ЭлБиб

иноделие

иноградарство

6/2009

виноделие

Адсорбция дрожжевых клеток

на контактных поверхностях

продольно секционированных

аппаратов шампанизации вина

Г. Б. ПИЩИКОВ

, д-р техн. наук

ООО «Завод игристых вин»

дсорбция дрожжевых клеток в от-

личие от адсорбции неорганиче-

ских частиц характеризуется тем,

что в процессе жизнедеятельности мик-

роорганизмов характер их поверхности

может изменяться. В связи с этим из-

меняется в первую очередь скорость де-

сорбции.

Полученные экспериментальные дан-

ные [1] свидетельствуют о значительном

изменении метаболизма дрожжевых кле-

ток под действием их адгезии.

Основная причина этих изменений за-

ключается в специфике условий на поверх-

ности раздела фаз твердого тела и жид-

кости.

Так, на границе раздела фаз концент-

рация питательных веществ, ферментов,

витаминов, аминокислот и других биоло-

гически активных веществ и комплексов

значительно отличается от содержания

их в жидкой среде в сторону увеличения.

В связи с этим адсорбированные дрож-

жевые клетки в отличие от свободных

попадают в зону повышенной концент-

рации важных для их жизнедеятельно-

сти веществ, что значительно повышает

их биологическую активность. Задержка

дрожжевых клеток на поверхности твер-

дого тела приводит к увеличению концент-

рации дрожжей в поверхностном слое,

то есть к адсорбции.

Адгезия микроорганизмов на поверх-

ности твердого тела зависит от состояния

культуры, фазы ее развития, возраста

дрожжевых клеток. При этом уменьшение

адгезионных сил, возникающее в связи

с изменениями структуры клеток, приво-

дит к их отрыву и уносу потоком вина и,

в конце концов, к положительной для про-

цесса шампанизации ротации их на кон-

тактной поверхности.

При реально-вероятностном процессе

с количеством актов взаимодействия, от-

носящихся к разряду больших чисел, сле-

дует ожидать состояние динамического

равновесия между дрожжевыми клетками

и поверхностным слоем на твердом теле:

число поступающих микроорганизмов

должно быть равно числу десорбирован-

ных клеток. Эти две величины различны

по своей природе, так как

первая

всецело

обусловлена свойствами активных дрож-

жевых клеток, а

вторая

зависит от ад-

сорбционных сил, удерживающих старею-

щие микроорганизмы на поверхности.

Взаимодействие между дрожжевыми

клетками и твердой поверхностью в по-

токе жидкости определяется действием

как обычных поверхностных [2], так и спе-

цифических биологических сил.

Вместе с тем, учитывая, что в акте ад-

сорбции дрожжевая клетка взаимодей-

ствует не с одним, а со всеми ближайши-

ми атомами адсорбата, то есть с некото-

рым объемом твердой фазы, построение

единой теории адсорбции микроорганиз-

мов представляется чрезвычайно слож-

ной задачей, не решенной до настоящего

времени [3–5].

Цель работы

— попытка качественно

описать процесс сорбции — десорбции

дрожжевых клеток на твердых контактных

поверхностях.

Итак, дрожжевые клетки пребыва-

ют на поверхности адсорбата в течение

определенного времени

, называемого

временем адгезии (адсорбции). В связи

с этим рассмотрим, например, бродиль-

ный аппарат длиной (высотой)

, продоль-

но секционированный пленочными ко-

аксиальными цилиндрами. Бродильная

смесь движется равномерно между ци-

линдрами, представляющими одновре-

менно секционирующие и контактные

поверхности суммарной площадью

где

— радиус

-го цилиндра,

= 1, 2, …,

Пусть

— число флуктуирующих дрож-

жевых клеток в единице объема бро-

дильного аппарата,

— их масса. Пред-

положим далее, что в адсорбционный

слой на границе

твердое тело — жид-

кость

с диффузионным потоком поступа-

ют дрожжевые клетки массой

, которые

стареют, теряя свою массу со скоростью

, а удерживающие их силы ослабевают.

Вследствие этого за среднее время

происходит десорбция дрожжевых кле-

ток, то есть они покидают адсорбционный

слой.

Пусть далее

— число адсорбирован-

ных клеток на единице площади;

— пло-

щадь, занимаемая одной дрожжевой

клеткой. В этом случае

(2)

где

— коэффициент адсорбции, пока-

зывающий, во сколько раз концентра-

ция дрожжевых клеток в поверхностном

слое увеличивается по сравнению с

Коэффициент

, как правило, — экспери-

ментально определяемая величина.

С учетом вышеизложенного, зная

(

)

, не составляет труда определить та-

кие величины, как

〈

〉

[

–

〈

〉

(3)

∑

〈

〉

(4)

где

— масса адсорбированной клетки;

знак

〈

...

〉

означает среднее значение ука-

занной в скобках величины;

— масса

питательных и биологически активных

веществ, поступающая в систему за еди-

ницу времени (массовый поток) за счет

частичного автолиза дрожжевых кле-

ток.

Так, если адсорбционный слой микро-

организмов монослойный, можно ожи-

дать, что будет соблюдаться закон дей-

ствующих масс [3–5]. Действительно,

пусть

— часть единицы площади по-

верхности, занимаемая адсорбирован-

ными клетками. Тогда (

1 –

) — свобод-

ная часть единицы площади поверхности

адсорбента.

Очевидно, что скорость адсорбции (то

есть переход дрожжевых клеток из бро-

дильного аппарата в поверхностный ад-

сорбционный слой) пропорциональна

свободной части площади поверхности

и концентрации флуктуирующих клеток

в объеме аппарата:

(1 –

)

(5)

а скорость обратного процесса (то есть

переход клеток из поверхностного адсор-

бированного слоя в объем аппарата, на-

зываемый десорбцией) пропорциональна

доле занятой поверхности:

(6)

где

— константы прямого и обрат-

ного процессов.

В состоянии динамического равнове-

сия

, а поэтому имеет место равен-

ство:

(1 –

) =

(7)

УДК 363.143.4; 303.252.41

Ключевые слова:

адсорбция

дрожжевых клеток, продольно

секционированные аппараты

шампанизации вина

–1

= 2













(1)

Электронная Научная Сель коХозяйственная Библиотека