ЭлБиб

НАУКА — ПРОИЗВОДСТВУ

•

2003

ПИВО

НАПИТКИ

ющую ему скорость разбавления. По

этому исключается необходимость уда

ления биомассы микроорганизмов пос

ле каждого производственного цикла.

Дрожжи при иммобилизации активны

и могут сбраживать сусло в течение

длительного времени без потери их

свойств.

Как правило, при использовании им

мобилизованных микроорганизмов про

цессы роста и метаболизма микроорга

низмов разделяются. Это позволяет под

держивать их высокую способность к

преобразованию субстратов. Примене

ние иммобилизованных дрожжей дает

возможность управлять брожением, эф

фективно используя каталитические

свойства микроорганизмов, а также со

здать условия для действия непрерыв

ных систем.

Преимуществами использования

иммобилизованных клеток

по сравне

нию с интактными являются:

повышение производительности отде

ления брожения и дображивания, улуч

шение гидродинамического режима в

бродильном аппарате, меньшие площа

ди под оборудованием и капитальные

затраты;

возможность достижения полного

выбраживания сахара, разделения ста

дий размножения дрожжей и брожения

и вследствие этого изменения продуктов

метаболизма дрожжей, достижение на

копления побочных продуктов брожения,

обусловливающих хорошие органолепти

ческие показатели пива; возможность

стабилизации качества продукции;

быстрое и полное отделение сброжен

ного субстрата от клеток микроорганиз

мов, облегчение или полное исключение

фильтрования;

достижение повышенной устойчиво

сти микроорганизмов к неблагоприятно

му воздействию повышенной концентра

ции этанола, кислотности субстрата,

температуры, тяжелых металлов; про

лонгируется действие клеток;

благодаря высокой концентрации

биомассы протекание процессов резко

ускоряется, повышается эффективность

производства;

менее интенсивное размножение

дрожжей и, как следствие, уменьшение

отходов;

меньший объем работ в отделении

брожения и дображивания, подготовки

и выращивания дрожжей и связанные с

этим более низкие текущие расходы;

возможность использования рас

дрожжей (для создания желаемых ор

ганолептических характеристик) неза

висимо от их флокуляционной способ

ности;

возможность использования непре

рывной технологии без затрат на очис

тку и выделение дрожжей, сокращения

объема оборудования, возможность ав

томатизации процесса сбраживания,

снижение объема очистных работ [1, 5].

Методы иммобилизации клеток.

Система с иммобилизованными микро

организмами состоит из микроорганиз

ма, носителя и связующего их звена.

При выборе носителя клеток необхо

димо исходить из того, чтобы он имел по

возможности большую поверхность, про

являл высокуюмеханическую прочность

и обладал длительным периодом дей

ствия. Особенно важно, чтобы носитель

создавал в объеме колонны пористую

структуру, способствующую свободному

проходу сусла, и не препятствовал быст

рому удалению диоксида углерода из си

стемы. Следует также учитывать доступ

ность и экономичность носителя.

Из этого следует, что эффективность

использования иммобилизованных кле

ток зависит от типа носителя.

Носитель влияет как на жизнедея

тельность клетки, так и на сам процесс,

поскольку, будучи равномерно распре

деленным по объему субстрата, он спо

собствует равномерному распределе

нию клеток, интенсифицирует процес

сы обмена и ускоряет выделение обра

зующегося при брожении диоксида уг

лерода.

Носители подразделяют на

органи

ческие

полимерные носители и

неорга

нические

. К ним предъявляют следую

щие требования: они должны быть нера

створимы в реакционной среде, иметь

разные заряды с микроорганизмом;

иметь высокую гидрофильность, хими

ческую и биологическую устойчивость

к продуктам жизнедеятельности клеток

и дезинфектантам, не вызывать неспеци

фической адсорбции, обладать механи

ческой, термической, химической и био

логической прочностью, иметь возмож

ность регенерации, легко гранулиро

ваться и активироваться; иметь разви

тую поверхность, обеспечивающую мак

симальный контакт иммобилизованных

клеток с субстратом; быть безвредными,

доступными, иметь невысокую сто

имость, возможность регенерации, проч

ность удерживания в условиях непре

рывного потока.

Носители для иммобилизации могут

иметь зернистую структуру и быть вы

полнены в виде волокон, пленок, полых

трубок, мембран.

Выбор носителя зависит от техноло

гического процесса, способа иммоблиза

ции и культуры микроорганизмов.

Методы иммобилизации можно раз

делить на

механические, физические и

химические

. Используется также и их

сочетание, например механическое

удерживание микроорганизмов, усилен

ное ковалентным связыванием. Иммоби

лизацию проводят методами хемосорб

ции, ионных и электростатических вза

имодействий, ван дер ваальсовых, ка

пиллярных сил, гидратационных эффек

тов, флокуляцией и коагуляцией, гидро

фобных взаимодействий, биоспецифи

ческой адсорбции.

В брожении практическое значение

имеют:

адсорбция/адгезия микроорганизмов

на поверхности инертных носителей

(древесная стружка, пористая керамика,

кольца Рашига, стекло, уголь, туф, ке

рамика, растительные волокна, силикат

ные минералы, соединения титана, стек

ловолокно и др.);

включение в гели (носитель: альги

нат кальция, желатин, каррагенан, ага

роза, хитозан, пектин, полиакриламид

и др.). Несущую матрицу (ковалентно

сшитые гели, нековалентные гели,

ионотропные гели) получают при жели

ровании в мягких условиях, чтобы по

зволить клеткам дрожжей встроиться в

матрицу с наименьшей потерей их жиз

неспособности;

ковалентное связывание;

мембранное микрокапсулирование

микроорганизмов (носитель: клетчатка,

диатомит, двухфазные эмульсии, мембра

ны различного происхождения) [2, 4, 5].

Наибольший практический интерес

представляет

адсорбционный метод

иммобилизации, при котором происхо

дит физическое взаимодействие микро

организмов и носителя (сорбента). При

этом хорошо протекают процессы мас

сопередачи, снижается неравномер

ность линейных скоростей потока, уве

личивается поверхность контакта иммо

билизованных клеток с субстратом. В

зоне сорбента происходит сорбция био

логически активных веществ —фермен

тов, витаминов, аминокислот и других

стимуляторов роста микроорганизмов,

что способствует активизации жизнеде

ятельности микроорганизмов, а также

концентрирование продуктов автолиза

дрожжей.

Различают физическую и химическую

адсорбцию. Физическая имеет место при

взаимном притяжении молекул —адсор

бтива (адсорбированного вещества) и

адсорбента под действием сил Ван дер

Ваальса. При физической адсорбции не

возникает их химического взаимодей

ствия, а при химической адсорбции, или

хемосорбции, образуются химические

связи между молекулами поглощенного

вещества и адсорбента вследствие хими

ческой реакции между ними.

При адсорбции можно выделить сле

дующие этапы: первичная адсорбция;

вторичная адгезия, обусловленная про

цессами образования клеточных метабо

литов (полисахаридов, белков и т. д.);

накопление последующих клеточных

слоев на поверхности первичного кле

точного слоя за счет поступления мик

роорганизмов в реактор при непрерыв

Эл ктронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека