Введение к работе
С".-. :-,:і і
Актуальность работы. Одной из наиболее важных задач глкробиологической проміллленности является ликвидация белко-юго 'дефицита путем создания крупнотоннажного экологически истого производства кормовых дрожжей на основе гидролиза 'астительного сырья.
В ЖІ пятилетке в соответствии с постановлением СМ СССР і 1060 от 21.09.87. выработка кормовых дрожжей из раститель-ого сырья должна быть доведена до 2 млн.т., в том числе в идролизной промышленности до I млн.т., т.е. увеличена в ,5 раза.
Однако, использование для решения этой задачи традицион-ой технологии, при которой расход свежей воды составляет 00-250 м3 на I т. товарных дрожжей при современных около- . ических требованиях невозможно из-за образования практи-ески такого же количества сточных вод, имеющих весьма вы-окий уровень загрязненности ШК = 4000 - 8000 мг О^/л/. римеси, содержащиеся в этих водах, представляют собой, в сновном, трудноокисляемые органические соединения лигно-уминовсго характера, очистка от которых до нормативных по-азателей составляет, приблизительно, 2 руб.50 коп. на І м брабатываемых сточных вод (при использовании метода выпари-ания с последующей биологической очисткой конденсата), стественно, что такая дорогая технология очистки возможна олько при резком сокращении жидкостных потоков.
Наиболее эффективный путь для достижения этой цели - пе-эход на новые технологические режимы гидролиза растительного :ірья и ферментации, предусматривающие переработку высоко-знцентрированных субстратов и рециркуляцию отработанной адкости в замкнутой системе. Для практической реализации эедложенного процесса потребовалось преодолеть серьезные ітруднения, связанные с накоплением компонентов гидролизных зед, отрицательно влияющих на рост микроорганизмов, с ухуд-знием отвода тепла, образующегося в процессе ферментации, также с изменением условий культивирования, что приводит изменению состава и свойств сложившихся популяций дрожжей.
Разработка обоснованных научно-технических решений в
этом направлении является необходимым условием и обеспечивает практическую возможность создания производства кормового белка на современном уровне.
Работа выполнена в связи с постановлением ЦК КПСС и СМ СССР № 807-от 26.08,85. "О дальнейшем развитии новых направлений биологии и биотехнологии" и постановлением CM CCCF от "О дополнительных мерах по организации производства белковых кормовых добавок на основе переработки растительного сырьяУ
Цель диссертационной работы - разработка технологии производства кормовых дрожжей на сложном субстрате - гидро-лизатах древесины, в условиях замкнутого цикла водоиспользо-вания. Для достижения поставленной цели требовалось:
изучить кинетику роста дрожжей при культивировании их на неразбавленных гидролизатах и в условиях возврата отработанной культуральной жидкости в технологический процесс
изучить влияние плотности популяции, концентрации продуктов метаболизма и ингибиторов роста дрожжей, а также влияние основных технологических параметров на кинетику роста дрожжей ;
разработать методы расчета кинетических и технико-экономических показателей роста дрожжей на сложных субстрат;
создать математическую модель, описывающую процесс накопления инертных компонентов субстрата при возврате отра ботанной культуральной жидкости в технологический цикл и из; чить динамику этого процесса в камеральных условиях на реальных средах ;
усовершенствовать на основе выполненных исследований технологические схемы действующих производств ;
усовершенствовать аппаратурное оформление процесса в ращивания дрожжей с целью интенсификации тепло- и массообме
Научная новизна. Впервые определены оптимальные значения основных параметров роста дрожжей в зависимости от концентрации перерабатываемого субстрата, а также изучено влия ние продуктов метаболизма и плотности популяции на рост дрс жей при переработке концентрированных гидролизных сред.
Впервые разработан метод расчета на основе материальнс энергетического баланса важнейших кинетических и технико-
гономических показателей процесса выращивания микроорга-13мов на многокомпонентных субстратах. Показана высокая Ьфективность этого метода, позволяющего получать досто-зрные данные по выходу биомассы от исходного субстрата определять ряд других показателей (удельное тепловыде-эние, затраты субстрата на поддержание жизнедеятельнос-1 и т.д.), оценка которых при переработке сложных по со-гаву субстратов ранее не представлялась возможной.
Впервые создана математическая модель, описывающая эоцесс накопления инертных компонентов гидролизата в за-їсимости от количества возвращаемой в технологический ікл отработанной жидкости и позволяющая прогнозировать )ведение любого компонента с учетом его коэффициента іертности в условиях частично или полностью замкнутого употребления.
Впервые изучен процесс расслаивания газовых эмульсий ферментаторе и обоснован метод снятия тепла, выделяюще-)ся при биосинтезе, путем организации выносного теплооб-шного контура, определены пределы концентраций субстра-l, в которых этот метод может быть использован.
Практическая значимость. Предложена и обоснована тех-їлогия производства кормовых дрожжей в условиях замкнуто-> цикла водоиспользования, позволяющая осуществлять пе-іработку концентрированных субстратов в аппаратах с любой ітенсивностью массопередачи по кислороду.
Разработан технологический метод интенсификации про-!сса автоселекции флотирующихся форм дрожжей.
Полученные в диссертационной работе результаты исполь-іваньї для совершенствования технологической схемы перво-і в отечественной практике завода по выработке кормовых южжей с элементами замкнутого цикла водоиспользования -гровского биохимического завода. Экономический эффект от едрения составил 190 тыс.руб. в год.
На Киришском БХЗ проведены и на Сокольском ГДЗ прово-:тся опытно-промышленные испытания ферментаторов емкостью 50 и 600 м с выносным теплообменным контуром. Показана :сокая эффективность использования этого метода.
На Бельцком ВХЗ проверен с положительными результатами метод возврата в технологический цикл отсепарированной культуральной жидкости после второй ступени сепарации, позволяющей исключить попадание нефлотирующихся форм дрожжей в ферментатор при частичном замыкании технологического цикла.
Результаты исследований интенсификации автоселекционных процессов по принципу "флотируемость" применены при проектировании и реконструкции 23-х гидролизно-дрожжевых заводов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Ш Всесоюзной конференции "Теория и практика управляемого культивирования микроорганизмов" (г.Киев, 1981 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления создания нового оборудования микробиологической промышленности" (г.Москва, 1982 г. ІУ Всесоюзной конференции "Управляемое культивирование микроорганизмов" (г.Пущино-на-Оке, 1986 г.), а также на ежегодных отраслевых семинарах Главных инженеров гидролизных и гидролизно-дрожжевых заводов в период с 1980 по 1989 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано Ю научных работ, в том числе 2 авторских свидетельства СССР.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 174 страницах, иллюстрируется 31 рисунком и 19 таблицами и состоит из введения, 3 разделов, заключения, выводов, списка использованной литературы из 116 наименований и 5 приложений на 8 страницах.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований кинетических и технико-экономических параметров роста дрожжей на концентрированных гидролизных средах.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований поведения инертных компонентов в замкнутых системах водоиспользования.
-
Технологические схемы производства кормовых дрожжей на гидролизных средах с элементами замкнутого цикла
и обоснованием возможности теплосъема в существующих эрлифт-них ферментаторах.