Дрожжевое отделение (отделение ЧК)

Картофель. На спиртовые заводы поступает картофель различного качества: здоровый, мороженный, дефектный, пораженный болезнями и вредителями.

При хранении здорового картофеля на неповрежденном эпидермисе клубней большая часть микроорганизмов находится в неактивном состоянии. На клубнях с механическими повреждениями могут развиваться возбудители гнили и болезней картофеля: микроскопические грибы - фитофтора, фузариум, фома, бактерии родов Streptomyces (актиномицеты) и Corynebacterium, а также другие микроорганизмы.

Активное размножение микроорганизмов наблюдается в подмороженных и мороженных, а затем оттаявших клубнях. Такой картофель может стать в производстве источником бактерий рода Bacillus и Clostridium: Bacillus aerothermophilus, Bacillus stearothermophilus, Bacillus coagulans, Clostridium butyricum, споры которых имеют повышенную термоустойчивость, а клетки способны развиваться в кислой среде.

Зерно. Микрофлора та же, что и в ячмене (см. 2.1).

Меласса. Ее микрофлора зависит от особенностей технологии сахарного производства, способов транспортирования мелассы и условий ее хранения. В мелассе обнаруживаются почвенные бактерии и микроорганизмы-вредители, развивающиеся на разных стадиях производства сахара. В мелассе микроорганизмы в связи с высоким содержанием сухих веществ не размножаются. Однако при разбавлении мелассы водой она становится благоприятной средой для размножения микроорганизмов, и их количество возрастает в десятки и сотни тысяч раз. В результате активной жизнедеятельности микроорганизмов химический состав меласс изменяется, и они переходят в категорию дефектных. В состав микрофлоры мелассы входят аэробные спорообразующие палочки рода Bacillus: Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Bacillus cereus и др., а также анаэробные клостридии Clostridium butyricum. Среди неспороорбазующих бактерий присутствуют псевдомонады, которые активно размножаются в разбавленных мелассах, что приводит к потерям сахара и восстановлением содержащихся в мелассе нитратов в нитриты, которые являются чрезвычайно ядовитыми веществами. Кроме того, в мелассе могут развиваться кислотообразующие бактерии - лейконостоки и молочнокислые бактерии Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Lactobacilluis fermenti и др., являющиеся вредителями спиртового производства. В микрофлоре мелассы присутствуют также дикие дрожжи, кокковая микрофлора, микроскопические грибы.

Солод. В солоде наиболее часто встречаются мицелиальные грибы, дикие дрожжи, спорообразующие бациллы и неспорообразующие бактерии: сарцины, уксуснокислые, молочнокислые бактерии. Наиболее опасными для спиртового производства являются гомо- и гетероферментативные молочнокислые бактерии, которые неблагоприятно воздействуют на ферменты солода и дрожжевые клетки.

Солодовое молоко. В нем микроорганизмы размножаются особенно быстро. Наиболее часто в солодовом молоке обнаруживаются молочнокислые палочки и кокки, уксуснокислые и маслянокислые бактерии, микроскопические грибы - пенициллы, аспергиллы, мукоровые грибы.

Ферментные препараты. Кроме спор грибов-продуцентов в ферментных препаратах могут присутствовать споры посторонних грибов, аэробные споровые палочки, молочнокислые бактерии.

2.2.2 Характеристика микроорганизмов, используемых в производствe спирта
В спиртовом производстве применяютдрожжи вида Saccharomyces cerevisiae, которые относятся к дрожжам верхового брожения. Основными требованиями, предъявляемыми к расам дрожжей при производстве спирта, являются:

•высокая бродильная активность. Спиртовые дрожжи должны образовывать максимум спирта;

•способность сбраживать как моносахариды, так и дисахариды и некоторые декстрины;

•способность сбраживать растворы, содержащие довольно большие концентрации сахара (в производстве спирта из мелассы концентрация сахара составляет 13-15% и более);

•способность осуществлять спиртовое брожение при высоком содержании спирта в растворе.

При производстве спирта из крахмалсодержащего сырья чаще всего используют расу ХП, а в производстве спирта из мелассы - расы Я, Л и В.

Успешное применение находят гибридные дрожжи, выведенные в институте генетики АН путем скрещивания двух видов дрожжей. Так, гибрид 67 получен скрещиванием пивных дрожжей и спиртовых расы Я, основной особенностью которого является наличие у него фермента ?-галактозидазы и способность сбраживать рафинозу.

Производственные спиртовые дрожжи - круглые или яйцевидные клетки размером 5-6,2х5-8мкм, распределяющиеся во всем объеме сусла, пылевидные.

Основными факторами, влияющими на жизнедеятельность дрожжей в спиртовом производстве, являются температура, рН среды, концентрация сусла, содержание органических и неорганических кислот.

Температура. Оптимальная скорость роста спиртовых дрожжей 30-32 °С, однако дрожжи, выращенные при температуре ниже оптимальной имеют более высокую бродильную активность, поэтому процесс брожения начинают при температуре 18-22 °С, а во время брожения ее поддерживают на уровне 29-30 °С. Более высокая температура вызывает снижение бродильной активности и способствует развитию молочнокислых бактерий и диких дрожжей.

РН среды. Водородные ионы изменяют электрический заряд коллоидов плазменной оболочки клетки и в зависимости от концентрации могут увеличивать или уменьшать проницаемость оболочки клеток для отдельных веществ и ионов. От величины рН зависит скорость поступления питательных веществ в клетку, активность ферментов, образование витаминов.

При изменении рН среды изменяется характер брожения: если рН смещается в щелочную зону, то увеличивается содержание глицерина и побочных веществ в бражке. Оптимальным рН для развития дрожжей является 4,8-5,0, однако в спиртовом производстве его стараются поддерживать на уровне 3,8-4,0, чтобы подавить развитие молочнокислых бактерий. Необходимый рН создают добавлением серной, соляной или молочной кислоты.

Содержание сахара в сусле. Очень высокие концентрации сахара повышают осмотическое давление в дрожжевых клетках, а низкие - экономически невыгодны, поэтому сбраживают сусло с содержанием сухих веществ, что соответствует содержанию в нем 13-15% сахара. В зависимости от исходной концентрации сахара и производственных потерь содержание спирта в зрелой бражке составляет 8-9,5 об.%.

Содержание спирта. Спирт оказывает тормозящее влияние как на размножение, так и на бродильную способность дрожжей. Торможение брожения наблюдается при содержании спирта 12-16%. Поэтому концентрация Сахаров в сусле должна быть такой, чтобы в зрелой бражке крепость спирта не превышала 10 об.%.

Иногда для подкисления сусла при производстве спирта из картофеля и зерна используютмолочнокислые бактерии вида Lactobacillus delbrueckii штаммов 52 и смешанная культура со штаммом 70. Это грамположительные не образующие спор палочки, которые осуществляют гомоферментативное молочнокислое брожение. Культивирование молочнокислых палочек ведут при температуре 50°С до кислотности 2,0-2,2 ° для картофельного и 1,7-2,0˚ для зернового сусла, а потом проводят пастеризацию сусла при 75°С. В сусле, подкисленном молочнокислыми бактериями, увеличивается содержание растворимых азотистых веществ, что благоприятно сказывается на размножение дрожжей.

2.2.3 Разведение чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий в спиртовом производстве
Разведение чистой культуры дрожжей в спиртовом производстве

Чистые культуры дрожжей спиртовые заводы получают из отраслевых институтов: Всероссийского НИИ продуктов брожения и Украинского НИИ спиртовой и ликероводочной промышленности, которые рассылают в пробирках, закрытых ватными пробками на скошенном сусло-агаре. На заводах пробирки с чистыми культурами дрожжей хранят в холодильнике при температуре 4-6°С, пересевая не реже одного раза в 2 мес.

При разведении чистой культуры дрожжей вначале получают лабораторную разводку чистой культуры по схеме:
пробирка ? колба (0,5-1 л) ? колба (3-5 л) ? бутыль (15-20 л)
Посев в пробирки осуществляют на стерильное солодовое сусло концентрацией 8-10% СВ и кислотностью 0,3-0,5°. Затем пробирки помещают в термостат с температурой 30 °С. Забродившее в пробирке сусло переводят в 0,5-1 л колбу с стерильным солодовым суслом с концентрацией 12% СВ и вновь помещают в термостат. Затем переносят содержимое колбы в колбу большего объема со стерильным суслом с концентрацией 12-15%, приготовленного из сырья, перерабатываемого на заводе. Для последней лабораторной разводки приготовляют бутыли на 15-20 л с нефильтрованным, хорошо осахаренным дрожжевым суслом (стерильным или пастеризованным) с концентрацией 17-18% СВ и кислотностью 0,8 ° при подкислении серной и 2 ° - молочной кислотой. Выдерживают разводку 18-24 часа при 25-26°С и определяют микроскопированием их чистоту, морфологическое состояние, наличие гликогена.

Производственные стадии разведения чистой культуры ведут а аппаратах засевных дрожжей, используя пастеризованное или стерильное сусло с концентрацией 18-19% СВ и кислотностью 0,9 град. В течение 18-24 час, сбраживая сусло до концентрации спирта 6-7%, после чего дрожжи передают в дрожжевой аппарат или дрожжегенератор.

Производственные стадии разведения чистых культур в производстве спирта из мелассы включают:
АЧК-1 (20 л) ? АЧК-2 (1м³)? АЧК-3 (5м³) ? Дрожжегенератор (50 м³)

Разведение чистой культуры молочнокислых бактерий
Молочнокислые бактерии Lactobacillus delbrueckii штаммов 52 и смешанная культура со штаммом 70 рассылаются отраслевыми НИИ в запаянных ампулах на солодовом сусле с дробиной и мелом.

Для получения заводской культуры молочнокислых бактерий одной ампулой засевают 0,5 л стерильного сусла концентрацией 15% СВ. Колбу, засеянную штаммами 52 и 70 закрывают ватной пробкой и помещают в термостат с температурой 50-51°С на 15-18 час. Первое разведение переводят в бутыли с 7-8 л стерильного сусла. Бутыль с культурой выдерживают 10-12 ч в термостате при температуре 50-51°С и передают в засевной аппарат с 6-8 дал сусла. Через определенное время размножения культуру передают в дрожжевой аппарат.

Чистую культуру молочнокислых бактерий в заводской лаборатории поддерживают на стерильном сусле с концентрацией 8-10% СВ с дробиной и мелом. Пересев ведут через 8-12 сут. Хранят культуру в холодильнике.

2.2.4 Микробиологический контроль в спиртовом производстве
Микробиологический контроль спиртового производства включает исследование производственных дрожжей и бражки.

Микробиологический контроль производственных дрожжей

Дрожжи ежесменно просматривают под микроскопом и определяют количество дрожжевых клеток в 1 см³ содержание в них гликогена, процент почкующихся и мертвых клеток, наличие посторонних микроорганизмов.

При правильном ведении технологического процесса дрожжи редко являются источником инфицирования. Их кислотность остается постоянной. При нарушении технологического режима в дрожжах могут присутствовать молочнокислые бактерии Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermenti, Lactobacilhis helveticus, Lactobacillus delbrueckii и др., уксуснокислые бактерии, дикие дрожжи. Спорообразующие бактерии обычно не развиваются в производственных условиях. При нормальном технологическом режиме в дрожжах обнаруживаются 1-3 палочки бактерий в поле зрения микроскопа.

Содержание почкующихся клеток в засевных дрожжах не должно превышать 3 %, а в дрожжах из дрожжегенератора - 25-30 %. По содержанию гликогена судят о степени упитанности дрожжей: при средней упитанности гликогена в клетках содержится 20-25% объема, при хорошей - от 35-50 и более. Содержание мертвых клеток не должно превышать 5%. Нормальные производственные дрожжи содержат в 1 см³ 120-160 млн. клеток.

Контроль бражки. Один раз в смену определяют степень инфицирования бражки из каждого бродильного аппарата посторонними микроорганизмами прямым микроскопированием и титрованием. В первые часы брожения (12-22 ч) посторонние микроорганизмы должны отсутствовать. В период главного брожения допускается наличие отдельных посторонних клеток, а при дображивании количество бактерий не должно превышать 3-5 в поле зрения микроскопа. Титруемая кислотность бражки с дрожжами должна быть в пределах 0,2-0,3 град, зрелой бражки - 0,3-0,5 град.

Вопросы для самопроверки

1. Какие микроорганизмы входят в состав микрофлоры несоложенного сырья?

2. Какие микроорганизмы входят в состав микрофлоры мелассы?

3. Какие микроорганизмы, вносимые с сырьем, являются наиболее опасными для спиртового производства?

4. Какие дрожжи используют при производстве спирта из крахмалсодержащего сырья, мелассы?

5. Перечислить факторы, влияющие на жизнедеятельность спиртовых дрожжей?

6. Какие требования предъявляются к дрожжам в спиртовом производстве?

7. Почему сбраживание сусла в спиртовом производстве ведут при температуре ниже оптимальной?

8. При каком значении рН ведут спиртовое брожение и чем это обусловлено?

9. Для чего в спиртовом производстве используют чистые культуры молочнокислых бактерий?

10.. Какие молочнокислые бактерии используются при производстве спирта?

11. Как получают лабораторную разводку из чистой культуры дрожжей?

12. Каким образом проводят разведение чистой культуры молочнокислых бактерий?

13. Как проводится микробиологический контроль в спиртовом производстве?
2.3. МИКРОБИОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ И КВАСА
2.3.1 Микроорганизмы, применяемые в производстве кваса.
Хлебный квас является продуктом незаконченного спиртового и молочнокислого брожения. Спиртовое брожение вызываетсяся квасными дрожжами – сахаромицетами, при этом накапливаются до 0,5 % об. спирта и выделяется диоксид углерода . Молочнокислых бактерии (гетероферментативные), превращают сахара квасного сусла в молочную, уксусную, янтарную кислоты, СО_2, ароматические вещества, спирт.

Квасные дрожжи относятся к виду Saccharomyces minor (раса М) и Saccharomycesmines cesevisiae. Очень часто дрожжи квасные используются в сушеном виде с содержанием 7 – 10 % влаги.

Квасные молочнокислые бактерии относятся к виду Lactobasillus fermenti штаммов 11 и 13, которые выделены из лучших образцов хлебного кваса.

Чаще всего в производстве кваса используют комбинированную закваску, содержащую ЧК квасных дрожжей рас М квасных молочнокислых бактерий штаммов 11 и 13.

Во взаимоотношениях дрожжей и молочнокислых бактерий в комбинированной закваске проявляется и синергизм и антагонизм. Молочнокислые бактерии, продуцируя молочную кислоту, создают благоприятные значения рН 5 – 5,5 для дрожжей, а продукты жизнедеятельности дрожжей (витамины) стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Однако впоследствии в процессе брожения квасного сусла молочнокислые бактерии вступают в антагонистические отношения с дрожжами. Дальнейшее развитие бактерий и повышение кислотности снижают бродильную активность дрожжей.

Для производства кваса разводят отдельно квасные дрожжи и молочнокислые бактерии до количества, требуемого для засева производственного чана.
Схема приготовления комбинированной закваски

Дрожжи. Разводят на стерильном квасном сусле с добавлением сахарного сиропа до концентрации сухих веществ 84 %:

П робирка с ЧК

Пробирка с 1 см3 квасного сусла

Колба с 250 см3

Бутыль с 2 дм3 квасного сусла

Аппарат с 18 дм3

 

Дрожжевая разводка не должна содержать посторонних микроорганизмов, гнилостных бактерий, диких дрожжей, уксуснокислых бактерий.

Молочнокислые бактерии. Используют сахарный сироп, содержащий 8 % СВ.

		3 пробирки засевают шт. 11
6 пробирок со стерильным суслом, 10 см3				Колба с 1 дм3 стерильного квасного сусла (на 24 ч)		Колба Карлсберга 20 дм3 (2 сут)		Аппарат с 40 дм3 сусла (2 сут)
		3 пробирки засевают шт. 13

 

Комбинированные закваски. 3,2 м³ пастеризованного квасного сусла (8 % СВ) + 420 дм³ разводки молочнокислых бактерий + (17 – 18) дм³ другой разводки - 6 часов.

Комбинированные закваски вводятся в квасное сусло в количестве 4 %.