автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии получения яблочного уксуса из сброженно-спиртованных яблочных соков

ВСЕСОЮЗНАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОачЯСТВЕННЬК НАУК имени В.И.ЛЕНИНА

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАТЧКО-ИССЛЕДОВАШЬСШ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ ( БШШБТ )

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЯБЛОЧНОГО УКСУСА ИЗ СБРОНЕННО-СПИРТОВАННЫХ'ЯБЛОЧНЫХ СОКОВ

' "Технология продуктов брожения, алкогольных и безалкогольных напитков"

АВТОРЕФЕРАТ'

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наух

' На правах рукописи

ГРИШИНА ОЛЬГА ВАСИЛЬЕВНА

УДК'663.15:577.15

Специальность 05.18.07

Москва - 1990

Работа Екполнена но Всесоюзном иаучно-Есследовакельскоы институте лицевой биотехнологии ( ШШБТ ),

Научный руководитель: доктор технических взук, .профессор УСТИННИКОВ Б.А.

Официальные ошгонеяты: доктор биологических наук

ТИХОМИРОВА A.C. кандидат технических наук ХЕРСОНОМ I.A.

о

Ведущее предприятие - Днепродзержинский 'завод продтоваров

Защита диссертации состоится "_"_, 1990 г. в _

часов на заседании Специализированного Совета K-I20.86.0I ео' • Всесоюзном научно-исследовательском институте пищевой биотехнологии по адресу: 109033, Москва, ул.Самокатная, д.46.

С диссертацией моей о ознакомиться в библиотеке ВНИИПБТ. Автореферат разослан "_"_ 1990 г.

Учений секретарь. .

Специализированного Согета, ■ ' '

кандидат технических наук И.И.Бурачевскнй

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность; Одной из важнейшие задач„ стоящих перед ягсце-t промышленностью и имеющих большое социальное и народно-хозя-■венное значение является удовлетворение разнообразных и воз-тающих потребностей населения е продуктах литания. Решение й задачи требует увеличения объемов производства пищевых про-тов, расширения ассортимента,-улучшения качества, увеличения тельности хранения и т.д.

К числу таких продуктов относится широко используемая в па-ой промышленности уксусная кислота, вырабатываемая биохимическим зобом. Натуральный уксус входит как незаменимый компонент в гав ряда продуктов, используется в качестве консерванта в рыб, консервной промышленности, вкусовой припраЕЫ в общественном • ¡нии и быту л т.п.'

Помимо спиртового и, а незначительном количестве винного ук-I, в нашей стране выпускается с начала 80-х годов яблочный ук-

обладающий рядом ценных качеств. •

Однако, организация производства яблочного уксуса в яромш-ом масштабе с использованием имеющихся производственных мощей, созданием новых с расширением объемов-его производства в ветствии с возрастающим спросом, потребовала разработки ярин-ально новой технологии получения яблочного уксуса, источающей:

- получение ноеого натурального продукта, обладающего ценными зтвами, обусловленными составом сырьяс из которого он изготое-i принципиально ноеой технологией его производства;

- создание современной малоотходной технологии с комплексным тзоЕа'нием компонентов сырья;

- использование еысокоёктсвноа'О' продуцента уксусной кис-

-интенсифшсацив производственных процессов и повиг-окпе тех-

«ич0ск0г0 УРОЕНЯ прОИЗЕОДСТЕЭ.

Возможность увеличения объема и интенсификации произЕОДст: яблочного уксуса Саз больших капитальных затрат на действующих '' предприятиях связана в большой степени с оптимизацией методов ведения биосинтеза уксусной кислоты.

Вышеизложенным определяется актуальность решений проблемы 1 интенсификации производства натурального яблочного уксуса, имеющей научный и практический интерес.

' Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований является соцание' научных основ л ¡разработка технологии получения яблочного укоуса из сброженно-спиртоганных яблочных соков перио.1 ческим и непрерывным способами на основе использования для интеь фикации процессов прогрессивных технологических приемов и методе регулирования биосинтеза уксусной кислоты, применения внеокоакт! ного продуцента, ноеых технических решении в производстве.

В соответствии с этим били поставлены следующие задачи:

- исследование культурально-морфологических и физиолого-бис химических характеристик продуцентов яблочного уксуса. Отбор вы( копро.цуктиЕНого штамма;

- изучение влияния различных факторов, на процесс биосинтез« уксусной кислоты уксусно-кислиш бактериями;

- научное обоснование выбора оптимальных параметров Ееденш периодического и яепрерыЕНого глубинных процессов биосинтеза ук-cyciioil кислоты на основе управления процессами кизнедёятельност] уксусно-кнслих бактерий; .• '

- разработка усовершенствованной технологии получения ябло' ного натурального уксуса;

~ проверка и внедренио полученных результатов в хфокзЕОдст; них условиях.

Ияучнпч новинка работы. Из ряда в«деленных штаммов ух-

'сно-яислых бактерий ойобран и изучен наиболее активный продуцент ¡лочного уксуса, характеризующийся еысокой кислотообразующей :особностью, обеспечивающий высокий выход-и возможность получе-л яблочного уксуса повышенной концентрации.

Получен новый экспериментальный материал по влиянию неко-рых факторов на динамику кислотообразоЕания и накопления био- • ссы выбранного штамма УКБ.

Впервые научно обоснованы режимы культивирования уксусяо-олых бактерий с учетом ингибирования процесса роста биомассы Б, обеспечивающие повышение.скорости иислотообразованкя и ра-ональное использование субстрата.

В целях интенсификации основной технологической стадия до-тения яблочного уксуса показана возможность применения в качес—• з посевного материала концентрированной биомассы уксусно-кис-к бактерий, что позволяет увеличить съем готового продукта до D % ( с 50-70 %) и создает услоЕия для разработки гибкой, ийдо- •• годной, экологически чистой технологии.

В результате проведенных исследований, разработана усоверйенс-званная технология получения яблочного уксуса периодическим гбинным способом и технология производства яблочного уксуса 'но-)рнвным способом на ноеой ферментационной установка из сброяенно-фтоганных яблочных соков с использованием Еысокоактивногб прошита.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований 1работана и Енедрена технология получения натурального яблочного уса из сброженно-слиртованных яблочных соков периодически и [рерывнил глубинными способами с использованием прогрессивных одов ведения микробиологического синтеза.

Составлена и утверждена нормативно-техническая документация производство яблочного'уксуса: Тахнологичоская инструкция.''

ТИ 18-5-2-85, Технические условия ТУ 10-04-03-02-86 и Произвол^ ственнып регламент на произЕодстЕО уксуса яблочного натурально: ТР 10-0334585-2-89.

Результаты, полученные при проведении научно-исследоЕател] ских работ, выявили возможность, которая и была реализована, и« пользования имевшихся значительных свободных ресурсов плодовоп виноматерпала в целях получения нового продукта, обладающего^ • ценными качествами.

Новая технология получения яблочного уксуса испытана в пр| изЕодстЕенньк условиях ЭПК им.25 лет Октября - глубинный периодически;! способ и Стерлитамакского с/в загода - глубинный непр* рывныЛ способ.

Внедрение технологии получения яблочного уксуса в 19861989 гг позволило увеличить производство этого продукта с' 50 г дал до 700 т.дал и получить экономический эффект в среднем 0,8( руб на I т. дал продукта.

Апробация работы. ОсноЕные положения диссертации, результаты проведенных исследований додожены и сдобрены на:

- конференции-молодых ученых и специалистов ШИИПБТ (1984]

- конференции молодых уче.;ых и специалистов "Пути повышен] эффективности пиво-безалкогольного, ликеро-водочного и винодельческого производства" -(1985г.);

- секциях Учаного Совета ШШШБТ (1986-1989гг.);

- конференции молодых ученых и специалистов по пищевой би< технологии (1989г.).

Пу&пгаягпя. По материалам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит и введения 5 6 глав, выгодой, списка литературы, и 6 приложений. Ос новяой текст диссертации изложен на 152 страницах машинописного

«ста, включает II рисункоЕ и 23 таблицы. Список пспользован-t литературы состоит из 230 источников.

i работы, излагаются цель и ochoehhg задачи исследован:::';, на- ■ 1ая ноЕизна и практическая значимость работы.

В пеоЕРй гларе содержится обзор литературы, состоящий из яздолое, где рассмотрено состояние уксусного производства в ;тоящее Ерем, сырье .для производства уксуса, особенности промятое уксусной кислоты, способы производства биохимического уса и пути интенсификации уксусного производства.

Анализ литературных данных показал целесообразность peaie-проблемы увеличения объемов производства без' значительных итальных затрат за счет внедрения высокоактивных штаммов про-ентов уксусной кислоты, прогрессивных, научно обоснованных нологических приемов ведения процесса биосинтеза уксусной кпс-ы, усовершенствования технологической схемы производства.

Существующая технология производства яблочного уксуса вшей стране циркуляционным поверхностно способом создавалась учета влияния различных факторов на процесс культивирования усно-кислых бактерий, отсутствуют данные о продуцентах яблоч-э уксуса. На основе изучения и анализа отечественных и зару-:1ых публикаций были определены основные направления иселеце-jü по разработке и совершенствованию технологии получения яб-юго уксуса, сфорыулпров-аны цели и задачи исследований.

Во B'Tonoi! главе "Метода исследования и получения яблочного гса" изложены методы исслодовани!':, методика культивирования дгцеита и оценки технико-экономических показателей гсхноло-зского процесса получения яблочного уксуса.

СОДЖШШЕ РАБОТЫ

обосновывается актуальность темы дпссертацпон-

Исследования, связанные о выделением, отбором и изучением продуцентов яблочного уксуса проводили в соответствии с метода-^ ками, принягши в микробиологии. Работа с продуцентом проводилась на твердой, агаризаванной и на жидкой питательной среде пр •готовленными на основе яблочных виноматериалов. ^

Анализы сырья - яблочных сброженно-спиртованных соков, по лупродукгов и готового яблочного уксуса проводили в соотве^стви со стандартнши методиками, изложенными в соответствующих Техни ческих условиях и ГОСТ'ах.

ГазохроматографическиЙ анализ сырья и готового продукта осуществляли на газовом хроматографе "Цвет-100". Атомно-абсорб-дионным методом на спектрофотометре 11еркен-0льмер-403 были определены минеральные ЕещестЕа - калий, магний, железо и др.

В процессе изучения влияния на' культивирование уксусно-кис лих бактерий различных факторов изучалась динамика изменения концентраций в культуральной жидкости уксусной кислоты, этилоео го спирта, биомассы уксусно-кислых бактерий.

Исследования осуществлялись в условиях лаборатории на ха-чалке в на стокдоеих ферментационных установках различных конст рукций, а также в промышленных условиях на Сгерлитамакском с/в заводе и ЭПК им.25 лет Октября.

Расчоты технико-экономических показателей процессов культивирования уксусно-кислых бактерий вели в соответствии с приме кяоиши е уксусном производстве.

В третье;; г^чес "Выделение, отбор и изучение продуцента яблочного уксуса" изложен экспериментальна материал,на основе которого подобран гисоксш'хтшнй про.цуцеит яблочного уксус С это!! целью било выделено и исследовано 7 штаммов ук сусно-К1:сл1К бактерий из производственных аппаратов действующих у К су С-цо.чсч.

Продуценты Еыделялись из .окислителей и ферментеров уксусных цехов,'выпускающих биохимический уксус из различного сырья.

В лабораторных условиях на качалке на жидкой питательной среде, приготовленной из сброженного яблочного сока о добавлением спирта-ректификата и уксусной кислоты ( концентрация спирта в среде-7±1 %, уксусной кислоты 1,5-2,0 г/100 см3) проведен ряд эпытов по культивированию выделенных штэммое с целью отбора Наиболее продуктивного. Результаты приЕедены в та0л.1.

Таблица I

Продуктивность выделенных штаммов уксусно-кислых бактерий при глубинном культиЕировании •

Показатели кулыиЕирования ¡Средний {средний ¡П0одукти ------т----•---¡прирост ¡прирост- ЕНОСТЬ

' »«„„„„„а |бИ0МЭС- }УКСУСНОЙ

Суль-3®а

начальные ед. гДООсм? ед.

конечные

льтуры

• лиилухы,

сут т/т - сут} г/г • сут

I !

Лн 0,12 1.6 0,62 6,4 0,220 9,6 43,6

СПС 0,13 1.7 . 0,62 ,7.8 0,220 12,2 55,4

ст одз 1,6 0,66 7.2 0,236 11,2 47,4

УСК 0,11 1.7 0,58 6,1 0,206 8,8 42,7

вш 0,14 .1.7 0,69 7.7 ■ 0,248 ' 12 48,4

ЛЕК 0,13 1.6 0,60 5,9 0,212 8,6 ' 40^

ЮС 0,12 1.7 0,68 6,4 0,244 9,4 38 ^ 5

На осноЕе полученных данных для дальнейших исследований ыл выбран штамм, получивший условное обозначение СТК, обладаний наибольшей продуктивностью среди исследуемых: 55,4 г уксусной ислоты с г биомассы е сутки. Дальнейшие опыты подтвердили высоко кислотообразующую активность штамма СПС е различных условиях рльтивирования.

При культивировании штамма СТК на ферментационной усмноико

в лабораториях условиях периодическим глубиннш способом получены данные, используя которое построены кривив, характеризующие особенности культивирования данного штамма (рис.1.).

На основе анализа полученных данных и в соответствии с ране<

изучении,ш свойствами развивающейся культуры уксусно-кислых бак-

I

терпи, установлены качественные показатели посевного материала: концентрация накопленной уксусной кислоты - 2,0-4,0 гДОО си3!, 'оптическая плотность культуральной жидкости - 0,3-0,'6 ед., что соответствует увеличению 'по сравнению с исходными значениями khcj ты в 1,5-2,0 раза, оптической плотности - в 1,5-2,5 раза.

Оптимальнее количество посевного материала с установленным! показателями определяли в процессе глубинного культивирования этажа СТК при изменении количества вносимого е среду инокулята^ от 1 до 50 г к объему среды; • .

Установили, что при периодическом глубин и ом культивировании штамма СТК олттаальноо количество посевного материала составляет 20 % от объема среды.

3 целях определения возмояной потребности продуцента в минеральном ;i органическом питании, используемом в произЕОдстве натурального уксуса, изучали влияние источников калия, магния и минерального азота, а также некоторых углеводоЕ на продуктивность уксусно-кислых бактерии (штамм СТК).

В результате {:сслсдоеши:й показано, что положительное влияние на продуктивность штамма СТК оказывает внесение в среду 0,10,2 ' 4осрорнскислого двузамещенаого аммония. Продуктивность в эта.' случае увеличивается lia 6-10 %.

Как -известно, наиболее заметное влияние на рост и кислото-ебра эскизе уксусно-кпсяих бактерий оказывает уксусная кислота,Я1 дявдлся сильным ингибитором процессов жизнедеятельности бактери!

С цсльч изучения влияния аа вобранный штамм стартовой кон-

§

и м

в о я

о &

к

Г 9

5г о

03

9

£ 4

. й ■ ■у

У

— « $ , 1 /

у

д

1'. к—»" О! Т / п л с г

Продолжительность культивирования, ч

Рис. I Динамика накопления биомассы ( Д ) и уксусной кислоты ( Р } в процессе культиЕиронаиня унсусно-кислнх бактерий ( штамм СТК ) периодическим глубинным способом

центрацик уксусной кислоты был осуществлен ряд циклов культивирования при различных стартовых концентрациях уксусной кислоты -

от I до 6 г/100 см3 (табл. 2). Суммарная концентрация составила' 8,0 ¡8.

Таблица 2

Влияние стартовой концентрации уксусной кислоты, на продуктивность уксусно-кислых бактерий • _ 1

в[тт.„„ {продолжительность ! Средний {средний Г I

ПЛ™ТЧК"Т-Е-РГЕ-" " ЯЗЕ^суснойПе°ТкИБ"ОСТЬ

•Г I 0 [ 2 I ™ ™ {кислоты,' Г/Г.сут _!__!____1_____1Е/®О су^г/дмЗДт!._______

/

I Д 0,10 0,50 0,355 19,6 55,2

Р 1,09 5,02 / *

2 д 0,10 0,36 0,275 16,2 58,9

р 2,00 5,24

3 д .0,10 0,33 0,185 11,7 63^2

р 2,96 5,30

4 д • 0,10 0,18 • • 0,045 4,6 102,2

р 3,94 4,85

5 д ■ 0,10 • 0,15 0,025 2,2 90,0

р • 4,97 5,42

6 д 0,10 0,14 • 0,020 1Д 55,0

р 6,23 6,45

Результаты исследований показали, что наибольший средний прирост кислоты ко вторым суткам культивирований бил отмечен в вариантах И I и К 2 - 19,6 и 1С,2 г/даэ-.сут, что соответствует стартовой концентрации уксусной кислоты 1-й 2 г/100 см3. Однако, нпиббльаой продуктивностью обладают клетки штамма СПС в условиях умеренного пнгкбироЕанпя роста биомассы при стартовой'концентрации уксусной кислоты 4 и 5 г/100 см3 - Ю2;2 и 90,0 г/г-сут соответственно .против 55-63 г/г-сут в других вариантах.

Для Еыбранного штамма уксусно-кислых бактерий (СТК) было установлено оптимальное значение рН среды, которое составило 3,04,0.

Четвертая глава "Исследование и разработка технологии получения яблочного уксуса из сброяенно-спиртованных яблочных соков периодическим глубинным способом" посвящена изучению влияния на процесс биосинтеза уксусной кислоты ряда факторов, определяющих эффективность процесса и разработка на осноеэ полученных результатов усовершенствованной технологии.

Изучен состав яблочных сброженно-спиртоЕанных соков, являющихся основным сырьем для производства яблочного уксуса. Сделан вывод о том, что регулировать метаболизм уксусно-кислых бактерий в данном случае целесообразно путем разработки прогрессивных ре- , яимов культивирования и технологических приемов, направленных на ингибирование роота. биомассы, '

Исследования по влиянии на процесс биосинтеза уксусной.кислоты концентрации субстрата в среде показали, что полностью субстрат, т.е. все нёобходимое количество единовременно, можно задавать только при получении периодическим глубинным способом уксуса с концентрацией уксусной кислоты 6 г/100 см3. Для получения уксуса с концентрацией кислоты 9 г/100 см3 и Еыше необходимо разработать способ внесения субстрата.

С этой целью был опробован режим с внесением субстрата дробно, е виде порций 9G,t-ro спирта, что позволило получить кондиционный яблочный уксус ( 9г/100 см3 уксусной кислоты) через 3,8 зуток и уксус с концентрацией 10,7 г/100 см3 через 6,8 суток.

В с^язи с тем, что-введение е среду этанола нецелесообразно хри наличии е качестве основного сырья сброженно-спяртоЕанного блочного сока с достаточно еысокой концентрацией спирта - 16 5ыл предложен и опробован следующий способ ведения процесса пс-

лучония яблочного уксуса с концентрацией уксусной кислоты 9 гДОО см3 (рис.2.);

- на начало цикла ферментер заполняется средой на 80 % рабочего объема. Суммарная концентрация кислоты и спирта составляет 8,0-8,5 %\ ■

- при-увеличении концентрации кислоты в ферментер вносится 16%-Н сброгценно-слиргованный яблочный сок до заполнения рабочего объема. .Суммарная концентрация 9,7-10,4 % обеспечивает получение кондиционного продукта.

Дополнительными исследованиями установлена концентрация уксус

/

ной кислоты, по достижении которой вносится субстрат. Она.составляет 6-7 г/100 см3.

Ч 1,2

м

.0,41

О

<5 10

о о

Рис,

40 80 120

Продолжительность культиЕироЕания1 ч

2, Динпмнкг роста и кислотообразования уксусно-кислых бактерии при дЕухстацийном внесений субстрата, (сброжея-но-слирговашшИ 16,яблочный сок).

Проверка, предложенного режима подтвердила возможность до-чения яблочного уксуса с концентрацией уксусной кислоты г/100 см3 за 3-5 суток.

В целях уточнения величины стартовой концентрации уксусной слоты в Условиях периодического культивирования на стендовой тановке был осуществлен ряд опытйе, в которых стартовую кон-нтрацию уксусной кислоты изменяли от 1,5 до 7 г/100 ал3 путем менения количества оставляемого й ферментере нскачествэ посеЕ-го материала сырого уксуса после очередного цикла. •

Исследования показали, что стартовая концентрация уксусной злоты 2-2,5 г/100,см3 создает благоприятные условия для накоп-{ия биомассы уксусно-кислых бактерий, количество которой обес-тавает максимальную в данных условиях производительность про-;са - 24,4 кг/м^-сут, но невысокий выход - 84,3 Стартовая щентрация уксусной кислота 4,5-5,0 г/100 см3 обеспечивает мак-гальную продуцирующую способность уксусно-кислых бактерий и :окий выход - 92,5 %, но нв.Бйсокуи' производительности -кг/ы3. сут, ЕследстЕии недостаточного.количества биомассы.

Таким образом, можно-сделать выеод, что в условиях произво-еэ в зависимости от того, какому технико-экономическому пока-алю -.производительности или выходу _т отдается предпочтение, ичину стартовой концентрации уксусноЯ 'кислоты сле.цует выбирать редела'х'2,0т5,0 г/100, см3.

Исследования по применению в качества посевного материала центрированной биомассы уксуснэ-кислнх'бактерий, сохранявшей, показали предварительные опыты, окислительную активность, позли целесообразность и Еысокуи эффективность применения нового ^логического приема. Концентрирование биомассы уксусно-кяс-бактерий осуществляли с помощью гомёраннсх : теггл/рг, и-.

Определена оптимальная степень концентрирования биомассы уксусно-кислых бактерий для использования ее в качестве посевнс материала (табл.3).

•Таблица З-

Влияние степени концентрирования биомассы уксуснокислых бактерий на процесс кислотообразования

Стецень [_П°к<ззатели культуральной аддкосхи{0рвдаий

концан-

триро-

вания

начало цикла

----Т " "

Д ! Р

"Г

конец цикла^ jggjgg, \

! р }г/100см3 ! ! j Е сут j

Выход, %

д

5 0,35 1,80 1,30 6,30 1,50 85

8 0,35 1,90 1,05 7,00 1,70 88

16 0,37 2,05 1,20 7,00 1,65 90

20 0,34 . 1,90 1,20 7,60 1,90 89

Контроль 0,37 1,90 1,20 7,30 1,80 87

lia основании полученных данных оптимальной степенью концентрирования биомассы уксусно-кислых бактерий является -20-ти кратная.

В дальнейших опытах установлено оптимальное количество* ко; центрированной биомассы для засева, составляющее 1-2 % от о<5ъе; среды, и продолкигельность-хранения концентрата без снижения окислительной активности, соответствующая 30 суткам.

Результаты, полученные в проведенных исследованиях, подтв дили целесообразность дальнейшего изучения.и промдаленного при нения концентрированной биомассы уксусно-кислых бактерий с цел интенсификации основной технологической стадии получения яблочного уксуса - стадии ферментации^ Использование концентрата 6i масса создает услоЕпя для разработки прогрессивной,мал,оотходнс экологически чистой технологии, отличающейся от традиционной

>лее' еысокими технико-экономическими показателями (прирост юлотн состэелял 1,7-1,9 г/1 CD см3 в сутки, быход - 89-91 %)., ,ем уксуса увеличивается с 50-80 % до 100 %, при практически элном отсутстЕии отходов производства и высокой культуре произ->дства.

Исследования возможности интенсифицировать процесс биосин-гза уксусной кислоты при помощи дополнительного количества ми-;рального азота.. показали, что Енесение 0,2 % фосфорнокислого •узамещенного аммония е среду с концентрацией субстрата 7 % не ¡азывает заметного елияния на процесс, при более высоких концен-тциях субстрата ( 9 и II*) отмечено положительное Елияние до-1лнительного количестЕа минерального азота на рост и кислотооб-зованре уксусно-кислых бактерий(штамм СТК).

С целью уточнения оптимальной температуры культивирования условиях периодического процесса, а также изучения еозможности типизации процесса путем подбора температурного режима иссле-Еали Елияние температуры на процесс кислотообразоЕания при раз-х концентрациях субстрата в среде.

Результаты опытое показали, что оптимум температуры сдвига-ся в сторону более низких температур с увеличением концентра-и субстрата в среде. На основе полученных данных и с учетом зработанного ДЕухсгадииного способа введения субстрата при по-чении 9£-го яблочного уксуса представляло интерес применить ременную, температуру с целью интенсификации процесса окисления, юльзуя преимущества io!i и .другой- температуры при разных сум-зных концентрациях. . «

Проведенные' исследования подтвердили эффективность пркме-яия режима с переменней температурой' культивирования: первой стадии процесса при сушарной концентрации 8,0-8,5 % шература поддерживается нз урогне 30°С;" при повышении eywiaр-

ной концентрации на 2-й стадии процесса температуру снижали до 25°С. В этом варианте производительность составила 31,3 кг при выходе 89 %, протиЕ 24,4 кг/м3.сут и 84,3 % (лучшие показатели при постоянной температуре). Результаты экспериментов пригеде в табл.4.

Таблица 4

х Влияние температурного режима культиЕирования УКБ на технико-экономические показатели периодического процесса

— — — — — — — - — — — —— — у — —

Продолжитесь- ¡Производитель-!

ность цикла, ¡ность,. {Выход

сут. ¡кг/м • сут %

Температура культивирования,

Постоянная е течении .всего цикла

30

2,9

24,4

84.С

25

6,9

И ,4

82,4

Переменная

снижение с 30 до 25 е момент повышения суммарной концентрации___

снижение с 30 до ¡22 в момент повышения суммарной концентрации

2,1

3,4

31,3 89,С

20,6 87,5

В целях определения оптимального уровня насыщения среды кислородом Еоздуха в процессе культивирования уксусно-кислых < терий был осуиесгвлея ряд опытов на качалке и ферментационных стендовых установках различной конструкции. Режимы аэрации и 1 ремешивания-характеризовались сульфитными числами в пределах I 0,45 до 2,3 г 02/л.ч (на качалке)'и 0,9-1,7 г 02/л-ч(е фермен1 ■ ционных установках). /*

Лучшие показатели по производительности ео Есех стендоЕк установках были получены при одной уроЕНё'насыщения,среды кис родом, составляющем 1,0-1,5 гО^л-ч. Расход гоздуха состэелял 14 м3/м3.ч. -Л'.... - '

Наибольшая производительность была отмечена в (Ьерментаци-1ноЦ установке, оснащенной лопастной мешалкой с поцачей возду-з через барботер от Еозцуходугки - 24,4 кг/и3- сут я в установке турбинной мелалкоЛ и подачей' Еоэдуха через полый ва^ - 27,9 кг

п - \

Мл Е СуТ.

Ряд периодических процессов осуществленных последовательно сработанным способом подтвердил стабильность предложенного ре-!ма культивирования ( 2-х стадийное введение субстрата). Про->лгательность циклов составила 2,4-2,7 суток, концентрация косного продукта 8,9-9,3 гДОО см3, производительность 19,81,1 кг/мэ. сут, еыХод 88-89 %.

Разработанная технология получения 9^-го яблочного уксуса убинным периодическим способом из сброкенно-спиртованных яб-чных соков проверена и внедрена- на ЭЛК ш.25 лет Октября.

ТТятяя глагд "Исследования и разработка технологии получения лочного уксуса из сбропсеяно-спиртоЕанных яблочных соков непре-еным глубинным способом" содержит результаты исследований по ределению параметров наиболее прогрессивной технологии ыикро-

элогического синтеза - непрерывного глубинного способа полу-

1

1ия яблочного уксуса: стартовой концентрации уксусной кислоты, шчества аппаратов в батарее, состаЕу питательной среди и др.

На основе практических предпосылок. орноевнннх на резуль-:ах предЕ'арит.ельных исследований, анализе литературных источ-:ов обоснован выбор способа подачи питательной среды в фермеры батареи и ее состэе: питательная среда единого для-ЕСёх состава

[аратов батареи^" обеспечивающая получение ковдиционнного про-;та, будет подаваться в деэ, по необходимости в три, потока тарея состоит и» трех ферментеров).

Стартовая концентрация уксусной кислоты в непрерывном просе является фактором, определяющим как ай'бКтлЕносгь непра-

рывного процесса е целом, так и величины остальных параметров, которые сеязэпы с ней непосредственно.'Поэтому Еыбору старгогс концентрации уксусной кислоты было уделено особое Енимание.

На основе анализа динамики накопления уксусной кислоты и биомассы уксусно-кислых -бактерий в периодическом процессе и исследований непрерывного процесса на стендовой установке былг определены пределы, е которых находится оптимальное значение стартовой концентрации уксусной ¡кислоты - 7-8 г/100 см3. Уто* нение этого'значения осуществляли е производственных усл'оеиях Сгерлитамакского с/е завода на установке, аэрация и перемешивг е которой осуществлялось с помощью гидродинамического э'Иекта Естречнонаправленных струй. Величину стартовой концентрации и; меняли.от 6 до 8 г/100 см3. Результаты исследований приведены е табл.5.

Таблица 5

Влияние стартовой концентрации уксусной кислоты на показатели непрерывного культиЕироЕания УКБ

Т ! ! Г !

п/л

;11роиз-

ЕОДИ-тельн! |кг/м •сут|

I

2

Показатели

Д, ед.ОП Р, гДОО см3

< а/

Р, То

О, кг/м3 сут Д,"ед.ОП Р, г/100 см3 5, %

кг/м3 сут

0,9±0,2' 1,4*0,2 1,0±0,2 6,0±0,2 8,1^0,2 9,0±0,2 3,0±0,2 1,0±0,2 0,3±0,1 3,3 10,8 2,7

0,9±0,2 1,410,2 1,^0,2 ~ 7,1^0,2 8,6^,2 ;9,0±0,2 , 2,0^0,20,610,2 0,3±0,1 8,6 ' 9,5 ■ 0,8

ооть|

5,7

6(2

96-

Д, ед.ОП . 0,910,2-Л,4±0,2 1,010,2

Р, г/100 см3,. 8,110,2 8,2±0,2 Э.О^г

1,010.,2 1,0±0,2. 0,310,1 8>1 Ч, з;г/м3 сут 8,9 18,8 2,1

Результаты исследований показали, что доя Данных услов:

I

3

атимальной стартоЕой концентрацией уксусной кислоты ягляется ,1±0,2 г/100 см3, обеспечивающая максимальную производительность роцёсса и его стабильность.

Отмечено, что подача единой питательной среды в два потока эздает условия для более интенсивной, чем лрп традиционном спо-эбе подачи сред, работы второгочтерментера. Таи, пропзЕСдитель-эсть второго аппарата батареи ео всех вариантах Еьгле, чем лро-5Водительность первого ( в 1,1-3,3 раза).Это сЕязанос наличп-1 дополнительного роста уксусно-кислых бактерий з условиях лога свежей питательной среды, что подтверждается данныш по ве-гчине оптической плотности: 1,4±0,2 ед. ео 2-м аппарате протпЕ ,9±0',2 в' 1-м, являющимся традиционно генератором культуры.

Незначительная производительность 3-его ферментера лозеоли-I сделать предположение о возможности работы на Еыбранном режиме батарее из двух аппаратов. В результате проверки производите-.ность батареи из ДЕух аппаратов была Еыше, чем батареи из трех:' 1,2 лротиЕ 8,1 кг/м3 сут.

Дальнейшие исследования проЕодили е батарее из днух фермен-ров.при режиме со стартоЕой концентрацией уксусной кислоты 1*0,2 гДЮ см3.

. Единая питательная среда готоеитсяиз яблочных Енномзтернп-в, обеспечивающих необходимое количество субстрата в среце и poro кондиционного уксуса. Внесение небольшого количества кисты в вцце сирх:о у rey с? дает положительный эффект г лрс::з toteo , обусловленный, вероятно тем, что питательная cren-D огашается биологически активными Еецоства;.П1, извлекаемой из еточной массы 7КБ под воздействием достаточно высокой rcüiicür-ции субстрата. ,

В результате исследований было определено car.i?.-.'j.:b-¡oe s o.-:::— стео кислоты, вноси:,:ое с сыры:.!.уксусом в ллтатс-л-нг.т: i:P,;,- для

интенсификации процесса биосинтеза., Производительность батареи варианте с ннесением е среду 0,4 г/100 см3 кислоты е 2 раза пре Еысила производительность е контрольном гарианте ( без внесения кислоты) и в варианте с внесением 0,6 г/100 см3 кислоты.

Концентрация субстрата для обеспечения получения кондиционного продукта с учетом внесения кислоты с сырым уксусом дол:ш составлять 8,9-9,0 .С целью изучения возможности получения яб лочного уксуса с повышенной концентрацией уксусной кислоты было интересно проверить влияние на показатели процесса увеличения к

центрацин субстрата в среде. Результаты приведены в табл.6.

Таблица 6

Влияние повышения концентрации субстрата в питательной

среде на производительность процесса -----------т------т-------т-----

Сушарная концентрация ¡Концентрация ¡Производитель- ШроизЕОди-спирта и кислоты в сре+уксусной кис-!ность 2-го ¡тельность

де, 5+ Р, % ¡лоты ео 2-м ¡ферментера, ¡батареи, ____________ _

9,0 + 0,4 9,0 ± ОД 8,2 10,2

9,5 + 0,4 9,5 ± ОД 3,5 8,2

• Исследования показали, что' увеличение концентрации субстр та в питательной среде вызывает увеличение концентрации уксусно кислоты е конечном (Ферментере на ту же величину, и, соотЕетстве но, усиливается ингибирующее действие уксусной кислоты на лроце жизнедеятельности уксусно-кислых бактерий во 2-ы ферментере, чт приводит к значительному снижению его производительности. Произ .ведительность 2-го ферментера уменьшилась е деэ раза, что сказалось и на производительности батареи в целом.

Несмотря на снижение производительности батареи прр увелич нии концентрации субстрата в среде, этот технологический прием могло рекомендовать для использования е производство в период п

пяленного спроса на продукции. Более высокая концентрация ко-!очного продукта позволит уменьшить потребность в складских по-■ющенилх и сборниках .для хранения. Кроме того, ступенчатое дознание концентрации субстрата е среде является одним из путэй )еаения задачи получения уксуса повышенной концентрации.

Испытания разработанного способа получения яблочного уксуса :з сброженно-опиртоЕанных яблочных соков непрерывным глубинным пособом били проведены в уксусном цехе Стерлитамакскогб с/в анода. .

В шестой гдава "Практическая реализация результатов работы" риведен перечень нормагиЕно-технической документации, разрабо-анной на основе проведенных исследований и обобщения опыта Енед-эния технологии получения яблочного уксуса на предприятиях ог-зсли. .

С 1984 по 1988 гг на 12 предприятиях отрасли внедрялись ре-гльтатн разработок по технологии получения яблочного уксуса. 5ъом внедрения составил 343,4 т.дал, экономический эффект -!4,1 т.руб, что е среднем составило 0,80 т.руб на I т.дал проста.

овде виводо

I. На основании результатов сравнения продуктивности семи аммов уксусно-кислых бактерий, выделенных. из действующих апла-тов уксусных предприятий, отобран штамм, обладающий в условиях риодкческого глубинного культиЕироЕанпя на среде из яблочных номатериалов наибольшей продуктивностью - 55,4 г кислоты-с биомабсы е. сутки.

■ 2. Для культивирования выбранного штамма глубинным периоди-:ким способом экспериментально определены показатели и оптк-чьное количество посевного материала, обеспечивающие эДектиг-г:ь процесса.

Выявлено стимулирующее дейсгние (0,1-0,2)$ фосфорнокислоп аммония.е качестЕе источника минерального азота на процессы роста и кислотообразоЕания продуцента яблочного уксуса.

УстаноЕлено, что для штамма СТК наибольшая кислотообразующая активность проявляется в условиях умеренного ингибироЕания роста биомассы.- при стартовой концентрации уксусной кислоты (4-5 )г/100 см3.

Оптимальное значение рН среды для культивирования штамма СТК соответствует 3,0-4,0.

3. Выявлена зависимость технико-экономических показателей периодического процесса от концентрации субстрата е среде и ело соба его внесения. Установлено, что субстрат может задаваться в среду е один прием только при получении уксуса о концентрацией кислоты 6 г/100 см3.

Для получения яблочного уксуса с концентрацией уксусной ки лоты 9 г/100 а«3 и вше предложен и проверен следующий способ ведения процесса: 60 % субстрата задается е среду на начало цик ла, что соотЕегсTEyeT заполнению ферментера на 80 % рабочего рбъема и обеспечивает суммарную концентрацию 8,0-8,5 %. При накоплении е культуральной жидкости 6-7 г/100 см3 кислоты в ферме тер вносятся осташиеся 40 % субстрата в виде 16#-го яблочного сброженио-сяиртоЕанного сока.

4. На основе изучения влияния на показатели периодическог процесса стартовой концентрации уксусной кислоты УстаноЕлено, ч максимальная производительность продуцента - 24,4 кг/м3. сут соответствует старюЕОЙ концентрации уксусной кислоты 2,0-2,5 г/ 100 см3, максимальный выход - 92¿5 % - стартовой концентрации кислоты 4,5-5,0 г/100 см3.

5. В целях интенсификации периодического процесса культивирования уксусно-кислкх бактерий на средах с еысоким содсрхани

убстрата ( 9% и выше), показана целесообразность внесения до-юлнительного количества (0,1-0,2$) фосфорнокислого аммония, а акже использование режима с переменной температурой культивиро-ания. Производительность процесса повышается на 25-28 %, выхода 4-5%.

б. Результаты исследований по применению в качестве досев-ого материала концентрированной биомассы уксусно-кислых бактерий целью интенсификации основной стадии получения яблочного уксуса одтЕердшш эффективность этого технологического приема и лока-али наличие условий для создания безотходной, экологически чис-ой технологии получения яблочного уксуса еысокого качества.

Определена оптимальная степень концентрирования биомассы, эответсгЕукмцая 20-кратной, оптимальное количество посевного ма- • эриала - 1-2 % к объему среды и длительность.хранения концент-иа 7КБ без снижения окислительной активности - до 30 суток.

7. На основании полученных результатов разработана усоЕер-шствованная технология получения яблочного уксуса периодкчес- " и глубинным сйособом, характеризующаяся следующими доназателя-[: продолжительность цюрм - 2,4-2,7 суток, производительность-1,8-20,1 кг/ы? сут, выход - 88-89 %.

8. Разработаны параметры непрерывного глубинного культивя-1вания продуцента яблочного уксуса. ■

Оптимальная величина стартовой концентрации уксусной кисло: ётолоеном'ферментере - 8,1^0,2 гДОО см3, количество аппара-е в батарее - 2, питательная среда, тлеет единый для все? фер-нтеров состав: 0,6 гДОО см3 уксусной кислоты ( в том числе 2 гДОО см3 за счет сырья); и 8,9-9,0 % этилового спирта. Среда дается в дга потока, обеспечивая стабильную работу батареи и сокую окислительную активность культуры во Егором ферментере.

9. Изучение влияния поЕшенпя концентрации субстрата в пл-

I . .

тательной среде позволило предложить этот технологический приек для использования в период пониженного спроса на уксус, когда требуется снизить производительность без остановки производства Кроме того, ступенчатое повышение концентрации субстрата яеляот ся одним из путей получения уксуса повышенной концентрации,

10. На основе результатов проведенных исследований, а такя обобщения опыта работы предприятий- по внедрению технологии получения яблочного уксуса составлена нормативно-техническая документация на производство: Технические условия и Технологическ инструкции, подтвержденные актами внедрения на предприятиях отрасли. Завершающим этапом разработки технологии получения яблоч

ного уксуса было составление и утверждение Производственного v

регламента на произеодсТео уксуса яблочного натурального TP 10-0334585^2-89. . 1

! il. Экономический эффект от внедрения технологии получения яблочного уксуса в период с 1984 по 1988 гг на 12 предприятиях составил е среднем 0,80 т.руб на I т.дал яблочного уксуса при объеме внедрения 343,4 т.дал.

* ' Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

I. ФедоренкоЕа О.В. Опыт внедрения технологии получения яблочного уксуса .^Тез .докл. конференции молодых ученых и специалн« гов на тему'цути повышения эффективности пиво-безалкогольной ликеро-водочной и винодельческой промышленности",Москва, 1517 мая, 1985, C.I3-I5. . : 8. Галкина Г.В., Патеенко С.К., ФедоренкоЕа О.В. Производство яблочного уксуса/ЦНШТЭИ пищепром СССР. Экспр.инф. Спиртова и Ликеро-Еодочная пром-стьт- I986.-B.I.-O.II-I3. 3. Федоренкова О.В., Галкина Г.В., Гигияейшвили Р.Ф., Патеенко ' Некоторые особенности технологического процесса получения ук