Культуральные свойства дрожжей, полученных на основе аспирационных отходов зерноперерабатывающих предприятий

Целью исследования являлась разработка технологии перевода аспирационных отходов (пылей) зерновых предприятий во вторичный материальный ресурс в виде биомассы дрожжей [1–3], изучение возможности получения редуцирующих веществ из легко- и трудногидролизуемых углеводов аспирационной пыли и получение питательных сред для культивирования дрожжей [4].

Культуральные свойства дрожжей устанавливаются по особенностям роста на питательных средах. На жидких питательных средах отмечают характер распределения культуры в жидкости (равномерное, вызываемое помутнение среды, придонное или поверхностное), обусловленный отношением микроорганизмов к кислороду воздуха. Дрожжевая микрофлора развивается на поверхности, так как дрожжевые организмы относятся к аэробам, поэтому ферментаторы культивирования дрожжей всегда снабжены аэроционными системами (барботером).

Выращивание дрожжей проводили на лабораторном ферментаторе, который представляет собой закрытый сосуд с мешалкой и барботером для насыщения среды воздухом, ферментер снабжен отбойником, обеспечивающим наиболее полную гомогенизацию среды.

Для ращения дрожжевой массы необходимо рассчитать массу мелассы, необходимую для культивирования дрожжей, массу засевного материала и т. д.

Лабораторный ферментатор рассчитан на 500,0 г культуральной среды или мелассы, рассчитаем ожидаемое количество Д, г, по формуле

М • В • С Д = 100 • 46 ^;

где М – количество натуральной мелассы, г; 46 – содержание сахаров в условной мелассе, %; В – выход дрожжей, %; С – содержание редуцирующих веществ в натуральной мелассе.

Выполним расчет с учетом того, что содержание редуцирующих веществ в средах 2 %, т. е. их привели путем разбавления к этому значению:

-  500 г • 80 % • 2 %

Д =----------------= 17,39 г.

100 • 46

Зная значение массы дрожжей, которое будет культивировано, рассчитаем массу засева по формуле:

P = IgA - ц • r/2,3,

где A – содержание дрожжей в конце цикла, г; Р – начальное содержание дрожжей (засев), кг; ц - удельная скорость роста, ч^-1; r - длительность процесса, ч; 7 часов длительность цикла.

Удельная скорость для полноценной среды должна находиться в интервале от 0,15 до 0,16.

Рассчитаем величину засева:

P = lg17,39 - 0,16 • 7/2,3 = 0,7531 г.

Рассчитанную массу дрожжей засевали в полученные среды и наблюдали прирост биомассы нефелометрическим методом. Строим калибровочный график зависимости между величиной светорассеяния и концентрацией дрожжей. В логарифмической фазе роста дрожжей в различных средах наблюдали прирост биомассы и удельную скорость роста, результаты сведены в табл. 1.

Удельная скорость роста вычисляется по формуле:

μ=lnm2m1, (3) r где m2 – масса дрожжей после ферментации, в логарифмической фазе культивирования, г; m1 – масса дрожжей до наступления логарифмической фазы, г; r – время ферментации, ч.

Зная величину засева и удельную скорость роста для каждой среды, рассчитаем массу дрожжей в лабораторном ферментаторе в конце семичасового цикла. Полученные расчетные показатели подтверждаются прак- тическими результатами (табл. 2).

Рассчитаем выход дрожжевой массы из суспензии, полученной на основе белой, серой, черной аспирационной пыли зерноперерабатывающих предприятий:

(m - m ) ⋅ k ⋅ 100 %

η =   ¹²         ,       (4)

m где η – выход дрожжей в % на 1 г аспирационной пыли; m – масса аспирационной пыли, г; m1 – практическая масса дрожжей полученная лабораторным путем; m2 – масса засевно-го материала, г; k – коэффициент разбавления среды.

Результаты расчетов сводим в табл. 3.

Массу дрожжей, полученную из одной тонны пыли, получают путем умножения выхода на одну тонну аспирационной пыли зер-

Таблица 1

Определение удельной скорости роста дрожжей для различных сред полученных путем гидролиза

Гидролизная среда	Логарифмическая фаза		µ , ч–1
	Масса в момент
	начала ферментации, г	конца ферментации, г
Из суспензии белой пыли посредством 1 % серной кислоты	1,234	1,462	0,17
Из суспензии белой пыли посредством 3 % серной кислоты	2,345	2,835	0,19
Из суспензий белой пыли посредством 5 % серной кислоты	3,745	4,307	0,14
На основе серой пыли посредством 1 % серной кислоты	2,346	2,725	0,15
На основе серой пыли посредством 3 % серной кислоты	1,224	1,436	0,16
На основе черной пыли посредством 3 % серной кислоты	1,119	1,300	0,15

Таблица 2

Среда для культивирования дрожжей	Удельная скорость роста	Засев дрожжей, г	Масса дрожжей в конце культивирования
			расчетная	экспериментальная
Из суспензии белой пыли посредством 1 % серной кислоты	0,17	0,7531	18,64	17,94
Из суспензии белой пыли посредством 3 % серной кислоты	0,19		21,44	19,38
Из суспензий белой пыли посредством 5 % серной кислоты	0,14		15,10	16,45
На основе серой пыли посредством 1 % серной кислоты	0,15		16,20	14,28
На основе серой пыли посредством 3 % серной кислоты	0,16		17,37	17,28
На основе черной пыли посредством 3 % серной кислоты	0,15		16,20	15,39

Таблица 3

Выход дрожжей в зависимости от состава среды

Среда	Выход дрожжей, %	Масса дрожжей на 1 т аспирационной пыли
Из суспензии белой пыли посредством 1 % серной кислоты	68,76	687,6
Из суспензии белой пыли посредством 3 % серной кислоты	91,28	912,8
Из суспензий белой пыли посредством 5 % серной кислоты	83,43	834,3
На основе серой пыли посредством 1 % серной кислоты	33,82	338,2
На основе серой пыли посредством 3 % серной кислоты	41,32	413,2
На основе черной пыли посредством 3 % серной кислоты	36,60	366,0

Масса дрожжей, которая образуется в конце семичасового цикла ферментации (без учета лаг-фазы), в лабораторном ферментаторе

ноперерабатывающих предприятий.

Результаты, представленные в табл. 3, подтверждают эффективность процессов ферментации дрожжей на основе аспирационных пылей.

Эксперименты проводились на примере штаммов дрожжей (СК-4-1; Л-2-3.2; Д-3-4.1) (табл. 4).

Процессы протекали по 24 часовому циклу, представленному на рисунке.

Таким образом, наибольший выход дрожжей составил при использовании 3 % серной кислоты при гидролизе белой аспира- ционной пыли. Среда, полученная на основе черной пыли, дает наименьший выход дрожжей, что связано с ее высокой зольностью.