ЭлБиб

НАУКА — ПРОИЗВОДСТВУ

ПИВО

НАПИТКИ

•

2003

Основные процессы пивоварения

Г.А. Ермолаева

Московский государственный университет пищевых производств

Продолжение. Начало см. «Пиво и напитки» 1997–2002 гг.

Получение пива с применением

иммобилизованных дрожжей

В помощь

пивовару

Продолжение.

(Начало см. ПиН, 2003, № 4)

Известно, что преимущество иммобили

зации дрожжевых клеток в пивоварении

по сравнению с традиционным сбражи

ванием—улучшенный контакт клетки с

субстратом, в результате чего происхо

дит быстрое сбраживание (более корот

кие производственные циклы из за высо

кой концентрации биомассы дрожжей),

увеличивается производительность пред

приятия, уменьшаются размеры реакто

ров, нет избыточного роста дрожжей,

лучше используются питательные веще

ства субстрата, отделяются дрожжи, уп

рощаются технологические решения про

цесса, существует возможность непре

рывных процессов, снижается риск мик

робиологического заражения, благодаря

возобновляющейся популяции дрожжей

стабильно качество продукта, уменьша

ется количество сточных вод. Технологи

ческий процесс с иммобилизованными

дрожжами легко контролировать и авто

матизировать.

Типы реакторов

Для эффективного осуществления

технологического процесса важен тип ре

актора, который часто предопределен но

сителем иммобилизационной системы.

Критериями при выборе реактора слу

жат: ограничение массопереноса, свой

ства материала носителя, распределение

потока, давление, образование и удале

ние газов, восстановление продукта, спо

собность к мойке, загрузка реактора и

регенерация [4].

Реакторы могут быть подразделены в

основном на 3 группы: с

неподвижным

слоем носителя

, со

смешанным слоем

носителя

(носитель неподвижный, но в

подвижном состоянии) и со

взвешенным

(псевдоожиженным) слоем носителя

Реактор с неподвижным носите

лем

—простейший. Реактор наполненно

сителем с иммобилизованными дрожжа

ми, а сбраживаемая среда проходит в вос

ходящем или нисходящем направлении.

Но за потоком следует осуществлять кон

троль: следить за тем, чтобы реактор не

засорялся, чтобы не создавалось в нем са

мостоятельных потоков, когда все содер

жимое находится не в одинаковом состо

янии, то есть поступление питательных

веществ к дрожжевойклетке должно быть

одинаковым по всему объему. Последнее

может привести к снижению производи

тельности, длительному периоду адапта

ции и меньшей скорости роста клеток по

сравнению со смешанной системой.

Эта системаподходит дляпроизводства

безалкогольногопиваилидляприменения

при дображивании. Избыток биомассы

дрожжей может создать пробку в потоке,

но ее можно частично разрушить проду

ванием, образуемым диоксидом углерода.

Промывку углекислотой можно провести

при некотором избыточном давлении, но

это неблагоприятно для дрожжей.

Проблема избыточного масс переноса

может быть решена рециркуляцией сбра

живаемой среды. Но следует учесть, что

это может привести к выносу дрожжей с

носителя и заблокировать реактор.

В таком реакторе в качестве носителя

могут использоваться

DEAE

целлюлоза

или пористое стекло.

Реактор

смешанного типа

имеет

улучшенный контакт иммобилизован

ных дрожжей с субстратом и поэтому—

удвоенную производительность и требу

ет более короткого времени удержива

ния. В этих реакторах достигают переме

шивания при использовании ожиженно

го носителя или газовой смеси, или ме

ханическим путем.

Свойства носителя влияют на выбор

системы перемешивания. Смешивание

может ухудшить материал носителя, та

ким образом, влияя на конструкцию и эф

фективность системы.

При применении реакторов такого

типа не происходит полного использова

ния питательных веществ среды на одной

стадии, поэтому используют многосту

пенчатый реактор. Возможны две конфи

гурации:

на жидком носителе

петле

вой реактор

[3].

В качестве

жидкого носителя

служат

пористые стеклянные шарики, которые

суспендируются в среде, уменьшая диф

фузионные ограничения и обеспечивая

легкое удаление диоксида углерода [3].

Но это может привести к истиранию ша

риков из за их контакта. Скорость про

качивания в производстве должна быть

высокая.

Петлевой реактор

представляет со

боймногоканальнуюсистему, состоящую

из петель кремнистых соединений. Он

имеет достоинства как твердого носителя,

так ижидкого [3]. Есть ограничения в кон

фигурации каналов, чтобы не было внеш

негомасс переноса.Многопористый реак

тор подходит для одноступенчатой био

конверсии, а для многоступенчатого мо

жет быть применен при непрерывномпро

изводстве пива.

Наиболее часто применяют реактор с

неподвижным носителем

или

реактор

с гомогенным перемешиванием

Этот тип реактора не обеспечивает оп

тимального перемешивания [2]. Частицы

субстрата большого размера вызывают за

купорку реактора, в котором может воз

никнуть разница концентраций субстрата;

образуется много газа. При течении пото

ка снизу вверх активность дрожжейв этом

направлении снижается.

Достоинство реактора этого типа —

низкое усилие сдвига на клетки (осевшие

на поверхностиносителя дрожжииспыты

вают слабую нагрузку).

В реакторах со взвешенным слоем но

сителя за счет дополнительной циркуля

ции среды со скоростью, которая псевдо

ожижает наполнитель, можно достичь хо

роших условий для протекания субстра

та, а также избежать перепадов давления.

Для субстрата не существует никакого ог

раничения. Отсутствует опасность заку

порки, то есть система выдерживает на

личие частиц большого размера. Этот тип

реактора предназначен для работы с по

ристым носителем, поскольку из за повы

шенных усилий сдвига на наружной по

верхности носителя возникают потери

биомассы [2].

По сравнению с реактором с неподвиж

ным носителем затраты энергии здесь от

носительно невелики. Но наряду с необхо

димостью создания большой скорости по

тока следует постоянно отводить тепло,

возникающее в результате трения [2].

Реактор с неподвижным носителем

и с перепуском

занимает промежуточное

положение. У этого реактора по сравне

ниюс реакторомс псевдоожиженнымсло

ем условия протекания лучше, причемпе

репуск организуется таким образом, что

бынаполнитель оставался неподвижным.

Этот тип реактора используют при рабо

те с носителем без пор, таких, как грану

лы из

DЕАЕ

целлюлозы. Так как при ис

пользовании такого реактора происходит

низкое усилие сдвига, то не бывает потерь

биомассы с поверхности носителя [2].

Таким образом, разработаны различ

ные методы иммобилизации клетки. Сна

чала встраивали клетки дрожжей в поли

мерный гель (альгинат и каррагенан).

Важно в этом методе то, что матрица дос

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека