1.4 Короткий опис технологічних прийомів отримання
Технологічний процес отримання культивованих кормових дріжджів, виду Saccharomyces cerevisiae зазвичай здійснюється шляхом мікробіологічного синтезу. Це означає, що дріжджі виробляються шляхом культивації та ферментації живильних середовищ, що містять необхідні компоненти для росту та розвитку дріжджів.
Щодо типу виробництва, для отримання кормових дріжджів частіше застосовується асептичний підхід. Асептичне виробництво передбачає дотримання високих стандартів та контролю за забрудненням середовища під час культивації та ферментації дріжджів. Це дозволяє уникнути забруднення продукту шкідливими мікроорганізмами, або збою культиваційного циклу та забезпечити високу якість кормових дріжджів.
Зазвичай отримують кормові дріжджі за неповним циклом. Це означає, що дріжджі культивуються та збираються на певному етапі їхнього росту і розвитку, коли вони досягають оптимальної активності та концентрації корисних речовин. Це дозволяє ефективно використовувати ресурси та забезпечувати стабільну якість продукції.
Включають такі етапи:
Підготовка посівного матеріалу: Для початку виробництва необхідно підготувати чистий посівний матеріал дріжджів. Це може бути активна культура дріжджів або спеціальний посівний матеріал, який містить високоактивні штами дріжджів.
Інокуляція: Посівний матеріал дріжджів вносять у підготовлену живильну середу, що містить вуглеводи, азотні сполуки, мінерали та інші необхідні складники. Цей етап сприяє активному розмноженню дріжджів.
Ферментація: Після інокуляції починається процес ферментації, під час якого дріжджі перетворюють вуглеводи на енергію та продукти метаболізму, такі як амінокислоти, вітаміни та інші корисні сполуки. Цей етап може займати різний час в залежності від типу культури і умов ферментації.
Збір та сушка: Після закінчення ферментації отриману масу дріжджів збирають і піддають процесу сушки. Сушка може здійснюватися шляхом заморожування, сушіння гарячим повітрям або використання спеціальних сушильних апаратів. Метою сушки є збереження активності дріжджів та отримання стабільного та збереженого продукту.
Формування та упаковка: Після сушки дріжджі формують у вигляді гранул або порошку і упаковують у відповідну тару. Упаковка зазвичай здійснюється вакуумними пакетами або пластиковими контейнерами для забезпечення тривалого терміну зберігання та захисту від вологи та інших негативних факторів.
Цей загальний опис технологічних етапів виробництва кормових дріжджів Saccharomyces cerevisiae.
2 Ферментери обладнані механічними засобами перемішування
Ферментери, обладнані механічними засобами перемішування, можуть бути класифіковані за конструктивними особливостями, які включають як сам реактор, так і особливості мішалок. Вертикальні циліндричні апарати представляють собою найбільш поширений тип обладнання в хімічному машинобудуванні і піддаються стандартизації та серійному виробництву, згідно з ГОСТ 20680-75.
Зазначений стандарт передбачає десять типів вертикальних апаратів з механічними перемішувальними пристроями, що відрізняються формою кришок (днищ) і конструкціями мішалок. У даному випадку, мішалка виступає в ролі активного елемента механічного засобу перемішування. В індустріальних ферментерах для біотехнологічних застосувань застосовуються різноманітні конструкції мішалок відповідно до ГОСТ 20680-75, який включає 12 типів конструкцій.
У біотехнології зазвичай віддають перевагу швидкісним мішалкам, таким як лопатеві, гвинтові та турбінні, які оптимально функціонують при в’язкості культурної рідини не більше 50 Па·с.
Рис. 2.1. Конструкції механічних мішалок
а – лопатева мішалка; б – трьохлопатева мішалка; в – шестилопатева мішалка; г – спірально-лопатева мішалка; д – гвинтова мішалка; е – відкрита турбінна мішалка; є – закрита турбінна мішалка; ж – клітьова мішалка; з – листова мішалка; і – шнекова мішалка; к – якірна мішалка; л – рамна мішалка
В промислових ферментерах зазвичай використовують механічні мішалки з обертальним рухом. Перемішування рідкої фази відбувається за рахунок вихорів, що виникають на краях мішалки.
Рис. 2.2. Схема класифікації ферментерів з механічними перемішуючими пристроями
Сучасні багатотоннажні біотехнологічні підприємства віддають перевагу ферментерам змішування вертикального типу з одно валовим багатоярусним перемішуючим пристроєм і серед таких ферментерів найбільш відомою конструкцією виявився ферментер Ф-63-1К-01 для асептичного культивування котре є основним типом культивування для кормових дріжджів.
Причина вибору саме цього обладнання – це масовість даного виду ферментерів
Ферментер обладнаний комплексною системою для миття та стерилізації, яка використовує насичену водяною парою. Для забезпечення герметичності місця введення валу в апарат використовується торцеве ущільнення із термічним затвором типу ТТ. Постачання стерильного повітря забезпечується за допомогою барботера. Для контролю температури культивування застосовується багатосекційна зовнішня сорочка та чотири вбудовані спіральні теплообмінники, які активно взаємодіють у створенні циркуляційних контурів КР.
Рис 2.3 Типове креслення Ф-63-1К-01 і його елементи
Ферментер Ф-63-1К-01 ГОСТ 13372—78.: 1 – привід; 2 – торцеве ущільнення; 3 – теплообмінник; 4 – сорочка; 5 – повітропровід; 6 – вал; 7 – мішалка; 8 – опора конусна; 9 – опора; 10 – опора проміжна; 11 – корпус
Для всіх ферментерів з механічними перемішуючими пристроями характерна наявність уніфікованого конструкційного елементу, що здійснює первинне диспергування газу і він називається первинним диспергатором. Функції такого диспергатора виконує барботер. Первинно диспергований газ може знову бути диспергований вторинним диспергуючим пристроєм – мішалкою. [8]
Апарат споряджений двоярусною мішалкою із закритими турбінками діаметром 600-1000 мм при ширині лопаті 150-200 мм. Крім того, с додаткова відкрита турбіна для диспергування повітряних бульбашок. Барботер ромбовидний, розбірний, виконаних з перфорованих труб, у верхній частині яких в шаховому порядку розташовано 2000-3000 отворів. Апарат розрахований на надлишковий тиск 0.25 МПа. Висота стовпа рідини 5-6 при висоті апарата більше 8 м [8]