Получение энзиматически активной биомассы

<21 22 232425 26 27 >

Биомасса микроорганизмов может быть получена с целью ее дальнейщего использования в процессе народнохозяйственной деятельности человека. Огромное разнообразие ферментных систем и большая лабильность метаболизмамикроорганизмов позволяют им при росте на различных субстратах осуществлять широкий спектр химических реакций.

В хозяйственной деятельности человека наиболее широко применяются микроорганизмы, вызывающие различные виды брожения (спиртовое и молочнокислое). Дрожжи, вызывающие спиртовое брожение используется в процессе производства спирта и глицерина, вина и пива, шампанского и коньяка. Большое значение они имеют также в технологии хлебопечения. Молочнокислые бактерии используют в молочном производстве, в хлебопечении, при квашении овощей и силосовании кормов, при изготовлении кваса, в производстве молочной кислоты и т. д.

Способность микроорганизмов в процессе роста и развития минерализовать различные органические соединения, превращая их в легко усвояемые растением компоненты питания применяют при изготовлении различнх форм бактериальных удобрений, которые способствуют снабжению растений не только элементами минерального питания, но и физиологически активными веществами (фитогормонами, витаминами и др.).

Таким образом, задачей производства энзиматически активной биомассы является максимальное накопление жизнеспособных клеток, сохранение их жизнеспособности на всех стадиях технологического процесса, приготовление на их основе готовых форм препаратов с сохранением активности в течение гарантийного срока хранения.

6.2.1.Получение хлебопекарских дрожжей

Спиртовое брожение – микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ – лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса.

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи – сахаромицеты.

Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до углекислого газа и воды, т.е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса и выделяется СО₂ (эффект Пастера). Именно это свойство дрожжей в позволяет использовать их в качестве разрыхлителей теста при производстве хлеба. При создании анаэробных условий, дрожжи переходят на энергетически невыгодный для них процесс брожения, который в свою очередь лежит в основе пивоварения, спиртового производства, виноделия.

Накопление биологически активной дрожжей является основной задачей дрожжевого производства. На дрожжевых заводах выращивают дрожжи-сахаромицеты по культуральным и морфологическим признакам они относятся к семейству Endomycetoceae, к роду Saccharomyces, к виду cerevisiae. В дрожжевом производстве ценятся быстроразмножающиеся расы дрожжей, обладающие хорошими технологическими качествами. Находят применение расы, устойчивые в процессе высушивания. В производстве прессованных хлебопекарных

Характеристика хлебопекарских дрожжей. Морфологические признаки.Форма клеток – овальная, иногда почти круглая. Этот признак непостоянен, так как форма клеток может изменяться в зависимости от условий культивирования. Средние размеры 8 – 10 X 4 – 6 мкм. Особенно заметны изменения в вакуолях, происходящие во внутреннем строении дрожжевых клеток в процессе их размножения в условиях дрожжевого производства и наблюдаемые под микроскопом. В молодых клетках вакуоли почти незаметны, а у старых или угнетенных клеток они занимают иногда до 80 % полости клетки.

Характер почкования. В условиях сильной аэрации, а следовательно, при интенсивном механическом воздействии часто молодая, дочерняя клетка отрывается от материнской раньше, чем достигнет величины материнской клетки. Этим можно объяснить наличие определенного количества мелких клеток наряду с клетками нормальной для данной расы величины. Дочерняя клетка начинает интенсивно почковаться тогда, когда она достигнет величины материнской клетки.

При соблюдении установленного режима аэрации и притока питательных веществ, а также при использовании полноценного сырья дрожжевая клетка образует одновременно только одну дочернюю почку. После того как эта почка вырастет и отделится, на поверхности материнской клетки образуется на другом месте новый бугорок и появляется новая почка. Если же в питательной среде наблюдается дисбаланс питательных веществ или наличие ингибиторов, процесс роста клеток замедляется и клетка может образовать несколько почек в разных местах поверхности, медленно растущих, причем некоторые из них могут быстро отмереть; увеличивается и количество мелких клеток. Устранение неблагоприятных факторов быстро восстанавливает нормальный процесс роста и почкования дрожжей.

Метаболизм дрожжей. В благоприятных условиях культивирования дрожжевые клетки размножаются, масса их увеличивается. Это возможно только при поступлении в клетку питательных веществ извне, из окружающей водной среды. Питательные вещества, поступающие в дрожжевую клетку, непрерывно подвергаются разнообразным превращениям, которые приводят к росту микроорганизма, к увеличению его массы, к формированию клеточных веществ и, наконец, к размножению. Одновременно происходят и процессы разложения клеточных веществ. Продукты распада выделяются в среду, окружающую дрожжевую клетку. Процессы разложения и процессы окисления освобождают скрытую химическую энергию веществ, что позволяет дрожжевым клеткам осуществлять все те сложные превращения протоплазмы, которые связаны с питанием клетки и построением дрожжевой массы.

В окружающей дрожжи среде должны содержаться все те питательные соли, которые нужны дрожжевым клеткам, чтобы строить вещества протоплазмы, а также витамины, которые не могут синтезироваться клетками.

Питательные вещества проникают в дрожжевую клетку путем диффузии их через поверхностную оболочку, подчиняясь общим законам осмоса. В водных растворах, содержащих небольшие концентрации веществ, всегда устанавливается некоторый приток воды в протоплазму. Протоплазма оказывается плотно прижатой к оболочке клетки. Такое состояние называется тургором. При наличии тургора процессы обмена веществ в дрожжевой клетке протекают быстро и нормально.

При выращивании дрожжей в аэрируемой среде, содержащей все необходимые для быстрого накопления биомассы компоненты, решающее значение для необходимой скорости роста и размножения дрожжей имеет концентрация таких веществ, как азот, фосфор, калий, магний.

Скорость отпочковывания дочерних клеток и рост молодых мелких клеток обусловлены генеративной активностью дрожжей, которая свойственна хорошо упитанным дрожжевым клеткам дыхательного типа с содержанием большого количества азота, фосфора и ростовых веществ. Поэтому в условиях дрожжевого производства учитывают не только состав среды, но и должную концентрацию питательных веществ при условии, что осмотическое давление общего количества водорастворимых веществ в среде не превысит осмотического давления клеточного сока дрожжевых клеток.

При выращивании дрожжей на растворах мелассы происходят процессы брожения с образованием спирта и процессы ассимиляции с превращением сахара в биомассу, в клеточное вещество дрожжей. Раньше было принято противопоставлять дрожжевые клетки «бродильного» и «дышащего» типа. В свете современных представлений об изменчивости сахаромицетов процессы брожения и дыхания, процессы превращения сахара в спирт или расход его на накопление дрожжевой массы рассматриваются как взаимосвязанные.

Технологические требования к производственным дрожжам. При отборе культуры принимают во внимание способность хлебопекарных дрожжей:

· сбраживать тесто, т. е. они должны обладать хорошей подъемной силой и ферментативной активностью;

· хорошо расти на мелассной среде в условиях глубинной ферментации и давать высокий выход биомассы;

· клетки дрожжей должны легко отделяться от культуральной жидкости сепарированием или фильтрацией и хорошо сохраняться в прессованном виде;

· подъемную силу дрожжей выражают в минутах, в течение которых определенное количество дрожжей, развиваясь в определенном количестве теста, увеличивает его объем на предусмотренную стандартом величину.Для хороших дрожжей подъемная сила не должна превышать 75 мин;

· ферментативная активность (зимазная активность –30 – 40 мин, мальтазная активность – 50 – 80 мин) Зимазную и мальтазную активность определяют по методу Елецкого, в основе которого лежит выделение определенного объема газа в сахарозной и мальтозной среде.

Технология промышленного получения дрожжей на мелассной среде. Технологический процесс производства дрожжей состоит из следующих этапов:

· приготовление питательной среды;

· размножение культуры дрожжей:

1. лабораторная стадия;

2. стадия чистой культуры;

3. стадия естественно чистой культуры;

4. стадия товарных дрожжей;

· выделение товарных дрожжей из дрожжевой суспензии;

· формование и упаковка прессованных дрожжей;

· сушка дрожжей.

Приготовление питательной среды. При выращивании хлебопекарных дрожжей подготавливают питательную среду, обеспечивающую растущие дрожжи как всеми компонентами, входящими в состав дрожжевой клетки, так и теми веществами, которые способствуют быстрому их росту и размножению.

Питательную среду для выращивания хлебопекарных дрожжей готовят на основе мелассы с добавками солей фосфора и азота, исходя из того, что готовая продукция должна содержать 6 –7 % азота и 3,6 – 4,4 % фосфатов в пересчете на сухое вещество.

Для обеспечения высоких выходов дрожжевой биомассы важно обеспечить в среде не только оптимальные концентрации сахара, азота, фосфора и других элементов, но и витаминов группы В, в первую очередь биотина, иногда пантотената кальция. Если в мелассе этих веществ недостаточно, добавляют кукурузный экстракт, вытяжку из солодовых ростков и другие добавки.

Мелассу разбавляют водой в соотношении 1 : 1 – 1 :4, подкисляют серной кислотой до рН 5,0, осветляют центрифугированием. При центрифугировании из среды удаляются вещества, которые могут ухудшать цвет и качество дрожжей. . Затем производится термообработка мелассового раствора в теплообменнике при 105 – 125 °С. Затем он охлаждается до 20 °С и отправляется на второй кларификатор. С помощью насосамелассовое сусло направляется в сборник, а из сборника – в предварительный дрожжерастильный аппарат.

Размножение культуры дрожжей. Лабораторная стадия. В лаборатории размножение дрожжевой культуры идет через три этапа в 10 – 12 %-ной солодовой среде при использовании колб на 100, 1000, 8000 мл, в которых выращивание дрожжей длится по 24 ч. Границы оптимальной температуры 28 – 32°С, реакция среды рН 4,5 – 5,5.

Для ограничения бактериальной инфекции в начальных стадиях стараются использовать более низкую реакцию среды – рН 4,3 – 4,6. Допускается также спиртовое брожение.

В стадии чистой культуры (ЧК) дрожжи размножаются в двух герметических аппаратах на 12 %-ной мелассной среде, обогащенной солодовым экстрактом и двузамещенным фосфатом аммония. Емкость первого аппарата 80 – 100 л, второго – 800 – 820 л. Среда периодически аэрируется. Длительность ферментации 10 – 20 ч. Получают 2– 4 кг дрожжей в пересчете на сухое вещество.

В следующей стадии естественно чистой культуры (ЕЧК) получают посевной материал на 7 – 8 %-ной мелассной среде. На последних стадиях дрожжи сепарируют и прессуют. Полученный посевной материал, который называют технической чистой культурой, хранят при 4°С и используют в качестве посевного материала при производстве товарных дрожжей.

С целью улучшения качества товарных дрожжей, уменьшения количества сопутствующей бактериальной микрофлоры желательно ЕЧК перед засевом подвергнуть кислотной обработке. Для этого прессованную ЕЧК суспендируют в воде (1:1) и добавляют 100 %-ную молочную кислоту в количестве 2 % от массы дрожжей, перемешивают и выдерживают 1 ч.

Товарные дрожжи обычно получают в три этапа. Сначала размножают первый посевной материал (задаточные дрожжи), затем вторые задаточные дрожжи и из них получают товарные дрожжи. Получение первых задаточных дрожжей идет без притока среды; длительность процесса 6 – 7 ч. На втором этапе стремятся полностью исключить спиртовое брожение, поэтому дрожжи выращивают в условиях очень интенсивной аэрации, лимитируя концентрацию сахара в среде, по проточному методу культивирования. Чаще всего длительность этого этапа 10 – 12 ч. Последний этап производства товарных дрожжей длится 10 – 24 ч.

Выделение товарных дрожжей. Биомассу дрожжей отделяют от культуральной жидкости, используя сепараторы. Сепарирование обычно идет в три этапа, при двукратной промывке суспензии клеток водой для удаления остатков среды. Получают концентрат дрожжей, содержащий 80 – 120 г/л сухой биомассы. Его охлаждают до 8 – 10 °С, фильтруют на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах и получают дрожжевую пасту с 70 – 75 %-ной влажностью. После кондиционирования пасты водой до стандартной (75%) влажности, дрожжи формуют в плитки массой 50, 100, 500, 1000 г и упаковывают. Хранят прессованные дрожжи при температуре 0 – 4 °С до 10 сут. Хлебопекарные дрожжи можно высушивать при температуре 30 – 40 °С до влажности 8 % и хранить до 6 мес.

<21 22 232425 26 27 >

Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 2828;