Процесс аэробного культивирования микроорганизмов на спиртовой барде и зерносырье

Исследование химического состава спиртовой барды и крахмалсодержащего сырья позволило рекомендовать для культивирования консорциума микроорганизмов следующий состав минеральной среды: сульфат аммония 5 г/л, железо сернокислое семиводное 0,1 г/л, цинк сернокислый семиводный 0,05 г/л.

В результате большой серии экспериментов был определен оптимальный по показателям процесса и устойчивости консорциум микроорганизмов, включающий дрожжевую и бактериальную культуры.

В качестве дрожжевой культуры использовали дрожжеподобный гриб Saccharomycopsis fibuligera ВСБ-12, выделенный из сельскохозяйственных отходов селекционным путем. На плотных средах штамм образует круглые с ровным краем колонии размером А—10 мм, выпуклого профиля с ворсистой поверхностью, светло-коричневого цвета, однородной структуры плотной консистенции. После роста в течение 1 сут культура S. fibuligera под микроскопом имеет следующий вид: клетки овальные (4—6)х(6—12) мкм, формируют септированный мицелий, аскоспоры. Штамм невитаминзависимый. Сбраживает глюкозу, мальтозу, ассимилирует углеродные компоненты, глюкозу, растворимый крахмал, арабинозу. Способен активно утилизировать углеводы в высоких концентрациях. Содержание сырого протеина 55—57 %. В консорциуме с дрожжеподобным грибом Saccharomycopsis fibuligera культивировали бактерии Rhodococcus erhytropolis. Штамм невитаминзависимый. Содержание сырого протеина до 70 %. Нетоксичен и непатогенен.

Экспериментальное исследование процессов аэробной ферментации проводили в лабораторном ферментере и на пилотной установке. Лабораторный ферментер с принудительной подачей воздуха и механическим перемешиванием среды имел рабочий объем 5 л, расход воздуха на аэрацию 1 об/(об-мин), скорость перемешивания 1000 об/ мин и объемный коэффициент массопередачи кислорода 1100 ч-1. В процессе ферментации значение pH среды составляло 5,0—5,5, температура 30—32°С. В опытах на пилотной установке использовали ферментер «Абитекс» с объемом 30 л при тех же параметрах процесса и объемном коэффициенте массопередачи кислорода 950 ч-1.

Готовый сухой продукт исследовали на содержание сырого протеина. В суспензии биомассы анализировали содержание сухих веществ (СВ) и редуцирующих веществ (РВ). На диаграммах рис. 5.1, 5.2 представлены усредненные по нескольким опытам данные непрерывного выращивания предложенной ассоциации культур: дрожжей ВСБ-12 и бактерий ВСБ 655 на спиртовой барде и в смешанном субстрате, содержащем барду и измельченное зерно (муку). Опыты проводили в лабораторном ферментере при средней скорости разбавления среды 0,08 ч-1. Выращивание как ВСБ-12, так и ассоциации ВСБ-12 + ВСБ-655 на концентрированной и разведенной спиртовой барде дает различное содержание белка от 50 до 59 %, но вследствие низкого содержания сухих веществ в среде продуктивность процесса культивирования невысокая и составляет в среднем от 1,9 до 3,0 кг/(м3-ч). Из графиков следует, что переход на смешанный субстрат приводит к заметному увеличению продуктивности процесса по биомассе.

Продуктивность процесса непрерывного культивирования

Рис. 5.1. Продуктивность процесса непрерывного культивирования

на спиртовой барде:

1 ВСБ-12; 2ВСБ-12 +ВСБ-655

Продуктивность процесса культивирования микроорганизмов на спиртовой барде и муке

Рис. 5.2. Продуктивность процесса культивирования микроорганизмов на спиртовой барде и муке

Результаты непрерывного культивирования дрожжей ВСБ-12 и ассоциации культур ВСБ-12 + ВСБ-655 на спиртовой барде, а также на зер- носырье (мука + отруби), полученные на ферментере «Абитекс», приведены в табл. 5.4, 5.5.

В ходе опытов проводили микробиологический контроль за культурой микроорганизмов, в отбираемых пробах биосуспензии анализировали содержание сухих веществ (СВ) и редуцирующих веществ (РВ) в начале и конце процесса, и уровень сырого протеина в биомассе (СП).

Таблица 5.4

Технологические показатели процесса выращивания культуры ВСБ-12 и ассоциации культур ВСБ-12 + ВСБ-655 на спиртовой барде различного состава в камеральных условиях

Культура

СВ, %

РВ, %

СП, %

Продуктивность, кг/(м3-ч)

начало

конец

начало

конец

50 % барды + 50 % воды + соли

ВСБ-12

2,9

1,9

0,2

0,07

50

1,9

ВСБ-12 + ВСБ-655

2,9

1,8

0,2

0,05

52

1,8

100 % барды + соли

ВСБ-12

4,7

2,9

0,33

0,12

53

2,9

ВСБ-12 + ВСБ-655

4,8

3,0

0,33

од

59

3,0

Очевидно, используя в качестве субстрата только спиртовую барду, невозможно достичь высоких значений продуктивности. В то же время выращивание на измельченном зерносырье (содержание в водной среде

3,5 %) не обеспечивает высокого накопления протеина в получаемом продукте. Данные по накоплению протеина при использовании только спиртовой барды и смешанного субстрата, полученные в лабораторном ферментере, приведены на рис. 5.3 и 5.4.

Таблица 5.5

Экспериментальные данные процесса культивирования культуры ВСБ-12 и ассоциации культур ВСБ-12 + ВСБ-655 на зерносьрье (мука + отруби) в камеральных условиях

Культура

СВ, %

РВ, %

СП, %

Продуктивность, кг/(м3*ч)

начало

конец

начало

конец

ВСБ-12

6,0

4,3

4,2

0,61

45

4,3

ВСБ-12 + ВСБ-655

6,2

4,6

4,2

0,46

48

4,6

Накопление сырого протеина в процессе непрерывного

Рис. 5.3. Накопление сырого протеина в процессе непрерывного

культивирования

Влияние концентрации муки в смешанном субстрате (спиртовая барда + зерносырье) на уровень протеина в биомассе

Рис. 5.4. Влияние концентрации муки в смешанном субстрате (спиртовая барда + зерносырье) на уровень протеина в биомассе

Использование в смешанном субстрате вместо измельченного зерна ферментолизата со стадии ферментной обработки спиртового производства обеспечивало более высокую продуктивность процесса и содержание протеина в продукте более 60 %. Непрерывный процесс проводили со скоростью разбавления ОД ч-1. В табл. 5.6 приведены усредненные данные камеральных опытов.

Таблица 5.6

Технологические показатели роста культуры ВСБ-12 на смеси спиртовой барды и ферментолизата в камеральных условиях

Субстрат

СВ, %

РВ, %

СП, %

Продук

тивность,

кг/(м3-ч)

начало

конец

начало

конец

Барда + 10 % ферментолизата

4,5

3,2

2,05

0,8

48,9

4,4

Барда + 20 % ферментолизата

7,5

6,2

3,85

1,25

49,4

6,2

Как показали экспериментальные данные, при выращивании дрожжей на смеси спиртовой барды с ферментолизатом зерна достигается значительное увеличение содержания сырого протеина в продукте по сравнению с его содержанием в субстрате (табл. 5.7).

Таблица 5.7

Показатели эффективности роста ассоциации культур на спиртовой барде и ферментолизате зерна

Показатель

Значение

Содержание РВ в исходном сырье, %

3,85

Содержание сырого протеина в исходной барде, %

28,7

Продуктивность, кг/(м3-ч)

6,3

Содержание сырого протеина в получаемом биопродукте, %

62,3

Обобщенные данные камеральных испытаний по влиянию различного содержания зерносырья в смешанном субстрате на продуктивность процесса и накопление протеина приведены в табл. 5.8. Как видно из представленных экспериментальных данных, наилучшие показатели по продуктивности процесса и содержанию протеина в биомассе получены при использовании спиртовой барды в качестве жидкого компонента смешанного субстрата при оптимальной концентрации в нем крахмалсодержащего сырья до 3 %. Увеличение содержания муки в субстрате до 5—6 % приводит к ухудшению массообмена вследствие высокой концентрации сухих веществ в среде, и, как следствие, к некоторому снижению содержания белка в продукте по сравнению с вариантом, где в среду вносится 2—3 % муки и содержание белка составляет 59,0—59,6 %.

Аппаратурная схема технологического процесса получения кормового белкового продукта на основе спиртовой

Рис. 5.5. Аппаратурная схема технологического процесса получения кормового белкового продукта на основе спиртовой

барды и зерносырья:

  • 1 — весы; 2 — аппарат для приготовления раствора солей; 3 — насос подачи раствора питательных солей; 4 — емкость для разваренного зерна; 5 — насос подачи суспензии разваренного зерна; 6, 6а — промышленные ферментеры; 7, — насосы подачи суспензии биомассы; 8 — сборник суспензии биомассы; 9 — насос подачи суспензии биомассы на вакуумную выпарную установку; 10 — сборник для термической инактивации продукта 1; 11 — вакуумная выпарная установка; 12 — промышленные ферментеры;
  • 13 — сборник сгущенной суспензии биомассы; 14 — насос подачи сгущенной суспензии биомассы на сушку; 15 — сушилка;
  • 16 — бункер; 17 — упаковочная машина; 18 — скруббер Вентури

Таблица 5.8

Результаты выращивания ассоциации культур на различных смешанных субстратах (барда + мука) в камеральных условиях

Содержание муки в субстрате, %

СВ, %

РВ, %

СП, %

Продуктивность, кг/ (м3-ч)

начало

конец

начало

конец

1

3,8

3,7

0,87

0,45

58,6

3,7

2

4,8

4,2

1,57

0,39

59,0

4,4

3

5,8

4,2

1,57

0,39

59,6

5,7

5

9,7

8,8

4,53

0,68

57,8

5,9

Пригодность продукта для использования в кормлении животных обусловлена его питательной ценностью (содержанием энергии, протеина, аминокислотным составом) и стоимостью, а также некоторыми другими характеристиками (поедаемостью, технологическими и физиологическими свойствами, токсичностью и т. п.).

Изучение питательности белкового продукта, полученного на спиртовой барде, показало, что обогащение белком одноклеточных микроорганизмов, добавление муки или ферментолизата муки позволяет значительно улучшить не только его питательную ценность (повышается в 2 раза содержание белка, увеличивается содержание незаменимых аминокислот, в том числе лизина, метионина, триптофана, возрастает содержание витаминов), но и органолептические свойства продукта: пропадает специфический спиртовой запах барды, улучшается вкус.

Таким образом, предлагаемая для переработки отхода спиртового производства — спиртовой барды биотехнология позволяет получать высококачественный кормовой белковый продукт. При этом традиционная технологическая схема производства этилового спирта из зерно- сырья (см. рис. 4.5) изменяется. На рис. 5.5 изображена схема с дополнительным технологическим узлом, обеспечивающим получение кормовой белкой добавки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >