждают холодной водой до 10-18°С и выдерживают в течение ночной смены (8-12 ч) без аэрирования.

б) Стадия II. Утром загружают аппарат стадии II: набирают 0,8 м³ воды, 200 кг мелассы в виде раствора, 1,82 кг диаммонийфосфата, 4,3 кг сульфата аммония, 2,0 кг хлорида калия, 40 мг дестиобиотина и все содержимое стерилизуют, охлаждают до 32°С, если стадия I охлаждена до 18 °С, и до 34 °С - если стадия I охлаждена до 10°С. При этом начальная температура культуральной среды в аппарате на стадии II после засева дрожжей составит 30°С. Продолжительность процесса определяют по сбраживанию среды до 4,0-4,5% СВ. Аэрация среды постоянная при расходе воздуха 10-15 м³/(ч-м³). По окончании процесса все содержимое аппарата охлаждают до 10-18 °С и оставляют на ночь без аэрации.

в) Стадия III. Утром загружают аппарат стадии III. При загрузке подают 50% питательных веществ и 40% воды, предназначенных для этой стадии. Все стерилизуют, охлаждают до 40-38 °С, если стадия II охлаждена до 10-18°С соответственно, и засевают все содержимое стадии II. При этом начальная температура культуральной среды составит 26-29 °С. Процесс ведут по режиму, представленному в приложении 7. В течение первых 2 ч среду не аэрируют. Воздух начинают подавать только с 3-го часа процесса. На 4-м часу культивирования подают остальное количество питательных веществ и воды. По окончании процесса культуральную среду охлаждают до 10-18 °С и оставляют на ночь без аэрирования.

г) Стадия IV - воздушно-приточная. Утром загружают аппарат. При этом воду подогревают до 38°С, если стадия III охлаждена до 10°С, и до 35°С, если стадия III охлаждена до 18°С. В аппарат подают раствор мелассы, питательные соли, ростовые вещества и пеногаситель, затем засевают все содержимое аппарата стадии III. Начальная температура культуральной среды при этом составит не менее 30°С. Загрузку аппарата и процесс культивирования дрожжей производят в соответствии с технологическим режимом, приведенным в приложении 8. Среду аэрируют постоянно. По окончании процесса маточные дрожжи выделяют из культуральной среды, промывают, сгущают и направляют в сборник дрожжевого молока для дрожжей ЧК.

Получение дрожжей ЕЧК. Дрожжи ЕЧК получают в две стадии, засевным материалом служат дрожжи ЧК.

а) Стадия I. Режим выращивания аналогичен режиму получения дрожжей ЧК на стадии III: питательные вещества и воду подают в два приема, среду не аэрируют первые два часа; аэрацию начинают с 3-го часа процесса. Загрузку аппарата производят следующим образом: в дрожжерастильный аппарат наливают 1,7 м³ воды, подогретой до 36°С, и подают в виде растворов 300 кг мелассы (М₄₆), 1,7 кг диаммонийфосфата, 1,93 кг сульфата аммония, 6 кг хлористого калия и 120 мг дестиобиотина. Затем добавляют пеногаситель и засевают 60 кг (Д₂₅) дрожжей ЧК в виде дрожжевого молока.

Начальная температура культуральной среды составит 30°С. На 4-м часу процесса добавляют 2,5 м³ воды, 300 кг мелассы (М₄₆), 1,7 кг диаммонийфосфата и 1,92 кг сульфата аммония в виде раствора. Процесс заканчивают при сбраживании среды до 3,0-3,5% СВ. Продолжительность процесса обычно составляет 8 ч. При этом накапливается 230 кг биомассы. Культуральную среду охлаждают до 10-18° С и оставляют на ночь без аэрации.

б) Стадия II - воздушно-приточная. Утром загружают аппарат: подают воду, подогретую до 38°С, если стадия I охлаждена до 10°С, или до 35°С, если стадия I охлаждена до 18°С, раствор мелассы, питательные соли, ростовые вещества, пеногаситель и засевают все содержимое стадии I. Начальная температура культуральной среды при этом составит 30°С. Расход всех компонентов и технологический режим приведены в приложении 9. Среду аэрируют постоянно. Питательные вещества подают притоком. По окончании процесса дрожжи ЕЧК выделяют так же, как и дрожжи ЧК. Хранят их в сборнике дрожжевого молока для дрожжей ЕЧК при температуре 4°С.

Способ ВНИИХПа для 8-часового режима. Дрожжи ЧК на всех стадиях и ЕЧК-I на стадии I получают по традиционному способу. Дрожжи ЕЧК на стадии II получают по новому режиму. Сущность его заключается в том, что дрожжи ЕЧК-II получают в два периода - ЕЧК-II (1) и ЕЧК-II(2); выращивают их в одном дрожжерастильном аппарате при общей продолжительности процесса 24 ч. Часть дрожжей, накопившуюся за 16 ч в первом периоде, при непрекращающейся подаче питательных веществ отбирают на засев стадии I для получения товарных дрожжей. Оставшиеся дрожжи служат засевным материалом для второго периода - ЕЧК-II (2), который длится 8 ч.

Стадия ЕЧК-II - воздушно-приточная. В первом периоде засечным материалом служат все дрожжи, полученные на стадии ЕЧК-I, которые передают в аппарат вместе с культуральной средой. Загрузку аппарата производят обычным способом.

Процесс ведут в соответствии с технологическим режимом, представленным в приложении 10, в котором приведены почасовой расход всех необходимых для роста дрожжей ингредиентов и основные параметры процесса. При засеве 240 кг через 16 ч получают 2220 кг дрожжей. Не прекращая подачи питательных сред и воздуха, через 16 ч из аппарата отбирают 600 кг дрожжей вместе с культуральной средой, которыми засевают аппарат Б стадии I товарных дрожжей. Оставшиеся 1620 кг дрожжей используют в качестве засевного материала для второго периода выращивания дрожжей ЕЧК-II (2). Расход всех питательных веществ и технологический режим процесса приведены в приложении 11.

Через 8 ч накапливают 3060 кг дрожжей, из которых 600 кг вместе с культуральной средой сразу передают на засев товарных дрожжей (стадия I), a 600 кг направляют в сборник, где они хранятся в течение 8 ч, после чего используются для засева товарной стадии I (аппарат Б). Оставшиеся 1860 кг дрожжей сепарируют, выделяют на вакуум-фильтрах, фасуют, упаковывают и используют как товарную продукцию.

Процесс выращивания дрожжей ведут при постоянном расходе воздуха 3500 м³/ч.

Растущую потребность дрожжей в кислороде компенсируют увеличением скорости его растворения в культуральной среде в результате повышения высоты аэрируемого слоя культуральной среды. Количество воздуха, необходимое для обеспечения максимального прироста дрожжей, определяют по формуле (см. главу 2, § 3). Расчетную высоту набора также определяют по этой формуле, определив предварительно величину максимального расхода воздуха.

Этот режим получения дрожжей ЕЧК позволяет систематически через каждые 8 ч снабжать стадию I товарных дрожжей генеративно-активными дрожжами в количестве 35-70% к мелассе, перерабатываемой на стадии, без сепарирования дрожжей ЕЧК, что позволяет интенсифицировать процесс выращивания товарных дрожжей, а также устранить потери питательной среды, содержащейся в бражке, и сократить сброс в канализацию концентрированных сточных вод.