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 mikroba flokkulum gomba pellet egyedi sejt gázbuborék gáz-folyadék határfelület oldott O 2 a fermentlében lépései: 1. gázbuborék - gáz-folyadék határfelület 2. folyadék-film diffúzió 3. folyadék főtömege konvekció 4. mikrobát körülvevő folyadékfilm diffúzió 5. mikrobán belüli diffúzió 6. végső ellenállás az oxigénhasznosulás „reakció ellenállása” sebesség meghatározó lépés: a gázbuborék belsejéből a folyadék főtömege felé irányuló diffúzió HAJTÓ ERŐ K L : Tömegátviteli koefficiens (O 2 -re!) a: Gáz-folyadék hetárfelület K L a: Teljes abszorpciós koefficiens Levegőztetési hatékonyság C*: Telítési O 2 koncentráció C: Aktuális O 2 koncentráció C*= f(T°, O 2 nyomás) Hőtoleráns mikroorganizmus mezofilbe Oxigénabszorpció

5 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

6 Forgó levegőztetők Vogelbusch levegőztető Frings-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: %

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

8 A fermentorok minimális szintű mérési és szabályozási feladatai rpm M hőmérséklet szabályozás P keverés szabályozása pH habgátlás gőz

9 Fermentációs technológia Cél: megfelelő mennyiségű és minőségű termék előállítása Szakaszos technológia – léptéknövelés

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 Melasz előkészítés Előmelegítés Hígítás, savazás HőkezelésDerítés 50 °C pH=5,0 1-2 perc 138 °C 50 °C pH=5,0 1-2 perc 138 °C

16 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

17 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 f A szakaszos tenyésztés végén friss, koncentrált tápoldatot adagolnak a rendszerbe. Az adagolás mértékét a fermentor szabad térfogata határozza meg. Szénhidrát adagolással a katabolit represszió megakadályozható. Nagy a produktivitás

18 MAUTNER-féle technológia Üzemi színtenyészet (1. anyaélesztő) 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 Tárolás: sűrűtej formájában hűtés Eladó élesztő Tápanyag 5-10 %-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) élesztő  kg prés élesztő 8-9 Blg° 3 óra 5-6 Blg° 3 óra 2,6-2,8 Blg° adagolás

19 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

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

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

22 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

23 Ecet fajták Ecet: ~ valamilyen etanol tartamú oldat fermentációja során nyert ecetsav tartalmú termék ~ valamely mezőgazdasági termék kettős fermentációjával előállított ecetsav tartalmú termék Fajtái: szeszecet borecet almaecet malátaecet savóecet zöldségecet mézecet

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

25 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

26 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

27 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

28 Az ecetgyártásnál alkalmazott tápközegek

29 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 %

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

31 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

32 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