Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Ipari fermentációs eljárások alapjai, berendezések Aerob fermentációs technológiák Rezessyné dr Szabó Judit, egyetemi docens Sör- és Szeszipari Tanszék.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Ipari fermentációs eljárások alapjai, berendezések Aerob fermentációs technológiák Rezessyné dr Szabó Judit, egyetemi docens Sör- és Szeszipari Tanszék."— Előadás másolata:

1 Ipari fermentációs eljárások alapjai, berendezések Aerob fermentációs technológiák Rezessyné dr Szabó Judit, egyetemi docens Sör- és Szeszipari Tanszék Ajánlott irodalom: Gyimesi, J. és Sólyom, L. (1979): Élesztő és szeszipari kézikönyv Mezőgazdasági Kiadó, Budapest Pándi, F., Sólyom, L. (1982): Az ecetgyártás Mezőgazdasági Kiadó, Budapest

2 Ipari fermentációs eljárások fevere =forr Értelmezés:biokémikusokipari mikrobiológusok BIOKÉMIKUSOK: szerves vegyületek lebontásához kapcsolódó energia nyerés IPARI MIKROBIOLÓGUSOK: tágabb értelmezés mikroorganizmusok alkalmazása szerves anyagok enzim katalizálta átalakítása céljából A fermentáció híd: ősi kultúrákjelenkor biológusokmérnökök biológiaelektronika, komputer technológia A fermentációs technológia:fermentációs technika feldolgozási technika

3 Levegőztető rendszerek A levegőztetőknek biztosítani kell: az élesztősejtek oxigén ellátását a tápközeg keverését a keletkezett széndioxid eltávolítását Levegőztető rendszerek Álló levegőztetők Forgó levegőztetők Kombinált levegőztetők Hatásfok függ:tartózkodási időtől anyag átadási felület nagyságától Az oxigén beoldódást meghatározza: a levegőztetés módja a levegő buborékok nagysága, száma a levegő buborékok tartózkodási ideje a folyadékban a cefre összetétele a hőmérséklet és a nyomás

4 Álló levegőztetők levegõ be távozó levegõ távozólevegő ő be tápanyagadagolás Perforált csöves levegőztetőSugár csöves levegőztető Rossz hatásfok: 1-2 % Eltömődő furatok Max: 2-5 m 3 reaktorok Külső, belső vízhűtés 1-3 mm-es furatok

5 Forgó levegőztetők Vogelbusch levegőztetőFrings-féle önszívó levegőztető levegő Forgó, üreges propeller perforált vagy hasított Késleltetett buborék eltávozás ford/perc fékező lapok forgó levegő elosztó Kavitációs sapka Előnyei: Nem igényel kompresszort, nincsenek eltömődő furatai, könnyen tisztítható A reaktor teljes térfogatában egyenletesen eloszlatja a levegőt. Jó hatásfokkal dolgozik: %

6 Fermentációs termékek  Mikrobiális biomassza  Elsődleges metabolit termékek  Másodlagos metabolit termékek  Makromolekulák: oenzimek opoliszacharidok  Rekombináns termékek

7 Fermentációs technológia Cél: megfelelő mennyiségű és minőségű élesztő biomassza előállítása Szakaszos technológia – léptéknövelés

8 Élesztő biomassza előállítás műveleti lépései sütőélesztő aktív szárított élesztő inaktív biomassza Melasz és tápanyag előkészítés Oltóélesztő és színtenyészet készítés Oltóélesztő és színtenyészet készítés Üzemi fermentáció Üzemi fermentáció Biomassza kinyerés – Biomassza kinyerés – – feldolgozási technológia – feldolgozási technológia

9 Saccharomyces cerevisiae Sejt morfológia Anyagcserét szabályozó mechanizmusok Pasteur effektus molekuláris oxigén jelenlétében az erjesztés gátlódik Crabtree effektus a cukor felesleg még jó oxigén ellátás mellett is gátolja a légzési enzimeket Fakultatív anaerob szervezet Aerob körülmények között: C 6 H 12 O 6 6CO 2 + 6H 2 O kJ

10 A kereskedelmi sütőélesztő kémiai összetétele Víz: 72 % (20 % külső, 52 % belső víz) Szerepe: oldószer kolloid szerkezet Ásványi anyagok: 5-10 % (sz.a. %-ban) P>K>Mg>Ca>Fe>Na nyomokban: Cu, Zn, Mn, Co Szervesanyagok: % (sz.a. %-ban) szénhidrátok (20-50 %) glikogén glükán-mannán trehalóz fehérjék (30-40 %) emészthetőség (86%) nukleoproteidek lipoidok ( 1-2 %) valódi zsírok szterinek, karotinoidok (ergoszterin) Vitaminok vízoldható vitaminok: B vitamin család PAB Nikotinsav Pantoténsav Biotin Folsav zsíroldható vitaminok: A-prekurzor D-prekurzor E = tokoferol K = phyllochinon U = ubichinon ENZIMEK

11 Az élesztőgyártás alap- és segédanyagai Szénforrás:Melasz Nitrogénforrás: szervetlen nitrogén tápsók: ammónium-szulfátammónium-hidroxidmonoammónium-foszfátdiammónium-foszfát Foszfortartalmú anyagok: mono-, diammónium-foszfát vagy foszforsav Ásványi anyag igény: a melasz fedezi Növekedést serkentő anyagok: biotin adagolás Víz: Levegő: Az élesztő sejtanyagának előállításához ~ 1 kg O 2 / kg élesztő sz.a. szükséges - tisztítása ~ 1 kg O 2 / kg élesztő sz.a. szükséges - tisztítása

12 Melasz összetétele Víz – Cukor/szacharóz – nem cukoranyagok Száraz anyagtartalom: 80 % (50 % cukortartalom) Nem cukor anyagokszervesnem szerves (8-12%) Szerves anyagok: nitrogénmentesek: hemicellulózok Szerves anyagok: nitrogénmentesek: hemicellulózok pektinanyagok pektinanyagok szerves savak szerves savak raffinóz raffinóz invertcukor invertcukor nitrogéntartalmú: szabad aminosavak

13 Melasz előkészítés Előmelegítés Hígítás, savazás HőkezelésDerítés 50 °C pH=5,0 1-2 perc 120 °C 50 °C pH=5,0 1-2 perc 120 °C

14 Oltóélesztő előállítás Színtenyészet: Egysejt kultúra Laboratóriumi színtenyészet Kémcső  200 ml  2000 ml2-3 nap 30°C Üzemi színtenyészet literbuborékoszlop reaktor 1 – 2 m 3 34 °C, 9 – 10 óra A fermentáció folyamatának ellenőrzése: cukorfogyássavfok biológiai tisztaság

15 Üzemi fermentáció több egymást követő szaporítási lépésben Erjeszthető szénhidrát-koncentráció: Ha csökkentjük a fermentlé aktuális cukorkoncentrációját, akkor a szaporodást segítjük elő a szeszképződés rovására. Nagyüzemi megoldás: rátáplálásos technológia Nagyüzemi megoldás: rátáplálásos technológia Klasszikus Mautner féle technológia Klasszikus Mautner féle technológia hígcefrés, sugárcsöves – levegőztetéses eljárás Félfolytonos eljárás Félfolytonos eljárás Szeszgyártással összekapcsolt sütőélesztő eá. Szeszgyártással összekapcsolt sütőélesztő eá. Sűrűcefrés eljárás, forgó levegőztetőkkel Sűrűcefrés eljárás, forgó levegőztetőkkel

16 MAUTNER-féle technológia Üzemi színtenyészet (1. anyaélesztő) Üzemi színtenyészet (1. anyaélesztő) Üzemi szaporítási lépések: Üzemi szaporítási lépések: (2. anyaélesztő) 9 Blg° steril melasz + tápsók; 26-28°C, 15 m 3, m 3 /óra/m 2, 3– 4 % alkohol, 9-10 óra  4 Blg° (3. anyaélesztő) csöves levegőztetők rátáplálásos technológia 100 m 3, 1/3 melasz + tápsók; 28-30°C, m 3 /óra/m 2, (4. anyaélesztő) üzemi ágy készítése: steril melasz 15-20%-a 1,4 Blg°, beoltás a 3. anyaélesztő 1/3-ával, m 3 /óra/m 2, 12 óra 1,4 Blg°, beoltás a 3. anyaélesztő 1/3-ával, m 3 /óra/m 2, 12 óra Tárolás: sűrűtej formájában hűtés Eladó élesztő Eladó élesztő Tápanyag %-a, 0,8 Blg°, beoltás a 4. anyaélesztő 1/5-vel, 300 m 3 /óra/m 2, 12 óra Kitermelés: 100 kg melaszból (50 % cukor)  kg prés élesztő 8-9 Blg° 3 óra 5-6 Blg° 3 óra 2,6-2,8 Blg° adagolás

17 Sűrűcefrés eljárások Technológiai fejlesztés előidézője intenzív levegőztetők Oxigén hasznosulás % Oltóélesztő mennyiségének növelése Melasz felhasználás növelése Szakaszos technológia – fermentor kapacitás növekedése Szaporítási ciklusok: óra 3. generáció  4. generáció 5. generáció Kitermelés: 100 kg melasz  kg présélesztő

18 Feldolgozási technológia Biomassza kinyerés Fermentlé szeparálása, élesztőtej mosása, sűrítése, % sz.a. Hűtés Tárolás Dob- Form. szűrés 35 % sz.a.

19 Szárított sütőélesztő előállítás Fermentáció Fermentáció CÉL: nagy trehalóz tartalmú élesztő biomassza élesztőtörzs enyhén alkoholos közeg: szénhidráttartalom növelése szénhidráttartalom növelése levegőztetés csökkentése levegőztetés csökkentése Feldolgozási technika Feldolgozási technika CÉL: aktív szárított élesztő

20 Aktív szárított sütőélesztő előállítása 35 % szárazanyagtartalom Koncentrálás:35 % szárazanyagtartalom (adalékok: antioxidáns, felületaktív anyagok, stabilizálószerek) Extrudálás (adalékok: antioxidáns, felületaktív anyagok, stabilizálószerek) meleg levegő – fluidizációs szárítóberendezés Dehidratálás:meleg levegő – fluidizációs szárítóberendezés Csomagolás

21 Ecet fajták Ecet: valamilyen etanol tartamú oldat fermentációja során nyert ecetsav tartalmú termék Fajtái: szeszecet borecet almaecet malátaecet savóecet zöldségecet mézecet

22 Ecetsav-baktériumok rendszertani besorolása Rend: Rend: Pseudomonodales Család: Család: Pseudomonaceae Nemzetség: Nemzetség: Acetobacter Gluconobacter (Acetomonas)

23 Ecetsav-baktériumok biokémiája Általános jellemzőik: Általános jellemzőik: szerves anyagok oxidálására képesek (etilalkohol ecetsavvá oxidálása), obligát aerob légzést folytatnak alacsony pH-án (2,5-3,0) is életképesek Gram-negatív jellegűek kicsi, rövid, olykor megnyúlt pálcák, egyesével esetleg láncokban faji tulajdonságaik labilisak, nagy mutációs hajlam Anyagcseréjük: Anyagcseréjük: szerves anyagok oxidálása a pentózkörben az Entner-Doudoroff úton a citromsav ciklusban glikolízis révén történő lebontás nem játszik szerepet Acetobacter: sejtet körülvevő csillózat- esetleg hiányozhat is acetátot, laktátot oxidálják Gluconobacter (Acetomonas): sarki csillózat - esetleg hiányozhat is acetátot, laktátot nem oxidálják nem rendelkeznek a citromsav-ciklus működtetéséhez szükséges enzimekkel

24 Az ecetsav-baktériumok élettani sajátságai Tápanyagigény: Tápanyagigény: C forrás: alkoholok, monoszacharidok N forrás: ammóniumsók, aminosavak, peptidek Ásványi anyagok: P, Mg, K, Ca, Fe, Cu, Mn, S Vitaminok: pantoténsav, tiamin, p-amino-benzoesav, nikotinsav Bioszanyagok: élesztő autolizátum, kukoricalekvár, malátakivonat Alkoholtűrő képesség: Alkoholtűrő képesség: 13 tf % Savtermelő képesség: Savtermelő képesség: tf % Optimális szaporodási hőmérséklet: Optimális szaporodási hőmérséklet: 25-32°C Hőpusztulás: Hőpusztulás: 50-60°C Levegőigény: Levegőigény: az ecetsav-baktériumok 1 g szárazanyagra számolt specifikus oxigénigénye: 7750 ml O 2 /óra

25 Acetobacter és Gluconobacter törzsek etanol oxidációja ecetsavvá Optimális oxidációhoz elegendő oxigén szükséges: az Acetobacter növekedéséhez: etanol > 0,02 % és ecetsav jelenléte is szükséges Az oxigén hiány a sejtek elhalásához vezet Összkoncentráció (g ecetsav/100g + tf % alkohol) OxigénhiánySejtpusztulás 5 %2 min34 % 12 %10 – 20 sec34 % CH 3 CH 2 OH

26 Az ecetgyártásnál alkalmazott tápközegek

27 Ipari eljárások – Nyugvó cefrés eljárások Orleánsi eljárás Pasteur eljárás Hártyaképződés - Diffúziós anyagátadás Fermentációs ciklus idő 8 nap (10 l ecet) Termék: orleánsi borecet 4-5 % ecetsav tartalom, kellemes zamat 1 m 2 alapterület, 30 cm magas Battériákba rendezhető Alapanyag: pasztőrözött bor Elérhető savtöménység: 10 %

28 Mozgó cefrés eljárás – Frings-féle óriásképző m 3 forgácstér Fajlagos levegő: 3-4 m 3 Lefejtés: 0,03 tf % alkohol konc. Első ipari rögzített sejtes eljárás

29 Felületi, mozgó cefrés ecetgyártás műveleti lépései Denaturálás: 34 tf % alkohol 3,3 g/100 cm 3 ecetsav Cefre készítés :11,5 tf % alkohol 1,2 g/100 g ecetsav tápanyag: 1 g/l glükóz 0,5 g/l (NH 4 ) 2 HPO 4 0,5 g/l MgSO 4 0,5 g/l MnSO 4 nyomelem vitamin Fermentáció 0,03 tf % alkohol 11,5 tf % ecet

30 Szubmerz ecetgyártás – Frings acetátor 1Saválló acéltartály 2Levegőztető berendezés 3Levegőrotaméter 4Levegővezeték 5Habtörő 6Eltávozó levegő vezetéke 7Hűtővezeték 8Ellenőrző hőmérő 9Cefreszivattyú 10Fejtőszivattyú Alkográf vezérli az ecet lefejtését a cefre feladását


Letölteni ppt "Ipari fermentációs eljárások alapjai, berendezések Aerob fermentációs technológiák Rezessyné dr Szabó Judit, egyetemi docens Sör- és Szeszipari Tanszék."

Hasonló előadás


Google Hirdetések