Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Интенсификация производства кормовых дрожжей на основе спиртовой барды

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Интенсификация производства кормовых дрожжей на основе спиртовой барды"

На правах рукописи

ВАНЕЕВА РАУЗА ТИМУРОВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ НА ОСНОВЕ СПИРТОВОЙ БАРДЫ

03.00.23 - Биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 2007

003060992

Работа выполнена на кафедре химической кибернетики Казанского государственного технологического университета

Научный руководитель: кандидат технических наук

Мухачев Сергей Германович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Решетник Ольга Алексеевна

доктор технических наук, профессор Шарифуллин Вилен Насибович

Ведущая организация: Российский химико-технологический

университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва

Защита диссертации состоится 4 июля 2007 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 при Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул К. Маркса, 68 (зал заседаний Ученого совета, А-ЗЗО)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета. Электронный вариант автореферата размещен на сайте Казанского государственного технологического университета (www. kstu.ru).

Автореферат разослан « / » u/-qhS> 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.С. Сироткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Свертывание крупнотоннажной промышленности кормового белка, существовавшей в СССР, создало заметный дефицит белковых компонентов, необходимых для кормопроизводства В настоящее время существующие производства кормовых препаратов на основе спиртовой барды остаются одними из основных поставщиков белковых кормовых добавок. Однако они действуют при спиртовых предприятиях относительно малой мощности и потому характеризуются низкой рентабельностью. Поэтому является крайне актуальным поиск способов повышения производительности цехов сухих кормовых дрожжей*5. При этом желательно достижение указанной цели на базе использования существующего оборудования, средств управления, имеющихся на спиртовом производстве штаммов микроорганизмов и компонентов питательных сред. Решение такой задачи предполагает использование дополнительных количеств питательных сред, поскольку увеличение объема спиртовой барды практически невозможно без реконструкции основного оборудования Резервы мощности установок по приготовлению сусла, имеющиеся практически на каждом спирзаводе, позволяют обеспечить наработку дополнительных количеств питательных сред. Поэтому представляется перспективной и актуальной разработка подходов к усовершенствованию действующей на сегодня в спиртовой отрасли технологии производства кормовых дрожжей с максимальной утилизацией растворимых сухих веществ питательной среды за счет использования смешанной культуры дрожжей, выбора соответствующих диапазонов режимных параметров процесса и способов интенсификации массообменных процессов без реконструкции основного технологического оборудования.

Целью настоящей работы является повышение эффективности процесса культивирования кормовых дрожжей на спиртовых заводах за счет применения смешанной культуры дрожжей, эффективно использующей

В руководстве выполнением экспериментальных исследований по диссертационной работе принимал участие д т н., профессор Емельянов В

компоненты спиртовой барды, а также путем внесения дополнительных углеводсодержащих подпиток, без реконструкции и замены основного технологического оборудования.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:

- экспериментально оценена совместимость культур кормовых дрожжей и сахаромицетов в лабораторных и промышленных условиях в периодических и непрерывных режимах культивирования для достижения наиболее полной утилизации питательных веществ барды и дополнительных подпиток;

уточнены условия культивирования посевной культуры дрожжей Басскаготусев сегек1з1ае, в том числе режим подачи сахаросодержащих подпиток;

определены состав и концентрации минеральных подпиток, стабилизирующих активную кислотность культуральной жидкости ! в дрожжерастильном аппарате; |

- экспериментально определена необходимая частота подсевов

1

дрожжерастильного аппарата;

- оценена скорость роста биомассы и удельное содержание белка при использовании смешанной культуры дрожжей, |

- рассчитан материальный баланс предлагаемых вариантов реализации технологического процесса для батареи аппаратов с использованием дрожжегенераторов разного объема;

- оценена экономическая эффективность процесса производства кормовых дрожжей в зависимости от соотношения объемов дрожжерастильного аппарата и посевного дрожжегенератора. !

Научная новизна:

предложена интенсификации процесса производства кормовых

дрожжей на основе спиртовой барды с использованием смешанных культур

1

микроорганизмов и батарейной схемы организации процесса культивирования с периодическим характером додпиток,

предложен состав минерального питания для производства кормовых дрожжей, обеспечивающий стабилизацию активной кислотности культуральной жидкости в дрожжерастильном аппарате;

экспериментально подтверждено повышение производительности батареи биореакторов при обеспечении экономически обоснованного уровня содержания белка в биомассе;

разработан итерационный способ расчета материального баланса процесса наращивания биомассы смешанной культуры дрожжей в условиях непрерывного режима с периодической подпиткой посевным материалом сахаромицетов;

предложен способ расчета удельных затрат компонентов минерального питания на основе данных о концентрациях компонентов барды и сахаросодержащей подпитки

Практическая значимость работы.

Проведены опытно-промышленные испытания выращивания кормовых дрожжей на Шумбутском спиртовом заводе Республики Татарстан на основе использования смешанных культур дрожжей и выбора значений режимных параметров процесса, при которых максимально утилизируются растворимые сухие вещества питательной среды, повышается выход конечного продукта более, чем на 10 % без необходимости модернизации или замены основного технологического оборудования Использование разработанных технических предложений по совершенствованию производства СКД позволяет снизить себестоимость 1 тонны СКД не менее, чем на 100 руб. даже при использовании в качестве дополнительной подпитки дорогостоящего зернового сусла.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции «Современные ресурсе- и энергосберегающие технологии в спиртовой и ликеро-водочной промышленности (Казань, 2000г.), Третьей международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в спиртовой и ликеро-водочной отрасли» (Москва, 2001г.), Международном конгрессе «Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва, 2002 г.), ХУП Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003 г.), научной конференции «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии» (Казань, 2004 г.), 1-ой Всероссийской научной конференции «Ресурсосберегающие, водо- и

почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем» (Казань, 2006), IV Международной научной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2006), на ежегодных научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета 2002-2007 г.г 1

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 5 статей и тезисы 9 докладов на всероссийских и международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения Материал изложен на 132 страницах текста и содержит 14 таблиц и 15 рисунков Список литературы включает 160 источников В приложении представлен протокол промышленных испытаний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены общие сведения о решаемой в работе задаче, обоснована необходимость и показана актуальность разработки предложений по интенсификации производства кормового белка на основе послеспиртовой барды с использованием смешанной культуры дрожжей] и батарейной схеме организации процесса культивирования с периодическими подпитками компонентами питания.

В первой главе представлен обзор научных публикаций, посвященных проблеме интенсификации процессов выращивания кормовых дрожжей, способам и направлениям переработки спиртовой барды. !

Во второй главе обобщены результаты экспериментальных исследований На первом этапе работы были проведены экспериментальное исследования на 10 литровой лабораторной ферментационной установке АЕС-210, снабженной перистальтическими насосами для подачи жидких сред, комплексом аналитического оборудования и приборов для измерения концентрации растворенного кислорода, минерального азота, рН, кислорода и углекислого газа в отработанном воздухе, микроскопии, термостабилизации. Лабораторная установка обеспечивала проведение

б

периодического и непрерывного культивирования в асептических условиях с высокой точностью стабилизации параметров

С целью получения достоверных сравнительных данных о параметрах процессов на лабораторном уровне имитировались условия промышленных периодических и непрерывных процессов по культивированию отдельных и смешанных культур дрожжей В ходе экспериментов в качестве основного компонента питательной среды использовали послеспиртовую барду, содержащую органические кислоты и минеральные вещества. В качестве дополнительных подпиток использовалось зерновое сусло.

В целях интенсификации массообмена кислорода применялся переносчик кислорода - поверхностно-активные вещества, увеличивающие удельную поверхность раздела фаз, что позволяет повысить производительность дорогостоящего оборудования без дополнительных капитальных вложений.

В ходе выполнения всей работы проводили микробиологический контроль за ростом культур микроорганизмов концентрацию клеток определяли методом прямого подсчета в камере Горяева, физиологическое состояние дрожжей - микроскопированием, в отбираемых пробах биосуспензии анализировали содержание сухих веществ (СВ) и редуцирующих веществ (РВ) в начале и конце процесса Уровень сырого протеина в биомассе определяли по Къельдалю, истинный белок - методом Барнштейна

В качестве производственных штаммов нами были выбраны имеющиеся и используемые на предприятии штаммы Candida tropicalis СК-4-1 и Saccharomyces cerevisiae 1986. Поскольку штаммы физиологически различны, была проверена их совместимость

На лабораторном уровне были получены качественные данные, которые свидетельствовали о принципиальной возможности интенсификации производства за счет дополнительной сахаросодержащей подпитки Эксперименты показали, что на фоне имеющихся кислот барды дополнительные сахара срабатываются быстрее именно сахаромицетами, базовая культура Candida tropicalis СК-4-1 потребляла их с меньшей скоростью

Поскольку в 10-литровом аппарате условия перемешивания, массообмена и газоснабжения не могут полностью соответствовать условиям

7

промьппленного аппарата, было осуществлено поэтапное воспроизведение результатов лабораторных исследований на промышленных аппаратах объемами 16 и 325 м3.

Суспензия сахаромицетов для подпитки дрожжерастильного аппарата выращивалась в отделении чистой культуры по аэробной технологии последовательно, начиная с рассева косяков и последующего культивирования по схеме- качалочные колбы - 10-ти литровый лабораторный аппарат! -малый аппарат чистой культуры (МАЧК) - большой аппарат чистой культуры (БАЧК) — дрожжегенератор объемом 16 м3. В качестве компонентов питательной среды использовалось доосахаренное сусло и, с целью оптимизации процесса, в частности, для снижения расхода свежей воды и уменьшения количества стоков, вместо части свежей воды при подготовке сред - послеспиртовая барда Доосахаривание сусла проводилось путем выдерживания в течение 2-3 часов при температуре 58 - 60 °С.

Инокулят готовился в качалочных колбах с использованием сусла и барды в различных соотношениях с содержанием РВ в питательных средах 1, 2, 3 и 3,5 % масс Дальнейшее повышение концентрации РВ не приводит^ интенсификации роста исследуемых культур

При оптимальной начальной концентрации РВ=3,5 % масс в аэробных условиях в аппаратах чистой культуры МАЧК и БАЧК за 9 часов роста титр дрожжей ВассНаготусея сегем1й1ае 1986 достигает значения 1200 - 1600 млн кл/мл. При этом использовались добавки ПАВ ("переносчика кислорода") в количествах, соответствующих диапазону концентраций 0,0075 - 0,01 кг/м3. Расход воздуха, подаваемого на аэрацию, поддерживался на уровне один объем на объем культуральной жидкости в минуту. При проведении указанных процессов осуществлена коррекция состава питательной среды. Объемное соотношение барды и сусла составило 1.1, при общем количестве внесения минеральных компонентов в питательную среду из расчета- 4,5 кг/м3 диаммонийфосфата и 2,1 кг/м3 карбамида На стадии приготовления посевного материала применение сульфата аммония, предусмотренного существующим регламентом, исключено в целях ограничения чрезмерного снижения рН культуральной жидкости Наблюдавшееся незначительное снижение рН корректировалось дробной подачей минеральных компонентов на 3, 4 и 5 часы роста в количестве 3:2-1

масс частей или 50,33 и 12 % масс от общей подачи. При этом было внесено карбамида из расчета 1,4 кг/м3 и диаммонийфосфата - 2,8 кг/м3. Температурный режим процесса поддерживался в диапазоне 28 - 30 °С

Выращенная в БАЧК чистая культура поступала (засевалась) периодически в дрожжегенератор объемом 16 мэ. При проведении процессов выращивания культуры Saccharomyces cerevisiae 1986 длительностью по 6 -10 часов варьировалась концентрация переносчика кислорода в диапазоне 0,001 - 0,007, кг/м3 КЖ. (таблица 1). Интенсивность процесса биосинтеза в дрожжегенераторе оценивалась по возрастанию содержания белка в расчете на АСВ засевной культуральной жидкости. При этом получен рост концентрации белка в расчете на АСВ - от 16,5 до 30,5 % масс, т.е на 14 % при средней скорости синтеза 2 % масс/час, что свидетельствует о высокой биосинтетической активности По результатам анализа опытно-промышленных испытаний аэробной технологии выращивания сахаромицетов расы 1986 в дрожжегенераторе плотность дрожжевой популяции составила 1200 - 1500 млн.кл/мл. Микроскопирование клеток показало хорошее физиологическое состояние культуры дрожжей (не менее 26 % почкующихся клеток).

Режимные параметры и результаты отъемно-доливного процесса выращивания сахаромицетов в аппарате объемом 16 м3 представлены в таблице 1.

Проведены непрерывные процессы выращивания дрожжей Candida tropicalis СК-4-1 в ДРА в режиме дополнительных периодических подпиток из дрожжегенератора с частотой 1 раз в 6 - 8,5 часов в количестве 14 подач. Всего сработано 39 м3 сусла Часть потока барды (общий объем 22 м3) при этом прошла через дрожжегенератор. Объем КЖ в дрожжегенераторе в среднем поддерживался на уровне 7 м3. Параметры отъемно-доливных циклов представлены в таблице 2 Экспериментально также установлено, что средняя скорость срабатывания РВ при применении переносчика кислорода возрастает в 2,2 раза

Заключение по результатам проведения процесса дрожжегенерации. При аэробном культивировании на питательной среде, состоящей из сусла и барды с содержанием РВ 2,85 - 4,75 % и в присутствии

Таблица 1 - Параметры процесса выращивания посевного материала вассЬаготусех сегеушае 1986 в дрожжегенераторе объемом 16 м3

Показатели № цикла

1 2 3 4 5 6

нач. кон нач кон нач кон нач. кон. нач кон нач кон

1 Барда, м3 3 2 3 0 0 2

2 Сусло, м3 3 3 3 3 3 3

3 Засев, м3 2,5 5 5 4,5 4,5 4

4 Интервал рН 3,67 4,41 3,65 4,53 3,54 4,1 3,58 4,09 3,77 4,21 3,6 4,24

5.СВ растворимые, % масс 8,5 4,2 7,2 4,9 4,9 9,2 5,9 8,2 6,4 '9,2 6,4

6 РВ, % масс 3,49 0,51 3,1 0,48 4,1 0,44 4,14 0,56 3,5 0,42 з,з 0,55

7. СВ общие, % масс 10,5 8,14 9,9 8,18 11,0 7,4 11,1 8,7 10,5 9,15 10,3 9,14

8. Почкующиеся клетки, % 53 26 26 25 48 38

9 Температура, °С 32 33 32 32 32 26 35 32 38 32 34 32

10. Карбамид, кг 45 15 10 70 70 70

11. Раствор (20%) диаммофоски, кг 130 20 10 30 30 50

12.Концентрация переносчика кислорода, г/л 0,0042 0,0021 0,0025 0,00156 0,0016 0,00071

переносчика кислорода дрожжевая культура Candida tropicalis СК-4-1 развивает среднюю скорость синтеза белка до 0,8 % АСВ /час Это в 2,9 раза ниже результата, полученного при культивировании Saccharomyces cerevisiae 1986

Таблица 2 - Показатели процесса выращивания дрожжей Candida tropicalis СК-4-1 в дрожжегенераторе

№ цикла Показатели

Барда м3 Сусло (Зм3) АСВ, %масс ЗАСЕВ, м3 КЖ Рабочий объем, кубм. Белок, % АСВ Скорость синтеза белка, %АСВ/час Выход белка, г/гСВ раств Длительность цикла, час

1 2,3 17,10 4 93 22,94 0,71 3,54 6,5

2 0 19,07 3 6 22,94 0,85 2,58 8,5

3 0 Нетданн 5 8 21,57 0,28 0,98 6

4 1 18,45 4 8 22,70 0,57 2,62 6

5 2 16,60 2 7 20,19 0,60 1,56 6

6 2 Нетданн 2 7 18,68 0,75 1,6 6

7 2 16,60 2 7 17,90 0,32 Нетданн 6,5

8 2 17,92 2 7 20,49 0,64 2,04 7

9 1,5 19,64 2,5 7 20,36 0,99 1,53 6

10 1,5 20,59 2,5 7 18,50 0,45 1,69 6

и 2 18,00 2 7 17,40 0,56 1,50 5,6

12 2 18,20 2 7 Нетданн Нетданн Нетданн 6,5

В таблице 3 представлены изменения концентрации белка в культуральной жидкости в дрожжегенераторе при применении переносчика кислорода для случаев культивирования исследуемых штаммов дрожжей

Таблица 3 - Содержание белка в сухом остатке культуральных жидкостей при выращивании посевных материалов Saccharomyces cerevisiae 1986 и Candida tropicalis СК-4-1

Культура Saccharomyces cerevisiae 1986

Номер цикла 1 2 3 4 5 6 -

Конц переносчика, г/л 0,0045 0,0026 0,00225 0,00156 0,0016 0,00075 -

Конц белка, %АСД 30,48 30,51 30,5 28,4 27,05 25,92 -

Культура Candida tropicalis СК-4-1

Номер цикла 5 6 8 9 10 И 13

Конц переносчика, г/л 0,00243 0,0024 0,0022 0,0026 0,0034 0,003 0,00265

Конц белка, %АСД 20,19 18,68 20,49 20,36 18,5 17,4 22,9

Сравнение показателей синтеза белка двумя культурами позволяет утверждать, что для случая подпитки редуцирующими веществами, использование культуры сахаромицетов предпочтительнее, чем культуры Candida tropicalis СК-4-1, соответственно и применение смешанной культуры с включением сахаромицетов предпочтительнее, чем одной лишь Candida tropicalis СК-4-1

Оптимальная концентрация переносчика кислорода для процессов выращивания чистых культур и посевных дрожжей находится в пределах 0,0022 - 0,0026 кг/м3

Аммонийные соли сильных кислот (сульфат аммония) должны быть исключены на стадии дрожжегенерации из состава минеральной подпитки в целях предотвращения - закисления культуральной жидкости при интенсивном потреблении ионов аммония растущей культурой

Анализ процесса выращивания культуры дрожжей в ДРА

Выращенная в дрожжегенераторе культура Candida tropicalis СК-4-1 периодически через 6,5 - 8 часов частично сливалась в ДРА Такая подпитка ДРА осуществлялась постоянно в течение 2 суток.

Характер зависимости скорости синтеза белка от величины дыхательного коэффициента показывает, что культура Candida tropicalis СК-4-1, поступившая из ДРА при первоначальном засеве дрожжегенераторе, имела относительно низкий процент молодых клеток и невысокую скорость роста (возможно, лимитированную относительным недостатком кислорода), вследствие чего в течение первого цикла выращивания сохранялась высокая удельная скорость накопления белка В дальнейшем наблюдался активный рост биомассы. Соответственно, скорость накопления белка в биомассе упала. Максимумы зависимостей скорости синтеза белка и скорости потребления растворимых СВ наблюдаются при величине дыхательного коэффициента, равной 1,85 моль СОг/мольОг (рис 1 и рис 2).

Таким образом, подбор режимных параметров позволил снизить долю затрат субстрата в энергетическом обмене (затраты на поддержание жизнедеятельности) до 35 % Относительная экономия субстрата составит в среднем 28,6 %.

. 1,20 3

§ 1,00 ю

8 4 и'ои

I С? 0,60

° 3

£ 0,40 а 0,20

г

о о,оо

0,90 1,40 1,90 2,40

Дыхательный коэффициент, мольС02/моль02

!

2 / Л \

V V / \ г V

\ / »4 ' 5 Ч 4 7

\ <

Рис.1. Взаимозависимость скорости синтеза белка и величины дыхательного коэффициента в процессе культивирования смешанной культуры дрожжей в ДРА (здесь и далее числа на графике указывают порядковый номер цикла отъема-долива)

/

у / \ Г 1:

4 /г "в \ 1

* 1

0,90 1,40 1,90 2,40

Дыхательный коэффициент, мольС02/моль02

Рис. 2. Взаимозависимость скорости потребления сухих веществ и величины дыхательного коэффициента в процессе аэробного культивирования смешанной культуры дрожжей в ДРА

В главе 3 приведен расчет материального баланса цеха кормовых дрожжей, перерабатывающего спиртовую барду. Массу сухих веществ барды, массу воды барды и массу барды рассчитывали соответственно по формулам (обозначения переменных соответствуют обозначениям, указанным в верху таблицы 4)-

МАСД= (100 - Нх) * Мх/ 100 (1)

Мкж= ЮО * МАСд / СВкж (2)

Вюк= Мое * (ЮО - СВкж) / ЮО (3)

МСБ= Мдсд* ЮО / (100 - Псб) (4) ВБ=Вкж*Ю0/ (ЮО - ПВБ) | (5) Масса барды рассчитывалась двумя способами

а) по балансу

Мб, = Мсб + Вб (6)

б) по данным заводской лаборатории о содержании сухих веществ

МЕ2= 100*Мсб/СВб (7)

Таблица 4 - Материальный баланс процесса выращивания дрожжей

I. Баланс производства сухих кормовых дрожжей в расчете на компоненты ба ОДЫ

Время, сутки Количество дрожжей Влажность АСД СВ вкж Расход КЖ Вода КЖ Потери СВ барды СВ барды Потери воды барды Вода барды Масса барды (баланс) Масса барды (расчет по СВ) СВ барды

т % масс т % масс т т т т % масс т т т % масс

Мх н* Мдсд СВкж Мкж Вкж Пев Мсб Пвб ВБ МЕ, Ми свк

1 2 3 4 11,26 12,10 13.00 12.01 8,50 7,70 7,30 8,50 10,30 11,17 12,05 10,99 5,40 5,90 6,00 6,00 190,79 189,29 200,85 183,15 180,49 178,13 188,80 172,16 25,68 28,86 15,53 19,51 13,86 15,70 14,27 13,65 8,0 8,0 8,0 8,0 196,19 193,61 205,22 187,13 210,05 209,31 219,48 200,79 210,05 209,32 219,48 200,79 6,60 7,50 6,50 6,80

Сред 12,09 7,98 11,13 5,83 191,02 179,90 22,40 14,37 8,0 195,54 209,91 209,91 _6j85

5 6 7 8 11,04 11,98 12,44 12,79 8,60 7,80 7,20 8,20 11,04 11,98 12,44 12,78 5,76 6,54 6,54 6,15 191,57 183,13 190,12 207,69 180,53 171,15 177,68 194,91 29,62 20,56 16,98 21,09 15,68 15,08 14,98 16,19 8,0 8,0 8,0 8,0 196,23 186,03 193,13 211,86 211,91 201,11 208,11 228,05 211,91 201,11 208,11 228,06 7,40 7,50 7,20 7,10

Сред 12,06 7,95 12,06 6,25 193,13 181,07 22,06 15,49 8,0 196,81 212,30 212,30 7,30

П. Баланс произвол ства сухих кормовых дрожжей с учетом компонентов сусла

Время Мх Нх Мдсд СВкж Мкж Вкж ПСБ Мсб Пвб ВБ мЕ1 МБ2 СВв

5 6 7 8 12,70 13,67 14,10 14,64 8,60 7,80 7,20 8,20 11,61 12,60 13,09 13,44 5,90 6,70 6,70 6,30 196,74 188,12 195,30 213,30 185,14 175,51 182,21 199,89 27,82 18,52 14,85 19,06 16,08 15,47 15,37 16,61 8,0 8,0 8,0 8,0 201,23 190,77 198,06 217,27 217,32 206,24 213,42 233,87 217,32 206,24 213,42 233,87 7,4р 7,50 7,20 7,10

Сред 13,78 7,95 12,68 6,40 198,37 185,69 20,06 15,88 8,0 201,83 217,71 217,72 7,30

Естественно, что величины Мб1 и Мвг должны совпадать Равенство МБ1 = Мвг и является дополнительным соотношением, используемым в балансовом расчете Расхождение между расчетными значениями МБ1 и МБ2 минимизировалось путем подбора значений Псб по каждой строчке таблицы 4 Те реализовывалась процедура многократного одномерного поиска Колебания суточных значений потерь СВ (в основном вследствие срабатывания СВ при дыхании дрожжей с образованием углекислого газа)

вызваны не только действительно имеющими место колебаниями показателей процесса роста дрожжей в нестабильных заводских условиях, но и неточностью отнесения конкретных масс наработанного товарного продукта к предшествующим или последующим суткам. На четырехсуточных интервалах эти колебания практически нивелируются Таким образом, без использования каких-либо данных о стехиометрии процесса, удается рассчитать такой параметр, как срабатывание массы субстратов не фиксированного состава в энергетических метаболизмах ассоциированных дрожжей.

В разделе II таблицы 4 потери СВ барды - величина кажущаяся, т к при расчете сухие вещества сусла условно включены в состав барды и "компенсируют" данные потери. Перерасчет данных раздела II в 5-8 строки раздела I реализован по следующему алгоритму (индексы в скобках соответствуют номеру раздела).

МасД(1) = Масд(2)*(1 ~ МАСД сусла / £ МАСД (2)!) (8)

где 1 = 1-4, Мдсд суояа = 2500 кг - масса абсолютно сухих дрожжей, выращенных в дрожжегенераторе за счет срабатывания сухих веществ сусла (за период 4 суток), определенная экспериментально.

Вкж (1) = ВкЖ (2) * ( 1 _ МАСд сусла / Е Мдсд (2) I) (9)

Мкж(1) =Вкж(1) +МАсд(1) (10)

СВкж<1) = МАсд(1)* Ю0/Мкж(1) " ' (11)

Масса сухих веществ барды, масса воды барды и масса барды перерассчитывались соответственно по формулам (4) - (7).

Важным моментом в расчете баланса являются данные о потере воды при испарении из дрожжерастильного аппарата По данным технологического регламента эти потери оценены в 6 - 6,7 % Подстановка такого значения привела к расхождению среднесуточных расчетных величин потерь СВ барды на 20 %. Поиск (идентификация) по критерию совпадения средних величин потерь сухих веществ барды (Пев) на четырехсуточных интервалах привел к значению потерь воды - 8 % При этом расхождение между величинами потерь сухих веществ барды, усредненными на четырехсуточных интервалах времени, составило всего 1,52 %

Разработанная методика расчета процесса производства кормовых дрожжей на основе двумерного поиска, выполняемого по критериям

совпадения двух балансовых значений массы барды и потерь сухих веществ барды в энергетическом обмене дрожжей, не требует измерения расходов потока барды и культуральной жидкости, что связано с крайней недостаточностью средств КИПиА на большинстве действующих спиртовых заводов, а тем более цехов по переработке отходов. Методика применена для анализа результатов промышленного эксперимента.

Для любого заданного соотношения потоков барды и доосахаренного сусла предложены эмпирические расчетные формулы для соотношения расходов сульфата аммония, карбамида и диаммонийфосфата, которые обеспечивают заданную остаточную концентрацию азота и минимизируют закисание культуральной жидкости.

Масса подаваемого сульфата аммония:

Мса = 0,111 *[ РСВбард(кг) + РСВсусл(кг) - РВсусл(кг)] - 0,1255 * РВсусла(кг)

Масса подаваемого диаммонийфосфата:

Мда=0,0111 *[ РСВбард(кг) + РСВсусл(кг) - РВсусл(кг)] + 0,0686 * РВсусла(т)

Масса подаваемого карбамида-

Мка =0,0231 *[ РСВбард(кг) + РСВсусл(кг) - РВсусл(кг)] + 0,0791 * РВсусла(кг)

Сравнительные данные по расчету материальных балансов существующего процесса и процесса с использованием сахаромицетов представлены в таблице 5. Расчет выполнен для условия влажности СКД - 8 % масс, содержания СВ в барде - 7 % масс, и максимальной нагрузке дрожжегенератора Выполнены расчеты прироста производительности цеха при использовании дрожжегенераторов объемами 16 и 50 м3 на базе существующего заводского емкостного оборудования Данные i о рекомендуемых регламентных процессах при использовании дрожжегенераторов объемом 16 и 50 м3 приведены в таблице 6.

Показано, что экономия производственных расходов в расчете на 1 тонну продукта составит 113,19 руб. С учетом мощности производства это даст годовую экономию в расчете 526166 руб. Себестоимость продукции снизится с 5800,69 руб/т до 5687,5 руб/т.

Предложены изменения к технологическому регламенту, даны конкретные рекомендации по доработке оборудования

Таблица 5 - Материальные балансы базового, экспериментального и прогнозного вариантов процессов производства кормовых дрожжей

Показатель Размерность Значение показателя

Существующий процесс Выращивание сахаромицетов в аппарата объемом 16 м3 Выращивание сахаромицетов в аппарате объемом 50 мэ

Рабочий объем дрожже-растильного аппарата м3 92,9 92,9 105,2

Длительность цикла выращивания сахаромицетов час - 8,31 7,33

Расход сульфата аммония (АСВ) кг/сут 1007,4 947,4 775,8

Расход диаммофоски (АСВ) кг/сут 101,17 180,2 354,0

Расход карбамида (АСВ) кг/сут 212,6 308,4 515,8

Расход воды та раствор солей кг/сут 3678,9 3659,8 3657,6

Расход барды, втч СВ кг/сут 206762 14473,3 209100 14636,0 206762 14473,3

Расход сусла, втч! СВ РВ кг/сут 9540,4 1745,9 1049,4 30955,8 5664,9 3405,1

Кол-во среды, втч СВ кг/сут 211994 15962 223968 17987 243253 21952

Потери СВ в энергетическом метаболизме кг/сут 4542 5354 7012

Испарение воды из ДРА кг/сут 15683 16479 17704

Количество КЖ, втч СВ кг/сут 191769 11420 202136 12633 218537 14940

Испарение воды при сушке кг/сут 179361 188409 202303

Товарные дрожжи, 8%влажн. кг/сут 12359 13672 16169

Прирост производительности, % 10,62 30,82

Достижение новых регламентных показателей рассчитывалось исходя из условия применения сусла, имеющегося на спиртовом производстве. И хотя это дает некоторое повышение технико-экономических показателей производства, из-за высокой стоимости зерна использование сусла не целесообразно в случае существенного повышения производительности цеха с заменой емкостного оборудования, в частности применения дрожжегенератора объемом 50 м3. В этом случае вместо сусла целесообразно применение ферментолизатов или гидролизатов отходов переработки сельхозпродукции (отруби, жмыхи, шроты, солома и др.).

ВЫВОДЫ

1. Предложенная схема организации производства кормовых дрожжей на основе спиртовой барды, обогащенной сахаросодержащей подпиткой, позволяет увеличить производительность цеха сухих кормовых дрожжей на 10 - 30 % в зависимости от объема дополнительного дрожжегенератора и концентрации переносчика кислорода.

2 Показано, что батарейная схема организации технологического процесса является предпочтительным способом повышения производительности вследствие ограничений на удельную скорость протока (не более 0,11) для дрожжерастильного аппарата из-за прямой зависимости концентрации белка в биомассе от времени пребывания культуры в аппарате

3. Скорректирован минеральный состав среды под использование смешанной культуры дрожжей в составе штаммов, применяющихся на действующем спиртовом и дрожжевом производствах Шумбутского спиртзавода (Candida tropicalis СК-4-1 и Saccharomyces cerevmae 1986), исключающий значительное снижение pH культуральной жидкости. С целью повышения концентрации сухих веществ в культуральной жидкости предложено часть компонентов минерального питания вносить в сухом виде

4. Экспериментально подтверждена совместимость культур дрожжей с отсутствием взаимного торможения роста и размножения, отмечено наличие почкующихся сахаромицетов в дрожжерастительном аппарате без дополнительной сахаросодержащей подпитки в течение времени-до 7 суток.

5 Предложен режим ведения процесса и осуществления подпиток, обеспечивающий повышение регламентной производительности цеха СКД с 12,36 т СКД/сут до 13,67 т СКД/сут без замены оборудования

6 Предложен способ расчета материального баланса процесса культивирования ассоциации дрожжей для режима периодических подпиток посевным материалом сахаромицетов В качестве критериев использован баланс массы сухих веществ, на основании которого определялась величина потерь массы сухих веществ культуральной жидкости в связи с окислением органических субстратов до СОг, а также величина уноса испаряемой влаги с отработанным воздухом.

7 Выполнен прогнозный расчет процесса производства СКД для двух значений объема дополнительного дрожжегенератора применительно к резерву имеющегося оборудования Осуществлен расчет себестоимости продукции для условий и режимов реализации интенсивного процесса в соответствии с предложенными изменениями промышленного регламента

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1 Культивирование дрожжей на отходах спиртового производства / В.М. Емельянов, Р.Р Шайхутдинов, И С Владимирова, РТ. Валеева, Н.К. Филиппова, И Е Табаков // III Международный конгресс «Окружающая среда для нас и будущих поколений» Тез докл -Самара, 1998 -С. 26-28

2 Патент РФ № 2136746 от 10.09 99, приоритет 17.08 98 Способ культивирования дрожжей для спиртового производства / В М. Емельянов, Р Р. Шайхутдинов, И.С. Владимирова, Н К Филиппова, Р.Т. Валеева, И.Е. Табаков (По заявке № 98115662)

3 Филиппова, НК Разработка интенсивной технологии аэробного культивирования чистой культуры спиртовых дрожжей Sacch. cerev / Н.К. Филиппова, В М. Емельянов, И.С Владимирова, Р Т Валеева // Биотехнология. - 2002 -№1.-С 49-53

4. Интенсивная технология дрожжегенерации / И С Владимирова, Н.К Филиппова, В.М. Емельянов, Р.Т Валеева // Биотехнология: состояние и перспективы развития- Материалы 1-го Международного конгресса Тез. докл - М • ЗАО «ПИК «Максима», РХТУ им Д.И Менделеева - 2002. - С. 201.

5. Аэробная технология генерации спиртовых дрожжей / Н.К. Филиппова, В.М. Емельянов, Ю.П. Александровская, И.С. Владимирова, Р.Т Валеева // XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии Биомолекулярная химия и биотехнология Тез. докл. - Казань - 2003 -С 310

6. Аэробное культивирование чистой культуры спиртовых дрожжей / Н.К Филиппова, ВМ Емельянов, И.С. Владимирова, Р.Т. Валеева И Тез докл. КГУ 200 лет Секция «Новые направления исследований в биологических науках» - Казань - 2004 -С 78-81

7 Разработка технологии производства спирта из крахмалистого сырья на основе аэробной дрожжегенерации / В М Емельянов, И С. Владимирова, Н.К Филиппова, Р.Т. Валеева, С Г Мухачев // Тез. докл. в сборнике научных докладов по НТПП 203 «Химические технологии».- Москва - 2004 - С 227229

8 Мухачев, С Г. Повышение производительности цеха кормовых дрожжей, перерабатывающего послеспиртовую барду / С Г Мухачев, В.М. Емельянов, И С Владимирова, Н К Филиппова, Р Т. Валеева // Вестник Каз технолог ун-та-Казань-2004-№ 1-2 - С 147-155

9 Переработка спиртовой барды смешанной культурой дрожжей / Ь Г Мухачев, Р.Т. Валеева, Р.Р Шайхутдинов, ВМ Емельянов, И С Владимирова, НК Филиппова, Ю.П Александровская // 1-я Всероссийская научная конференция «Ресурсосберегающие, водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем» Тез докл -Казань - 2006.-С. 208-212.

10 Направление модернизации цеха сухих кормовых дрожжей Шумбутского спиртзавода / С Г. Мухачев, Р Т Валеева, Р Р Шайхутдинов, В М Емельянов, И С, Владимирова, Н К Филиппова, Ю.П, Александровская, А.М Гумеров // Материалы IV Международной научной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий». Том 2 - Томск изд-во ТПУ - 2006.- С 402- 404

И Биотехнологический комплекс для аэробного культивирования чистой культуры спиртовых дрожжей / В М Емельянов, Р.Р Шайхутдинов, РР Филиппова, И.С. Владимирова, Р.Т. Валеева, С Г Мухачев, АМ Гумеров // Материалы IV Международной научной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» Tomi2-Томск. изд-во ТПУ.- 2006 - С. 373

12.Валеева, Р.Т. Использование спиртовых дрожжей в производстве кормовых препаратов на основе барды / Р Т Валеева, С Г Мухачев, В М Емельянов, И.С Владимирова, Н.К Филиппова // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2006 4 - С 20-21

13 Мухачев, С.Г. Расчет материального баланса цеха кормовых дрожжей / С Г. Мухачев, Р.Т Валеева // Производство спирта! и ликероводочных изделий -2007 -№1 -С 8-9

14. Утилизация послеспиртовой барды / АН Стенькина, Р.Т Валеева, С Г Мухачев // VIII Всероссийская конф молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии». Тез. докл. - Казань Издательство «Отечество».-2007.-С 232

Соискатель Валеева Р.Т.

Заказ 192. Тираж £¿> j-M

Издательство Казанского государственного технологического университета

Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического университета 420015, Казань, К Маркса, 68

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Валеева, Рауза Тимуровна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СПИРТОВОЙ БАРДЫ.

1.1 Спиртовая барда.

1.2 Кормовые дрожжи.

1.3 Использование смешанных культур микроорганизмов в производстве белковых кормовых препаратов.

1.4 Сравнительный анализ технологий переработки спиртовой барды.

1.5 Асептика производства и аэробные технологии культивирования дрожжей.

1.6 Составы питательных сред для культивирования дрожжей

1.7 Физико-химические условия культивирования дрожжей.

1.8 Направления совершенствования процессов производства кормовых дрожжей с использованием спиртовой барды.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СПИРТОВОЙ БАРДЫ.

2.1 Описание экспериментальных установок.

2.1.1 Исследовательский комплекс на базе аппарата АК-210.

2.1.2 Промышленная установка цеха сухих кормовых дрожжей Шумбутского спиртзавода.

2.2 Основные компоненты питательных сред.

2.3 Методы технохимического контроля процессов культивирования дрожжей.

2.3.1 Определение морфологии и физиологического состояния клеток методом микроскопии.

2.3.1.1. Оценка физиологического состояния клеток методом микроскопии.

2.3.1.2. Определение количества живых клеток в камере Горяева.

2.3.1.3. Определение количества мертвых клеток.

2.3.2 Определение степени бактериальной инфекции.

2.3.2.1. Определение бактериальной инфекции.

2.3.2.2. Определение микробиологической чистоты дрожжевой культуры.

2.3.3 Определение концентраций компонентов культуральных жидкостей.

2.3.3.1. Определение концентрации биомассы дрожжей методом оптической плотности.

2.3.3.2 Методика определения концентрации биомассы весовым способом.

2.3.3.3 Определение содержания Сахаров по Бертрану.

2.3.3.4 Титриметрический метод определения азота по Къельдалю

2.3.3.5 Определение содержания сырого протеина.

2.3.3.6 Определение содержания истинного белка определение массовой доли белка по Барнштейну.

2.4 Интенсификация процесса выращивания дрожжей Candida tropicalis СК-4-1 в лабораторных и промышленных аппаратах объемом до 6 м.

2.4.1 Предварительная оценка эффектов, определяемых скоростью разбавления и потреблением источников азота.

2.4.2 Оценка возможности интенсификации процесса за счет дополнительной сахаросодержащей подпитки.

2.4.3 Выбор концентрации переносчика кислорода.

2.5 Исследование процесса культивирования дрожжей

Candida tropicalis CK-4-1 в промышленных аппаратах объемом и 325 м3.

2.5.1 Способ расчета величины дыхательного коэффициента в условиях аппаратурного и приборного оформления промышленного участка посевной культуры.

2.5.2 Анализ процесса культивирования дрожжей Candida tropicalis СК-4-1 в промышленных аппаратах объемом 16 и 325 м3. 69 2.6 Культивирование сахаромицетов в дрожжегенераторе объемом

16 м3 с использованием дополнительной сахаросодержащей подпитки.

2.7 Промышленный эксперимент по применению смешанной культуры дрожжей в биореакторе объемом 325 м

Глава 3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ.

3.1 Расчет материального баланса по данным об объеме производства и составе потоков.

3.2 Затраты минеральных компонентов питания.

3.3 Материальный баланс базового, экспериментального и прогнозного вариантов процессов производства СКД.

3.4 Обоснование изменений технологического регламента процесса производства СКД.

3.5 Технико-экономическая оценка процесса производства СКД.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Интенсификация производства кормовых дрожжей на основе спиртовой барды"

Свертывание крупнотоннажной промышленности кормовых концентратов дрожжей, существовавшей в СССР, создало заметный дефицит белковых компонентов, необходимых для кормопроизводства. Несбалансированность рационов для сельскохозяйственных животных по белку приводит к значительному перерасходу кормов на единицу получаемой продукции [1]. 1 т кормовых дрожжей позволяет сэкономить 5-7 т зерна [2]. По имеющимся оценкам годовая потребность животноводства в Российской Федерации в кормовых дрожжах составляет 3-4 миллиона тонн. Фактическое производство ниже на порядок [3]. Промышленное получение кормовых дрожжей привлекательно и потому, что не требует посевных площадей, не зависит от климатических условий и может быть осуществлено в непрерывном режиме [3]. Наиболее экономически и экологически обоснованным решением является производство кормовых концентратов дрожжей на основе вторичных материалов (отходов) производств переработки сельскохозяйственной продукции и, в частности, спиртового производства.

В настоящее время существующие производства кормовых препаратов на основе спиртовой барды остаются одними из основных поставщиков белковых кормовых добавок. Однако они действуют при спиртовых предприятиях относительно малой мощности и потому характеризуются низкой рентабельностью. Невысокие технико-экономические показатели цехов кормовых дрожжей при спиртовых заводах обусловлены также высоким разбросом параметров используемого сырья и отходов спиртового производства, повышенными удельными энергозатратами на стадии сушки. Поэтому является крайне актуальным поиск способов повышения производительности цехов сухих кормовых дрожжей. При этом желательно достижение указанной цели на базе использования существующего оборудования, средств управления, имеющихся на спиртовом производстве штаммов микроорганизмов и компонентов питательных сред. Решение такой задачи предполагает использование дополнительных количеств питательных сред, поскольку увеличение объема спиртовой барды практически невозможно без реконструкции основного производства. Резервы мощности установок по приготовлению сусла, имеющиеся практически на каждом спиртзаводе, позволяют обеспечить наработку дополнительных количеств питательных сред и за счет этого увеличить мощность цехов переработки барды. Поэтому для современной биотехнологии наряду с разработкой новых перспективных процессов получения белковых препаратов актуальной является проблема совершенствования уже существующих технологий [4].

Мировой опыт крупнотоннажного биотехнологического производства свидетельствует, что его структура зависит от конкретных условий и определяется, в основном, сырьевой базой. С точки зрения экономики, сырье в биотехнологических производствах, особенно в крупнотоннажных, занимает первое место в статьях расходов и составляет до 40 % - 65 % общей стоимости продукции. В производствах кормовых дрожжей стоимость сырья достигает 60 %, энергоносителей - 10 %. Структура себестоимости представлена на рис.0.1 [5, 6].

Если же в качестве сырья используется спиртовая барда и культуральная жидкость целиком упаривается и высушивается, то это соотношение меняется. Так, на Шумбутском спиртзаводе доля сырья в себестоимости продукции составляет - 16 %, а энергоносителей - 43 %, что связано с невысокой стоимостью барды и высокой удельной энергозатратностью процесса сушки (см. рис.0.2).

Вследствие определяющей роли энергоносителей повышение производительности цеха СКД при росте концентрации биомассы дрожжей в культуральной жидкости должно благоприятно отразиться на величине удельных расходов энергии и привести к снижению себестоимости продукции.

Структура себестоимости производства кормовых дрожжей

Рис.0.1 - Структура себестоимости производства кормовых дрожжей: 1 - сырье, 2 - энергоносители, 3 - амортизационные отчисления и прочие затраты, 4 - заработная плата

Структура себестоимости производства СКД на основе спиртовой барды

4 1

17% 16%

43%

Рис.0.2 - Структура себестоимости производства сухих кормовых дрожжей на основе спиртовой барды (обозначения идентичны рис 0.1)

Спиртовая барда является сложным по составу субстратом [7, 8,9].

Повышение эффективности процесса за счет обогащения барды дополнительными компонентами еще больше увеличивает разнообразие компонентов питательной среды. Поэтому использование монокультур микроорганизмов в производстве кормовых добавок на основе спиртовой барды не достаточно оптимально, микробные сообщества способны более полно утилизировать органические вещества сложных субстратов. Они усваивают более широкий спектр компонентов сложных сред, уменьшая остаточные концентрации компонентов культуральной жидкости и загрязненность производственных стоков, обеспечивают более высокую стабильность процесса при колебаниях режимных параметров и позволяют получать продукцию более стабильного состава. Поиск и применение устойчивого консорциума микроорганизмов путем регулирования условий культивирования и засевных доз разных видов микроорганизмов.обеспечит производство кормовых препаратов с заданными свойствами и повысит его технико-экономические характеристики.

Таким образом, представляется перспективной и актуальной разработка подходов к усовершенствованию действующей на сегодня в спиртовой отрасли технологии производства кормовых дрожжей с максимальной утилизацией растворимых сухих веществ питательной среды за счет использования смешанной культуры дрожжей, выбора соответствующих диапазонов режимных параметров технологического процесса и способов интенсификации массообменных процессов без реконструкции основного технологического оборудования.

Отработка подходов к решению данной задачи была выполнена при непосредственном участии автора в цехе СКД Шумбутского спиртового завода (Республика Татарстан, Мамадышский район).

Работа выполнялась в соответствии с межрегиональными научно-техническими программами «Биотехнология» (1996 - 1997 г.г.), «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям» (2003 - 2004 г.г.), хозяйственным договором «Отработка промышленного технологического регламента выращивания кормовых дрожжей с использованием переносчика кислорода» с ГУП «ПО Татспиртпром» (2003 -2004 г. г.).

Автор выражает глубокую признательность за помощь в выполнении экспериментальной работы сотрудникам Казанского технологического государственного университета проф. Емельянову В.М., доцентам Владимировой И.С. и Филипповой Н.К.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология", Валеева, Рауза Тимуровна

Выводы по материалам третьей главы

1. На основе использования альтернативных уравнений баланса массы барды возможен расчет срабатывания субстратов в энергетическом обмене дрожжей.

2. На основе баланса массы барды и баланса потерь сухих веществ барды в результате образования углекислого газа возможен итеративный алгоритм расчета материального баланса по данным о суточном съеме целевого продукта (суточной производительности), влажности СКД и содержании сухих веществ в барде.

3. Использование дополнительного дрожжегенератора позволяет гарантированно повысить производительность цеха СКД Шумбутского спиртового завода на 10,62 % без реконструкции на базе использования существующего дрожжегенератора объемом 16 м3 и на 30,82 % при установке дополнительного дрожжегенератора объемом 50м3.

4. Затраты минеральных компонентов питания при конструировании оптимального процесса выращивания дрожжей на сложных средах должны быть скоррелированы с количествами углеродсодержащих компонентов.

5. В целях повышения экономических показателей и снижения расхода воды целесообразно и возможно часть минеральных компонентов вносить в биореакторы в сухом виде, а барду использовать и на стадии подготовки среды для посевных аппаратов.

6. Полуасептические условия ведения процесса культивирования дрожжей на сахаросодержащих средах требуют повторной термической стерилизации оборудования каждые 32 часа.

7. Использование зернового сусла без модернизации технологического оборудования цеха СКД дает снижение себестоимости продукции на

113 руб/т. Для существенного повышения технико-экономических показателей производства СКД необходим поиск дешевого и легко гидролизуемого сырья.

Ill

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование спиртовой барды в качестве сырья для биотехнологического производства продиктовано экономическими и экологическими требованиями. Однако, вследствие низкой концентрации содержащихся в барде веществ, производство СКД характеризуется высокими удельными затратами энергии. Обогащение барды углеродсодержащими добавками повышает спектр содержащихся субстратов, эффективное срабатывание которых можно обеспечить лишь применяя смешанные культуры (ассоциации) микроорганизмов. Возможно экономически эффективное решение проблемы повышения производительности цехов СКД спиртовых заводов, перерабатывающих барду, без существенной модернизации и доукомплектации парка технологического оборудования. Такие решения имеют практическую значимость, а их обоснование характеризуется научной новизной. Наиболее важными являются следующие основные выводы по выполненной работе:

1. Предложен новый итерационный метод расчета материального баланса процесса аэробного культивирования микроорганизмов на сложных средах, основанных на использовании спиртовой барды, при неполной информации о материальных потоках. Метод основан на применении альтернативных вариантов расчета баланса массы барды и потерь сухих веществ барды за счет срабатывания углеродных субстратов в энергетическом обмене с образованием углекислого газа.

2. Предложенный балансовый метод, не являясь стехиометрическим, позволяет определять параметры одного из парциальных обменов -энергетического обмена. Причем для этого не требуется дополнительных измерений, кроме данных заводского технохимического контроля.

3. Осуществлен промышленный эксперимент по проверке физиологической совместимости дрожжевых культур, использующихся на Шумбутском спиртовом заводе в целях производства спирта и утилизации барды. Экспериментально в условиях промышленных испытаний подтверждена эффективность использования смешанной культуры дрожжей Candida Tropicalis СК-4-1 и Saccharomyces cerevisiae 1986 для переработки барды в условиях дополнительных подпиток сахаросодержащей средой.

4. Экспериментально показана возможность отказа от использования титрующих агентов за счет подбора соотношения минеральных компонентов питания при условии сокращения количества солей сильных кислот.

5. Предложены формулы для оперативного расчета эффективного состава минерального питания в зависимости от углеродсодержащих компонентов и общей концентрации сухих веществ в барде и дополнительных подпиточных средах.

6. В условиях промышленного эксперимента определена скорость накопления белка в целевом продукте, которая составила 2 % от АСВ в час. Выявлена зависимость скорости накопления белка в биомассе дрожжей от времени пребывания клеток в биореакторе.

7. Обоснована интенсификация процесса производства кормовых дрожжей на основе спиртовой барды с использованием смешанных культур микроорганизмов и батарейной схемы организации процесса культивирования с периодическим характером подпиток. Показано, что применение дополнительной культуры и сахаросодержащей подпитки позволяет увеличить производительность цеха СКД на 11,65 % без какой-либо модернизации оборудования на базе существующего дрожжегенератора л объемом 16 м и на 30,82 % при использовании дрожжегенератора объемом 50 м3.

8. Показано, что даже применение дорогого зернового сусла за счет резервных мощностей базового производства без модернизации оборудования цеха СКД, позволит снизить себестоимость целевого продукта на 113 руб/т и обеспечить годовой экономический эффект в размере более 500000 рублей.

113

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Валеева, Рауза Тимуровна, Казань

1. Градова, Н. Б. Особенности микроорганизмов, используемых в технологических процессах получения белка и биологически активных веществ / Н. Б. Градова, О. А. Решетник. Казань: КХТИ, 1987. - 80 с.

2. Егоров, Н. С. Биотехнология: в 8 кн. Кн.1/ Проблемы и перспективы / Н. С. Егоров, А. В. Олескин, В. Д. Самуилов-М.: Высш. шк., 1987. 159 с.

3. Николаев, А. Н. Экологически чистые процессы выращивания микроорганизмов / А. Н. Николаев, Н. А. Войнов, В. М. Емельянов // Вестник Каз. Технол. Ун-та. 2003. - № 2. - С. 187-192.

4. Решетник, О. А. Разработка процессов микробиологического синтеза при использовании биостимуляторов неспецифического действия: автореф. дис. д-ра техн. наук / О. А. Решетник. М., 1992. - 40 с.

5. Голубев, В. Н. Пищевая биотехнология / В. Н. Голубев, И. Н. Жиганов. М.: Дели принт, 2001.-123 с.

6. Гут, Б.М. Откорм крупного рогатого скота на барде / Б. М. Гут, В. Г. Мельников. Л.: Колос, 1984. С. 11-21.

7. Леденев, В. Сушка барды по китайски /Леденев В. // ООО «Технология».- 2001. 4октября.

8. Кухаренко, А. А. Безотходная биотехнология этилового спирта / А. А. Кухаренко, А. Ю. Винаров. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 272 с.

9. Лиепиныш, Г. К. Сырье и питательные субстраты для промышленной биотехнологии / Г. К. Лиепиныш, М. Э. Дунце. Рига: Зинате, 1986.-158с.

10. Веселопанский спиртовый завод 28.10.2002 http://www.spirtvl.ru /doklad.htm

11. Агишина, Г. Алхимикам и не снилось.ПО "Татспиртпром" готово превращать отходы в доходы / Г. Агишина // ВиД. 1999. - 30 июля.

12. Пленочные биореакторы / Н. А. Войнов и др. Красноярск: «Боргес», 2001. - 252 с.

13. Кислухина, О.В. Ферменты в производстве пищи и кормов / О. В. Кислухина. М.: ДеЛи принт, 2002.- 336 с.

14. Рябов, Г. К. Система безотходной переработки послеспиртовой барды / Г. К. Рябов // Инновации: Исследования и разработки. 2003. - №6.

15. Кухаренко, А. А. Интенсификация микробиологического процесса получения этанола из крахмал и целлюлозосодержащего сырья / А. А. Кухаренко, А. Ю. Винаров, Т. Е. Сидоренко, А. И. Бояринов // М.:1999. С. 93.

16. Лебедев, С. В. Дрожжи как кормовое, пищевое и лечебное средство / Известия Томского технологического института, 1926. т. 47. Вып. 1.

17. Лебедев, С. В. О сушке барды на сибирских винокуренных заводах вообще и в частности на заводе в г. Новосибирске, «Известия Сибирского технологического института», 1929. т. 51. выпуск 1.

18. Powers W. J, J Dairy Sci. / Powers W. J, Van Horn H. H, Harris B. Jr, Wilcox CJ. 1995. 78(2) - P. 388-396.

19. Shurson, Phelps A Evaluating distiller's dried grains with solubles. /National Hog Farmer, Mar. 2003.

20. US Patent 5.958.233. Apparatus for efficiently dewatering corn stillage solids and other materials. 1999.

21. Макушин, Б. И. Повышение эффективности процесса разделения зерновой послеспиртовой барды на твердую фракцию и филырат / Б. И. Макушин, П. А. Поляков // Производство спирта и ликеро- водочных изделий. 2006. - №4. -С. 27-29.

22. Андреев, А. А. Производство кормовых дрожжей / А. А. Андреев, Л. И. Брызгалов. М.: Лесная промышленность, 1970. - 296 с.

23. Кухаренко, А. А. Экологические проблемы производства этилового спирта / А. А. Кухаренко, С. Н. Сорокодумов, И. В. Бельчаков // Экология и промышленность России. 2000. -Август. - С. 4-6.

24. Справочник по кормлению сельскохозяйственных животных. М.:1983.

25. Лозанская, Т. И. Производство кормовых дрожжей из послеспиртовой зерновой барды по безотходной технологии / Т. И. Лозанская, Н. М. Худякова, Л. А. Лихтенберг // Ликероводочное производство и виноделие. 2002. - №7. - С 1-3.

26. Поляков, В. А. Обогащение послеспиртовой барды сырым протеином / В. А. Поляков, Б. И. Макушин // Производство спирта и ликероводочных изделий. -2006.-№4.-С. 9-10.

27. Шарков, В. И. Технология гидролизных производств / В. И. Шарков. Лесная промышленность, 1973. - 408 с.

28. Козлов, А. И., Кормовые дрожжи из непищевого сырья и эффективность применения их в животноводстве /А. И. Козлов.- М., 1959.

29. Бортников, И. И. Машины и аппараты микробиологических производств / И. И. Бортников, А. М. Босенко. Мн.: Выш. Школа, 1982. -288 с.

30. Малек, И. Непрерывное культивирование микроорганизмов. И. Малек, 3. Фенцл //М.: Пищевая промышленность.-1968.

31. Основы биотехнологии: лабораторный практикум / сост. J1. Э. Ржечицкая и др.; Казанский гос. технолог, ун-т. Казань, 2004. - 92 с.

32. Васильев, А. В. Переработка растительного сырья и его отходов / А. В. Васильев, Д. О. Кулиненков, В. П. Панфилов, И. В. Шакир // 1-й Межд. конгр. «Биотехнология: состояние и перспективы развития». М.- 2002. -С. 304.

33. Мамыкин, В. К. Использование ферментных систем препарата целлюлазы для биоконверсии растительного сырья / В. К. Мамыкин, Н. С. Мазур, Т. М. Бершова и др. // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. 1998. - №5. - С. 46.

34. Мирошниченко, И. И. Технология производства углеводно-белкового концентрата и перспективы его использования / И. И. Мирошниченко, Н. А. Студенцова, В. Я. Скляров и др. // Пищевые технологии. 1998. - №2-3. - С. 53-54.

35. Садовникова, Е. А. Совместное культивирование дрожжей родов Candida и Saccharomyces и бактерий Corynebacterium продуцентов белка и лизина: автореф. Дис. к-та биол. наук/Е. А. Садовникова.- М., 1996. - 19с.

36. Эгамбердиев, Н. Б. Применение смешанных культур микроорганизмов в процессах брожения / Н. Б. Эгамбердиев, Н. Б. // Смешанные проточные культуры микроорганизмов: сборник. Новосибирск: Наука, 1981,- С. 187-193.

37. Николаев, А. Н. Экологически чистая технология промышленного производства продуктов микробного синтеза /А. Н. Николаев, Н. А. Войнов, В. А. Марков, А.В. Гаврилов // Биотехнология. 1993.- №3.- С. 23-24.

38. Галкина, Г.В. Новая технология переработки послеспиртовой барды / Г. В. Галкина, В. И. Илларионова, Г. С. Волкова, Е. В. Горбатова, Е. В. Куксова //Ликероводочное производство и виноделие. 2004. - №6. - С. 14-16.

39. Технология спирта / В. Л. Яровенко и др.. М.: Колос, «Колос-Пресс», 2002. -464 с.

40. Лозанская, Т. И. Производство кормовых дрожжей из послеспиртовой зерновой барды по безотходной технологии / Т. И. Лозанская, Н. М. Худякова, Л. А. Лихтерберг // Ликероводочное производство и виноделие. -2002. №7. - С. 1-3.

41. Яровенко, В. JI. Моделирование и оптимизация микробиологических процессов спиртового производства / В. JI. Яровенко, Л. А. Ровинский. М.: 1978. с.

42. Пат № 2159287 РФ, Способ получения белковой кормовой добавки / А. Ю. Винаров, А. И. Заикина, А. П. Захарычев и др. 2000.

43. Яровенко, В. JI. О факторе стерильности при непрерывном культивировании микроорганизмов / В. JI. Яровенко // Микробиологическая промышленность. 1975. - №6. - С. 4-6.

44. Холькин, Ю. И. Технология гидролизных производств / Ю. И. Холькин. -М.: Лесная промышленность, 1989.- 496 с.

45. Майоров, А. Ю., Курамшин Р.А., Еникеев Ш.Г. Сухие активные дрожжи в производстве спирта / А. Ю. Майоров, Р. А. Курамшин, Ш. Г. Еникеев // Казань. Татспиртпром, 2003.

46. Владимирова, И. С. Интенсивная аэробная технология культивирования спиртовых дрожжей / И. С. Владимирова, Н. К. Филиппова,

47. B. М. Емельянов, Р Т. Валеева // Ш Международная научно-практическая конференция «Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли». Тез. докл.: - М.: Пищевая промышленность, 2001. - С. 63-71.

48. Владимирова, И. С. Интенсивная технология дрожжегенерации. / И.

49. C. Владимирова, Н. К. Филиппова, В. М. Емельянов, Р. Т. Валеева //. Биотехнология: состояние и перспективы развития: Материалы 1-го Международного конгресса. М.: ЗАО «ПИК «Максима», РХТУ им Д.И. Менделеева. Тез.докл. 2002. С. 201.

50. Чаленко, В. Г. Взаимосвязанное влияние условий периодического культивирования на продуктивность микроорганизмов / В. Г. Чаленко, А. М. Образцова // Микробиологическая промышленность. 1976. - №5. - С. 26-28.

51. Перт, С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток / С. Дж. Перт.- М.: Мир, 1978. 332 с.

52. Гапонов, К. П. Кислород в ферментационных процессах / К. П. Гапонов, В. А. Чугасова, В. М. Познякова // Обзор. Сер П, М.:1984. -ОНТИТЭИ микробиопром. 35 с.

53. Finn R. К. Agitation and aeration / In: Biochemical and biological engeneiring Science. L -N. Y. Aced. Press, 1967. - P. 69-97.

54. Виестур, У. Э. Аэрация и перемешивание в процессах культивирования микроорганизмов / У. Э. Виестур М.: 1972. - 67 с.

55. Шестопалов, Е. М. Экспериментальное исследование распределения кислородосодержания в ферментере АДР-900-76 / Е. М. Шестопалов, А. И. Матвеев // Биотехнология. 1985. - №5. - С. 8085.

56. Стиканс, А. Интенсификация процесса биосинтеза лизина помощью ПАВ / А. Стиканс, В. Н. Шарифуллин, В. М. Емельянов, И. С. Владимирова // Известия ВУЗов. Химия химическая технология. 1991- №6 -С. 56.

57. Филиппова, Н. К. Разработка интенсивной технологии аэробного культивирования чистой культуры спиртовых дрожжей Sacch. cerev. / Н. К.

58. Филиппова, В. М. Емельянов, И. С. Владимирова, Р. Т. Валеева // Биотехнология. 2002. - №1. - С. 49-53.

59. Кафаров, В. В., Гордеев Моделирование биохимических реакторов / В. В Кафаров, А. Ю. Винаров, JI. С. Гордеев. М.: Лесная промышленность, 1979.-344с.

60. Physiolgical effects of dissolved oxygen fension and redox potential on growing populations of microorganisms / J.Apll.Chem. Biotehnol. D.Harrison // 1972. -V. 22. P. 270-272.

61. Kilburv, D. J. The cultivation of animal cells of controlled dissolved oxygen partial pressure / D. J. Kilburv, F. C. Welb // Biotechh. Bioengin. -1968. -V.10.-H. 801-814

62. Бекер, M. E. Введение в биотехнологию / M. Е. Бекер. М.: Пищевая промышленность, 1978. - 230 с.

63. Berlanga Т. М. Influence ol aeration on the physiological activity of flor yeasts / Т. M. Berlanga, C. Atanasio, J. C. Mauricio, J. M.\ Ortega. J Agric. Chem., 49(7). 2001. - P. 3378-84.

64. Коновалов, С. А. Основы физиологии питания дрожжей / С. А. Коновалов. М.: ЦИНТИпищепром, 1969. - 68 с.

65. Шарифуллин, В. Н. Условия интенсификации массопередачи кислорода с помощью ПАВ / В. Н. Шарифуллин, И. С. Владимирова, В. М.

66. Емельянов // II всесоюзная конференция «Процессы и аппараты для микробиологических производств» : Тез. Докл. Грозный, 1989. - 25с .

67. Емельянов, В. М. Культивирование микроорганизмов в присутствии хелатных переносчиков кислорода / В. М. Емельянов, 3. М. Билялова, И. С. Владимирова, Р. Т. Валеева // Acta Biotechnologica. 1988. - Bd-8 №4. P. 335340.

68. Винаров, А. Ю. Анализ физико-химических особенностей ферментационных сред при выращивании дрожжей / А. Ю. Винаров, Я. Я. Шкоп//Микробиологическая промышленность. 1975. -№10.-С. 10-13.

69. Былинкина, У. С. Проблемы масштабного перехода в микробиологических процессах / У. С. Былинкина // Микробиологическая промышленность.-1973. №4. С. 49-52

70. Jarai М. Oxygen transfer in streptomyces fermentation broths/ M. Jarai, E. Tombor // Biotechn. Bioengin. -V. 11. N4.- P. 605-616.

71. Мелентьева, А. И. Роль поверхностно-активных веществ в процессах культивирования дрожжей на средах с Н-алканами / А. И. Мелентьева // Изв. Тимерязевской с/х академии. 1979. - №3. - С. 3-8.

72. Градова, Н. Б. Изучение изменчивости дрожжей Candida по признаку «Содержание белка в биомассе» / Н. Б. Градова, В. Г. Осипова, 3. Н. Робышева // Микробиологическая промышленность. -1975.- №9 С. 8-10.

73. Фершман, Г. И. Биохимические и технологические основы бродильных производств / Г. И. Фершман, М. И. Шойхерт. М.: Пищевая промышленность, - 1970. - 246 с.

74. Виестур, У. Э. Системы ферментации /У. Э Виестур, А. М. Кузнецов, В. В. Савенков. Рига: Зинатне, 1986. - 174 с.

75. Непрерывное и периодическое культивирование микроорганизмов: Материалы II Всесоюзного совещания по управляемому биосинтезу и биофизике популяций. Красноярск, 1972. - 272 с.

76. Владимирова, И. С. Интенсификация массопередачи кислорода в процессах ферментации с использованием ПАВ: автореф. дис. . к-та техн. наук / И. С. Владимирова. Казань, 1989. - 20 с.

77. Тарасюк, Д. Д. Использование некоторых мельничных отходов в качестве стимулятора роста кормовых дрожжей / Д. Д Тарасюк, С. В. Беляев //Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1970. - № 3. - С. 5-7.

78. Sakhno Т. V. Intensification of Removing Hydrocarbon Contaminations from Water and Soil Using Oxygen Transferors / Т. V. Sakhno, V. M. Emelyanov, V. M. Kurashov New York, 2000. P. 279-288.

79. Стиканс, А. Интенсификация процесса биосинтеза лизина помощью ПАВ / А. Стиканс, В. Н. Шарифуллин, В. М. Емельянов, И. С. Владимирова // Известия ВУЗов. Химия химическая технология 1991.- №6. -С. 40.

80. Афононин Н. И., Рыболовлев Ю.Р., Утятина Т.К. Неионогенные ПАВ как компоненты кровозаменителей переносчиков кислорода на основе фторуглеродов \\ Проблемы гематологии. -1982. N10. - С. 12 -14

81. Э. Ф. Илларионов, Е. И. Маевский, Ю. Э. Кирш и др. В кн.: Фторуглеродные газопереносящие среды. 1984, С. 78-83.

82. Закупра, В. П. Анализ ПАВ / В. П. Закупра. Киев: Техника, 1972. -186 с.

83. Исламов Б. И., Маевский Е. И., Воробьев С. И. и др. // Вестник АМН СССР.- 1987.- N2. С. 40-45.

84. Перфузионный и бесперфузионный методы защиты миокарда с помощью эмульсии перфторуглеродов. / Информационный материал. -Пущино, 1983. С. 4-8.

85. Илларионов, Э. Ф., Маевский Е.И., Кирш Ю.Э. и др. / В кн.: Фторуглеродные газопереносящие среды. 1984. - С. 73-78.

86. Коновалов, С. А. Биосинтез ферментов микроорганизмами / С. А. Коновалов М.: Пищевая промышленность, 1972. - 165 с.

87. Денис, А. Д. Исследование способов приготовления растворов питательных солей для культивирования дрожжей / А. Д. Денис, JI. Б. Старык, Н. И. Коротченко, О. В. Самохина, A. JI. Красинская // Микробиологическая промышленность. 1976. №1. - С. 1-4.

88. Арешкина, Jl. Я. Основные принципы производства кормового концентрата L- лизина микробиологическим способом / Л. Я. Арешкина, В. Н. Букин, Г. К. Лиепинып и др. В кн.: Продукты микробного синтеза. -Рига. Зинатне, 1966. С. 26-32.

89. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства: утв. отделением спирт., дрожж. и ликеро-водочной пром-ти М-ва пищ. пром РСФСР 15.01.86. М., Агропромиздат. 1986.

90. Кафаров, В. В. Моделирование и системный анализ биохимических производств / В. В. Кафаров, А. Ю. Винаров, Л. С. Гордеев. -М.: Лесная промышленность, 1985.- 280 с.

91. Грачева, И. М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот, жиров / И. М. Грачева, Н. Н. Гаврилова, Л. А. Иванова. М.: Пищевая промышленность, 1980.- 448 с.

92. Семенихина, П. М. Производство хлебопекарных дрожжей / П. М. Семенихина. М.: Лег.и пищ.пром-ть, 1987.- 272 с.

93. Работнова, И. Л. Роль физико-химических условий (рН, Н2) в жизнедеятельности микроорганизмов / И. Л. Работнова. М.: Наука, 1957. -263 с.

94. Основы процесса ферментации в производстве кормового белка: Учеб. пособие / О. А. Решетник, Н. А. Войнов, Н. А. Николаев; Каз. гос. технол. ун-т. Казань, 1994. 56 с.

95. Мосичев М.С., Складнев А.А., Котов В.Б. Общая технология микробиологических производств. М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1982. - 264 с.

96. Семихатова Н.М., Малыгина М.В., Папок С. П. Производство дрожжей. М., Пищ. пром-сть, 1967. -155 с.

97. Мухачев, С. Г. Изменение кислотности культуральной жидкости при выращивании инокулята и посевного материала в производстве лизина /

98. С. Г. Мухачев, Ю. П. Александровская, Д. В. Катков, В. П. Верхорубов // Биотехнология. 2007.- № 1. С.65- 74.

99. Малченко, A. JI. Технохимический контроль и учет спиртового произодства. / A. JI. Малченко, А. Г. Забродский, 3. К. Ашкинузи, А. В. Пелихова // М.: Пищепромиздат. 1946. - 325 с.

100. Афанасьева, О. В. Микробиологический контроль хлебопекарного производства. -М.: Пищевая промышленность. 1976. -131 с.

101. Градова, Н. Б. Лабораторный практикум по общей микробиологии / Н. Б. Градова, Е. С. Бабусенко, И. Б. Горюнова, Н. А. Гусарова М.: ДеЛи принт, 2001.- 132 с.

102. Нетрусов, А. И. Практикум по микробиологии / А. И. Нетрусов и др. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 608 с.

103. Уайт, Э. Технология дрожжей / Э. Уайт. М.: Пищпромиздат, 1957.-380 с.

104. Мальцев, П. М. Технология бродильных производств / П. М. Мальцев. М.: Пищепромиздат, 1960. - 284 с.

105. Швинка, Ю. Э. Применение спектрофотометрических меодов определения биомассы в процессах культивирования микроорганизмов / Ю. Э. Швинка, М. Ж. Кристапсон // Изв.Ан Латв.ССР. 1970. - № 8. - С. 17-22.

106. Практикум по микробиологии. Под ред. Н. С. Егорова. М., Изд-во Моск. ун-та, 1976. - 307 с.

107. Bertrand G. Bull. Soc. Chim. France, 1906. 35. 3.

108. Жданов, Ю. А. Практикум по химии углеводов / Ю. А. Жданов, Г. Н. Дорофеенко, Г. А. Корольченко, Г. В. Богданова. М.: Высшая школа, 1973.-204 с.

109. Емельянова, И. 3. Химико-технологический контроль гидролизных производств / И. 3. Емельянова М.: Лесная промышленность, 1976. - 405 с.

110. Самойлов П. М., Федулова И. Е., Грищенко В. М, и др. -«Прикладная биохимия и микробиология». -1967. № 3. - С. 366.

111. FAO/WHO Ad Hoc Expert Committee and Energy and Protein Requrements. 1973. Rep.522. -105.

112. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства / Под ред. А. П. Рухлядевой — М.: Агропромиздат, 1986 400 с.

113. Пат 1559696 РФ, Способ культивирования микроорганизмов / В. М. Емельянов, И. С. Владимирова, Н. А. Еремина патентообладатель Емельянов В. М. Казань, опубл. 1993.

114. Яровенко, В. Л. Кинетика непрерывного спиртового брожения и синтеза этилового спирта / В. Л. Яровенко, Б. М. Нахманович // Микробиологическая промышленность. 1972. №3. - С. 2-9.

115. Минкевич, И. Г. Элементный состав и энергосодержание биомассы микроорганизмов / И. Г. Минкевич, В. К. Ерошин, Т. А. Алексеева, А. П. Терещенко // Микробиологическая промышленность. 1977. - № 2. - С. 1-4.

116. Елчуев, Р. Т. Оценка погрешности расчета материального баланса аэробного процесса культивирования дрожжей Candida lambica / Р. Т. Елчуев, С. Г. Мухачев, Р. И. Валеев, Р. Т. Валеева // Вестник Каз. технол. ун-та. -2006.-№5.-С. 180- 190.

117. Получение микробной биомассы на основе этилового спирта: методические указ. к учебно-исследовательскому лабораторному практикуму /сост. Ш. Г. Еникеев и др.; Казан, хим. технол. ин-т. Казань, 1983. - 32с.

118. Минкевич, И. Г. Определение скоростей физиологических процессов в культурах метанотрофных микроорганизмов методом газового баланса / И. Г. Минкевич, Н. А. Митрохина // Биотехнология. 1987. Т.З. -№4. с. 503-507.

119. Мухачев, С.Г. Использование метода стехиометрических инвариантов при оценке характеристик процесса роста аэробных микроорганизмов / С. Г. Мухачев // Вестник Каз. технол. ун-та. 2006. - №5. -С. 96-110.

120. М. Neubert, I. G. Minkevich / Microbial Gas Balance Measurements: Basic Interrelations and Error Estimation Acta Biotechnol. 4 1984. №4. 313-322 p.

121. Мухачев, С. Г. Расчет материального баланса цеха кормовых дрожжей / С. Г. Мухачев, Р. Т. Валеева // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2007. - №1. - С. 8-9.

122. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

123. АСД абсолютно сухие дрожжи;

124. БАЧК большой аппарат чистой культуры;

125. БВП белково-витаминный продукт (ы);

126. ДРА дрожжерастильный аппарат;

127. КЖ культуральная жидкость;

128. МАЧК малый аппарат чистой культуры;1. МПА мясопептонный агар;1. ОСВ общие сухие вещества;1. РВ редуцирующие вещества;

129. РСВ растворимые сухие вещества;1. СВ сухие вещества;скд сухие кормовые дрожжи;

130. ПАВ поверхностно активные вещества;цскд цех сухих кормовых дрожжей;

131. D удельная скорость протока.

132. Примечание: остальные обозначения пояснены в тексте.1. АКТпромышленных испытаний применения смешанной культуры дрожжей при переработке спиртовой барды на Шумбутском спиртзаводе1. Казань, 2004

133. В результате проведения промышленного эксперимента установлено:

134. Проведены испытания заводских штаммов дрожжей на качалочных колбах с использованием сусла и барды в различных соотношениях: с содержанием РВ 1,2,3 и 3,5 % масс.

135. За 36 часов роста наибольшая концентрация клеток составила 1037 млн/мл при начальной концентрации РВ=3,5 % масс. (Saccharomyces cerevisiae 1986).

136. В аналогичных условиях в БАЧК за 9 часов роста выращена культура сахаромицетов с плотностью 1600 млн/мл.

137. Выращенная в БАЧК культура была направлена в аппарат объемом 16 куб.м., в котором реализован отъемно-доливной процесс.

138. При этом получен рост концентрации белка в расчете на АСВ от 16,5 до 30,5 % масс., т.е. на 14 % при средней скорости синтеза 2% / час.

139. Технологический режим работы дрожжегенератора.

140. Параметры и результаты процесса представлены в таблице:1. Показатели № цикла 1 2 3 4 5 6нач. кон. нач. кон. нач. кон. нач. кон. нач. кон. нач. кон.

141. Барда, м3 3 2 3 0 0 2

142. Сусло, м3 3 3 ' 3 3 3 3

143. Засев, м3 2,5 5 5 4,5 4,5 Z4. рНКЖ 4,11 4,41 3,97 4,53 3,54 4Д 3,77 4,09 3,82 4,21 3,77 4,24

144. Интервал рН 3,67 4,41 3,65 4,53 3,54 4,1 3,58 4,09 3,77 4,21 3,6 4,245. раств.СВ, % 8,5 4,2 7,2 4,9 4,9 9,2 5,9 8,2 6,4 9,2 6,4

145. РВ, % 3,49 0,51 3,1 0,48 4,1 0,44 4,14 0,56 3,5 0,42 3,3 0,55

146. ОСВ, % 10,5 8,14 9,9 8,18 11,0 7,4 11,1 8,7 10,5 9,15 10,3 9,14

147. Почку-ющиеся, % 53 26 26 25 26 - 48 - - - 38

148. Температура, °с 32 33 32 32 32 26 35 32 38 32 34 32

149. Карбамид, кг 45 15 10 70 70 70

150. Раствор диаммо-фоски, л 130 20 10 30 30 50

151. Конц. переносчика кислорода, г/л 0,0042 0,0021 0,0025 0,00156 0,0016 0,00071

152. Белок, % АСВ 30,48 30,51 30,51 28,4 27,05 25,92

153. Процесс выращивания смешанной культуры дрожжей в ДРА.

154. Базовая культура, использующаяся для утилизации спиртовой барды в дрожжерастильном аппарате объемом 325 м3 (коэффициент заполнения 0,29 0,3) -Candida tropicalis СК-4-1.

155. Выращенная в дрожжегенераторе объемом 16 м3 (коэффициент заполнения 0,42 -0,45) культура сахаромицетов периодически три раза в сутки сливалась в ДРА. Такая подпитка ДРА осуществлялась в течение 2 суток. В результате установлено:

156. A) Среднесуточный съем белка, содержащегося в произведенном количестве АСД, возрос на 0,29 т.

157. B) Применение сахаромицетов на стадии интенсивного срабатывания РВ в дрожжегенераторе позволяет сработать РВ до уровня 0,4 0,6 % масс.

158. Научный руководите; д.т.н., профессор

159. Ответственный исполнитель, к.т.н.1. Мухачев С.Г.

160. Ответственный за проведение пром. испытаний1. Валеева Р.Т.1. О-* » 11- 2004 г.