Технологии получения сухих хлебопекарных дрожжей из отходов сахорного производства свекловичной мелассы

Введение

 

Дрожжи применялись в хлебопечении в те далекие времена, когда еще  не было известно ни об их существовании, ни о значении их при брожении. Уже  в XVII веке пекари применяли пивную гущу для разрыхления теста, для ускорения процесса хлебопечения и улучшения качества хлеба. С 1767 г. пивные дрожжи стали широко применяться в хлебопечении, и слава о них как об энергичном разрыхлителе хлебного теста распространилась по всему миру.

О видах и расах дрожжей ничего не было известно, растительная природа  дрожжей и их состав были установлены  в 1835-1836 гг. и несколько позднее  благодаря усовершенствованию микроскопа и появлению методов выделения  чистых культур микроорганизмов. В 1850 г. был открыт способ производства прессованных дрожжей для хлебопечения: это были дрожжи, получаемые на винокуренных заводах. Первый завод, выпускавший  наряду со спиртом и хлебопекарные  дрожжи, возник в середине прошлого столетия в Вене. Венский способ производства дрожжей быстро распространился.

Таким образом, в начале 1860-х годов  к издавна существовавшим биохимическим  производствам: пивоваренному, спиртовому, винодельческому, основанным на действии дрожжей, прибавилась еще одна новая  биохимическая отрасль промышленности — дрожжевое производство, в то время как на названных предприятиях дрожжи были лишь средством для получения  определенной продукции.

По венскому способу дрожжи получали наряду со спиртом, и преобладающим  продуктом производства был спирт, а не дрожжи. Сообразно с этим заводы, работавшие по венскому способу, назывались спиртодрожжевыми.

Венский способ, по существу, представлял  собой лишь некоторое видоизменение  способов получения спирта. Первоначально  выход дрожжей, получаемых по венскому способу, составлял 9-10 % и спирта около 30 % к массе сырья, затраченного на затор. Постепенно заводы, продолжавшие работать по венскому способу, увеличили  выход дрожжей до 16-18 % при помощи продувания воздухом во время брожения в течение 6-8 ч.

В 1870-х гг. благодаря работам  Пастера стало известно о стимулирующем  влиянии атмосферного кислорода  на размножение дрожжей, а начиная  с 1878 г. это наблюдение Пастера в  практике дрожжевого производства уже  пытались использовать. Однако еще  долгое время не удавалось применять  кислород воздуха для ускорения  роста дрожжей. Только в 1886 г. был  предложен новый способ производства прессованных дрожжей, предусматривающий  применение фильтрованного сусла и  продувание воздухом.

Принцип работы по новому способу  получил название «воздушный», а  в 1890-х гг. был пущен первый дрожжевой  завод, работающий по этому способу. Сырьем, как и при венском способе, служили зерновые культуры.

В начале XX в. дрожжевое производство подверглось коренному изменению. Выход дрожжей из единицы сырья еще больше увеличился, а выход спирта снизился до такого уровня, при котором его отгонка экономически уже не оправдывалась. Дорогое зерновое сырье было заменено отходом свеклосахарного производства, кормовой патокой (мелассой), из которой после соответственной обработки получали мелассовое сусло. В бродильные чаны мелассовое сусло поступало не сразу, а приливалось непрерывной струей в количествах, постепенно возраставших соответственно накоплению дрожжевой массы в дрожжерастильном аппарате. Новый способ вошел в практику под названием «приточного». Развилось дрожжевое производство, в ходе которого была прекращена одновременная выработка спирта, и термин «дрожжеспиртовой завод» лишился придатка «спиртовой».

Таким образом, с 1916 г. за рубежом возникли дрожжевые заводы, вырабатывающие исключительно  хлебопекарные дрожжи из отходов  сахарного производства свекловичной мелассы.

Меласса затем постепенно вытеснила  дорогостоящее и трудно перерабатываемое зерновое сырье. На дрожжевых заводах  при этом было проведено соответствующее  переоборудование, что позволило  увеличить их производительность.

В середине XX в. технология дрожжевого производства подверглась существенному изменению. Этому способствовали успехи в области биологии и биохимии, позволившие теоретически обосновать новые технологические режимы выращивания дрожжей на мелассовых растворах с использованием сахаров среды для накопления дрожжевой массы и с полным подавлением спиртового брожения в аэрируемой среде. Резко возросла производительность дрожжевых заводов, и выход дрожжей повысился до 75-85 %. За последние годы дрожжевые предприятия с успехом осваивают эффективный воздушно-приточный способ культивирования дрожжей в непрерывном потоке питательной среды. Одновременно были внедрены новые высокопроизводительные кларификаторы, сепараторы, диспергаторы для аэрации среды, вакуум-фильтры для выпрессовывания дрожжей. Все это позволило повысить выход дрожжей до 90-100 % в расчете на мелассу.

В данном проекте представлены основные моменты технологии производства дрожжей. Описаны стадии производства. Рассмотрены  культуры дрожжей, наиболее часто используемых для производства.

 

Литературный  обзор.

 

1. Дрожжи, применяемые  в дрожжевом производстве

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 хорошей подъемной силой, хорошей стойкостью при хранении и способные активно сбраживать сахара - сахарозу, глюкозу, мальтозу. Находят применение расы, устойчивые в процессе высушивания. В производстве прессованных хлебопекарных дрожжей предпочтительно используются расы, характеризующиеся крупным размером клеток с высокой мальтазной активностью: 4, 11, 14, 21, 28, ЛФ 12, Л1, 608, 616, 722 и др.

Температурный оптимум для размножения  дрожжей находится в пределах 25-30 °С, а минимальная температура — 2-3 °С. При 40 °С рост прекращается и дрожжи отмирают, но низкие температуры дрожжи переносят хорошо, хотя при этом не размножаются.

 

1.1. Структура и состав  дрожжевых клеток

 

1.1.1. Строение дрожжевой  клетки

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae играют основную роль по распространенности, скорости размножения и интенсивности брожения.

Это крупноклеточные овальные дрожжи, адаптированные к повышенной кислотности теста и к его кислотообразующей микрофлоре.

Дрожжи сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, простые декстрины, не сбраживают лактозу, крахмал, клетчатку. Они усваивают этиловый спирт, молочную кислоту, уксусную кислоту.

Дрожжевая клетка состоит (рисунок 1) из оболочки, цитоплазматической мембраны и цитоплазмы. Размер клетки составляет в средне 8-10 мкм.

12

1

 

2

брана

6

3

4

клеточная стенка

5

ядрышко

7

ядро

жировые капли

8

митохондрии

11

вакуоль

9

10

13

 

Рисунок 1. Строение дрожжевой клетки.

1 – цитоплазматическая мембрана; 2 – клеточная стенка; 3 –ядрышко; 4 – ядро; 5 – жировые капли; 6 – митохондрии; 7 – вакуоль; 8 – гранулы полифосфата; 9 – эндоплазматическая сеть; 10 – аппарат Гольджи; 11 – почковый рубец; 12 – рибосомы; 13 – цитоплазма

 

Оболочка представляет собой плотную, прочную и эластичную структуру, способную обеспечивать постоянство  формы клетки и выдерживать значительное осмотическое давление (до 2 МПа). Оболочка, обладающая избирательной проницаемостью, обеспечивает транспорт питательных  веществ в клетку и удаление из нее продуктов обмена.

Цитоплазматическая мембрана расположена  непосредственно под клеточной  стенкой. Основная функции мембраны заключается в регулировании проникновения в клетку питательных веществ и выведении наружу продуктов обмена. Кроме того, в цитоплазматической мембране локализуются некоторые ферменты и происходит биосинтез ряда веществ, в том числе биосинтез компонентов клеточной стенки.

Цитоплазма - сложная по составу  коллоидная система. В цитоплазме протекают  важнейшие реакции биосинтеза и хранится генетическая информация. В ней расположены органоиды (митохондрии, рибосомы, ядро, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи) и вакуоли (одна, реже две).

Митохондрии представляют собой сферические  или удлиненные внутриклеточные  органеллы, содержащие ферментные системы, главным образом переноса электронов. В функции митохондрий входят окислительные реакции, являющиеся источником энергии, перенос электронов по цепи реакций синтеза АТФ, синтез части митохондриальных белков.

Рибосомы - ультрамикроскопические гранулы  в виде неправильных шариков, состоящих  из белка и РНК. В рибосомах  осуществляется синтез белков и ферментов.

Ядро имеет форму круглого и  овального пузырька, окруженного  оболочкой. Главная функция ядра - хранение и передача генетической информации при делении клетки.

Эндоплазматический ретикулум - это сложная мембранная сеть, образующая множество каналов, по которым различные вещества перемещаются от внешней оболочки к центру.

Аппарат Гольджи представляет собой скопление мельчайших сплющенных телец, связанных с мембраной системой эндоплазматического ретикулума. Роль аппарата Гольджи, предположительно, заключается в создании новых мембран. Кроме того, ему предписывают защитную функцию - консервирование и удаление продуктов секреции клетки.

Вакуоли занимают центральную часть  клетки. Они заполнены клеточным  соком, который заключен в липопротеидную оболочку. Вакуоли участвуют в  осмотическом регулировании и являются местом протекания различных окислительно-восстановительных процессов. Вакуоли образуются при старении дрожжевой клетки, в них содержатся питательные вещества, продукты жизнедеятельности и гранулы запасных веществ: валютина, гликогена, трегалозы, жира.

 

 

2. Химический состав хлебопекарных дрожжей

Химический состав хлебопекарных  дрожжей непостоянен и в зависимости  от состава питательной среды, условий  культивирования, физиологического состояния  клетки и других факторов может колебаться в широких пределах (таблица 1).

 

 Химический  состав сухого вещества дрожжей  (по Дж. Уайту)                                     Таблица 1

Название химического  элемента	Содержание химического  элемента, % к с.в. дрожжей	Среднее количество, % к с.в. дрожжей
Углерод	45,0 – 49,0	47,0
Водород	5,0 – 7,0	6,0
Кислород	30,0 – 35,0	32,5
Азот	7,1 – 10,8	8,5
Зола	4,7 – 10,5	6,0
Фосфор (P2O5)	1,9 – 5,5	2,6
Калий (K2O)	1,4 – 4,3	2,5
Кальций (CaO)	0,005 – 0,2	0,05
Магний (MgO)	0,01 – 0,02	0,4
Алюминий (Al2O3)	0,002 – 0,02	0,005
Сера (SO3)	0,01 – 0,05	0,03
Хлор	0,004 – 0,1	0,02
Железо (Fe2O3)	0,005 – 0,012	0,007
Кремний (SiO3)	0,02 – 0,2	0,8

 

Содержание влаги в прессованных дрожжах может колебаться от 68 до 75%, в сушеных - от 4 до 10%. В прессованных дрожжах влажностью 75% содержится 18,4 - 28% внеклеточной и 46 - 60% внутриклеточной  влаги. Внутриклеточная влага находится в свободной и связанной формах. Связанная вода, входящая в состав коллоидов клетки, не является растворителем, плохо замерзает, трудно испаряется и не отпрессовывается. Связанная вода является растворителем сухих веществ (с. в.) клеточного сока.

По данным многих исследователей в  составе дрожжей присутствуют в  микродозах Li, Ag, Au, Fn, Sr, Ва, В, La, Те, Ti, Sn, Bi, Cr, Mo, Tn, Co, Ni.

Состав органических веществ хлебопекарных  дрожжей (% на с. в.) приведен ниже: 

Азот общий	6-8
Белковые вещества (N∙6, 28)	37-50
Жир	1,5-2,5
Безазотистые вещества	35-45
Зола	6-10

 

Состав азотистых веществ дрожжей (% к массе):

Собственно белки	63,8
Нуклеиновые вещества	26,1
Амиды и пептоны	10,1

 

В составе белков содержится 24 аминокислоты (таблица 2).

 

Аминокислотный  состав белков дрожжей                                                                Таблица 2

Наименование  аминокислоты	Количество, % на с. в.
Аденин и тирозин	4,17 – 6,45
Валин и фенилаланин	5,15 – 8,58
Лейцин	5,38 – 8,56
Серин и гликокол	1,68 – 3,12
Треонин	2,12 – 3,88
Аспарагиновая кислота	8,87 – 13,2
Глутаминовая кислота	4,18 – 7,07
Лизин и гистидин	6,23 – 10,5
Аргинин	1,75 – 3,53
Метионин	0,63 – 1,52
Цистеин	0,075
Тирозин	0,156
Глютатион	0,025