Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние технологии и техники пропагации чистой культуцры дрожжей в пивоварении 11
1.1. Основные свойства пивных дрожжей 13
1.1.1. Строение и состав дрожжевой клетки 13
1.1.2. Обмен веществ дрожжевой клетки 14
1.1.3. Размножение и рост дрожжевой клетки 16
1.1.4. Характеристики пивных дрожжей 18
1.1.4.1. Морфологические характеристики 18
1.1.4.2. Физиологические различия 19
1.1.4.3. Технологические свойства пивных дрожжей 20
1.1.4.3.1. Бродильные свойства 20
1.1.4.3.2. Конечная степень сбраживания 20
1.1.4.3.3. Флокуляция дрожжей 21
1.1.4.3.4. Автолиз дрожжей как нежелательное явление в производстве пива 23
1.1.4.3.5. Дрожжи как инфицирующие микроорганизмы 23
1.2. Разведение чистой культуры дрожжей (ЧКД) 25
1.2.1. Факторы, определяющие размножение дрожжей 25
1.2.1.1. Влияние температуры на процесс пропагации ЧКД 25
1.2.1.2. Влияние начального содержания дрожжевых клеток 27
1.2.1.3. Потребность в кислороде дрожжей Saccharomyces cerevisiae 29
1.2.1.4. Влияние концентрации Сахаров в сусле 30
1.2.1.5. Влияние концентрации продуктов обмена веществ - этанола и углекислого газа 33
1.2.1.6. Влияние концентрации аминокислот и микроэлементов 34
1.2.1.7. Влияние давления и рН среды 35
1.2.2. Выделение чистой культуры дрожжевых клеток 36
1.2.3. Разведение чистой культуры в лаборатории 37
1.3. Заключение по анализу литературы и задачи собственных исследований 38
1.4. Системы пропагации ЧКД 40
1.4.1. Двухаппаратные системы пропагации ЧКД с периодической технологией 41
1.4.1.1. Преимущества и недостатки двухаппаратной системы пропагации ЧКД с периодической технологией 42
1.4.1.2. Математическая модель процесса периодической технологии пропагации ЧКД 43
1.4.2. Двухаппаратные системы пропагации ЧКД с полунепрерывной технологией 48
1.4.2.1. Преимущества и недостатки двухаппаратной системы пропагации ЧКД с полунепрерывной технологией 49
1.4.2.2. Математическая модель процесса полунепрерывной технологии пропагации ЧКД 50
1.4.3. Одноаппаратные системы пропагации ЧКД 57
1.4.3.1. Преимущества и недостатки одноаппаратной системы пропагации ЧКД 58
1.4.3.2. Математическая модель процесса пропагации при использовании одноаппаратной установки 59
2. Системное ислледование способов пропагации чкд и совершенствование машинно-аппаратурной схемы 62
2.1. Основные понятия системологии 62
2.2. Морфология и классификация технологических потоков 64
2.3. Моделирование и анализ систем пропагации ЧКД существующими методами 67
2.3.1. Моделирование и анализ технологических потоков 67
2.3.2. Технологическое обоснование необходимости усовершенствования систем пропагации ЧКД 71
2.3.3. Усовершенствованный способи система пропагации 76
2.3.3.1. Преимущества и недостатки двухаппаратной системы пропагации ЧКД с непрерывным дозированием сусла 80
2.3.3.2. Математическая модель процесса пропагации ЧКД с непрерывным дозированием сусла в пропагатор 81
2.3.3.3. Теоретическое сравнение результатов математического анализа различных систем пропагации 86
3. Экспериментальное подтверждение результатов теоретических исследований 87
3.1. Материалы и методы исследования 87
3.1.1. Лабораторная установка для пропагации ЧКД 87
3.1.2. Определение физиологического состояния дрожжей 88
3.1.2.1. Определение бродильной энергии 88
3.1.2.2. Определение флокуляционной способности 89
3.1.2.3. Определение скорости размножения 90
3.1.2.4. Определение количества резервных веществ в клетке 91
3.1.2.5. Определение числа мертвых клеток 92
3.1.2.6. Определение конечной степени сбраживания 92
3.2. Результаты исследований 93
3.2.1. Экспериментальная пропагация ЧКД 93
3.2.1.1. Пропагация с единовременной подачей сусла в пропагатор 94
3.2.1.2. Пропагация с периодической подачей сусла в пропагатор 101
3.2.1.3. Пропагация с непрерывной подачей сусла в пропагатор 108
3.2.2. Изменение флокуляционной способности дрожжей в зависимости от метода пропагации 115
3.2.3. Изменение бродильной энергии дрожжей в зависимости от метода пропагации 116
3.2.4. Влияние метода пропагации на скорость и динамику размножения дрожжей 117
3.2.5. Влияние метода пропагации на количество мертвых клеток 121
3.2.6. Влияние метода пропагации на количество резервных веществ в клетке 124
3.2.7. Изменение конечной степени сбраживания дрожжей в зависимости от метода пропагации 129
3.2.8. Влияние способа пропагации ЧКД на баланс аэробного и анаэробного размножения клеток 129
3.2.9. Сопоставление эффективности различных методов пропагации 132
3.3. Предполагаемые пути дальнейшего усовершенствования систем пропагации ЧКД 136
4. Оценка экономических преимуществ предлагаемой системы 138
Выводы 148
Приложения 150
Список опубликованных работ 173
Список использованной литературы 174
- Автолиз дрожжей как нежелательное явление в производстве пива
- Преимущества и недостатки двухаппаратной системы пропагации ЧКД с периодической технологией
- Моделирование и анализ систем пропагации ЧКД существующими методами
- Изменение флокуляционной способности дрожжей в зависимости от метода пропагации
Введение к работе
!
Актуальность проблемы. Наряду с используемым сырьем (хмель, солод, вода), а также способом обработки сусла в последние годы все большее внимание обращают на технологические процессы, связанные с дрожжами.
В отличие от прошлых лет сегодня уже недостаточно сбраживать сусло
семенными дрожжами Использование дрожжей с большим количеством
генераций приводит к замедлению процесса брожения, к снижению
способности клеток к размножению, нетипичному поведению при брожении и
к мутациям, которые могут быть вызваны старением культуры '
Кроме того, на многих пивоваренных предприятиях используют ЦКТ Брожение в ЦКТ при повышенных концентрациях и давлениях неблагоприятно воздействует на физиологические свойства дрожжей и, в частности, на их жизнеспособность Поэтому число используемых генераций снижается
При использовании же закупленных производственных дрожжей, что практикуется на многих российских предприятиях существует реальная опасность занесения инфекции. Кроме того, таким дрожжам требуется период адаптации к суслу данного предприятия.
В итоге, для любого современного пивоваренного предприятия, стремящегося прочно занять свою нишу на рынке, крайне необходимо!иметь свою установку для пропагации чистой культуры дрожжей (ЧКД), так как это значительно влияет на качество и стабильность получаемой конечной продукции
В настоящее время существует достаточное разнообразие как машинно-
аппаратурных схем для пропагации ЧКД. Однако все предлагаемые установки,
имеют значительные недостатки и не всегда позволяют пивовару, получить
желаемый конечный результат, а именно, чистую культуру дрожжей в
достаточном количестве за максимально короткий промежуток времени с
гарантированной микробиологической чистотой и высокой
жизнеспособностью.
Цели исследований
Разработка научного обеспечения процессов пропагации ЧКД и совершенствование на его основе технического и технологического уровня производства
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие основные задачи:
изучить существующие системы пропагации ЧКД, выделить и систематизировать их недостатки и преимущества; I
изучить и систематизировать технические и технологические проблемы, возникающие при пропагации ЧКД с использованием ныне существующих схем,
создать методологические основы исследования и совершенствования систем пропагации ЧКД;
описать математически процессы пропагации ЧКД и на основе полученных данных создать математические модели, описывающие/
процессы пропагации ЧКД существующими способами от задачи посевной дозы в пропагатор до момента отправки ЧКД в цех брожения;
на основе системного анализа и синтеза, а так же анализа разработанных математических моделей и основных проблем, возникающих при пропагации предложить принципиально новый способ пропагации ЧКД и машинно-аппаратурную схему;
изучить влияние способа пропагации на качественно - количественные показатели получаемой ЧКД;
Спрогнозировать дальнейшее развитие систем пропагации ЧКД Научная концепция
В основу научного решения проблемы совершенствования процессов и систем пропагации ЧКД положен системный подход, позволяющий не только понять принципы функционирования и организации систем пропагации ЧКД, но и спрогнозировать дальнейшее развитие техники и технологии этих систем.
Научные положения
обоснован принцип интенсификации процесса пропагации ЧКД в пивоварении;
обоснован принцип создания новых систем пропагации ЧКД в пивоварении;
Научная новизна
На основе системного и математического анализа, а также экспериментальных исследований:
вскрыты закономерности организации и функционирования и развития систем пропагации ЧКД,
впервые установлена зависимость времени генерации штамма не только от температуры, но так же и от способа пропагации;
разработана операторные и математические модели описывающие процессы пропагации ЧКД различными способами, положенные в основу методики рационального выбора технологии и аппаратуры, а так же прогнозирования технологического эффекта при размножении дрожжевых клеток;
впервые установлен эффект зависимости упитанности дрожжевых клеток от способа пропагации;
впервые установлен эффект зависимости количества мертвых клеток от способа пропагации;
впервые установлен эффект зависимость бродильной энергии дрожжевых клеток от способа пропагации,
впервые установлен эффект зависимости продолжительности брожения сусла от способа пропагации ЧКД
косвенно подтверждено, что пропагация ЧКД - это процесс Аэробно-поддерживаемого брожения
выдвинута теория, объясняющая природу шока в который попадают дрожжевые клетки при очередной задаче сусла в пропагатор и переходе их из log-фазы пропагации в lag-фазу
Практическая значимость результатов
разработана и изготовлена универсальная лабораторная установка,
позволяющая производить экспериментальную пропагацию ЧКД любым
из известных способов,
созданы математические модели, описывающие процесс пропагации ЧКД
как известными современными способами, так и предлагаемым способом,
позволяющие оценить использование того или иного способа при
пропагации определенного штамма дрожжей;
разработан новый способ пропагации ЧКД. позволяющий ускорить
процесс и добиться повышения качества получаемого продукта;
разработана новая Машино-аппаратурная схема, позволяющая
реализовать предложенный способ пропагации, а так же решить
основные проблемы, возникающие при пропагации ЧКД;
Предложены пути дальнейшего усовершенствования систем пропагации
ПРОБЛЕМНО-ЦЕЛЕВАЯ СТРУКТУРА РАБОТЫ
Цель работы разработка научного обеспечения
процессов пропагации ЧКД и
совершенствование на его основе
технического и технологического
уровня производства
Научная концепция
Применение системного подхода,
позволяющего вскрыть общие
закономерности организации,
строения, функционирования и
развития систем пропагации ЧКД
Основные задачи
Этапы работы
Научные положения
Изучить существующие системы пропагации ЧКД,
выделить и систематизировать вх недостатки и
преимущества
Изучить и систематизировать технические н
технологические проблемы возникающие при
пропагации ЧКД с использованием ныне
существующих схеы
Создать методологические основы исследования и совершенствования систем пропагации ЧКД
Создать математические модели, описывающие
процессы врогшгацнн ЧКД от задачи посевной дозы I
пропагатор до момента отправки в цех брожения
Теоретическое
изучение
существующих
систем и способов
пропагации,
выявление основных
проблеми
Системные исследования
Математические
исследования
Обоснование
интенсификации процесса ііропагации ЧКД в пивоварении,
Обоснование
принципа создания новых систем пропагации ЧКД
предложить принципиально новый способ пропагации ЧКД и машинно-аппаратурную схему
Системный анализ, анализ математических моделей н выявленных
проблемы
Изучить влияние способа пропагации на качественно- ^_ Экперименталы
исследования
количественные показатели ЧКД
Прогнозирование развития систем пропагации ЧКД Ш-
Системные
исследования
Внедрение практических разработок в промышленность
Автолиз дрожжей как нежелательное явление в производстве пива
В живой дрожжевой клетке протекают разнообразные биохимические процессы, направленные на поддержание ее жизнедеятельности. При отмирании клетки согласованность этих процессов нарушатся, начинается автолиз. Сущность автолиза состоит в распаде составных частей клетки (белковых веществ, углеводов, жиров и т.д.) под действием ее собственных ферментов. Автолиз характеризуется выделением в среду целого ряда веществ - продуктов распада белка (пептидов и аминокислот), пуриновых, пиримидиновых оснований, липидов, различных витаминов и ферментов. Низкомолекулярные продукты распада диффундируют через стенки клеток в пиво, вследствие чего в нем возникают дрожжевой привкус и коллоидные помутнения.
Процесс автолиза может быть стимулирован хранением дрожжей в тепле, низкая температура (около 0С и ниже) предотвращает автолиз дрожжей, что и учитывается в производственной практике на стадии дображивания и выдержки пива [7,8].
Внутренние причины автолиза еще неизвестны, однако существуют теория о самоубийстве дрожжей. То есть в условиях дефицита дрожжи могут умирать запрограммированной смертью. Ученные предполагают, что при этом большое число клеток жертвует собой для немногих, которые могут выжить благодаря освободившимся в результате этого питательным веществам [9].
Обязательным условием получения высококачественного пива с отличными органолептическими свойствами и высокой биологической стойкостью является микробиологическая чистота пивоваренного производства. Достижение необходимого санитарно-микробиологического состояния производства невозможно без предотвращения его инфицирования на всех стадиях - от сырья до готового пива. И эта проблема наиболее актуальна для отделения ЧКД, поскольку зараженная ЧКД может окончательно и бесповоротно испортить вкус и аромат пива, которые в последствии невозможно будет устранить.
Заражение ЧКД - контаминация происходит как посторонними культурами, к примеру, дикими дрожжами, так и мутированными дрожжами этого же штамма. Причем мутированные дрожжи часто по своему поведению очень сильно напоминают дикие. Дикие дрожжи оказывают серьезное влияние на ход технологического процесса и качество получаемого пива.
При попадании в сусло на стадии брожения, дикие дрожжи не могут интенсивно развиваться, так как их рост подавляется культурными дрожжами, количество которых значительно больше. В конце брожения большая часть диких дрожжей не седиментирует вместе с культурными дрожжами и попадает на стадию дображивания, где дикие дрожжи развиваются быстрее. Кроме того, некоторые дикие дрожжи, размер клеток которых меньше чем у культурных дрожжей, могут не задерживаться при фильтрации готового пива и таким образом вызывают помутнение готового продукта.
Дикие дрожжи часто инфицируют семенные дрожжи, что приводит в дальнейшем к замедленному или останавливающемуся брожению, а иногда и к изменению флокуляционной способности дрожжей. Развитие подавляющего большинства диких дрожжей в пиве зависит в значительной мере от достигнутой степени сбраживания, и при наличии достаточного количества экстракта в пиве возможность развития в нем диких дрожжей резко возрастает. Влияние диких дрожжей на качество пива [46]:
Вызывают помутнения пива от слабого до очень сильного, образование осадка, иногда очень значительного. Вследствие образования высших спиртов, ацетилдегида, эфиров и других продуктов метаболизма в пиве появляется неприятная горечь, посторонний вкус (царапающий, горький) и аромат (эфирный, винный, фенольный).
Несмотря на то, что дикие дрожжи обычно составляют лишь небольшую часть от общего количества дрожжей, они могут оказывать очень сильное влияние на качество пива [3].
Принцип разведения ЧКД состоит в том, что активные дрожжевые клетки изолируют и размножают в стерильных условиях до тех пор, пока их количества не будет достаточно для использования в стандартной бродильной емкости [10,44]. При разведении ЧКД различают три стадии: получение пригодных дрожжевых клеток; разведение ЧКД в лаборатории; пропагация ЧКД на производстве[7,8]. Но, прежде всего, необходимо изучить факторы, определяющие размножение дрожжей. Факторы, определяющие размножение дрожжей Цель размножения ЧКД состоит в том, чтобы за кратчайшее время подготовить в стерильных условиях задаточные дрожжи с правильным метаболизмом, которые обеспечат нормальное брожение и хорошее качество пива [11, 63]. При этом решающее значение приобретают правильная обработка дрожжей и их разведение.
Преимущества и недостатки двухаппаратной системы пропагации ЧКД с периодической технологией
Преимущества и недостатки двухаппаратных систем пропагации ЧКД с периодической технологией Преимущества: автономная работа каждого пропагатора, что обеспечивает надежность прохождения всего технологического процесса; возможность получения ЧКД до двух раз в неделю; обеспечение сохранения посевной дозы в маленьком пропагаторе, что позволяет брать ЧКД из лаборатории всего два раза в год. Недостатки: более сложная конструкция установки (по сравнению с остальными) из-за необходимости обеспечить каждый пропагатор и паровой и охлаждающей рубашками и соответствующей арматурой, а так же насосом и устройством для аэрации; необходимость в более квалифицированном и обученном персонале ввиду насыщенного машинно-аппаратурного наполнения схемы; наибольшая себестоимость установки. Для определения начального содержания клеток в пропагаторе воспользуемся формулой: где Vk := 50 л - количество ЧКД задаваемое из колбы Карлсберга в пропагатор; Х0 :=60 млн.клеток/мл - содержание клеток ЧКД задаваемой в пропагатор из колбы Карлсберга; Vpl = 2000 л - количество сусла, задаваемое в пропагатор при первой задаче; Тогда начальное содержание клеток в пропагаторе составит: 60 "О млн. клеток/мл Согласно известной зависимости можно определить количество клеток в пропагаторе в определенный момент времени, зная удельную скорость роста где N клеток/мл - содержание клеток в данный момент времени; t ч - время от начала пропагации; ц ч"1 - удельная скорость роста Удельная же скорость роста легко определяется, зная продолжительность генерации, то есть время, за которое количество клеток удваивается, данного штамма дрожжей при данной температуре [14,18, 22]. где tg ч - время удвоения или продолжительность генерации; Согласно Мангеру [14] (смотри табл.1) продолжительность генерации при 20С составляет tg : 5.0 ч. Тогда подставив уравнения 1и 3 в 2 получим уравнение размножения ЧКД при пропагации для данного штамма при данной температуре: Построим график роста количества ЧКД по времени согласно формуле (4) рисунок 16: Данный график характеризует рост количества клеток в пропагаторе при пропагации ЧКД учитывая только log-фазу процесса Время (ч) размножения, однако известно, что Рис {6 Рост содержания клеток ЧКД в при начале пропагации дрожжи log-фазе находятся на lag-фазе, продолжительность которой зависит как от температуры пропагации, так и от соотношения вносимого посевного материала (клеток ЧКД) к количеству сусла в пропагаторе. То есть формула для определения количества клеток ЧКД при пропагации с учетом lag-фазы примет вид: где tl ч - продолжительность lag-фазы; согласно данным, полученным на производстве, а так же учитывая данные исследований Вакербауера и остальных, при пропагации ЧКД штамма Hebru и штамма RH, продолжительность lag-фазы при 20С и начальном содержании клеток К2 млн. клеток/мл можно принять равной tl := 16 ч. Тогда построим график роста количества ЧКД по времени с учетом lag-фазы согласно формуле (5) рис.17.: перекачивается из меньшего пропагатора в больший, где уже находится определенное количество простерилизованного и охлажденного сусла Vp2 XI := 75 млн. клеток/мл - содержание клеток ЧКД в пропагаторе при второй задаче сусла; Vp2 := 6000 л - количество сусла, задаваемое в пропагатор при второй задаче; Тогда содержание клеток в пропагаторе при второй задаче сусла определится по формуле: При второй задаче сусла клетки снова испытывают "шок" и переходят из log-фазы в lag-фазу при этом продолжительность lag-фазы til гораздо меньше, примем til := 3 ч:
Тогда содержание клеток в момент времени t после второй задачи сусла с учетом lag-фазы определится по формуле: где ts ч - продолжительность пропагации ЧКД до второй задачи сусла. Это время можно определить согласно формуле: программной модели пропагации ЧКД на пивоваренном заводе необходимо предварительно для данного конкретного штамма дрожжей, используемого на предприятии, при конкретных условиях пропагации (состав сусла, первой задаче сусла tl и продолжительность lag-фазы при второй задаче сусла til. Имея эти данные и используя данную программную модель можно достаточно точно теоретически рассчитать какое содержание клеток будет в пропагаторе в определенный момент времени. К примеру, определим содержание клеток в момент времени равный 60 часам с начала процесса пропагации рис.20., из графика видно, что содержание клеток в пропагаторе при t=60 ч должна быть 109,6 млн. клеток/мл. Установка состоит из двух аппаратов с рабочим объемом, к примеру, 80 и 40 гл, больший из которых является пропагатором и оснащен рубашкой охлаждения и устройством для аэрации (рис.16) [7, 70]. В нем и происходит весь процесс размножения ЧКД. Меньший аппарат выполняет функцию стерилизатора и оснащен как паровой, так и охлаждающей рубашкой. При условии непрерывной работы ЧКД из лаборатории так же берется всего два три раза в год и задается в пропагатор. В дальнейшем же процесс пропагации ведется отъемно - доливным способом. полунепрерывным способом Пропагация с использованием данной схемы происходит по следующим этапам: после мойки и стерилизации паром стерилизатор заполняется суслом 5 гл, сусло стерилизуется под давлением, затем охлаждается; пропагатор и подводящие трубы моются и стерилизуются, после чего в него перекачивается стерилизованное сусло 5 гл из стерилизатора; в пропагатор задается посевная доза ЧКД 50 л из колбы Карлсберга и начинается пропагация; в стерилизатор вновь задается сусло в количестве 35 гл, сусло стерилизуется под давлением и охлаждается; труба, подводящая сусло к пропагатору моется и стерилизуется и когда количество дрожжевых клеток в пропагаторе достигнет требуемой величины, стерилизованное сусло 35 гл из стерилизатора перекачивается в пропагатор; в стерилизатор в третий раз задается сусло в количестве 40 гл, сусло стерилизуется под давлением и охлаждается; труба, подводящая сусло к пропагатору моется и стерилизуется и когда количество дрожжевых клеток в пропагаторе достигнет требуемой величины, стерилизованное сусло 40 гл из стерилизатора перекачивается в пропагатор; когда количество дрожжевых клеток в пропагаторе достигнет требуемой величины (80-И20 млн. клеток/мл), 75 гл выращенной ЧКД подается в бродильное отделение, а 5 гл ЧКД оставляется в пропагаторе; дальнейшая пропагация ведется отъемно-доливным способом, при котором в пропагатор периодически добавляется сусло из стерилизатора, при этом посевная доза сохраняется в самом пропагаторе.
Моделирование и анализ систем пропагации ЧКД существующими методами
В каждой технологической операции выполняются две основные функции: обработка объекта (технологический процесс) и перемещение объекта в рабочую зону.
Особенности сочетания технологического и транспортирующего процессов оказывают влияние как на производительность операции, так и на конструктивное устройство машин и аппаратов. Эти особенности положены в основу классификации технологических операций [24,25].
Технологические операции подразделяются на четыре класса: Операции I класса характеризуется тем, что технологическая обработка сырья и его перемещение в рабочую зону разобщены по времени, то есть транспортирующий процесс чередуется с технологическим.
Повышение производительности такого оборудования возможно за счет сокращения продолжительностей технологического и транспортирующего процессов. При этом следует учитывать, что скорость транспортирующих процессов ограничена допустимыми динамическими характеристиками исполнительных органов машины, а скорость технологических процессов ограничена специфическими свойствами обрабатываемого материала. Эти факторы являются существенным препятствием при увеличении производительности оборудования для реализации операций I класса.
Операции II класса характеризуются синхронностью транспортирующего и технологического процессов. Транспортирующий процесс в таких операциях непрерывен, а его скорость равна скорости технологического процесса.
Повышение производительности оборудования этого класса может быть достигнуто за счет увеличения скорости транспортирующего процесса, но она, к сожалению, не может превышать определенные предельные значения скорости технологического процессе, которая лимитирована специфическими свойствами обрабатываемого материала. Операции III класса характеризуются не только синхронностью транспортирующего и технологического процессов, но и их взаимной независимостью.
Повышение производительности такого оборудования может быть достигнуто исключительно за счет увеличения скорости транспортирующего процесса. Ограничением в этом случае является уже не технология выпускаемого продукта, а технология машиностроения. Операции IV класса характеризуются не только синхронностью и взаимной независимостью технологического и транспортирующего процессов, но и массовым транспортированием объектов через рабочую зону.
Повышение производительности оборудования этого класса может быть достигнуто как за счет увеличения скорости транспортирования, так и за счет увеличения количества объектов в поперечном сечении технологического потока.
Итак, из данной классификации видно, что чем выше класс операции, тем более перспективной она является с точки зрения увеличения производительности. Любой технологический поток, в котором присутствует несколько операций, так же можно охарактеризовать определенным классом - класс потока будет равен наименьшему классу операций, применяемом в нем.
Кроме класса потока каждый технологический поток можно охарактеризовать еще и типом потока. Тип потока определяется числом классов операций входящих в его состав. То есть если тип потока 2, то, следовательно, в нем есть операции только двух классов, а их количество и конкретно какой класс не влияет на данную характеристику.
Приведенная классификация позволяет диагностировать степень совершенства технологического потока, которая возрастает с повышением класса и понижением типа. Кроме того, строение потока определяется связями между смежными операциями, при этом потоки подразделяются на: потоки с жесткой связью - при этом продолжительность каждой операции должна быть одинаковой или кратной продолжительности ведущей операции; потоки с полужесткой связью - в них функционируют группы смежных операций с жсткой связью, а между собой эти группы соединены гибкими связями в виде операций накопления и хранения; потоки с гибкой связью - в них операция хранения присутствует между всеми технологическими операциями.
Следовательно, исходя из описанной классификации, при разработке новых или модернизации существующих технологических схем необходимо стараться увеличивать класс выполняемых операций в потоке и при этом снижать тип этого потока и стремиться к тому, чтобы все потоки имели между собой только жесткие связи.
Изменение флокуляционной способности дрожжей в зависимости от метода пропагации
Согласно Бронну и Анемюллеру (BW2.2000 и BW2.2001) в 1 г сухого в-ва/л равен примерно 40 млн.кл/мл. Следовательно, для дрожжей выращенных по способу пропагации в одном танке, где достигнутое содержание при отборе проб была равна примерно 97 млн.кл/мл, количество сухого вещества будет равно примерно 2,5 г/мл. Согласно процедуре проведения анализа необходимо З г сухого вещества, то есть необходимо для анализа взять 1.2 мл сусло-дрожжевой суспензии. Затем сусло отфильтровывалось через специальную салфетку, задерживающую все дрожжевые клетки. Отобранные дрожжевые клетки переносились в мерный цилиндр. Анализ проводился согласно процедуре, описанной в п. 3.1.2.2. Анализ проводился по окончании каждого повторения при трех методах пропагации. Результаты анализов представлены в табл.25 Таблица 25 . Зависимость флокуляционной способности клеток от метода Анализ проводился согласно процедуре описанной в п.4.1.2.1. по окончании каждого повторения при трех методах пропагации. Отбор сухого вещества дрожжей проводился по той же методике, что и в случае с определением флокуляционной способности. Для определения бродильной энергии пользовался формулой: где VCOi объем образовавшегося углекислого газа, V - объем раствора сахара используемого как питательная среда. В результате мы получим характеристику, выраженную в количестве С02 выделившегося на 100 мл питательной среды. Как видно из табл. 26, бродильная энергия дрожжей, выращенных предлагаемым способом, увеличивается. Данный факт обуславливается, скорее всего всего, тем, что дрожжи, полученные способом пропагации с непрерывной подачей сусла в пропагатор, имеют гораздо более низкое содержание мертвых клеток и большее содержание упитанных клеток, что будет показано в п. 3.2.5. и 3.2.6. Имея данные экспериментов, представленные в параграфе 3.2.1 можно составить результирующую таблицу зависимости содержания клеток в пропагаторе от способа пропагации и времени, позволяющую оценить преимущества и недостатки соответствующих методов (Табл. 27,28)
Как видно из табл.27 и графика на рис.74 при пропагации пивных дрожжей предлагаемым методом происходит увеличение возможно достигаемого содержания клеток, все еще находящихся в логарифмической фазе, на 30 млн.кл/мл, что составляет 30%, кроме того - происходит сокращение необходимого срока пропагации на 4 ч, что составляет 13%. Из табл.28 и графика на рис. 75, так же как и в случае с пивными дрожжами отчетливо видно преимущество предлагаемого способа пропагации над существующими, так увеличение содержания клеток в логарифмической фазе составило 53 млн.кл/мл - =25%, а сокращение времени пропагации при этом составило 2ч - =8%. Как видно из табл.29 и графика на рис. 76 при пропагации пивных дрожжей предлагаемым методом значительно снижается наличие мертвых клеток, это означает, что для жизнедеятельности и размножения клеток созданы более благоприятные условия. На рис. 77 представлена фотография пивных дрожжей при пропагации предлагаемым методом. Мертвые клетки окрасились в синий цвет при добавлении красителя - метиленового синего. В табл. 30 представлены данные по количеству мертвых клеток при пропагации хлебопекарных дрожжей При пропагации ЧКД необходимо для дрожжевых клеток создавать такие условия, которые позволяют получить сусло-дрожжевую суспензию с наибольшим содержанием упитанных клеток.
В табл. 31, 32 представлены данные экспериментов в трех повторениях тремя различными способами пропагации. На рис. 81 представлена фотография, на которой наглядно видно, что большинство клеток при пропагации пивных дрожжей предлагаемым способом являются упитанными. На рис. 83 представлена фотография количества упитанных клеток при пропагации хлебопекарных дрожжей предлагаемым способом. Так же как и в случае с пивными дрожжами - наглядно видно, что почти все клетки окрашены в оранжевый цвет, что означает наличие в них достаточного количества гликогена. Рассмотрев таблицы 31, 32 и графики на рис. 80, 82, можно утверждать, что предлагаемый метод пропагации с непрерывным дозированием сусла в пропагатор создает лучшие условия для размножения дрожжей и, соответственно, является предпочтительным. Исходя из табл. 33, можно видеть, что конечные степени сбраживания у дрожжевых клеток выращенных при разных способах пропагации почти одинаковые. В данном случае это говорит о том, что за двое суток дрожжевые клетки переработали максимальное количество Сахаров, а образовавшийся при этом спирт и углекислый газ остановил дальнейший процесс. Это так же подтверждается тем, что за 6 - 10 часов до окончания вторых суток опыта было замечено приостановление уменьшения плотности сусла, то есть брожение прекратилось. В настоящее время при пропагации ЧКД различают, в основном, два способа: аэробный и анаэробный. Причем при анаэробном способе дрожжи размножаются в безкислородных условиях за счет брожения. При аэробном же способе пропагации считают, что дрожжи, в достаточном количестве потребляя кислород, ассимилируют имеющийся в сусле сахар. При этом в описании способов и самого продукта используют такие названия как «ассимиляционные способы» или «ассимиляционные дрожжи», подразумевая, что в условиях производства пива, в процессе пропагации, для дрожжей характерен исключительно аэробный энергетический и конструктивный обмен веществ, в процессе которого потребляемые дрожжами сахара превращаются в биомассу, С02 и Н20. Однако, это совсем не так.
В условиях пивоваренного производства, где источником сахара является сусло, ни одна из современных установок не способна обеспечить чисто аэробное размножение ЧКД. В результате мы имеем дело с «АЭРОБНО ПОДДЕРЖИВАЕМЫМ БРОЖЕНИЕМ» [14]. То есть, наряду с аэробным размножением дрожжей во время пропагации значительная часть процессов отведена брожению. Данное предположение, высказанное X. Мангером и Г. Анемюллером, находит свое подтверждение при анализе полученных экспериментальных данных размножения ЧКД различными способами (достигнутое содержание клеток и время необходимое для его достижения) и наложении их на разработанные математические модели. Было выявлено, что для полного совпадения экспериментального графика с графиком, полученным с помощью математической модели необходимо изменять время генерации tg. При дальнейшем определении времени генерации при экспериментальной пропагации различными способами, эта зависимость была подтверждена. Этот факт, в свою очередь, означает зависимость времени генерации штамма от способа пропагации, то есть наличие как аэробного, так и анаэробного процесса одновременно. При этом уже соотношение аэробного и анаэробного процессов, находящееся в балансе, при разных способах пропагации разное. В результате время генерации сообщества клеток, включающего миллионы особей, уже оказывается разным и, следовательно, зависит от способа пропагации.
