Кормовые дрожжи. Технологическая схема производства кормовых дрожжей на послеспиртовой барде. //[Электронный ресурс] .- 12.06.2012 .- http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Projects/DDGS/Production_stern_yeast.htm

Кормовые дрожжи. Технологическая схема производства кормовых дрожжей на послеспиртовой барде.


овые дрожжи (т.е.кормовой белок) выращивают на послеспиртовой барде и используют как белково-протеиновую добавку в рацион питания животных и рыб. В результате ферментативного или кислотного гидролиза полисахаридов крахмала зерна или целлюлозы соломы или древесины получаем гидролизный сахар в виде раствора (гидролизат). Сахар, содержащийся в гидролизате, состоит из гексозного (глюкоза, манноза и галактоза) и пентозного (ксилоза и арабиноза) сахаров. Гексозный сахар обычно используют для получения этилового спирта методом брожения, а пентозный сахар (0,7-0,8% РВ - редуцирующих веществ), не участвующий в спиртовом брожении и переходяший в послеспиртовую барду используют для получения кормовых дрожжей. Кормовые дрожжи Saccharomyces cerevisiae ВСБ-193 могут быть получены также из гексозного сахара без получения этилового спирта. В этом случае все гексозные и пентозные сахара, содержащиеся в гидропизатах, утилизируются на кормовые дрожжи.

При выращивании кормовых дрожжей на послеспиртовой барде их выход зависит от вида барды и имеет следующие усредненные значения (в кг на 1000 дал вырабатываемого спирта): на зерновой - 3000 кг, на картофелной - 1700 кг, на смешанной мелассной и зерновой - 1700 кг. Рыночные цены на сухие кормовые дрожжи составляют 14 000 рублей за тонну. Если спиртовый завод производит 10 000 дал спирта в сутки, то дополнительный доход от выращивания кормовых дрожжей составит 30 000 кг/сут Х 14 руб/кг = 420 000 руб/сут или 126 000 000 руб/год.

 

Цена 1 тонны сухих кормовых дрожжей составляет 14 000 рублей. При такой цене срок окупаемости строительства Цеха сухих кормовых дрожжей на послеспиртовой барде составляет 1,1 год.

 

Качественные показатели кормовых дрожжей:

  • Внешний вид - порошок, чешуйки, гранулы
  • Цвет - от темно-желтого до коричневого
  • Запах - свойственный дрожжам,без постороннего запаха
  • Содержание влаги - не более 10%,
  • Массовая доля сырого протеина (в пересчете на абсолютное сухое вещество) - не менее 46%,
  • Массовая доля белка по Барнштейну (в пересчете на абсолютно сухое вещество) - не менее 41%.
  •  

    По данным института ВНИИсинтезбелок, себестоимость 1 тонны сухих кормовых дрожжей, выращенных на послеспиртовой барде, примерно в два раза ниже, чем выращенных на углеводородах нефти.

    По данным спиртовых заводов в СССР удельные капиталовложения на строительство цехов кормовых дрожжей при спиртовых заводах составляют примерно 400—450 рублей, что на 300 рублей меньше, чем на производство кормовых дрожжей из углеводородов нефти.

     

    Кормовые дрожжи используют при производстве комбикормов, а также в качестве белковой добавки в корма сельскохозяйственным животным, птице, пушным зверям и рыбе. В состав белка кормовых дрожжей входят все жизненно необходимые аминокислоты. Белок дрожжей усваивается животным организмом полнее, чем белок растительного происхождения. По питательности кормовые дрожжи приравниваются к кормам животного происхождения, мясокостной и рыбной муке. По содержанию витамина В кормовые дрожжи, полученные из зерновой барды, превосходят рыбную и мясокостную муку. На комбикормовых заводах сухие кормовые дрожжи используют как источник витаминов и полноценного белка. Для удовлетворения полной потребности животных в витаминах достаточно в рационы кормов вводить 3-5% сухих кормовых дрожжей.

    Как показывают опыты по изучению питательных свойств кормовых дрожжей, они достаточно хорошо перевариваются в организме животных (перевариваемость белков составляет 80 – 90 %), по сумме незаменимых аминокислот близки к эталону ФАО, а по содержанию в белках лизина, треонина, валина и лейцина существенно превышают эталон ФАО (FAO - Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН. Основана в 1945). Вместе с тем белки дрожжей частично не сбалансированы по метионину и в них мало содержится других серосодержащих аминокислот.

                  Содержание незаменимых аминокислот в кормовых дрожжах

     

    Использование сухих кормовых дрожжей в качестве белковой добавки к корму сельскохозяйственным животным и птице дает значительный прирост продукции. По данным УкрНИИэкономики и организации сельского хозяйства имени Шлихтера, скармливание 1 тонны кормовых дрожжей обеспечивает: прирост мяса птицы — 1,5 тонны, свинины — 0,45 тонны, а также увеличивает яйценоскость птиц на 15 шт. и надой молока — на 8,4 тонны. Доказано, что увеличение продуктивности в животноводстве происходит пропорционально росту производства кормового белка.

    Таким образом, экономическая эффективность использования 1 тонны дрожжей в сельском хозяйстве колеблется от 300 рублей при скармливании свиньям и до 2000 рублей при скармливании птице. В настоящее время около 95 % общего количества дрожжей направляется в птицеводство.

    Важным показателем питательной ценности корма является его энергетическая ценность. Для оценки обменной энергии комбикорма по содержанию «сырых» питательных веществ применяют формулу Всемирной ассоциации по птицеводству (WPSA):

  • ОЭ (ккал/100 г) = 3,7 х СП + 8,2 х СЖ + 3,99 х Кр + 3,11 х Сх , где:
  • СП – количество сырого протеина
  • СЖ – количество сырого жира
  • Кр – количество крахмала
  • Сх – количество сахара
  • Подставляя в формулу пока затели химического состава корма, получаем следующее значение обменной энергии ОЭ:

    ОЭ = 3,7 х 51 + 8,2 х 3,1 + 3,99 х 0,23 + 3,11 х 8 = 239,92 ккал /100 г

    Для сравнения - Обменная энергия рыбной муки и соевого шрота составляют соответственно до 320 Ккал/100 г

     

                  Химический состав кормовых дрожжей

     

    Эффективность применения кормовых дрожжей зависит от содержания в них не только белка, но и витаминов. Обогащение витаминами может происходить тремя способами, в процессе выращивания, при облучении и путем добавки готовых витаминов в дрожжевой концентрат.

    Применяемые в настоящее время в хозяйствах методы кормления животных не всегда позволяют в полной мере сбалансировать рационы по важнейшим показателям: энергии, протеину, минералам и витаминам, вследствие чего генетически заложенный потенциал продуктивности животных используется только на 50-60%. Несбалансированность рационов животных и птицы по белку приводит к значительному перерасходу кормов на единицу продукции животноводства. 1 тонна кормовых дрожжей позволяет экономить 5-7 тонн зерна. По имеющимся оценкам годовая потребность животноводства в РФ в кормовых дрожжах составляет 3-4 миллиона тонн. Фактическое производство на порядок ниже. Мировой дефицит белка кормов к началу XXI века оценивается в 30-35 млн. т. в год.

    В период 1999-2002 наиболее сильно снизилась эффективность кормления – на 1 кг мяса в этот период затрачивалось от 5 до 6 кг корма. Низкая эффективность кормления связана с тем, что в этот период существенно снизился объем применения высокобелковых добавок – в частности, рыбной муки.

                  Предполагаемый дефицит протеиновых добавок в корма

     

    Дрожжи растут в 500 раз быстрее, чем самые урожайные сельскохозяйственные культуры, и в 1000 - 5000 раз быстрее, чем самые быстрорастущие породы сельскохозяйственных животных, и способны накапливать при этом огромные (до 60-70% от сухой массы) количества белка. Так, по данным исследований, 500 кг дрожжей за сутки могут дать прирост в таком количестве, из которого получается 51 тонна белка. Такая дрожжевая биомасса используется в качестве прекрасного обогатителя комбикормов белками для животноводства и птицеводства. Для сравнения укажу, что в таком же количестве (500 кг) соевых бобов содержится только 37 кг белка. Промышленное производство кормовых дрожжей привлекательно и потому, что не требует посевных площадей, не зависит от погодных условий и может осуществляться непрерывно.

    Ликвидация крупнотоннажной промышленности кормовых концентратов дрожжей, существовавшей в СССР, создало заметный дефицит белковых компонентов, необходимых для кормопроизводства. Горбачевская перестройка и Ельцинский развал СССР уничтожили Ангарский завод БВК, Мозырский завод кормовых дрожжей, Новополоцкий и Кременчугский заводы БВК, Биохимический завод в Киришах, Кстово в Нижнем Новгороде, Светлый Яр в Волгограде, Новополоцкий завод БВК и др., на которых производилось от 120 до 350 000 тонн/год паприна ( паприн - коммерческое название белково-витаминной кормовой добавки БВК). В 1968 году в г. Уфе была введена в строй первая в мире опытно-промышленная установка по производству белка из нефтяных парафинов. К 1987 году заводы БВК выпускали 1,1 миллиона тонн продукции, что позволяло сэкономить 6,6 миллиона тонн фуражного зерна. Потребители — сельхозпредприятия — брали белково-витаминный концентрат в драку. Его применение сокращало время откорма животных, повышало ежедневный привес при существенной экономии кормов. БВК охотно закупали Финляндия, Чехословакия, ГДР, Китай, Куба. За рубежом подобных предприятий не имелось, не считая отдельных установок в Англии. Одним из основных субстратов в процессах получения кормового дрожжевого белка были н-парафины нефти. Производство осуществлялось методом глубинного культивирования в ферментерах (дрожжерастительных аппаратах Лефрансуа), в которых среда и культура микроорганизмов находятся во вспененном состоянии. Жидкая парафиновая среда служит субстратом для нарастания биомассы дрожжей вида Candida tropicalis. Нина Борисовна Градова, замдиректора по научной работе разработчика технологии БВК — НИИ “Синтезбелок” и разработчик ГОСТ 28179-89. Дрожжи кормовые - паприн. Технические условия с изменениями № 1, 2) Fodder yeast. Specification..

     

    Сырьем для получения БВК являются жидкие нормальные парафины С10-С18 или С14-С19, хотя и фракцию С10-С27 можно также использовать для микробиологического синтеза. Жидкие парафины выделяют на НПЗ из керосиновых и дизельных фракций с помощью процессов их депарафинизации при помощи карбамида (мочевины), который легко образует твердый комплекс с н-парафинами и позволяет вывести их из нефтяной фракции, или при помощи селективной адсорбции на молекулярных ситах (цеолитах) - "Парекс" процесс, которые поглощают н-парафины, размер молекул которых соизмерим с размером входных каналов цеолитов, или вторичной перегонкой товарного дизельного топлива при этом Сырьем для установок по производству жидких парафинов является фракция дизельного топлива 200-320°С, выделенная из парафинистых нефтей. Карбамидная депарафинизация дает н-парафины с содержанием до 10 % изопарафинов и ароматических углеводородов, нежелательных для процесса получения при помощи ферментации кормовых белков (биохимический процесс переработки органического сырья под воздействием ферментов). Нормальные парафины C10-C18, полученные более дорогостоящей адсорбцией на молекулярных ситах (процесс «Парекс», ГДР) в виде бесцветной или слегка желтой очищенной жидкости, имеют температуру начала кипения не ниже 200°С и температуру конца кипения не выше 320°С. Суммарное содержание н-парафинов не менее 99 % с примесями ароматических углеводородов не более 0,05 % (они являются ингибиторами роста дрожжей). Однако в последнее десятилетие мировая микробиология отказалась от н-парафинов как сырья для БВК, поэтому установки «Парекс» остановлены или реконструированы. Депарафинизация фракции дизельного топлива (летнего дизтоплива) может быть также осуществлена с помощью микроорганизмов, которые сначала культивируют непосредственно в дизельном топливе и получают в результате кормовой белок и депарафинизированную фракцию дизельного топлива (зимнее/арктическое дизтопливо). Однако в этом процессе имеются технические сложности с очисткой кормовых дрожжей от следов дизельного топлива и с очисткой дизельного топлива от следов кормовых дрожжей. Кормовые дрожжи получают в виде сухих мельчайших частиц размером 10-20 мкм, влажностью 8 %, плотностью 540 кг/м3. Клетки Candida очень мелкие (по сравнению с сахаромицетами - другими представителями дрожжей, используемыми в биотехнологиях), они плохо фильтруются и плохо флотируются. В связи с эти возникал ряд технологических трудностей на этапе выделения биомассы. Кроме того, в Киришах, в середине 90-х годов, были акции массовые акции протеста против работы биохимзавода, связанные с резким ростом аллергических заболеваний у населения, проживающего рядом с этим производством. Причиной роста заболеваемости послужил выброс в воздух клеток микроорганизмов, пусть даже в незначительных количествах (заводские фильтры по очистке воздуха, аэрирующего культуральную смесь, не справлялись). Биомасса дрожжей явилась очень сильным аллергеном. Были приняты меры по усовершенствованию всех очистных механизмов, действовавших на заводах подобного типа. Естественно, это привело к повышению себестоимости БВК.

    Непрерывный процесс биологического окисления углеводородов осуществляется в две стадии: первая стадия - образование основного количества биомассы при интенсивном аэрировании культуральной массы, вторая стадия - дозревание уже накопленной биомассы в другом аппарате при менее интенсивной аэрации. Опримальная температура - 32-38°С.

    Схема производства белково-витаминных концентратов биологическим окислением насыщенных углеводородов нефти:

                  Технологическая схема производства белково-витаминных концентратов БВК fodder yaest биологическим окислением насыщенных углеводородов н-парафинов

    Процесс биологического окисления в ферментере 1 наиболее благоприятно протекает при содержании парафинов в питательной среде 1,5-2,0 объемных % и рН 4-6. Биомасса из ферментатора 1 отделяется от культуральной жидкости в центробежных сепараторах 2, поступает в аппарат 3 для дозревания, после чего промывается водой в аппарате 4 и высушивается при 280-320 С.

    Полученный белково-витаминный концентрат является очень ценным питательным продуктом и имеет следующий состав (в %):

  • белки 50-55;
  • углеводы 12-20;
  • Нуклеиновые кислоты 6-12;
  • Минеральные вещества 6-10;
  • Витамины группы В около 1;
  • Провитамин D2 0,2-0,5
  • Для выращивания кормовых дрожжей могут использоваться различные виды сырья как растительного, так и животного происхождения. Особый интерес вызывают питательные среды, являющиеся отходами пищевых производств ( спирт этиловый, метиловый, послеспиртовая барда, пивная дробина, сахарный жом, молочная сыворотка, отходы деревообработки и нефтепереработки) и природный газ и продукты жизнедеятельности сельскохозяйственных животных и птиц (навозные стоки).

     

    Для выращивания микроорганизмов с целью получения белка хорошо иметь богатый углеродом, но дешевый субстрат.

    Этому требованию отвечают нормальные (неразветвленные) н-парафины нефти. В России и некоторых других нефтедобывающих странах разработа­ны технологии получения кормовых дрожжей из н-парафинов нефти - неразветвленные углеводороды с числом углеродных ато­мов от десяти до тридцати. Они представляют собой жидкие фракции парафинов с температурами кипения 200—320°С, которые выделяют из нефти путем ее перегонки на установке Парекс. Выход биомассы при их использовании может достигать до 100% от массы субстрата, т.е. из 1 тонны н-парафинов нефти получают 1 тонну полноценных белков. Качество кормовых дрожжей зависит от степени чистоты н-парафинов и определяется ГОСТ 28179-89. Дрожжи кормовые - паприн. Технические условия с изменениями № 1, 2) Fodder yeast. Specification. При использовании парафинов достаточной степени очистки, полученная дрожжевая масса может успешно применяться в качестве дополнительного источника белка в рационах животных. Первый в мире крупный завод кормовых дрожжей мощностью 70 000 т/год был пущен в 1973 в СССР. В качестве сырья на нем использовали выделенные из нефти н-алканы и несколько видов дрожжей, способных к быстрому росту на углеводородах: Candida maltosa, Candida guilliermondii, Candida lipolytica. В дальнейшем именно отходы от переработки нефти служили главным сырьем для производства дрожжевого белка, которое быстро росло и к середине 80-х гг. превысило 1 млн. тонн в год, причем в СССР кормового белка получали вдвое больше, чем во всех остальных странах мира, вместе взятых. Однако в последующем масштабы производства дрожжевого белка на углеводородах нефти резко сократились. Это произошло как в результате экономического кризиса 90-х гг., так и из-за целого ряда специфических проблем, с которыми связано это производство. Одна из них - необходимость очистки готового кормового продукта от остатков нефти, имеющих канцерогенные свойства. Кормовые дрожжи, культивируемые на питательной среде из н-парафинов нефти, могут содержать многие вредные примеси – производные бензола, D-аминокислоты, липиды, различные токсины и канцерогенные вещества, поэтому их подвергают специальной очистке (экстракция бензином). Содержание остаточных углеводородов допускается не более 0,1 %. В целях более полного использования сырья и снижения в товарном продукте остаточных углеводородов разработаны усовершенствованные технологии получения БВК, включающие двухступенчатую ферментацию и последующую экстракцию из дрожжей остаточных углеводородов бензином. При этом содержание сырого белка в дрожжевой массе может быть повышено до 58 – 65 % в расчете на сухую массу, а содержание остаточных углеводородов снижено до 0,05 %. Смотри ГОСТ 30087-93 Метод определения бензопирена в Паприне.

     

    Хороший субстрат для выращивания кормовых дрожжей — молоч­ная сыворотка, являющаяся производственным отходом при переработке молока. В 1 тонне молочной сыворотки в среднем содержится 10 кг полноцен­ного белка и 50 кг дисахарида лактозы, который легко утилизируется микроорганизмами. Для выделения из молочной сыворотки белков разра­ботана эффективная технология с применением метода ультрафильтра­ции низкомолекулярных веществ через мембраны. Получаемые таким способом белки используются для приготовления сухого обезжиренного молока или в качестве пищевой белковой добавки. Остающиеся после от­деления белков жидкие отходы (пермеат), содержащие лактозу, перерабатывают путем культивирования кормовых дрожжей. На молочной сыворотке хорошо растут и накапливают значительное количество белка дрожжи Kluyveromyces и Candida. Большое значение имеет и то обстоятельство, что применение молочной сыворотки не требует специальной сложной подготовки, а культуральная жидкость после выращивания микроорганизмов может быть использована в пищевых и кормовых целях без обработки.

    В ФГУП Госниисинтезбелок был разработан биотехнологический процесс получения белкового продукта при культивировании смешанной культуры микроорганизмов на молочной сыворотке. Проведенное исследование было направлено на разработку промышленной биотехнологии переработки многотоннажных отходов молокозаводов и получение питательного белкового продукта. Для решения данной задачи предложено использование симбиотического консорциума бактерий Lactobacillus casei и Propionibacterium freudenreichii. При аэробном выращивании биомассы использовали питательную среду, состоящую из молочной сыворотки и фонового количества микроэлементов, а в отдельных опытах выращивание проводили на предварительно сконцентрированной молочной сыворотке до 16 – 22 % сухих веществ. В ходе проводившегося исследования были изучены кривые роста консорциума бактерий при двух способах засева культур (одновременный засев и последовательный засев), а также определен оптимальный режим подачи засевной культуры, построена математическая модель процесса, позволяющая по кинетическим и стехиометрическим коэффициентам рассчитать режим подачи кислорода и время накопления биомассы. После стадии ферментации получаемая биомасса подвергается автолизу и сушке. Готовый белковый продукт содержит 24 –28 % протеина, в том числе, аминокислоты: лизин 5,5 – 6 %, лейцин 7 – 8 %, валин 37 – 8 %, валин 1,2 – 1,5 %, пролин 5,2 – 5,5 % и др., витамины групп В, РР, А, микроэлементы. Исследованы также режимы обработки биомассы с целью повышения содержания белка в продукте 60 – 70 %. Проведено опытное испытание по применению полученного биопродукта в качестве белковой добавки при производстве колбасных и мучных изделий, а также в составе корма для кошек и собак. На основе разработанной биотехнологии планируется создание опытной установки производительностью 50 т/год готового продукта. Предложенная технология защищена патентом РФ. Также была разработана еще одна методика получения белкового продукта на основе молочной сыворотки: дрожжеванию подвергают молочную сыворотку без предварительного выделения из неё белков, при этом выращивают специальные расы кормовых дрожжей из рода Torulopsis. На основе дрожжевания молочной сыворотки производят три вида кормовых белковых продуктов: заменитель цельного молока для кормления молодняка сельскохозяйственных животных – «БИО-ЗЦМ»; жидкий белковый продукт «Промикс» с содержанием белков в 2,5 – 3 раза выше, чем в исходной молочной сыворотке; сухой обогащенный дрожжевыми белками продукт «Провилакт», применяемый как заменитель сухого обезжиренного молока.

     

    В случае получения дрожжевого белка на природном газе выход биомассы (гаприн) может составлять 66% от массы субстрата. В качестве продуцентов используют бактерии рода Pseudobacterium, Mycobacterium, Bacillus, Staphylococcus, Metanomonas. Пути усвоения природного газа микроорганизмами могут быть различны. Выделяют два пути ассимиляции природного газа бактериями:

  • гетеротрофный путь - окисление природного газа через спирт и альдегид; Окислением природного газа , состоящего в основном из метана, получают метиловый спирт.
  • автотрофный путь - сводится к образованию углекислого газа и активного водорода.
  • .

    Выращивание бактерий на метане имеет ряд особенностей: медленный рост микроорганизмов, низкая растворимость метана (растворимость метана в 1 литре культуральной жидкости составляет 0,02 грамма), повышенная потребность клеток в кислороде. По сравнению с выращиванием бактерий на мелассе необходимо в 5 раз больше кислорода, на парафинах – в 2-3 раза больше. В технологии производства кормового белка на метане очень важно создать высокоэффективное перемешивание. При культивировании микроорганизмов рода Metanomonas в ферментере-дрожжегенераторе используют газовую среду, содержащую кислород – 8 - 11 %, метан – 10 – 15 %, углекислый газ – 5 %, азот – 69 – 77 %. Причем выращивание осуществляют при повышенном давлении (при этом в начале ферментации давление составляет 4 МПа, а в конце – 0,1 МПа). Температура культивирования равна 30°С. Выращивание осуществляют в течение двух суток. В данном случае реализуется метод периодического культивирования и при этом конечная концентрация биомассы составляет 1 грамм в 1 литре. В разработанном в Великобритании процессе используется смешанная культура: бактерии Methylomonas, усваивающие метан, Hypomicrobium и Pseudomonas, усваивающие метанол, и два вида неметилотрофных бактерий. Культура характеризуется высокой скоростью роста и продуктивностью. Главные достоинства метана (кстати сказать, основного компонента природного газа) - доступность, относительно низкая стоимость, высокая эффективность преобразования в биомассу метаноокисляющими микроорганизмами, значительное содержание в биомассе белка, сбалансированного по аминокислотному составу. Бактерии, растущие на метане хорошо переносят кислую среду и высокие температуры, в связи с чем устойчивы к инфекциям.

     

    Кроме углеводов и углеводородов в качестве источников углерода дрожжевые клетки могут также использовать низшие спирты — метанол и этанол. Дрожжи БВК - это продукт культивирования дрожжевых клеток на отходах переработки нерастительного сырья - нефтепарафинах ( паприн ), низших органических спиртах – метаноле ( меприн ), этаноле ( эприн ), а также природном газе (гаприн). Дрожжевая масса, полученная после культивирования дрожжей на спиртах, отличается высоким содержанием белков (56—62 % от сухой массы) и в ней меньше содержится вредных приме­сей, чем в кормовых дрожжах, выращенных на н-парафинах нефти.

    Одним из перспективных источников углерода для культивирования продуцентов белка высокого качества считается метиловый спирт - метанол. Его можно получать из природного газа или методом микробного синтеза на таких субстратах, как древесина, солома, городские отходы или пиролизом биомассы (древесные отходы, опилки, торф.... Использование метанола в качестве субстрата затруднено из-за его химической структуры: молекула метанола содержит один атом углерода, тогда как синтез большинства органических соединений осуществляется через двухуглеродные молекулы. На метаноле как на единственном источнике углерода и энергии способны расти около 25 видов дрожжей, в том числе Pichia polymorpha, Pichia anomala, Yarrowia lipolytica. В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены и рекомендованы в производство дрожжевые штаммы Candida boidinii, Hansenula polymorpha и Piehia pastoris, оптимальные условия для которых (t=34-37°C, рН=4,2-4,6) позволяют проводить процесс с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,40 при скорости протока в интервале 0,12-0,16 ч-1. Особенности процесса культивирования во многом обусловлены применяемым штаммом-продуцентом (дрожжи или бактерии) и условиями асептики. Ряд зарубежных фирм предлагает использовать дрожжевые штаммы и проводить выращивание в отсутствии строгой асептики. В этом случае технологический процесс протекает в ферментёре эжекционного типа производительностью 75 тонн абсолютно сухих веществ АСВ в сутки, а удельный расход метанола составляет 2,5 т/т АСВ. При культивировании дрожжей в асептических условиях рекомендованы аппараты колонного или эрлифтного типа производительностью 75-100 тонн АСВ/сут при расходе метанола до 2,63 т/т АСВ. В том и другом случае процесс культивирования проводится одностадийно, без стадии «дозревания» с невысокой концентрацией субстрата (8-10 г/л). Но наилучшими продуцентами на субстрате из метанола считаются бактерии, потому что они могут расти на метаноле с добавлением минеральных солей. Среди бактериальных культур применяется Methylomonas clara, Pseudomonas rosea и др, способные развиваться при t=32-34°C, рН=6,0-6,4 с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,55 при скорости протока до 0,5 ч-1. При культивировании бактериальных штаммов процесс проводится в асептических условиях в ферментерах эрлифтного или струйного типов производительностью 100-300 т/сут и расходом метанола до 2,3 т/т АСВ. Ферментация осуществляется одностадийно при невысоких концентрациях спирта (до 12 г/л) с высокой степенью утилизации метанола. Наиболее перспективным по своей конструкции был в свое время струйный ферментёр Института технической химии АН ГДР. Ферментёр объемом 1000 м3 состоит из секций, расположенных одна над другой и соединенных между собой шахтными переливами. Ферментационная среда из нижней секции ферментёра по напорному трубопроводу подается центробежными циркуляционными насосами в верхние шахтные переливы, через которые проходит в низлежащую секцию, подсасывая при этом воздух из газовода. Таким образом, среда протекает из секции в секцию, постоянно подсасывая новые порции воздуха. Падающие струи в шахтных переливах обеспечивают интенсивное аэрирование среды. Питательная среда непрерывно подается в зону верхних шахтных переливов, а микробная суспензия отводится из выносных контуров. На стадии выделения для всех видов продуцентов было предусмотрено отделение грануляции с целью получения готового продукта в гранулах. Процессы получения белка на метаноле достаточно экономичны. По данным концерна Ай-Си-Ай (ICI, Великобритания), себестоимость кормовых дрожжей, производимого на метаноле, на 10-15% ниже, чем при аналогичном производстве, базирующемся на основе высокоочищенных n-парафинов. Высокобелковые продукты из метанола получают фирмы ряда развитых стран мира: Великобритании, Швеции, Германии, США, Италии. Продуцентами белка служат бактерии рода Methylomonas. Выращивание на метаноле метилотрофных бактерий, таких как Methylophilus methylotrophus, выгодно, так как они используют одноуглеродные соединения более эффективно. При росте на метаноле бактерии дают больше биомассы, чем дрожжи. Первая реакция окисления метанола у дрожжей катализируется оксидазой, а у метилотрофных бактерий - дегидрогеназой. Ведутся генно-инженерные работы по переносу гена метанолдегидрогеназы из бактерий в дрожжи. Это позволит объединить технологические преимущества дрожжей с эффективностью роста бактерий.

  • Кормовые дрожжи, полученные на метаноле, имеют следующий процентный состав: сырой протеин 56-62; липиды 5-6; зола 7-11; нуклеиновые кислоты 5-6; влажность 8-10.
  • Бактериальная биомасса, полученная на метаноле, характеризуется следующим составом: сырой протеин 70-74; липиды 7-9; зола 8-10; нуклеиновые кислоты 10-13; влажность 8-10.
  •  

    Использование этанола как субстрата, на котором выращиваюта кормовые дрожжи, абсолютно снимает проблему очистки биомассы от аномальных продуктов обмена с нечетным числом углеродных атомов. Стоимость такого производства несколько выше. В качестве микроорганизмов – продуцентов белка на этиловом спирте микробного или химического происхождения как единственном источнике углерода могут использоваться дрожжи (Candida utilis, Sacharomyces lambica, Hansenula anomala, Acinetobacter calcoaceticus). Дрожжи могут метаболизировать этиловый спирт благодаря наличию в клетках алкогольдегидрогеназы, но рост дрожжей на этаноле имеет множество особенностей. Процесс культивирования проводят одностадийно в ферментерах с высокими массообменными характеристиками при концентрации этанола не более 15 г/л. Кормовые дрожжи, выращенные на этаноле, содержат (%): сырого протеина 60-62; липидов 2-4; золы 8-10; влаги до 10.

                  Выращивание кормовых дрожжей на этиловом спирте

     

    Получение гидролизатов торфа для биосинтеза белка. Одним из перспективных источников сырья для получения кормовых дрожжей является верховой торф со степенью разложения не выше 20%, содержащий в своем составе до 50% полисахаридов и до 15-17% уроновых кислот. Таким образом, гидролизаты торфа являются одним из перспективных субстратов в производстве кормовой биомассы и имеющие в своем составе большое количество легкоусвояемых моносахаров и органических кислот. Дополнительно в состав питательной среды вводятся лишь небольшие количества суперфосфата и хлорида калия. Источником азота служит аммиачная вода. По качеству кормовая биомасса, полученная на гидролизатах торфа, превосходит дрожжи, выращенные на отходах растительного сырья.

    Поверхностный торф малой степени разложения имеет следующий состав (% от АСВ):

  • Полисахариды общие 42-51
  • Полисахариды легкогидролизуемые 25-32
  • Полисахариды трудногидролизуемые 26-32
  • Негидролизуемый остаток 14-25
  • Общий азот 0,7-1,2
  • Уроновые кислоты 10-17/li>
  • Зольные вещества 1,6-2,2
  • .

    При мягком гидролизе торфа до 80% уроновых кислот , содержащихся в торфяном гидрализате, переходят в раствор и ,легко декарбоксилируясь, превращаются в пентозу по реакции:

    Таким образом, торф, содержащий значительные количества азота и фосфора в легкоусвояемой форме, после предварительной подготовки может служить хорошим сырьем для микробологической промышленности.

    Органическая часть торфа условно делится на четыре группы соединении:

  • а) вещества, извлекаемые органическими растворителями (битумы). Содержание битумов в торфе зависит от его типа и степени разложения. Содержание в органической массе торфа битумов, экстрагируемых бензолом, колеблется от 1,2 до 17,7%. Битуминозность торфа верхового типа значительно выше, чем низинного;
  • б) вещества, извлекаемые из торфа водой, а также вещества, растворяющиеся в воде после гидролиза в присутствии минеральных кислот (водорастворимые и легкогидролизуемые вещества, целлюлоза). Содержание в торфе водорастворимых и легкогидролизуемых веществ колеблется суммарно от 7 до 60%. С увеличением степени разложения торфа содержание этих веществ уменьшается во всех типах торфа. Больше всего водорастворимых и легкогидролизуемых веществ содержит торф моховой группы (50—60%), минимальное (10—20%) в торфе древесной группы. В торфяных гидролизатах содержится значительное количество редуцирующих веществ РВ, т. е. веществ, обладающих восстанавливающей способностью и являющихся сырьем для производства кормовых дрожжей и других продуктов. Минимальный выход редуцирующих веществ 4—6% у сильно разложившегося древесного торфа, максимальный — 35—40% у мохового слабо разложившегося торфа верхового типа;
  • в) гуминовые вещества, извлекаемые из торфа раствором щелочи (гуминовые и фульвовые кислоты). Гуминовые вещества составляют от 20 до 70% органической части торфа. Содержание гуминовых кислот в торфе колеблется в пределах 5—50% от его органической части. Минимальное количество гуминовых кислот содержится у слабо разложившегося торфа моховой группы верхового типа, максимальное — у сильно разложившегося торфа всех типов. Фульвовые кислоты отличаются от гуминовых более низким содержанием углерода (44—49%) и способностью растворяться в воде и в минеральных кислотах. Содержание их в торфе колеблется от 10 до 20% от его органической части;
  • г) негидролизуемые вещества (лигнин). Содержание в торфе негидролизуемого остатка (лигнина) находится в пределах 1,8—22%. В торфе верхового типа лигнина меньше.
  •               Техноогический процесс переработки торфа в кормовые дрожжи

    Исследованиями Института торфа АН БССР показано, что сфагновый и шейхцериевосфагновый торф со степенью разложения менее 20 % содержит 65–78 % (на органическую массу)гидролизуемых веществ, в том числе от 5 до 60 % редуцирующих веществ (РВ), что превышает содержание углеводов в таком растительном сырье, как сахарный тростник и сахарная свекла. Однако для извлечения простых сахаров из сфагнового торфа необходимо осуществлять его химическую деструкцию.

    Наиболее эффективным методом химической деструкции полисахаридов является кислотный гидролиз, который, начиная с середины ХХ в., широко используется в промышленной биотехнологии при переработке углеводсодержащего сырья растительного происхождения.

    Начало развитию исследований по гидролизу полисахаридов, как сообщает В. И. Шарков, было положено в России в начале ХIХ в. (1811 г.) Кирхгоффом и Вуттичем, которыми была открыта возможность превращения полисахаридов древесины в моносахариды под воздействием разбавленных минеральных кислот, а во Франции в этот же период (1819 г.) Браконно осуществлена реакция гидролиза полисахаридов древесины с использованием концентрированных минеральных кислот. Первые работы по гидролизу сфагнового торфа в автоклавах при избыточном давлении были проделаны на опытном заводе в Ютландии (1905 г.) с использованием в качестве катализатора разбавленной серной кислоты. Однако неравномерное распределение ее в торфяной массе не позволило осуществить эффективную деструкцию полисахаридов и получить высокий выход моноз.

    В 30-х гг. ХХ в. обстоятельные исследования по гидролизу малоразложившегося сфагнового торфа (торфяного очеса) в Беларуси проводили профессора В.В. Жуков, И.М. Курбатов и О.В.Троицкая.

    И.М. Курбатовым установлено, что гидролитическую деструкцию торфяного очеса с высоким выходом сахаров (45–50 %) необходимо осуществлять в присутствии 2 %-й соляной кислоты. Это позволяет полностью перевести в растворимое состояние гемицеллюлозы торфа в виде моноз.

    В.В. Жуковым для деструкции гемицеллюлоз увлажненного сфагнового торфа предложено проводить его тепловую обработку в автоклавах при избыточном давлении, не используя минеральные кислоты. Катализатором процесса гидролиза в этом случае выступают органические кислоты, содержащиеся как в самом торфе, так и образующиеся при его «пропаривании».

    Учитывая имеющийся в стране опыт, в Беларуси было принято решение о создании опытного производства по гидролитической переработке торфа. Опытный завод построен в г. Минске в 1936 г. На нем предполагалось отработать технологию производства этилового спирта из сфагнового торфа. Основными трудностями в технологическом процессе обнаружились при разделении прогидролизованной массы, поэтому было предложено нейтрализованную гидролизатмассу вместе с остатком упаривать и использовать в качестве кормовой добавки скоту. Разрушенный в годы Великой Отечественной войны опытный гидролизный завод уже не восстанавливался.

    На протяжении ряда лет в стране велись работы по изучению различных способов и режимов процесса гидролиза торфа, в том числе в присутствии малых количеств концентрированной серной кислоты в вибромельницах. Результаты детального исследования продуктов деструкции торфа показали, что данный метод позволяет получать 95–100 %-й выход РВ от его полисахаридов. Была апробирована с положительными результатами технология гидролиза торфа концентрированной серной кислотой в аппаратах истирающего действия – вальцевых гидролизерах. Выход РВ от полисахаридов торфа составлял 80–85 %. Это свидетельствует о том, что при таком способе гидролиза происходит деструкция не только легко-, но и трудно-гидролизуемых полисахаридов торфа с максимальным выходом РВ и удовлетворительным отделением остатка. Технологическая схема данного производства полностью проверена в экспериментальном цехе на торфопредприятии «Эжерелис» (Литовская ССР), где были также получены опытные партии кормовых белковых дрожжей. Исследования, проведенные Институтом питания Академии медицинских наук СССР показали, что дрожжи, полученные на гидролизатах торфа, отличаются высокими кормовыми свойствами и не обладают канцерогенной активностью. Кроме того, выявлена перспективность использования торфяных питательных сред при синтезе каротинообразующих и липидообразующих дрожжей. Однако несмотря на достижение таких высоких показателей ни вибромельницы, ни вальцевые гидролизеры не нашли практического применения в гидролизном производстве из-за малой производительности и высокой энергоемкости.

    Для апробации Рижского метода Иркутским НИИ ХИММАШ на следующем этапе был разработан и изготовлен опытный образец шнекового гидролизера-экструдера истирающего действия, который смонтирован на опытной установке Бобруйского гидролизного завода, сооруженной в 1975 г. с участием специалистов Института торфа АН БССР.

    Наумовой Г.В. был разработан метод получения осахаренного торфа , используемого в качестве кормовой добавки. На Бобруйском гидролизном заводе была опробована технология использования гидролизатов торфа при выращивании белковых кормовых дрожжей. При этом из 1 тонны сухого вещества торфа можно получать до 200 кг дрожжей. На территории Латвии под Ригой был построен опытно-промышленный цех по гидролизу сфагнового торфа с получением углеводной кормовой добавка для сельскохозяйственных животных - торфяной мелассы. Второй очередью намечалось строительство дрожжевого производства на торфяных гидролизатах, однако распад СССР не позволил завершить эти работы.

                  Технологические характеристики кормовых дрожжей разных групп

    В отличие от белка растительных кормов микробный белок имеет весь комплекс незаменимых аминокислот. По общей питательной ценности 1кг кормовых дрожжей содержит 1,03-1,16 кормовых единиц. Обменная энергия кормовых дрожжей составляет 3600 ккал/кг. Оптимальное углеводно-протеиновое соотношение в кормовых рационах достигается при введении 5-10% дрожжей от сухой массы общего корма. Обеспечение оптимального соотношения углеводов и белка в кормах снижает потребление зерна в 1,5-2 раза в животноводстве. Кроме того, кормовой микробный белок (особенно дрожжевой) - это настоящий премикс, концентрат незаменимых аминокислот, витаминов, а также наиболее ценных для животных микроэлементов. С каждым 1 миллионом тонн кормовых дрожжей сельское хозяйство получает 400-500 тыс. тонн перевариваемого кормового белка, содержащего свыше 220 тыс. тонн незаменимых аминокислот, в том числе более 30 000 тонн лизина, 7 500 тонн метионина, 9 000 тонн цистеина, 12 500 тонн триптофана. Каждая тонна дрожжей высвобождает 5-7 тонн зерна и обеспечивает дополнительно производство 0,4-0,6 тонн свинины, до 1,5 тонн мяса птицы, около 25-30 тыс. штук яиц, при скармливании молочному скоту повышаются удои на 3-3,5 литра в сутки.

    В сухих кормовых дрожжах количество белка составляет 50-52%, в том числе перевариваемого 35-40%, а по содержанию витаминов они превосходят все другие концентрированные белковые корма. Кормовые дрожжи богаты комплексом витаминов группы В, например, содержание витамина В2 (рибофлавина) составляет 48-50 мг/кг. В 1 кг облученных дрожжей содержится от 1000 до 5000 и.е. витамина D2, что в 10-50 раз превышает содержание этого витамина в тресковом жире. Кормовые дрожжи содержат ряд жизненно важных микроэлементов (калий, железо, магний, натрий, кобальт,марганец и др.) и обладают высокой биологической ценностью. Общая питательность 1 кг кормовых дрожжей составляет около 1,15 - 1,2 кормовых единиц.

    В кормовых дрожжах содержатся следующие незаменимые для животного организма аминокислоты (в %): аргинин - 4,3%, гистидин - 2,8%, лизин - 7,5%, цистин - 1,1%, метионин - 2%, треонин - 5,5%, тирозин -4,2%, триптофан - 1,4%, фенилаланин - 4,1%, лейцин - 7,3%, изолейцин - 6%, валин - 5,3%.

    В 1 кг комовых дрожжей содержится (в граммах): кальция - 2,02, фосфора 17,66, перевариваемого белка 348, кормовых единиц - 1,04.

    По данныи НИИ гидролизной и сульфитно-спиртовой промышленности, содержание витаминов в дрожжах (на сухое вещество) составляет (в мкг/г): тиамина (В1) - 18,3, рибофлавина (В2)-48,6, пантотеновой кислоты (В3) - 100, холина (В4)- 2600, никотиновой кислоты (РР) - 326, пиродиксина (В4) - 26,4, биотина (В7) - 9,7, фолиевой кислоты - 18, витамина В12 - 0,08, витимина D2 - 250 (после облучения ультрафиолетом).

    В жировой фракции дрожжей содержится эргостерин (0,5 - 1%), который при облучении ультрафиолетовыми лучами превращается в витамин D2 (кальциферол). В облучаемых кормовых дрожжах содержание витамина D2 больше, чем в рыбьем жире, и превышает 20 000 и.е. Витамин D2 - крайне нужная добавка в корм животных и птиц.

    В производстве кормовых дрожжей одним из основных показателей рентабельности является их выход из единицы перерабатываемой барды. В опытах латвийской сельскохозяйственной академии по выращиванию на барде дрожжей Torulopsis utilis максимальный выход из 1 м3 барды составил 38,3 кг прессованных кормовых дрожжей влажностью 75%.

    Исследованиями В.Б. Фремеля и А.П. Саввина, проведенными в Центральном научно-исследовательском институте спиртовой промышленности, было установлено, что при выращивании на жидкой барде (грубый фильтрат барды, полученный после декантерной центрифуги) кормовых дрожжей можно получать 22 кг абсолютно сухого дрожжевого концентрата на каждый кубометр натуральной барды.

    В пересчете на товарный продукт - кормовые дрожжи с влажностью 10% - выход сухих кормовых дрожжей гарантированно составляет около 24 кг ( максимум 30 кг ) на 1 тонну исходной свежей барды. Для спиртового завода производительностью 3000 дал спирта в сутки выход кормовых дрожжей составит 7200 кг в сутки. Для спиртового завода производительностью 6000 дал спирта в сутки выход кормовых дрожжей составит уже 14400 кг в сутки. Для завода с производительностью 9000 дал спирта в сутки выход сухих кормовых дрожжей составит 21600 кг в сутки.

    На основе этих исследований были разработаны типовые проекты цехов по производству сухих кормовых дрожжей при спиртовых заводах, перерабатывающих крахмалистое зерновое сырье.

    В России производство кормовых дрожжей на барде было начато еще в 1960 году. Первый промышленный цех производительностью 5 тонн в сутки сухих кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде оборудован и введен в эксплуатацию на Пискарихинском спиртовом заводе в Смоленской области. В настоящее время действует производство кормовых дрожжей на многих спиртовых комбинатах: Мариинский спиртовый комбинат в Кемеровской области и Береговской и Песчанский  в Белгородской области, Мамадышский и Шумбутский  в Татарстане.

     

    Проведенные исследования показали, что наиболее перспективным является способ разделения послеспиртовой барды на декантерной центрифуге для получения концентрированнаго кека и осветленного фугата, который в последующем используется для выращивания кормовых витаминизированных дрожжей или хлебопекарных дрожжей. Вторичную дрожжевую барду, получаемую от дрожжевого производства, упаривают на выпарных установках до концентрации 50% СВ , и затем смешивают вместе с концентрированным кеком послеспиртовой барды от декантерной центрифуги и отправляют на паровую сушилку для выработки сухой послеспиртовой барды по стандарту DDGS.

    Таким образом, при комплексной переработке послеспиртовой барды удается достичь прекрасных технико-экономических показателей по прибыли, поскольку из послеспиртовой барды производится уже не один, а два продукта: DDGS + Кормовые дрожжи. При этом качество и количество DDGS сохраняется прежним, т.е. ровно таким, каким было без дополнительного производства Кормовых дрожжей.

    Говоря о комплексной переработке послеспиртовой барды помимо 2х (двух) указанных выше продуктов DDGS + Кормовые дрожжи следует также указать возможность производства собственных осахаривающих ферментов, которые затем применяются в технологии производства спирта. Но о производстве собственных ферментов на послеспиртовой барде см. другую страницу.

     

    Мировой опыт крупнотоннажного биотехнологического производства свидетельствует, что его структура зависит от конкретных условий и определяется, в основном, сырьевой базой. Сырье в крупнотоннажных биотехнологических производствах 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.1.

                  Структура себестоимости производства кормовых дрожжей

    Если же в качестве сырья используется послеспиртовая барда и культуральная жидкость целиком упаривается и высушивается, то это соотношение меняется. Так на Шумбутском спиртзаводе (республика Татарстан) доля сырья в себестоимости производства сухих кормовых дрожжей СКД составляет - 16%, а энергоносителей - 43%, что связано с невысокой стоимостью барды и высокой удельной энергозатратностью процесса сушки. См рис.2.

                  Структура себестоимости производства кормовых дрожжей на послеспиртовой барде

     

    Нормы расхода топлива, воды и электроэнергии на 1 тонну сухих дрожжей (влажностью 10%) зависят от типа используемой сушилки (распылительная или вальцовая):

    • барды 41,3 тонны,
    • углекислого аммония 0,3 тонны,
    • серной кислоты 17 кг,
    • воды 300 м3,
    • условное топливо 3,0 тонн для распылительной сушилки,
    • пара 1,4 тонны на распылительную сушилку или 24 тонны, на вальцовую паровую сушилку
    • электроэнергии 2000 кВт * ч на распылительную сушилку или 2200 кВт * ч - на вальцовую.

     

     

    Таблица. Расход топлива, пара, электроэнергии и воды на получение 1 тонны кормовых дрожжей


    Показатели

    Тип сушилки

    распылительная

    вальцовая

    Условное топливо, тонн

    3

    -

    Пар, тонн

    1,4

    24

    Электроэнергия, кВт*ч

    2000

    2200

    Вода, м3

    300

    300








    В процессе производства кормовых дрожжей образуются следующие количества промежуточных и конечных продуктов и сухого вещества (в кг на 1 тонну исходной натуральной барды с содержанием сухих веществ СВ 7,5% по В.Б. Фремелю и А.П. Саввиной):


    Исходная барда

    1000

    75

    Отделяемая дробина

    180

    22

    Грубый фильтрат после отделения дробины из барды

    820

    53

    Добавляемый раствор сульфата аммония

    5

    2

    Грубый фильтрат, поступающий на выращивание дрожжей

    825

    55

    Дрожжевая суспензия, поступающая на вибросито

    780

    46 (в том числе СВ в дрожжах и взвешенных частиц барды 22)

    Отделяемая на вибросите дробинка

    6

    1

    Дрожжевая суспензия поступающая на сепаратор

    262

    21

    Получаемый дрожжевой концентрат

    512

    24

    Дрожжевой концентрат поступающий на сушилку

    263

    22

    Товарные дрожжи влажностью 10%

    244

    -

    Испаряемая на сушилке вода

    244

    -

    Всего вторичной последрожжевой барды с концентрацией СВ 6,62%

    692

    46

     

    Для решения вопроса полной утилизации послеспиртовой барды в 2002 году во ВНИИПБТ РАСХН разработана и внедрена безотходная технология получения сухих кормовых дрожжей без применения декантерной центрифуги (СКДЦ - сухих кормовых дрожжей цельных, т.е. выращенных на цельной /необработанной на декантерной центрифуге/ необездроженной послеспиртовой барде). Исходной средой для культивирования кормовых дрожжей служит цельная/нативная послеспиртовая барда. Выход СКДЦ составляет 8000 кг, что логично, т.к. на переработку поступает необработанная цельная барда, на 1000 дал спирта. Качество СКДЦ соответствует требованиям ГОСТ 2008374 и ТУ 92912240000806498. Отпускная цена 1 тонну СКДЦ на то время = 5 000 руб.

    Расход материалов на 1 тонну сухих дрожжей по технологии ВНИИПБТ составляет:

    • барды с содержанием сухих веществ 5,5-7,0%        16-17 тонн;
    • технической воды температурой 20-22 С на охлаждение барды, компрессоров, воздуходувок и в технологию 160-170 м3;
    • серной кислоты 10 кг;
    • олеиновой кислоты 2 кг;
    • аммиака водного технического (аммиачной воды) 2 кг;
    • осахаренного сусла 45 кг;
    • сульфата аммония 80 кг или карбамида 30 кг;
    • хлорной извести 1,4 кг;
    • электроэнергии 1400 кВт;
    • топлива нефтяного (мазута) 1,8 тонн условного топива;
    • пара 0,5 т/ч.

                  Цех сухих кормовых дрожжей

    При производстве необходимо наличие оборотного водоснабжения для обеспечения холодной водой теплообменной аппаратуры. А в атмосферу поступают газовоздушные выбросы от сушилки, дрожжерастительных аппаратов и вентиляционные (из помещений). Содержание в воздухе клеток дрожжей не превышает 1,3 - 4,7 тыс./м3, пыли дрожжевой  9 мг/м3.

     

    Третий расчет приведен для производства кормовых дрожжей на основе обездроженной послеспиртовой барды (расчет дан в сравнении с необездроженной послеспиртовой бардой).

     

    Наименование расходных материалов

    1 тонна Сухих кормовых дрожжей, выращенных на барде

    обездроженной

    необездроженной

    Барда послеспиртовая, м3

    82

    55

    Бражка дрожжевая, м3

    92

    60

    Барда последрожжевая, м3

    80

    54

    Меласса, м3

    50

    38

    Соляная кислота (100%-я), кг

    540

    405

    Серная кислота (моногидрат), кг

    600

    450

    Варианты источников питания



    Ортоосфорная кислота (70%я), кг

    85

    65

    Карбамид (46%й), кг

    95

    70

    Диаммонийфосфат (53%й), кг

    110

    85

    Карбамид (46%й), кг

    45

    35

    Суперфосфат (18%й), кг

    290

    220

    Сернокислый аммоний (аккумуляторный)

    216

    160

    Пеногасители

    40

    40

    Воздух, м3

    2100*

    1575*

    Электроэнергия, квт*час

    2230

    1775

    Топливо (условное), тонн

    1,0 — 1,6*

    2,3 — 2,4

    1,0 — 1,6*

    2,3 — 2,5

    Вода, м3

    305 - 480

    230 - 360

    В том числе оборотная, м3

    230 - 405

    175 - 300

    Крафт мешки

    35**

    35**


    50

    50


    * в числителе — расход электроэнергии и топлива при сушке распылением, в знаменателе — то же, на вальцевой сушилке

    ** в числителе дрожжи в порошке, в знаменателе — неизмельченные дрожжи

     

    Технологическая схема получения кормовых дрожжей из барды приводится на рисунке. Послеспиртовая барда, выходящая из бардорегулятора бражной колонны, подается на барабанное сито или декантер 1 с отверстиями диаметром 0,5—0,7 мм для отделения дробины, поступающей в сборник 2. Жидкая часть барды, стекает в сборник 3, температура ее здесь равна 90—95°С. Поступающая барда перед барабанным ситом и в сборнике 3 подогревается паром, чтобы температура ее была не ниже 100°С.

    Для охлаждения барда насосом 4 подается на теплообменник 5. Охлажденная до 35°С барда непрерывно поступает в дрожжерастильный чан 6, сюда же одновременно непрерывно поступают отсепарированные дрожжи из сборника 23 (в количестве около 20% от общего объема дрожжевой суспензии).

    Выращивание кормовых дрожжей в дрожжерастильном чане 6 происходит по непрерывному способу.

    Для аэрации дрожжевой бражки в дрожжерастильном чане воздух подается воздуходувкой 13. Перед воздуходувкой устанавливается висциновый фильтр 12. После воздуходувки воздух проходит оросительную камеру 14, в которой создаются две водяные завесы путем распыления воды через барботеры, и ресивер 15.

    Дрожжевая бражка из дрожжерастильного чана 6 поступает в пеногаситель 16, в котором происходит механическое пеногашение. В случае необходимости сюда же подается пеногаситель. Дрожжевая бражка проходит через сепаратор углекислоты 17 и с помощью насоса подается в напорный чан 18 и отсюда — на центрифуги 19. Отделяемая здесь фракция в виде массы концентрацией 25—30% поступает в сборник 25, а дрожжевое молоко — в сборник 20, из которого оно направляется на дрожжевые сепараторы 21 через ловушку 22.

    Фугат после сепарации дрожжей поступает в сборник 24, а дрожжевое молоко направляется в сборник 23. Из сборника 23 дрожжевое молоко частично поступает в дрожжерастильный чан, как указывалось выше, а основная масса его перетекает в сборник 25 и, смешиваясь с массой, поступающей с центрифуг, образует жидкие дрожжи. Жидкие дрожжи из сборника 25 непрерывно поступают на вальцовые сушилки или трубчатые паровые сушилки26. Для увеличения производительности сушилок и уменьшения их количества перед сушилками следует устанавливать выпарной аппарат для упаривания дрожжевой суспензии после сепараторов до 39—41% по СВ. На сушилках дрожжи высушиваются до содержания влаги 10%. Сушеные дрожжи шнеком 27 подаются в бункер 28, взвешиваются на весах 29, упаковываются в тару 30 и в таком виде отправляются на склад.

    Маточные кормовые дрожжи выращиваются в начале производственного цикла, а в случае необходимости (для систематического подсева) — в процессе выращивания.

    Выращивание маточных кормовых дрожжей проводится в аппарате чистой культуры, состоящем из маточника 10 и посевного чана 9.

    Барда, поступившая в маточник, стерилизуется в нем при температуре 120°С в течение 30 минут и затем охлаждается до 30°С. После этого из посевного чана 9 в маточник 10 поступают посевные дрожжи в количестве 15% от объема маточного сусла. После тщательного перемешивания содержимого маточника часть его вытесняется обратно в посевной чанок, заполняя его до нормального уровня.

    После этого начинается размножение дрожжей как в маточнике, так и в посевном чане при постоянной аэрации. Цикл ращения дрожжей в аппарате чистой культуры принимается 8 часов.

    По истечении этого срока посевные дрожжи из маточника направляются в дрожжерастильный чан 6. После спуска маточных дрожжей цикл работы (набор сусла, стерилизация, охлаждение, инокуляция и пр.) повторяется...

                  Технологическая схема производства кормовых дрожжей на зерно-картофельной послеспиртовой барде

    Воздух, поступающий в аппарат чистой культуры для аэрации, очищается в ватном фильтре 11. Подсев кормовых дрожжей чистой культуры предполагается проводить 1—2 раза в сутки. Один раз в 10—15 суток кормовые дрожжи в посевном чане заменяются свежей культурой, выращенной в лаборатории обычным порядком.

    Фугат, поступающий в сборник 24, подается в сборник 2. Здесь дробина и отсепарированная бражка перемешиваются и в виде вторичной барды с концентрацией сухих веществ около 5 — 5,5% выкачиваются на бардораздаточный пункт или на выпарную установку.

    Часть фугата можно также возвращать в спиртовое производство для замены воды при разваривании.

    Раствор углекислого аммония (или мочевины) находится в сборнике 8 и отсюда частично поступает в дрожжерастильный чан, а в основном — в сборник 2 для добавки к вторичной барде.

    В процессе выращивания дрожжей на барде происходит подщелачивание среды, в связи с чем для поддержания нормальной величины рН среду необходимо подкислять. Для этой цели установлен сборник 7 серной кислоты, откуда по мере необходимости подается необходимое количество кислоты.

     

    Оборудование для производства кормовых дрожжей

    Обозначение

    Характеристика

    Изготовитель

    Теплообменники:

    трубчатые

    пластинчатые


    Поверхность охлаждения 50м2 и 100м2, производительность 12м3/час

    Уралхиммаш, г. Екатеринбург, Россия

    Стерилизаторы пластинчатые

    Производительность 2,5 м3/ч или 6м3/ч

    Болшевский машиностроитеьный завод

    Аппараты чистой культуры дрожжей (комплект из нержавеющей стали):

    малый аппарат

    большой аппарат




    Емкость 0,15м3

    Емксть 1,0 м3




    Изготавливается на месте

    Дрожжанки и дрожжегенераторы (4 и 5й стадии накопления чистой культуры):

    дрожжанка (из нерж. стали)

    дрожжегенератор (из нж. ст)




    Полезная емкость 8м3

    С эрлифным аэратором, емкость 93 м3

    С аэратором НИИСП, емкостью 325 м3, и 600м3




    Изготавливается на месте

    Маршанский машзавод


    Сепараторы дрожжевые

    ВСБ-М, производительностью 18 м3/ч или ВСЖ-2, производительностью 25 м3/ч

    Завод сепараторов

    Сушилка распылительная

    СРЦ-3200, производительность 4 т испаренной влаги в час, или СРЦ-1600, производительность 1650 кг испаренной влаги в час, или СДА-250, производительность 250 кг испаренной влаги в час

    Сумской машиностроительный завод им. Фрунзе (Украина)

    Туймазинский завод химического машиностроения(Башкирия)

    Сушилка вальцовая

    СДА-1200/3600, производительность 1000 кг испаренной влаги в час

    Ростовский машиностроительный завод

    Весы автоматические

    Поток 100

    Тензо-М

    Мешкозашивочная машина


    Китай

     

    Расход воды

    Расход воды на 1 тонну готовой продукции зависит от степени разбавления сусла в бродильнм чане и от схемы использования воды. При полном использовании воды, отходящей от охлаждающих змеевиков дрожжерастительных аппаратов, расход воды составляет 80-100 м3 на 1 тонну прессованных дрожжей .

    Расход электроэнергии

    Основные потребители энергии на дрожжевом заводе - воздуходувки, на которые расходуется до 75% всей энергии. При увеличении разбавления бродящего сусла и нормы продувки воздуха (м3/гл) возрастает выход дрожжей, однако одновременно с этим возрастает расход энергии, причем увеличение расхода энергии превышает рост выхода дрожжей. Кроме того, на расход энергии оказывает существенное влияние сопротивление, преодолеваемое продуваемым воздухом, причем самое большое сопротивление оказывает слой сусла в бродильном чане.

    Обычно расход энергии составляет от 270 до 550 квт*ч на 1 тонну прессованных кормовых дрожжей. Но новые импульсные дрожжерастительные аппараты позволяют в 10 раз сократить расход электроэнергии.

    Автоматизация

    Способ автоматического управления процессом выращивания кормовых дрожжей в дрожжерастильных аппаратах непрерывного действия, предусматривающий измерение и регулирование температуры, рН и уровня культуральной среды в аппарате и регулирование расхода дрожжевого сусла (засевных дрожжей), отличающийся тем, что, сцелью повышения выхода биомассы организмов, дополнительно измеряют рН питательной среды, подаваемой в аппарат, рН дрожжевого сусла, расходы подаваемого на аэрацию воздуха, дрожжевого сусла, питательной среды, кислоты на подтитровку рН в аппарате и концентрацию О2 в выходящих из аппарата газах, регулируют расход воздуха в аппарат с коррекцией по суммарному расходу питательной среды и дрожжевого сусла с учетом концентрации кислорода в отходящих газах, а регулирование уровня культуральной среды в аппарате осуществляют с коррекцией по величине суммарного расхода питательной среды и дрожжевого сусла, регулирование рН культуральной среды осуществляют с коррекцией по расходу кислоты, суммарному расходу питательной среды и дрожжевого сусла с учетом величин рН питательной среды и дрожжевого сусла, причем регулирование расхода дрожжевого сусла осуществляют с коррекцией по величине расхода питательной среды, подаваемой в аппарат.

                  Схема автоматизации дрожжерастительного аппарата в Цехе кормовых дрожжей

                  Функциональная схема автоматизации дрожжерастительного аппарата

    Выводы

    Приведенные данные показывают, что наиболее эффективным с точки зрения экономии постоянных и единовременных затрат является производство сухих кормовых дрожжей на спиртовых заводах.

    1. При фильтровании послеспиртовой барды через сито с отверстиями диаметром 0,75 мм количество отделяемой дробины составляет для зерновой барды 18—20% с содержанием сухих веществ 12—13% и для картофельной барды 13—14% с содержанием сухих веществ 7—8%.

    2. Грубый фильтрат барды содержит 1,5—1,8% взвешенных веществ (в сухом виде) с содержанием 40—42% белка, которые при сепарации отделяются вместе с выращиваемыми дрожжами.

    3. Накопление биомассы выращиваемых кормовых дрожжей достигает 35 — 40 грамм/литр, что составляет 9—10 грамм сухого вещества дрожжей.

    4. Добавление разных форм неорганического азота повышает выход биомассы выращиваемых дрожжей. Наилучший результат был получен при добавлении 0,2 г углекислого аммония на 100 мл среды.

    5. При выращивании кормовых дрожжей на барде значительная часть растворимых веществ РВ остается неиспользованной. Этот вопрос требует дальнейшего изучения.

    6. В процессе ращения кормовых дрожжей на барде наблюдается подщелачивание среды, в отличие от сбраживания сахаристых сред, в которых в таких случаях наблюдается подкисление. Предполагается, что это связано с дезаминированием аминокислот, используемых дрожжами в качестве углеродистого питания.

    7. Из испытанных рас кормовых дрожжей лучшие результаты показали дрожжи Candida Tropicalis.

    8. Общий выход кормовых дрожжей вместе с остаточными дрожжами спиртового брожения составляет 25—30 грамм/литр грубого фильтрата, или 20—24 грамм/литр натуральной барды.

    9. Количество вторичной барды после выращивания и отделения кормовых дрожжей составляет 70—75% от исходной барды.

    10. Путем добавления углекислого аммония можно полностью возместить во вторичной барде весь азот, унесенный дрожжами.

    11. Для повышения концентрации вторичной барды рекомендуется часть фугата возвращать в спиртовое производство для замены воды при разваривании.

    12. Караванский завод кормовых дрожжей. Украина.

    13. Сернурский опытный завод. Мари-Эл. Дрожжи кормовые на цельной послеспиртовой барде.

    14. Интенсификация процесса производства кормовых дрожжей на зерновой барде.

    15. http://www.skpp.ru/projects/index.shtml.

    16. Производство кормовых дрожжей из послеспиртовой зерновой барды по безотходной технологиии ВНИИПБТ (Москва).

    17. Выбор оборудования для Цеха кормовых дрожжей на основании расчета материального баланса и заданной производительности.

    18. Дрожжи кормовые на основе зерновой барды. Римарева, Худякова, Лозанская. Журнал Комбикорма, №7, 2013.

    18.1. Использование послеспиртовой барды в качестве сырья для производства высокобелковых кормовых препаратов. Мельникова, Герман, Захаров, Жарко. Университет машиностроения.

    18.2. Кормление лактирующих коров кормовыми дрожжами И-САК 1026

    18.3. Пищевое поведение коров черно-пестрой породы

    18.3. Кормовые дрожжи И-Сaк от американской компании AllTech

    19. Дрожжи кормовые на основе навоза или природного газа. Журнал Комбикорма, №10, 2014. Круговорот метана в природе.

    20. ГОСТ 28179-89. Дрожжи кормовые - паприн. Технические условия с изменениями № 1, 2. Fodder yeast. Specification.

    21. Материальный баланс производства кормовых дрожжей на основе природного газа (коммерческое название - Гаприн).

    22. Метод определения бензопирена в Паприне. ГОСТ 30087-93

    23. Способ производства биомассы аэробных микроорганизмов. Целью настоящего изобретения является разработка высокопроизводительного и минимально энергозатратного способа производства биомассы микроорганизмов (гаприна) на природном или сжиженном газе (на газообразном субстрате) и создание такого аппарата (ферментера), при котором бы полезно использовалось до 100% газообразного субстрата, а продукты метаболизма (углекислота) отводились бы из аппарата непрерывно при их малой концентрации в КЖ

    24. Повышение эффективности производства сухих кормовых дрожжей

    25. Моделирование и оптимальное управление процессом производства сухих кормовых дрожжей

    24. Способ получения жидких парафинов для производства синтетических моющих средств и белково-витаминных концентратов БВК

    25. Импульсные дрожжерастительные аппараты позволяют в 10 раз сократить расход электроэнергии в производстве кормовых дрожжей.

    26. Рынок парафинов в России

    27. На воронежском дрожжевом заводе произошел дрожжевой взрыв. Видео. Пострадавших нет.

    28. Производство кормовых дрожжей на гидролизатах растительной биомассы.

    29. Новый протеиновый корм Протемил из подсолнечного шрота.

    30. Сборник нормативов для спиртовых и ликеро-водочных заводов. СН.10-12446-99. Нормативы выхода СУХИХ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ и нормы расхода сырья и вспомогательных материалов на производство СУХИХ КОРМОВЫХ, ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ И УГЛЕКИСЛОТЫ (ДИОКСИДА УГЛЕРОДА)

     

    Новые возможности утилизации послеспиртовой барды

    Cпециалистам известно, что кормовые дрожжи усваивают из послеспиртовой барды только 20–30 % всех растворенных органических веществ, хотя теоретически все растворенные органические вещества являются потенциально усвояемыми, поскольку все они имеют природное происхождение.

    Такая задача может быть решена при использовании бактериальных ассоциаций взамен дрожжей, примером является биологическая очистка сточных вод, где глубокое изъятие самых разнообразных органических веществ достигается именно при использовании преимущественно бактериальных ассоциаций, культивируемых в аэротенках (так называемый активный ил). В то же время в многочисленных исследованиях доказано, что бактериальная белковая биомасса, и в частности даже активный ил станций биологической очистки сточных вод, не менее эффективна при использовании в качестве белково-витаминных кормовых добавок в рационах питания животных, нежели кормовые дрожжи.

    Таким образом, для увеличения выработки продукции из послеспиртовой барды профессор, доктор техн. наук Е.Д. Гельфанд рекомендует отказаться от использования дрожжеподобных грибов в качестве продуцентов и перейти к использованию бактериальных ассоциаций. Такие ассоциации легко получить в дрожжерастильных аппаратах при соответствующих режимных параметрах ведения процесса.

    Дело в том, что, исходя из концентрации растворенных органических веществ в барде и экономического коэффициента их преобразования в биомассу, ожидаемая концентрация естественного прироста биомассы составит 20–30 кг/м3 по сухим веществам. Это намного превосходит реально достигнутые значения рабочей концентрации биомассы в серийных (эрлифтных) дрожжерастильных аппаратах ДРА при культивировании дрожжевых продуцентов — около 6–8 кг/м3 по сухим веществам.

    Следует принять во внимание, что удельная потребность дрожжевых продуцентов в кислороде на синтез биомассы значительно выше, чем у бактериальных ассоциаций, поскольку в дрожжевых ассоциациях преобладают облигатные аэробы, в то время как в бактериальных в сопоставимых количествах присутствуют и факультативные анаэробы, и микроаэрофилы, потребляющие очень мало кислорода. При этом сами бактериальные ассоциации и типы взаимоотношений между видами в них значительно разнообразнее, чем в дрожжевых ассоциациях, что также должно способствовать минимизации удельного потребления кислорода на синтез биомассы, а следовательно — достижению более высокой концентрации биомассы в дрожжерастильных аппаратах ДРА, чем при культивировании дрожжей. Расчеты показывают, что удельное потребление кислорода (в растворенном состоянии в среде культивирования) при выращивании кормовых дрожжей в дрожжерастильных аппаратах составляет около 0,2 кг/ч на 1 кг биомассы, находящейся в аппарате (в расчете на сухое вещество); в то же время аналогичный показатель для микроорганизмов активного ила в аэротенках составляет около 0,01 кг/ч, т.е. в 20 раз меньше.

    Другим подтверждением возможности культивирования бактериальных ассоциаций в дрожжерастильных аппаратах при высоких рабочих концентрациях является то, что рабочая концентрация микроорганизмов в аэротенках примерно в 30 раз превышает концентрацию естественного прироста биомассы (рассчитываемую исходя из содержания органических веществ в сточной воде и удельного выхода биомассы). Это обеспечивается постоянным возвратом части биомассы, выделенной из суспензии, в аэротенки. Это же создает возможность выделять биомассу из суспензии путем отстаивания. Следовательно, при переводе дрожжевых цехов на культивирование бактериальных ассоциаций из состава оборудования будет возможно исключить дрожжевые сепараторы (дорогие и сложные в обслуживании), а также отказаться от очистки барды от взвешенных веществ.

    Ожидаемая концентрация суспензий после дрожжерастильного аппарата составит: при переработке мелассно- спиртовой барды до 30 кг/м3, а для зерновой барды около 50 кг/м3 включая дробину); после сгущения в отстойнике можно ожидать удвоения концентрации (как это имеет место при отделении активного ила во вторичных отстойниках станций биологической очистки сточных вод). Дальнейшее концентрирование биомассы возможно с использованием центрифуг, применяемых для очистки барды от взвешенных веществ. На рисунке приведена блок-схема процесса.

                  Блок-схема утилизации послеспиртовой барды бактериальной микрофлорой

    На поток барды 15 м3/ч достаточно одного дрожжерастильного аппарата (предпочтительно конструкции УКРНИ ИСП) вместимостью 600 м3 и одного отстойника объемом 30–50 м3; что касается барды, то остаточное содержание в ней органических веществ составит 5–10 % от исходного.

    Преимуществом бактерий является высокая скорость роста, бόльшее, чем у других микроорганизмов, содержание белка и незаменимой аминокислоты метионина в биомассе. По составу аминокислот бактериальный белок приближается к животному и поэтому имеет бόльшую ценность в качестве кормового препарата. Однако при использовании бактерий должен быть тщательно изучен состав их липидов, так как у некоторых из них в липидах могут содержаться токсины.

    Недостатком бактерий являются маленькие размеры клеток и плотность, близкая к плотности воды, что затрудняет их выделение из культуральной жидкости. Кроме того, биомасса дрожжей и бактерий имеет высокое содержание нуклеиновых кислот (до 12 % и до 16 % соответственно), что ведет к образованию нежелательных продуктов распада в животном организме.

    Применение биомассы микроорганизмов в качестве белковой кормовой добавки требует всестороннего изучения ее состава и свойств, в частности перевариваемости и усвояемости. Испытанию на токсичность должны подвергаться не только живые клетки, но и продукты их метаболизма, а также готовые белковые продукты. Обязательным условием должно быть отсутствие в них живых клеток штамма-продуцента, чтобы не происходил вторичный рост.

    Кормовые дрожжи выращиваются на различных средах непрерывнопоточным способом. По сравнению с периодическим, полунепрерывным и циклическим способом, применяемым в бродильной и микробиологической промышленности, непрерывнопоточный (гомогенно-поточный) способ является наиболее прогрессивным. Осуществляется этот способ в различных вариантах.

     

    Промышленное производство микробного кормового белка.

    Технологическая схема производства микробного белкового корма состоит из следующих основных стадий (независимо от вида используемого сырья): подготовка сырья и приготовление питательных сред для выращивания микроорганизмов; культивирование микроорганизмов; выделение биомассы продуцента из культуральной жидкости; плазмолиз дрожжевых клеток; сушка биомассы; фасовка и упаковка готового препарата. См. рисунок ниже.

                  технологическая схема
производства микробного белкового корма

    Кормовые дрожжи выращиваются на различных средах непрерывнопоточным способом. По сравнению с периодическим, полунепрерывным и циклическим способом, применяемым в бродильной и микробиологической промышленности, непрерывнопоточный (гомогенно-поточный) способ является наиболее прогрессивным. Осуществляется этот способ в различных вариантах. По притоку среды в аппарат различают одно- и двухпоточное выращивание, а по соединению дрожжерастительных аппаратов - параллельное и последовательное.

    Одностадийное выращивание дрожжей. По одностадийному способу питательная среда (кондицированная барда) используется в дрожжерастительном процессе однократно. Культуральная жидкость (последрожжевая бражка), отсепарированная от биомассы дрожжей, является отходом производства и направляется на окисление (окончательное снижение ХПК и БПК) в очистные сооружения.

    Сложный состав источников углерода барды различной химической природы не позволяет в одностадийном процессе использовать с должной полнотой все ее питательные вещества. Поэтому в одностадийном способе используются только легко-усвояемые вещества барды (сахара, аминокислоты, карбоновые кислоты). Трудноусвояемые же вещества (пептиды, липиды) ассимилируются дрожжами лишь частично или остаются неиспользованными.

    При недостаточном времени пребывания среды в дрожжерастительном аппарате или непрерывном ее поступлении возможны также проскоки питательной среды, недостаточно истощенной в одностадийном процессе, особенно в тех случаях, когда выращивание дрожжей происходит в одном, а не в двух последовательно соединенных аппаратах.

    Опытами, проведенными в заводских условиях, подтверждено, что при одностадийном выращивании не достигается ожидаемый выход дрожжей из барды.

    Двухстадийное выращивание дрожжей. По этому способу дрожжи выращивают на барде дважды. Образовавщуюся биомассу дрожжей в первой стадии выделяют на сепараторах и на оттоке повторно выращивают дрожжи другой культуры, чем и достигается полное истощение углеродосодержащих веществ барды и увеличение общего выхода биомассы дрожжей. В этих целях в первой стадии выращивают дрожжеподобные грибы Candida utilis штамм 35 и Tor. pinus штамм 30, а во второй стадии - Trich. cutaneous штамм Л-52, глубоко и полно используют трудноусвояемые вещества, оставщиеся от первой стадии выращивания. В каждой стадии создается питательная среда постоянного состава , наиболее благоприятная для указанных культур дрожжей.

    Отсепарированную биомассу от бражки второй стадии процесса присоединяют к биомассе первой стадии, совместно концентрируют , а после термолиза высушивают.

    Оптимальную температуру во второй стадии выращивания регулируют добавлением 5-10% свежей горячей барды, либо подогревают оттоки путем промывки дрожжевой суспензии водой с температурой 40-50 гр С.

    Преимуществом двухстадийного метода является и то, что все оттоки поступают на вторую стадию выращивания, чем уменьшают потери дрожжей на стадиях второго и третьего сепарирования. Более глубокое использование вещества барды и снижение потерь при сепарировании и обеспечивают увеличение выхода биомассы по сравнению с одностадийным методом выращивания.

    Выращивание дрожжей с рециркуляцией (возвратом) оттока. Отсепарированную дрожжевую бражку ( отток ) подкисляют соляной кислотой до рН=1,8-2,2 (или серной кислотой до рН=3,3-3,5), выдерживают 1,5-2,0 часа для подавления инфекции и подают в количестве до 70-80% от исходной барды в дрожжерастительные аппараты на повторное выращивание. Концентрация питательных веществ барды на столько же процентов снижается. Соответственно уменьшается и количество дрожжевых клеток в единице объема и ослабляется лимитирующее влияние кислорода на их размножение.

    Разбавление барды оттоком позволяет также перерабатывать барду концентрацией 10-12% СВ, не увеличивая объем сточных отходов. При возврате кислых оттоков достигается экономия минеральной кислоты на поддержание оптимального занчения рН культуральной среды.

    При увеличении количества оттоков (до 70-80%), возвращаемых на повторное выращивание, выход биомассы дрожжей увеличивается, приближаясь к выходу, достигаемому при двухстадийном способе культивирования.

    Однако, непременным условием для глубокого культивирования питательных веществ среды является наличие в дрожжевой популяции 20-30% клеток Trich. cutaneus. Этому способствует снижение концентрации легкоусвояемых источников углерода культуральной среды, разбавляемой оттоками. Чем больше их возвращается в ДРА, тем вероятнее спонтанное развитие на обедненной среде дрожжеподобного гриба Trich. cutaneus.

     

    Дрожжерастильные аппараты.

     

    При выращивании кормовых дрожжей на разных средах используют дрожжерастильные аппараты объемом 100-1200 м3, с различными аэрационными устройствами.

    Аэрационные устройства обеспечивают наиболее оптимальную удельную скорость растворения кислорода воздуха в питательной среде. Чем выше скорость растворения кислорода, тем более концентрированные среды можно перерабатывать на дрожжерастительных установках.

    Эрлифные аппараты разных модификаций, получившие наибольшее распространение, обладают низкой абсорбцией кислорода ( 1,4-1,8 кг О2/ м3 * час ), что позволяет перерабатывать лишь разбавленные среды с содержанием источника углерода 1,5-2%.

    С большей в 2 раза скоростью растворения кислорода ( 3,0-3,5 кг О2/м3 * час ) работают аппараты с размешивающими устройствами фирмы Вальдгофа, Фрикса, Фогельбуш.

    Новые турбоаэрационные аппараты конструкции профессора Бойко из ВНИИсинтезбелок обеспечивают наибольшую высокую удельную скорость растворения кислорода ( 6-7 кг О2/м3 * час ).

    В зависимости от мощности спиртового завода дрожжерастительная установка состоит из 1-2 дрожжегенераторов, 2-5 дрожжерастительных аппаратов по 320 и 600 м3, 1-2 емкостей для подкисления оттоков и 1-2 деэмульгаторов с механическими гасителями пены.

    Блоки из 2х и 3х дрожжерастительных аппаратов соединяют так,

    • чтобы можно было выращивать дрожжи в каждом из них параллельно и последовательно,

    • изменять направление потоков от головного аппарата в хвостовой и обратно,

    • применять двухстадийный способ выращивания и с рециркуляцией (возвратом) оттоков.

     

    Техническая характеристика дрожжерастительного аппарата V = 100 м3 (Дк 171Т-15)

    Объем дрожжерастительного аппарата, м 3


    полный

    100

    рабочий

    33

    Расход охлаждающей воды, м3/час

    3

    Расход воздуха, м3/(м3*час)

    50-65

    Давление воздуха, кПа

    60

    Внутренний диаметр аппарата, мм

    3200

    Высота корпуса, мм

    13260

    Габаритные размеры, мм

    13460 Х 3630 Х 3630

    Масса дрожжерастительного аппарата, кг


    пустого

    15220

    с наполнением

    50000

     

    Техническая характеристика дрожжерастительного аппарата V = 320 м3 (613775)

    Объем дрожжерастительного аппарата, м 3


    полный

    320

    рабочий

    100

    Производительность по питательной среде (РВ 2,6%), м/ч

    23-25

    Расход воздуха, м3/(м3*час)

    50-65

    Избыточное давление воздуха, кПа

    60

    Внутренний диаметр аппарата, мм

    3200

    Высота корпуса, мм

    13260

    Габаритные размеры, мм

    13460 Х 4630 Х 4630

    Масса дрожжерастительного аппарата, кг


    пустого

    16755

    с наполнением

    143000

     

    Суммарная вместимость дрожжерастительных аппаратов определяется по количеству перерабатываемой в сутки барды ( из расчета 0,11 м3 барды на 1 дал спирта ) и мощности спиртзавода. На каждые 1000 дал вырабатываемого в сутки спирта-сырца требуется вместимость дрожжерастительных аппаратов, равная 260 м3. В эту величину не входят вместимости аппаратов для подкисления оттоков и дегазации барды.

    Оттоки подкисляют в аппаратах вместимостью 90-100 м3 с эрлифами (типа дрожжегенераторов), размещаемых на высоте 4м для обеспечения самотека в дрожжерастительные аппараты. При суточной мощности спиртзаводов 7000 дал спирта в сутки оттоки подкисляют в одном аппарате вместимостью 100 м3 с аэратором, а при мощности до 12000 дал спирта в сутки - в двух аппаратах.

    Дегазаторы применяют для повышения биологической активности барды путем отдувки воздухом летучих ингибиторов роста дрожжей. Дрожжерастительную установку дополняют аппаратом-дегазатором вместимостью 320 или 600 м3 с аэрирующей системой. Этот аппарат служит и в качестве резервногопри мойке и стерилизации одного из дрожжерастительных аппаратов.

    На каждые два-три ДРА устанавливают один дрожжегенератор вместимостью 100 м3 и один пеногасящий насос.

    На русунке изображены варианты дрожжерастительной установки, состоящей из двух -А, трех -Б и четырех -В дрожжерастительных аппаратов ДРА, емкости для подкисления оттоков, деэмульгатора и дегазатора.

                  Функциональная схема дрожжерастительной установки

    При выращивании дрожжей по двухстадийному способу аппарат для подкисления оттоков 5 используют в качестве второго дрожжегенератора для регулярного культивирования дрожжей Trich. cutaneum, направляемых на вторую стадию выращивания.

     

     

    Распылительные сушилки.

     

    В распылительных сушилках благодаря тонкому диспергированию частицы жидкости получают сильноразвитую поверхность тепломассообмена, вслествие этого процесс сушки протекает интенсивно (10-30 секунд) и температура частиц получаемого продукта не превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. В качестве сушильного агента используется смесь топочных газов от сжигания мазута и атмосферного воздуха.

    Сушильно-распылительная установка Мичуринского спиртового завода расчитана на производство 5 тонн сухих кормовых дрожжей при нормальной влажности дрожжевой суспензии 92% и влажности сухих дрожжей 10%.

     

    Технические характеристики распылительной сушилки Мичуринского спиртзавода.

    Производительность


    По сухим дрожжам, т/сут

    5

    По испаренной влаге,т/час

    2,3

    Температура сушильного агента


    На входе в сушильную камеру

    300

    На выходе

    96

    Циклоны-осадитель тип ЦН-15, диаметр 800 мм, шт.

    8

    Циклон-разгрузитель в системе пневмотранспорта ЦН-15, диаметр 500 мм

    1







     

    Стоит обратить внимание на производительность распылительной сушилки по испаренной влаге и соотнести этот показатель с габаритами.

    Посмотрим, что предлагает китайский производитель: www.jlspray.com

                  расход энергии на распылительную сушилку

     

    Видим, что при производительности распылительной сушилки по испаренной влаге в 30 000 кг/час общий диаметр сушилки составит 22 метра. Ниже, в таблице можно увидеть, что металлоемкость такой сушилки составит 187 тонн.

    При таких габаритах производительность сушилки по сухим дрожжам составит 1 тонну/час.

    Заводом ТУЙМАЗЫХИММАШ освоено производство сушильных установок многопрофильного назначения. А именно, сушилки для сушки молока, яичного порошка, сыворотки, послеспиртовой барды, лекарственных препаратов (хлористого кальция), крови убойных животных (после сушки получается ценнейший лекарственный продукт – черный альбумин), для сушки сапропеля, для сушки зерна производительностью 20 тонн в час.

                  расход энергии на распылительную сушилку

     

     

    Технологические показатели производства сухих кормовых дрожжей.

    Сравнительная характеристика технологических показателей производства кормовых дрожжей в разных странах.

    Показатели

    Россия

    Польша

    Бельгия

    Венгрия

    Чехия

    Питательная среда

    Барда

    Барда + Меласса

    Барда + Меласса

    Барда + Меласса

    Меласса + барда от производства лимонной кислоты

    Выход дрожжей из картофельной барды без сахаромицентов на 1000 дал спирта, кг

    1400-1500

    1200-1400

    1300-1600

    900-1100


    ---с сахаромицентами

    2200-2800

    1700-2000


    2300-2400


    Выход дрожжей из зерновой барды без сахаромицентов на 1000 дал спирта, кг

    3000-3400

    нет данных

    нет данных

    нет данных


    ---с сахаромицентами

    6000`-8000``

    нет данных


    нет данных


    Расход мазута, т/т

    0,8-1,0

    0,6-0,9

    0,4

    0,4

    650-700 м3 газа

    Удельный расход воды, м3/т

    135

    112

    355


    510

    Расход пеногасителей, кг/т

    30-40

    30-35

    Не расходуют

    85

    30-35

    Удельный расход электроэнергии, кВт*ч

    2200-2400

    1800-1900

    1000-1250

    нет данных

    1350

    Удельный расход тепла, ГДж

    3,77*-5,02**

    2,17*-3,77**

    Нет данных

    Нет данных

    5,44

    ` выход из цельной кукурузной барды.

    `` выход из цельной пшеничной барды.

    * при высушивании дрожжей на вальцовых сушилках.

    ** при высушивании дрожжей на распылительных сушилках.

     

    Данные для расчета мощности оборудования цеха сухих кормовых дрожжей

    Основное оборудование

    Производительность цеха сухих кормовых дрожжей (в кг/сут)


    при переработке мелассной барды

    при переработке зерно-картофельной барды

    Без сахаромицентов

    С сахаромицентами

    Дрожжерастительные аппараты, включая дрожжегенераторы (на 1м3 общего объема)

    7

    9

    24

    Сушилки распылительные (на 1м3 камеры)

    30

    30

    15

    Сушилки вальцовые СДА-1200 (на 1м2 поверхности нагрева)

    100

    100

    50

    Сушилки вальцовые ВСГ-1000 (на 1 м2 поверхности нагрева)

    -

    -

    43

    Воздуходувки

    Производительность должна обеспечивать подачу воздуха 55-60 м3/час на 1 м3 аэрируемой среды

     

     

    Отходы производства сухих кормовых дрожжей, сточные воды и выбросы в атмосферу.

     

    При выращивании кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде отходом является вторичная барда, количество которой составляет 65-70% от натуральной барды. В сухом веществе барды содержится значительное количество белка, поэтому она может быть отнесена к белковым кормам, содержащим до 94-95% воды. Химический состав вторичной барды и содержание в сухом веществе барды отдельных составных частей следующие (в %):

    • Сухое вещество    5,4-5,8    100
    • Сырой протеин (N X 6,25)    1,2-1,3    21,5-22,9
    • Безазотистые экстрактивные вещества    2,8-3,1    52,0-53,2
    • Клетчатка    1,0-1,1    17,9-19,3
    • Зола    0,35-0,40    6,0-7,2

    В цехах кормовых дрожжей образуются сточные воды I и II категорий. К водам I категории (условно-чистая вода) относятся отходящая вода из теплообменника, из змеевиков аппаратов чистой культуры , вода от охлаждения подшипников диска распылительной сушилки и воздуходувки, а также водаот диффузора и наружного охлаждения дрожжерастительного чана. Количество условно-чистой воды составляет 300 м3 на 1 тонну вырабатываемых сухих дрожжей. Условно чистая вода используется повторно.

    К водам III категории (производственного загрязнения и хозяйственные) относятся вода от мойки технологического оборудования, полов, воды из душевых и санузлов. Количество воды III категории составляет 3м3 на 1 тонну вырабатываемых сухих дрожжей. БПК5 этой воды составляет 800-1000 мг О2/л. Вода III категории должна подвергаться биологической очистке.

    При выращивании кормовых дрожжей в атмосферу выбрасывается воздух после аэрации среды в дрожжерастительных чанах и аппаратах чистой культуры. Количество воздуха составляет 4000-4500 м3/час для цеха кормовых дрожжей производительностью 3-5 тонн сухих кормовых дрожжей в сутки и 9000-9500 м3/час для цеха производительностью 10 тонн сухих дрожжей в сутки. Температура воздуха 32-35 гр С

    При высушивании дрожжей на распылительной сушилке в атмосферу выбрасывается смесь отработавшего воздуха и топочных газов, количество которых составляет 4500-4800 м3/час, температура 80-85 С.

     




    Кормовые дрожжи. Технологическая схема производства кормовых дрожжей на послеспиртовой барде. //[Электронный ресурс] .- 12.06.2012 .- http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Projects/DDGS/Production_stern_yeast.htm

    При использовании любого материала с данного веб-сайта ссылка на http://www.kirishi-eco.ru обязательна.

    Комментарии

    comments powered by Disqus