BG108556A - One-side mechanical safe lock - Google Patents
One-side mechanical safe lock Download PDFInfo
- Publication number
- BG108556A BG108556A BG108556A BG10855604A BG108556A BG 108556 A BG108556 A BG 108556A BG 108556 A BG108556 A BG 108556A BG 10855604 A BG10855604 A BG 10855604A BG 108556 A BG108556 A BG 108556A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- yeast
- fermentation
- beer
- immobilized
- brewing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Abstract
Description
Настоящото изобретение се отнася до получаване на алкохолни напитки, по-специално пиво, като по-конкретно се използват комбинирани процеси, включващи непрекъснати и периодични ферментационни технологични стадии.The present invention relates to the preparation of alcoholic beverages, in particular beer, using in particular combined processes involving continuous and intermittent fermentation process steps.
ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION
Обширният брой нови публикации в тази област илюстрира големия интерес на пивоварната индустрия към имобилизирането. В няколко обзора (Enari, 1995; Iserentant, 1995; Masschelein, 1997; Mensouret al., 1997; Stewart, 1996; Virkajarvi & Linko, 1999) за общото състояние на пивоварната индустрия е изтъкната възможната революционна роля на имобилизирането в производството на пиво. В допълнение към групите, споменати в раздели 3.1 до 3.5, много други институции са включени в приложението на имобилизирани клетки R & D при варенето на пиво. Miller Brewing Company (Duncombe et al., 1996; Tata et al., 1999) от Съединените Американски щати провежда някои предварителни оценки на изпитвателно устройство Meura Delta, както и на биореактор с флуидизиран слой с дистрибутор Schott Engineering. Пивоварната Coors също така извършва предварителни експерименти със системата Meura Delta.The large number of new publications in this area illustrates the great interest of the brewing industry in immobilization. In several reviews (Enari, 1995; Iserentant, 1995; Masschelein, 1997; Mensouret al., 1997; Stewart, 1996; Virkajarvi & Linko, 1999), the general state of the brewing industry has highlighted the possible revolutionary role of immobilization in beer production. In addition to the groups mentioned in Sections 3.1 to 3.5, many other institutions are involved in the application of immobilized R&D cells in brewing beer. The Miller Brewing Company (Duncombe et al., 1996; Tata et al., 1999) of the United States conducts some preliminary evaluations of the Meura Delta test rig and of the fluidized bed bioreactor with distributor Schott Engineering. Coors Brewery also performs preliminary experiments with the Meura Delta system.
Словашкият технически университет в сътрудничество с Heineken еThe Slovak Technical University in collaboration with Heineken is
изследвал използването на гел от калциев пектат в система с въздушна подемна сила за производство на пиво (Domeny, 1996). Наскоро групата от Словашкия технически университет публикува няколко статии за текущите изследвания (Smogrovicova et al., 1997; Smogrovicova & Domeny,studied the use of calcium pectate gel in an air lift system for beer production (Domeny, 1996). The Slovak Technical University Group has recently published several articles on current research (Smogrovicova et al., 1997; Smogrovicova & Domeny,
1999). Guinness първоначално е изследвал използването на различни абсорбционни носители за имобилизиране и последваща ферментация в биореактор с флуидизиран слой (Donnelly, 1998). През 1999 г. Donnelly и колеги публикуваха доклад, в който се описва кинетиката на метаболизма на захари в биореактор с флуидизиран слой (Donnely et al.,1999). Тяхната експериментална схема включва използването на порьозни стъклени гранули Siran като имобилизационен носител за ферментиращи дрожди. Guinness е станал част от Immocon Consortium, което е описано в раздел 2.2.5.1999). Guinness initially investigated the use of various absorption media for immobilization and subsequent fermentation in a fluidized bed bioreactor (Donnelly, 1998). In 1999, Donnelly and colleagues published a report describing the kinetics of sugar metabolism in a fluidized bed bioreactor (Donnely et al., 1999). Their experimental scheme involves the use of Siran porous glass granules as an immobilizer for fermenting yeast. Guinness has become part of the Immocon Consortium, which is described in Section 2.2.5.
Holsten Brauerei AG и Lurgi AG от Германия, са разработили съвместно и са пуснали в действие пилотна инсталация за непрекъснато производство на несъдържащо алкохол пиво (Dziondziak, 1995). Гранули от калциев алгинат са използвани във ферментатор с флуидизиран слой (130 L) в едностадиен контур, при това колона с решетъчни дъна (7 решетъчни дъна) са използвани за деалкохолизиране на пивото. Общото време за производство съгласно този процес е 8,5 h.Holsten Brauerei AG and Lurgi AG, Germany, have jointly developed and commissioned a pilot plant for the continuous production of alcohol-free beer (Dziondziak, 1995). Calcium alginate granules were used in a fluidized bed fermenter (130 L) in a one-stage loop, whereby a column with lattice bottoms (7 lattice bottoms) was used to de-alcoholize the beer. The total production time according to this process is 8.5 hours.
Група от Sapporo Breweries Ltd., Изследователска лаборатория за варене на бира, намираща се в Япония, изследва използването на имобилизирани клетки в реактор с флуидизиран слой за главната ферментация на бирата. Техните изследвания включват използването на гранули от гел от поливинилов алкохол (Shindo & Kamimur, 1990), гранули от калциев алгинат (Shindo etal., 1994а), двуслойни нишки от гел (Shindo etal., 1994) и гелни гранули от хитозан (Shindo etal., 1994c) в качеството на имобилизиращи матрици. В последното изследване биореактор с работен обем 1 литър, съдържащ 25 обемни % гранули от Chitopearle®, тип II, (гранули от хитозан) работи в непрекъснат режим с неферментирало пиво, третирано с глюкоамилаза. Тази ензимна обработка осигурява образуването на ацетатен естер в системата наA group from Sapporo Breweries Ltd., a Beer Research Laboratory located in Japan, examines the use of immobilized cells in a fluidized bed reactor for main beer fermentation. Their studies include the use of polyvinyl alcohol gel granules (Shindo & Kamimur, 1990), calcium alginate granules (Shindo etal., 1994a), two-layer gel filaments (Shindo etal., 1994) and chitosan gel granules (Shindo etal., 1994). ., 1994c) as immobilizing matrices. In a recent study, a 1 liter bioreactor containing 25% by volume Chitopearle® Type II granules (chitosan granules) was operated in continuous mode with non-fermented glucoamylase treated beer. This enzyme treatment ensures the formation of acetate ester in the
имобилизираната клетка, за да бъде подобна на тази от конвенционалната периодична ферментация, и по този начин по-близо до продукта, взет за мостра.immobilized cell to resemble that of conventional batch fermentation and thus closer to the sample taken.
Изследователската група от Сапоро понастоящем фокусира вниманието си върху изследване с гранули от хитозан, използвани във ферментатор с флуидизиране на гранулите, работещ в повтарящ се периодичен режим. Системата е работила 75 дни без големи проблеми и полученото пиво е подобно по качество на търговски продукт. Показан е нефлокулиращ щам Anon като много по-ефективен в сравнение с флокулиращ щам (Maeba et al., 2000; Umemoto et al.,1998).The Sapporo research team is currently focusing its attention on the study of chitosan granules used in a recurrent batch fluidizer. The system operated for 75 days without major problems and the beer obtained was similar in quality to a commercial product. A non-flocculating Anon strain has been shown to be much more effective than a flocculating strain (Maeba et al., 2000; Umemoto et al., 1998).
Два други подхода, предвиждащи намаляване на диацетила, са представени на ЕВС конгрес, състоял се в Маанстрийт през 1997 г. Изследователи от Франция (Dulieu et al., 1997) предвиждат използването на декарбоксилаза капсулован α-ацетолактат, за да превърнат бързо аацетолактата в ацетон. Meura Delta представя предварителни резултати от използването на алумосиликатен зеолит в качеството на катализатор за директно превръщане на студено на ацетолакгат в ацетон (Andries et al., 1997). Ако такова третиране се окаже ефективно и приемливо за потребителя, алтернативи, свързани с по-ниски разходи при системите за отлежаване, предлагани от Cuitor and Alfa Laval, могат да станат реалност.Two other diacetyl-reducing approaches were presented at the EMC congress held in Mannstreet in 1997. Researchers from France (Dulieu et al., 1997) envisage the use of decarboxylase encapsulated α-acetolactate to quickly convert acetolactate to acetone . Meura Delta presents preliminary results from the use of alumosilicate zeolite as a catalyst for the direct conversion of cold acetolacate to acetone (Andries et al., 1997). If such treatment proves effective and acceptable to the consumer, alternatives to the lower cost of the aging systems offered by Cuitor and Alfa Laval could become a reality.
Друго експериментално изследване в областта на имобилизирането за получаването на пиво е това на Института по стандарти и промишлени изследвания на Сингапур, при което е изследвано използването на нишковидни гелни частици от алгинат в реактор с уплътнен слой и е установено, че това е по-благоприятно в сравнение с алгинатни гранули (Que, 1993).Another experimental study in the field of beer immobilization is that of the Institute of Standards and Industrial Research of Singapore, which examined the use of filamentous alginate gel particles in a compacted reactor and found it more advantageous in comparison with alginate granules (Que, 1993).
Mafra и колеги от Universidade do Minho от Португалия са дискутирали използването на суперфлокулиращ щам дрожди заMafra and colleagues at Universidade do Minho from Portugal have discussed the use of superflocculent yeast strain for
непрекъснато отлежаване на пиво (Mafra et al., 1997). Тази изследователска група също така е публикувала работа, свързана с използването на техните флокулиращи дрожди в биореакгор с въздушна подемна сила (от типа ерлифт) за производство на етанол (Vicente et al., 1999; Domingues et al., 2000).continuous brewing of beer (Mafra et al., 1997). This research group has also published work related to the use of their flocculating yeast in an air lift (airlift type) bioreactor for ethanol production (Vicente et al., 1999; Domingues et al., 2000).
Напоследък изследванията на различни академични институции също така са свързани с използването на имобилизирани клетки за производство на пиво (Argiriou et al., 1996; Bardi et al., 1996; Cashin, 1996; Moll & Duteurtre, 1996; Nedovic et al., 1996a; Nedovic et al., 1996b; Norton et al., 1995; Scott et al., 1995; Wackerbauer et al., 1996a; Wackerbauer etal., 1996b). Изследователски групи от Китай (Chao etal., 1990; Yuan, 1987; Zhang etal., 1988), Русия (Kolpachki etal., 1980; Sinitsyn etal., 1986) и Чехословакия (Chladek etal., 1989; Curin etal., 1987; Polednikova etal,, 1981) също включват технология c използване на имобилизирани клетки и публикуваха резултатите през 1980 г.Recently, studies at various academic institutions have also been linked to the use of immobilized cells for beer production (Argiriou et al., 1996; Bardi et al., 1996; Cashin, 1996; Moll & Duteurtre, 1996; Nedovic et al., 1996a ; Nedovic et al., 1996b; Norton et al., 1995; Scott et al., 1995; Wackerbauer et al., 1996a; Wackerbauer etal., 1996b). Research Groups from China (Chao etal., 1990; Yuan, 1987; Zhang etal., 1988), Russia (Kolpachki etal., 1980; Sinitsyn etal., 1986) and Czechoslovakia (Chladek etal., 1989; Curin etal., 1987 Polednikova etal, 1981) also incorporate immobilized cell technology and published the results in 1980.
Голям брой използвани източници са взети под внимание при подготвителната работа на изследването, на което се базира настоящото изобретение. Те включват:A large number of sources used have been taken into account in the preparatory work of the study on which the present invention is based. They include:
Abbott, В. J. 1978. Immobilized cells. In: Annual Reports on Fermentation Processes, Ed. Perlman, D., New York: Academic Press, 2:91. Anon. 1994. Maturex® L. Novo Nordisk pubication. B 560C-GB. Anon. 1996. Table Curve 2D. User's Manual, Jandel Scientific.Abbott, W. J. 1978. Immobilized cells. In: Annual Reports on Fermentation Processes, Ed. Perlman, D., New York: Academic Press, 2:91. Anon. 1994. Maturex® L. New Nordisk Pubication. B 560C-GB. Anon. 1996. Table Curve 2D. User's Manual, Jandel Scientific.
Anon. 1997. Alfa Laval Brewery Systems. Brewers' Guardian 126: 26. Anon. 1998. Digox 5 Operating Manual. Dr.Theidig publication.Anon. 1997. Alpha Laval Brewery Systems. Brewers' Guardian 126: 26. Anon. 1998. Digox 5 Operating Manual. Dr.Theidig publication.
Aquilla, T. 1997. The biochemistry of yeast: debunking the myth of yeast respiration and putting oxygen in its proper place. Brewing Techniques 50. Aschengreen, N. H., Jepsen, S. 1992. Use of acetolactate decarboxylase in brewing fermentations. Proceedings of the 22nd Convention of the Institute of Brewing (Australia and New Zealand Section), Melbourne 80.Aquilla, T. 1997. The biochemistry of yeast: debunking the myth of yeast respiration and putting oxygen in its proper place. Brewing Techniques 50. Aschengreen, NH, Jepsen, S. 1992. Use of acetolactate decarboxylase in brewing fermentations. Proceedings of the 22 nd Convention of the Institute of Brewing ( Australia and New Zealand Section), Melbourne 80.
Atkinson, B. 1986. Immobilised cells, their application and potential. In: Process engineering aspects of immobilized cell systems. Ed. Webb.C., Black, G. M, Atkinson, B. Manchester: Institution of Chemical Engineers 3.Atkinson, B. 1986. Immobilized cells, their application and potential. In: Process engineering aspects of immobilized cell systems. Ed. Webb.C., Black, G. M, Atkinson, B. Manchester: Institution of Chemical Engineers 3.
Audet, P., Paquin, C., Lacroix, C. 1988. Immobilized growing lactic acid bacteria with kappa-carrageenan-locust bean gel. Applied Microbiology and Biotechnology29 :11.Audet, P., Paquin, C., Lacroix, C. 1988. Immobilized growing lactic acid bacteria with kappa-carrageenan-locust bean gel. Applied Microbiology and Biotechnology29: 11.
Austin, G. D., Watson, RW. J., Nordstrom, P. A., D'Amore, T. 1994. An on-line capacitance biomass monitor and its correlation with viable biomass. MBAA Technical Quarterly 31: 85.Austin, G. D., Watson, RW. J., Nordstrom, P. A., D'Amore, T. 1994. An on-line capacitance biomass monitor and its correlation with viable biomass. MBAA Technical Quarterly 31: 85.
Axcell, В. C., O'Connor-Cox, E.S.C. 1996. The concept of yeast vitality-an alternative approach. Proceedings of Convention of the Institute of Brewing (Asia Pacific Sect.). Singapore 24: 64.Axcell, V.C., O'Connor-Cox, E.S.C. 1996. The concept of yeast vitality-an alternative approach. Proceedings of the Brewing Institute Convention (Asia Pacific Sect.). Singapore 24: 64.
Axelsson, A., Sisak, C., Westrin, B. A., Szajani, B. 1994. Diffusion characteristics of a swelling gel and its consequences for bioreactor performance. The Chemical Engineering Journal 55 :B35.Axelsson, A., Sisak, C., Westrin, B. A., Szajani, B. 1994. Diffusion characteristics of a swelling gel and its consequences for bioreactor performance. The Chemical Engineering Journal 55: B35.
Bailey, J. E., Ollis, D. F.1986. Biochemical Engineering Fundamentals. New York: McGraw-Hill, Inc.Bailey, J. E., Ollis, D. F.1986. Biochemical Engineering Fundamentals. New York: McGraw-Hill, Inc.
Bancel, S., Hu, W. 1996. Confocal laser scanning microscopy examination of cell distribution in macroporous microcarriers. Biotechnology Progress 12: 398.Bancel, S., Hu, W. 1996. Confocal laser scanning microscopy examination of cell distribution in macroporous microcarriers. Biotechnology Progress 12: 398.
Barker, M. G, Smart, K. A. 1996. Morphological changes associated with the cellular aging of a brewing yeast strain. Journal of the American Society of Brewing Chemists 54 (2):121.Barker, M. G, Smart, K. A. 1996. Morphological changes associated with cellular aging of a brewing yeast strain. Journal of the American Society of Brewing Chemists 54 (2): 121.
Bejar, P., Casas, C„ Godia, F., Sola, C. 1992. The influence of physical properties on the operation of a three-phase fluidized-bed fermenter with yeast cells immobilized in calcium alginate. Applied Biochemistry and BiotechnologyBejar, P., Casas, C, Godia, F., Sola, C. 1992. Influence of physical properties on the operation of a three-phase fluidized bed fermenter with yeast cells immobilized in calcium alginate. Applied Biochemistry and Biotechnology
34:467.34: 467.
Bickerstaff, G. F. 1997. Immobilization of enzymes and cells. In: Immobilization of Enzymes and Cells, Ed.Bickerstaff, G. F. 1997. Immobilization of enzymes and cells. In: Immobilization of Enzymes and Cells, Ed.
Bickerstaff, G. F., New Jersey, U. S. A.: Humana Press, Inc. 1.Bickerstaff, G. F., New Jersey, U. S. A.: Humana Press, Inc. 1.
Birnbaum, S., Pendleton, R., Larson, P„ Mosbach, K.1981. Covalent stabilization of alginate gel for the entrapment of living whole cells. Biotechnology Letters 3: 393.Birnbaum, S., Pendleton, R., Larson, P „Mosbach, K.1981. Covalent stabilization of alginate gel for the entrapment of living whole cells. Biotechnology Letters 3: 393.
Budac, D., Margartis, A. 1999. Personal communication.Budac, D., Margartis, A. 1999. Personal communication.
BuyOkgungor, H. 1992. Stability of Lactobacillus bulgaricus immobilized in kappa-carrageenan gels. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 53:173.BuyOkgungor, H. 1992. Stability of Lactobacillus bulgaricus immobilized in kappa-carrageenan gels. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 53: 173.
Chahal, P. S. 1992. Fluorosensor controlled fed-batch production of Cyclosporin-A from Beauveria nivea.Chahal, P. S. 1992. Fluorosensor controlled fed-batch production of Cyclosporin-A from Beauveria nivea.
Ph. D. Thesis. University of Western Ontario.Ph. D. Thesis. University of Western Ontario.
Chisti, Μ. Y.1989. Airlift bioreactors. London: Elsevier Applied Science.Clean, Μ. Y.1989. Airlift bioreactors. London: Elsevier Applied Science.
Chisti, Y„ Moo-Young, M. 1993. Improve the performance of airlift reactors. Chemical Engineering Progress 6: 38.Chisti, Y „Moo-Young, M. 1993. Improvement of the performance of airlift reactors. Chemical Engineering Progress 6: 38.
Cho, G. H., Choi, C. Y., Choi, Y. D., Han, Μ. H. 1982. Ethanol production by immobilised yeast and its carbon dioxide gas effects in a packed bed reactor. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 32: 959.Cho, G. H., Choi, C. Y., Choi, Y. D., Han, Μ. H. 1982. Ethanol production by immobilized yeast and its carbon dioxide gas effects in a packed bed reactor. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 32: 959.
Coutts, M. W. 1956. Britain Patent No. 872, 391.Coutts, M. W. 1956. Britain Patent No. 872, 391.
Curin, J., Pardonova, B., Polednikova, M., Sedova, H., Kahler, M. 1987. Beer production with immobilized yeast. European Brewing Convention Congress, Madrid 433.Curin, J., Pardonova, B., Polednikova, M., Sedova, H., Kahler, M. 1987. Beer production with immobilized yeast. European Brewing Convention Congress, Madrid 433.
Dale, C. J., Hough, J. S., Young, T. W. 1986. Freactionation of high and low molecular weight components from wort and beer by adsorption chromatography using the gel Sephadex LH20. Journal of the Institute ofDale, C. J., Hough, J. S., Young, T. W. 1986. Freaction of high and low molecular weight components from wort and beer by adsorption chromatography using Sephadex LH20 gel. Journal of the Institute of
Brewing 92 (5): 457.Brewing 92 (5): 457.
Daoud, I. S., Searle, B. A. 1986. Yeast vitality and fermentation performance. Monograph -XII European Brewery Convention - Symposium on BrewersYeast, Helsinki 108.Daoud, I. S., Searle, B. A. 1986. Yeast vitality and fermentation performance. Monograph-XII European Brewery Convention - Symposium on BrewersYeast, Helsinki 108.
de Backer, L., Willaert, R. G., Baron, G. V. 1996. Modelling of immobilized bioprocesses. In: Immobilized Living Cell Systems Modelling and Experimental Methods, Ed. Willaert, R. G., Baron, G. V., and de Backer, L., Toronto: John Wiley and Sons. 47.de Backer, L., Willaert, R. G., Baron, G. V. 1996. Modeling of immobilized bioprocesses. In: Immobilized Living Cell Systems Modeling and Experimental Methods, Ed. Willaert, R. G., Baron, G. V., and de Backer, L., Toronto: John Wiley and Sons. 47.
de Beer, D., Van den Heuvel, J. C.,Ottengraaf, S. P. P. 1993. Microelectrode measurements of the activity distribution in nitrifying bacterial aggregates. Applied Environmental Microbiology 59: 573.de Beer, D., Van den Heuvel, J. C., Ottengraaf, S. P. P. 1993. Microelectrode measurements of activity distribution in nitrifying bacterial aggregates. Applied Environmental Microbiology 59: 573.
Debourg, A., Laurent, M., Goossens, E., Borremans, E„ Van De Winkel, L., Masschelein, C. A. 1994. Wort aldehyde reduction potential in free and immobilized yeast systems. Journal of the American Society of Brewing Chemists 52:100.Debourg, A., Laurent, M., Goossens, E., Borremans, E “Van De Winkel, L., Masschelein, C. A. 1994. Wort aldehyde reduction potential in free and immobilized yeast systems. Journal of the American Society of Brewing Chemists 52: 100.
Dillenhofer, W., Ronn, D. 1996. Secondary fermentation of beer with immobilized yeast. Brauwelt International 14 : 344.Dillenhofer, W., Ronn, D. 1996. Secondary fermentation of beer with immobilized yeast. Brauwelt International 14: 344.
Doran, P. M., Bailey, J. E. 1986a. Effects of hydroxyurea on immobilized and suspended yeast fermentation rates and cell cycle operation. Biotechnology andBioengi7tee7ing 28:1814.Doran, P. M., Bailey, J. E. 1986a. Effects of hydroxyurea on immobilized and suspended yeast fermentation rates and cell cycle operation. Biotechnology andBioengi7tee7ing 28: 1814.
Doran, P. M., Bailey, J. E. 1986b. Effects of immobilization on growth, fermentation properties, and macromolecular composition of Saccharoinyces cerevisiae attached to gelatin. Biotechnology and Bioengineering 28: 73. dos Santos, V. A. P. M, Bruijnse, M., Tramper, J., Wijffels, R. H. 1996. The magic-bead concept: an integrated approach to nitrogen removal with coimmobilized micro-organisms. Applied Microbiology and Biotechnology 45:Doran, P. M., Bailey, J. E. 1986b. Effects of immobilization on growth, fermentation properties, and macromolecular composition of Saccharoinyces cerevisiae attached to gelatin. Biotechnology and Bioengineering 28: 73. dos Santos, V. A. P. M, Bruijnse, M., Tramper, J., Wijffels, R. H. 1996. The magic-bead concept: an integrated approach to nitrogen removal with coimmobilized micro-organisms. Applied Microbiology and Biotechnology 45:
447.447.
Driessen, W., Habets, L., Vereijken, T. 1997. Novel anaerobic and aerobic process to meet strict effluent plant design requirements.Proceedings of the Institute of Brewing (Asia Pacific Section), Aukland 148.Driessen, W., Habets, L., Vereijken, T. 1997. Novel anaerobic and aerobic process to meet strict effluent plant design requirements.Proceedings of the Brewing Institute (Asia Pacific Section), Aukland 148.
Dulieu, C., Boivin, P., Dautzenberg, H., Poncelet, D. 1996. Immobilized enzyme system to avoid diacetyl formation: a new tool to accelerate beer maturation.International Workshop on Bioencapsulation, Potsdam 22.Dulieu, C., Boivin, P., Dautzenberg, H., Poncelet, D. 1996. Immobilized enzyme system to avoid diacetyl formation: a new tool for accelerated beer maturation.International Workshop on Bioencapsulation, Potsdam 22.
Dunbar, J., Campbell, S. L., Banks, D. J., Warren, D. R. 1988. Metabolic aspects of a commercial continuous fermentation system.Proceedings of the Convention of the Institute of Brewing, Brisbane151.Dunbar, J., Campbell, S. L., Banks, D. J., Warren, D. R. 1988. Metabolic aspects of a commercial continuous fermentation system.Proceedings of the Brewing Institute Convention, Brisbane151.
Estape, D.,Godia, F.,Sola, C. 1992. Determination of glucose and ethanol effective diffusion coefficients in Caalginate gel. Enzyme and Microbial Technology 14: 396.Estape, D., Godia, F., Sola, C. 1992. Determination of glucose and ethanol effective diffusion coefficients in Caalginate gel. Enzyme and Microbial Technology 14: 396.
Evans, H. A. V., Cleary, P. 1985. Direct Measurement of Yeast and Bacterial Viability.Evans, H. A. V., Cleary, P. 1985. Direct Measurement of Yeast and Bacterial Viability.
Journal of the Institute of Brewing 91: 73.Journal of the Brewing Institute 91: 73.
Fan, L.-S. 1989. Gas-Liquid-Solid Fluidization Engineering. Boston: Butterworths.Fan, L.-S. 1989. Gas-Liquid-Solid Fluidization Engineering. Boston: Butterworths.
Fernandez, E. 1996. Nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. In : Immobilized Living Cell Systems : Modelling and Experimental Methods. Toronto: John Wiley and Sons, Chapter 6.Fernandez, E. 1996. Nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. In: Immobilized Living Cell Systems: Modeling and Experimental Methods. Toronto: John Wiley and Sons, Chapter 6.
Garcia, A. I..Garcia, L. A., Diaz, M. 1994. Prediction of ester production in industrial beer fermentation. Enzyme and Microbial Technology 16(1): 66. Geankoplis, C. J. 1993. Transport Processes and Unit Operations. New Jersey: Prentice Hall P.T.R.Garcia, A. I..Garcia, L. A., Diaz, M. 1994. Prediction of ester production in industrial beer fermentation. Enzyme and Microbial Technology 16 (1): 66. Geankoplis, C. J. 1993. Transport Processes and Unit Operations. New Jersey: Prentice Hall P.T.R.
Gee, D. A., Ramirez, W. F. 1994. A flavour model for beer fermentation. Journal of the Institute of Brewing 100: 321.Gee, D. A., Ramirez, W. F. 1994. A flavor model for beer fermentation. Journal of the Brewing Institute 100: 321.
Geiger, K. H., Compton, J. 1957. Canada Patent No. 545, 867.Geiger, K. H., Compton, J. 1957. 545, 867.
Gekas, V. C. 1986. Artificial membranes as carriers for the immobilization ofGekas, V. C. 1986. Artificial membranes as carriers for the immobilization of
biocatalysts. Enzyme and Microbial Technology 8 : 450.biocatalysts. Enzyme and Microbial Technology 8: 450.
Gift, E. A., Park, H. J., Paradis, G. A., Demain, A. L., Weaver, J. C. 1996. FACSbased isolation of slowly growing cells: double encapsulation of yeast in gel microdrops. Nature Biotechnology 14: 884.Gift, E. A., Park, H. J., Paradis, G. A., Demain, A. L., Weaver, J. C. 1996. FACSbased isolation of slowly growing cells: double encapsulation of yeast in gel microdrops. Nature Biotechnology 14: 884.
Gikas, P., Livingston, A. G. 1993. Use of ATP to characterize biomass viability in freely suspended and immobilized cell bioreactors. Biotechnology and Bioengineering 42:1337.Gikas, P., Livingston, A. G. 1993. Use of ATP to characterize biomass viability in freely suspended and immobilized cell bioreactors. Biotechnology and Bioengineering 42: 1337.
Gikas,P., Livingston, A. G. 1996. Viability of immobilised cells: use of specific ATP levels and oxygen uptake rates. Progress in Biotechnolgy 11, Immobilized Cells : Basics and Applications, Noordwijkerhout 11:264.Gikas, P., Livingston, A. G. 1996. Viability of immobilized cells: use of specific ATP levels and oxygen uptake rates. Progress in Biotechnolgy 11, Immobilized Cells: Basics and Applications, Noordwijkerhout 11: 264.
Gilson, C. D., Thomas, A. 1995. Ethanol production by alginate immobilised yeast in a fluidised bed bioreactor. Journal of Chemical Technology and Biotechtology 62:38.Gilson, C. D., Thomas, A. 1995. Ethanol production by alginate immobilized yeast in a fluidized bed bioreactor. Journal of Chemical Technology and Biotechtology 62:38.
Godia, F., Casa, C., Castellano, B.,Sola, C. 1987. Immobilized cells: behavior of carrageenan entrapped yeast during continuous ethanol fermentation. Applied Microbology and Biotechnology 26: 342.Godia, F., Casa, C., Castellano, B., Sola, C. 1987. Immobilized cells: behavior of carrageenan entrapped yeast during continuous ethanol fermentation. Applied Microbology and Biotechnology 26: 342.
Gopal, C. V.,Hammond, J. R. M. 1993. Application of immobilized yeasts for fermenting beer. Brewing and Distilling International 24 : 72.Gopal, C. V., Hammond, J. R. M. 1993. Application of immobilized yeasts for fermenting beer. Brewing and Distilling International 24: 72.
Hannoun, B. J. M., Stephanopoulos, G. 1986. Diffusion coefficients of glucose and ethanol in cell-free and cell-occupied calcium alginate membranes. Biotechnology and Bioengineering 28: 829.Hannoun, B. J. M., Stephanopoulos, G. 1986. Diffusion coefficients of glucose and ethanol in cell-free and cell-occupied calcium alginate membranes. Biotechnology and Bioengineering 28: 829.
Hardwick, W. A. 1995. Handbook of Brewing. New York: Marcel Dekker, Inc. Hayat, M. A. 1972. Basic Electron Microscopy Techniques. Toronto:van Nostrand Reinhold Co. 96.Hardwick, W. A. 1995. Handbook of Brewing. New York: Marcel Dekker, Inc. Hayat, M. A. 1972. Basic Electron Microscopy Techniques. Toronto: van Nostrand Reinhold Co. 96.
Heijnen, J. J., van Loosdrecht, M. C. M., Mulder, R., Weltevrede, R., Mulder, A. 1993. Development and scale-up of an aerobic biofilm air-lift suspension reactor. Water Science and Technology 27: 253.Heijnen, J. J., van Loosdrecht, M. C. M., Mulder, R., Weltevrede, R., Mulder, A. 1993. Development and scale-up of an aerobic biofilm air-lift suspension reactor. Water Science and Technology 27: 253.
Higbie, R. 1935. The role of absorption of a pure gas into a still liquid during short periods of exposure. Transactions of the American Institute of Chemical Engineers 31: 365.Higbie, R. 1935. The role of pure gas absorption into a still liquid during short periods of exposure. Transactions of the American Institute of Chemical Engineers 31: 365.
Hines, A. L„ Maddox, R. N. 1985. Mass Transfer Fundamentals andHines, A. L „Maddox, R. N. 1985. Mass Transfer Fundamentals and
Applications. U. S. A.: Prentice-Hall, Inc.Applications. U. S. A.: Prentice-Hall, Inc.
Hinfray, C., Jouenne, T., Junter.G. 1994. Ethanol production from glucose by free and agar-entrapped batch cultures of Saccharornyces cerevisiae at different oxygenation levels. Biotechnology Letters 16:1107.Hinfray, C., Jouenne, T., Junter.G. 1994. Ethanol production from glucose by free and agar-entrapped batch cultures of Saccharornyces cerevisiae at different oxygenation levels. Biotechnology Letters 16: 1107.
Hoekstra, S. F. 1975. Wort composition, a review of known and unknown facts. Proceedings of the European Brewery Convention, Nice 465.Hoekstra, S. F. 1975. Wort composition, a review of known and unknown facts. Proceedings of the European Brewery Convention, Nice 465.
Hooijmans, C. M., Ras, C., Luyben, K. Ch. A. M. 1990. Determination of oxygen profiles in biocatalyst particles by means of a combined polarographic oxygen microsensor. Enzyme and Microbial Technology 12:178.Hooijmans, C. M., Ras, C., Luyben, K. Ch. A. M. 1990. Determination of oxygen profiles in biocatalyst particles by means of a combined polarographic oxygen microsensor. Enzyme and Microbial Technology 12: 178.
Hough, J. S., Briggs, D. E., Stevens, R., Young, T. W. 1982. Metabolism of wort by yeast. In: Malting and Brewing Science Volume 2 Hopped Wort and Beer, Ed. Hough, J. S., Briggs, D. E., Stevens, R., and Young, T. W., London, U. K.: Chapman and Hall. 566.Hough, J. S., Briggs, D. E., Stevens, R., Young, T. W. 1982. Wort metabolism by yeast. In: Malting and Brewing Science Volume 2 Hopped Wort and Beer, Ed. Hough, J. S., Briggs, D. E., Stevens, R., and Young, T. W., London, U. K.: Chapman and Hall. 566.
Hiisken, L. E., Tramper, J., Wijffels, R. 1996. Growth and eruption of gelentrapped microcolonies. In: Progress in Biotechnology 11, Immobilized Cells : Basics and Applications Ed. Wijffels, R. H., Buitelaar, R. M.., Bucke, C., Tramper, J., Amsterdam: Elsevier Science 336.Hiisken, L. E., Tramper, J., Wijffels, R. 1996. Growth and eruption of gelentrapped microcolonies. In: Progress in Biotechnology 11, Immobilized Cells: Basics and Applications Ed. Wijffels, R. H., Buitelaar, R. M .., Bucke, C., Tramper, J., Amsterdam: Elsevier Science 336.
Hutter, K. J. 1996. Flow-cytometric analyses for assessment of fermentative ability of various yeasts. Brauwelt International 1: 52.Hutter, K. J. 1996. Flow-cytometric analyzes for the evaluation of the fermentative ability of various yeasts. Brauwelt International 1: 52.
Hwang,S.-J., Fan, L.-S. 1986. Some design consideration of a draft tube gasliquid-solid spouted bed. The Chemical Engineering Journal 33 : 49.Hwang, S.-J., Fan, L.-S. 1986. Some design considerations of a draft tube gasliquid-solid spouted bed. The Chemical Engineering Journal 33: 49.
Imai, T. 1996. Recent advances in the determination of yeast vitality. Proceedings of the Congress of the Institute of Brewing (Asia Pacific Section), Singapore 24: 60.Imai, T. 1996. Recent advances in the determination of yeast vitality. Proceedings of the Congress of the Brewing Institute (Asia Pacific Section), Singapore 24: 60.
Inloes, D. S., Taylor, D. P., Cohen, S. N., Michaels, A. S„ Robertson, C. R. 1983. Ethanol production by Saccharomyces cerevisiae immobilized in hollowfiber membrane bioreactors. Applied and Environmental Microbiology 46:264. Inoue, T. 1987. Possibilities opened by new biotechnology and application of immobilized yeast to beer brewing. Reports of the Research Laboratory of Kirin Brewery Co., Ltd. 7.Inloes, D. S., Taylor, D. P., Cohen, S. N., Michaels, A. S „Robertson, C. R. 1983. Ethanol production by Saccharomyces cerevisiae immobilized in hollowfiber membrane bioreactors. Applied and Environmental Microbiology 46: 264. Inoue, T. 1987. Possibilities opened by new biotechnology and application of immobilized yeast to beer brewing. Kirin Brewery Co., Ltd. Research Reports 7.
Inoue, T. 1992. A review of diacetyl control technology. Proceedings of the 22nd Convention of the Institute of Brewing (Australia and New Zealand Section), Melbourne 76.Inoue, T. 1992. A review of diacetyl control technology. Proceedings of the 22 nd Convention of the Institute of Brewing ( Australia and New Zealand Section), Melbourne 76.
Jepsen, S. 1993. Using ALDC to speed up fermentation. Brewers' Guardian. 55. Jones, M., Pierce, J. S. 1964. Absorption of amino acids from wort by yeasts. Journal of the Institute of Brewing 70: 307.Jepsen, S. 1993. Using ALDC to speed up fermentation. Brewers' Guardian. 55. Jones, M., Pierce, J. S. 1964. Absorption of amino acids from wort by yeasts. Journal of the Brewing Institute 70: 307.
Jones, R. P., Greenfield, P. F. 1984. A review of yeast ionic nutrition-Part I: growth and fermentation requirements. Process Biochemistry 19 (2): 48.Jones, R. P., Greenfield, P. F. 1984. A review of yeast ionic nutrition-Part I: growth and fermentation requirements. Process Biochemistry 19 (2): 48.
Jones, R. P., Pamment, N., Greenfield, P. F. 1981. Alcohol fermentation by yeast-the effect of environmental and other variables. ProcessBiochemist7y 16 (3): 42.Jones, R. P., Pamment, N., Greenfield, P. F. 1981. Alcohol fermentation by the yeast-effect of environmental and other variables. ProcessBiochemist7y 16 (3): 42.
Kara, В. V., David, I., Searle, B. A. 1987. Assessment of yeast quality.Kara, V. V., David, I., Searle, B. A. 1987. Assessment of yeast quality.
Proceedings of the Congress of the European Brewery Convention, Madrid, 21: 409.Proceedings of the Congress of the European Brewery Convention, Madrid, 21: 409.
Karamanev, D. G.1991. Model of the biofilm structure of Thiobacillus ferrooxidans. Journal of Biotechnology 10: 51.Karamanev, D. G.1991. Model of the biofilm structure of Thiobacillus ferrooxidans. Journal of Biotechnology 10: 51.
Karel, S. F., Libicki, S. B., Robertson, C.R. 1985. The immobilization of whole cells : engineering principles. Chemical Engineering Science 40:1321.Karel, S.F., Libicki, S.B., Robertson, C.R. 1985. The immobilization of whole cells: engineering principles. Chemical Engineering Science 40: 1321.
Kasten, F. H. 1993. Introduction to fluorescent probes: properties, history and applications. In: Fluorescent and Luminescent Probes for Biological Activity, Ed. Mason, W. T. London, U. K.: Academic Press Limited 12.Kasten, F. H. 1993. An Introduction to Fluorescent Probes: Properties, History, and Applications. In: Fluorescent and Luminescent Probes for Biological Activity, Ed. Mason, W. T. London, U. K.: Academic Press Limited 12.
Klopper, W. J. 1974. Wort composition, a survey. European Brewery ConventionKlopper, W. J. 1974. Wort composition, a survey. European Brewery Convention
Monograph 1. Wort Symposium, Zeist 8.Monograph 1. Wort Symposium, Zeist 8.
Korgel, B. A., Rotem, A., Monbouquette, H. G. 1992. Effective diffusivity of galactose in calcium alginate gels containing immobilized Zyrnomonas mobilis. Biotechnology Progress 8 :111.Korgel, B. A., Rotem, A., Monbouquette, H. G. 1992. Effective diffusivity of galactose in calcium alginate gels containing immobilized Zyrnomonas mobilis. Biotechnology Progress 8: 111.
Kreger-Van Rij, N. 1984. The Yeasts : A Taxonomic Study. Amsterdam : Elsevier Science Publishers В. V.Kreger-Van Rij, N. 1984. The Yeasts: A Taxonomic Study. Amsterdam: Elsevier Science Publishers V.V.
Kronlof, J., Virkajarvi,1.1996. Main fermentation with immobilized yeast-pilot scale. Proceedings of the European Brewery Convention Brewing Science Group, Berlin 94.Kronlof, J., Virkajarvi, 1.1996. Main fermentation with immobilized yeast-pilot scale. Proceedings of the European Brewery Convention Brewing Science Group, Berlin 94.
Kunze, W. 1996. Technology Brewing and Malting. Berlin : VLB.Kunze, W. 1996. Technology Brewing and Malting. Berlin: VLB.
Kuriyama, H.Jshibashi, H., Umeda, I. Μ. T., Kobayashi, H. 1993. Control of yeast flocculation activity in continuous ethanol fermentation. Journal of Chemical Engineering Japan 26 (4): 429.Kuriyama, H.Jshibashi, H., Umeda, I. Μ. T., Kobayashi, H. 1993. Control of yeast flocculation activity in continuous ethanol fermentation. Journal of Chemical Engineering Japan 26 (4): 429.
Kurosawa, H., Matsamura, M., Tanaka, H. 1989. Oxygen diffusivity in gel beads containing viable cells. Biotechnology and Bioeragineering 34: 926.Kurosawa, H., Matsamura, M., Tanaka, H. 1989. Oxygen diffusivity in gel beads containing viable cells. Biotechnology and Bioeragineering 34: 926.
Kurosawa, H., Tanaka, H. 1990. Advances in immobilized cell culture: development of a co-immobilized mixed culture system of aerobic and anaerobic micro-organisms. Process Biochemistry International 25:189.Kurosawa, H., Tanaka, H. 1990. Advances in immobilized cell culture: development of a co-immobilized mixed culture system of aerobic and anaerobic micro-organisms. Process Biochemistry International 25: 189.
Kurtzman, C. P., Fell, J. W. 1998. The Yeasts, A Taxonomic Study, Fourth Edition. Amsterdam: Elsevier 361.Kurtzman, C. P., Fell, J. W. 1998. The Yeasts, A Taxonomic Study, Fourth Edition. Amsterdam: Elsevier 361.
Kyung, K. H., Gerhardt, P. 1984. Continuous production of ethanol by yeast immobilized in a membranecontained fermentor. Biotechnology and Bioengineering 26: 252.Kyung, K. H., Gerhardt, P. 1984. Continuous production of ethanol by yeast immobilized in a membranecontained fermenter. Biotechnology and Bioengineering 26: 252.
Lee, S. S., Robinson, F. M., Wang, Η. Y. 1981. Rapid determination of yeast viability. Biotechnology and Bioengineering Symposium No. 11, Gatlingburg, USA641.Lee, S. S., Robinson, F. M., Wang, Η. Y. 1981. Rapid determination of yeast viability. Biotechnology and Bioengineering Symposium No. 1 11, Gatlingburg, USA641.
Lentini, A. 1993. A review of the various methods available for monitoring the physiological status of yeast: yeast viability and vitality. Ferment 6: 321.Lentini, A. 1993. A review of the various methods available for monitoring the physiological status of yeast: yeast viability and vitality. Ferment 6: 321.
Lentini, A., Takis, S., Hawthorne, D. B., Kavanagh, T. E. 1994. The influence of trub on fermentation and flavour development.Proceedings of the 23rd Convention of the Institute of brewing (Asia Pacific Section), Sydney 89. Leudeking, R. 1967. Fermentation process kinetics. In : Biochemical and Biological Engineering, Ed. Blakebrough, N., London: Academic Press, Inc. 203.Lentini, A., Takis, S., Hawthorne, DB, Kavanagh, TE 1994. The influence of trub on fermentation and flavour development.Proceedings of the 23 rd Convention of the Institute of brewing ( Asia Pacific Section), Sydney 89. Leudeking , R. 1967. Fermentation process kinetics. In: Biochemical and Biological Engineering, Ed. Blakebrough, N., London: Academic Press, Inc. 203.
Leudeking, R., Piret, E. L. 1959. A kinetic study of the lactic acid fermentation. Journal of Biochemical and Microbiolial Technology and Engineering 1: 393.Leudeking, R., Piret, E. L. 1959. A kinetic study of lactic acid fermentation. Journal of Biochemical and Microbiolial Technology and Engineering 1: 393.
Lewandowski, Z„ Altobelli, A., Fukushima, E. 1993. NMR and microelectrode studies of hydrodynamics and kinetics in biofilms. Biotechnology Progress 9: 40.Lewandowski, Z 'Altobelli, A., Fukushima, E. 1993. NMR and microelectrode studies of hydrodynamics and kinetics in biofilms. Biotechnology Progress 9: 40.
Lewandowski, Z., Stoodley, P., Altobelli, S. 1995. Experimental and conceptual studies on mass transport in biofilms. Water Science Technology 31 :153. Lewis, M., Young, T. 1995. Brewing. London: Chapman and Hall.Lewandowski, Z., Stoodley, P., Altobelli, S. 1995. Experimental and conceptual studies on mass transport in biofilms. Water Science Technology 31: 153. Lewis, M., Young, T. 1995. Brewing. London: Chapman and Hall.
Li, J.,Humpluey, A. E.1991. Use of fluorometry for monitoring and control of a bioreactor. Biotechnology and Bioengineering 37:1043.Li, J., Humpluey, A. E.1991. Use of fluorometers for monitoring and control of a bioreactor. Biotechnology and Bioengineering 37: 1043.
Lim, H.-S., Han, B.-K., Kim, J.-H., Peshwa, Μ. V, Hu, W.-S. 1992. Spatial distribution of mammalian cells grown on macroporous microcarriers with improved attachment kinetics. Biotechnology Progress 8: 486.Lim, H.-S., Han, B.-K., Kim, J.-H., Peshwa, Μ. V, Hu, W.-S. 1992. Spatial distribution of mammalian cells grown on macroporous microcarriers with improved attachment kinetics. Biotechnology Progress 8: 486.
Linko, M„ Virkajarvi, l„ Pohjala, N. 1996. Effect of flocculation characteristics on immobilized yeast performance. European Brewery Convention Brewing Science Group, Berlin 102.Linko, M „Virkajarvi, l„ Pohjala, N. 1996. Effect of flocculation characteristics on immobilized yeast performance. European Brewery Convention Brewing Science Group, Berlin 102.
Lloyd, D., Moran, C. A., Suller, Μ. T. E., Dinsdale, M. G. 1996. Flow cytometric monitoring of rhodamine 123 and a cyanine dye uptake by yeast during cider fermentation. Journal of Institute of Brewing 102: 251.Lloyd, D., Moran, C. A., Suller, Μ. T. E., Dinsdale, M. G. 1996. Flow cytometric monitoring of rhodamine 123 and a cyanine dye uptake by yeast during cider fermentation. Journal of the Brewing Institute 102: 251.
Lundberg, P., Kuchel, P. W. 1997. Diffusion of solutes in agarose and alginate gels : 1H and Z3Na PFGSE and 23Na TQF NMR studies. Magnetic Resonance in Medicine 37: 44.Lundberg, P., Kuchel, PW 1997. Diffusion of solutes in agarose and alginate gels: 1 H and Z3 on PFGSE and 23 on TQF NMR studies. Magnetic Resonance in Medicine 37: 44.
Margaritis, A., te Bokkel, D. W„ El Kashab, M. 1987. Repeated batch fermentation of ethanol using immobilized cells of Saccharomyces cerevisiae in a fluidized bioreactor system. In: Biological Research on Industrial Yeasts, Ed. Stewart, G. G., Russell, I., Klein, R. D., Hiebsch, R. R., Boca Raton: CRC Press 121.Margaritis, A., and Bokkel, D.W. "El Kashab, M. 1987. Repeated batch fermentation of ethanol using immobilized cells of Saccharomyces cerevisiae in a fluidized bioreactor system. In: Biological Research on Industrial Yeasts, Ed. Stewart, G. G., Russell, I., Klein, R. D., Hiebsch, R. R., Boca Raton: CRC Press 121.
Margaritis, A., Wallace, J. B. 1982. The use of immobilized cells of Zymomonas mobilis in a novel fluidized bioreactor to produce ethanol. Biotechnology and Bioengineering Symposium 147.Margaritis, A., Wallace, J. B. 1982. The use of immobilized cells of Zymomonas mobilis in a novel fluidized bioreactor to produce ethanol. Biotechnology and Bioengineering Symposium 147.
Margaritis, A., Wilke, C.R. J. 978a. The rotorfermentor. Part I: description of the apparatus, power requirements, and mass transfer characteristics. Biotechnology and Bioengineering 20: 709.Margaritis, A., Wilke, C.R. J. 978a. The rotorfermentor. Part I: description of the apparatus, power requirements, and mass transfer characteristics. Biotechnology and Bioengineering 20: 709.
Margaritis, A.,Wilke, C. R.1978b. The rotorfermentor. Part II: application to ethanol fermentation. Biotechnology and Bioengineering 20: 727.Margaritis, A., Wilke, C. R.1978b. The rotorfermentor. Part II: application to ethanol fermentation. Biotechnology and Bioengineering 20: 727.
Marrs, W. M. 1998. The stability of carrageenans to processing. In: Gums and Stabilizers for the Food Industry 9, Cambridge : Royal Society of Chemistry, 218: 345.Marrs, W. M. 1998. The stability of carrageenans to processing. In: Gums and Stabilizers for the Food Industry 9, Cambridge: Royal Society of Chemistry, 218: 345.
Martens, F. B., Egberts, G. T. C., Kempers, J., Robles de Medina, M.H. L., Welton, H. G. 1986. European Brewing Convention Monograph XII, Symposium on Brewing Yeast, Helsinki 339.Martens, F. B., Egberts, G. T. C., Kempers, J., Robles de Medina, M.H. L., Welton, H. G. 1986. European Brewing Convention Monograph XII, Symposium on Brewing Yeast, Helsinki 339.
Masschelein, C. A. 1990. Yeast metabolism and beer flavour. Proceedings of the Third Aviemore Conference on Malting, Brewing and Distilling 103.Masschelein, C. A. 1990. Yeast metabolism and beer flavor. Proceedings of the Third Aviemore Conference on Malting, Brewing and Distilling 103.
Masschelein, C. A., Carlier, A., Ramos-Jeunehomme, C., Abe, 1.1985. The effect of immobilization on yeast physiology and beer quality in continuous and discontinuous systems. Proceedings of the 20th European Brewery Convention Congress, Helsinki 339.Masschelein, C. A., Carlier, A., Ramos-Jeunehomme, C., Abe, 1.1985. The effect of immobilization on yeast physiology and beer quality in continuous and discontinuous systems. Proceedings of the 20th European Brewery Convention Congress, Helsinki 339.
Masschelein, C. A.,Ramos-Jeunehomme, C. 1985. The potential of alginate immobilized yeast in Brewery fermentations. Institute of Brewing Central and Southern African Section Proceedings of the 1 st Scientific and Technical Convention, Johannesburg 392.Masschelein, C. A., Ramos-Jeunehomme, C. 1985. The potential of alginate immobilized yeast in Brewery fermentations. Brewing Institute Central and Southern African Section Proceedings of the 1st st Scientific and Technical Convention, Johannesburg 392.
Masschelein, C. A.,Vandenbussche, J. 1999. Current outlook and future perspectives for immobilized yeast technology in the brewing Industry. Brewers' Guardian 28 (4): 35.Masschelein, C. A., Vandenbussche, J. 1999. Current outlook and future perspectives for immobilized yeast technology in the brewing industry. Brewers' Guardian 28 (4): 35.
Masters, B.R., Thaer, A. A. 1994. Real-time scanning slit confocal microscopy of the in vivo human cornea. Applied Optics 33: 695.Masters, B.R., Thaer, A. A. 1994. Real-time scanning of slit confocal microscopy of in vivo human cornea. Applied Optics 33: 695.
Meilgaard, M. 1982. Prediction of flavor differences between beers from their chemical composition,Brygmestere71 5.Meilgaard, M. 1982. Prediction of flavor differences between beers from their chemical composition, Brygmestere71 5.
Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H., Russell,!. 1996. Application of immobilized yeast cells in the brewing industry. In: Progress in Biotechnology 11, Imnobilized Cells: Basics and Applications Ed.Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H., Russell,!. 1996. Application of immobilized yeast cells in the brewing industry. In: Progress in Biotechnology 11, Immobilized Cells: Basics and Applications Ed.
Wijffels, R. H., Buitelaar, R. M.., Bucke, C., Tramper, J., Amsterdam: Elsevier Science 661.Wijffels, R. H., Buitelaar, R. M .., Bucke, C., Tramper, J., Amsterdam: Elsevier Science 661.
Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H., Russell,1.1997. New Developments in the Brewing Industry Using Immobilized Yeast Cell Bioreactor Systems. Journalof the Institute of Brewiiag 103:363.Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H., Russell, 1.1997. New Developments in the Brewing Industry Using Immobilized Yeast Cell Bioreactor Systems. Journalof the Brewiiag Institute 103: 363.
Merchant, F. J. A. 1986. Diffusivity Characteristics of Glucose in Alginate Immobilization Matrices. Ph. D. Thesis. University of Western Ontario.Merchant, F. J. A. 1986. Diffusivity Characteristics of Glucose and Alginate Immobilization Matrices. Ph. D. Thesis. University of Western Ontario.
Merchant, F.J. A, Margaritis, A., Wallace, J. B. 1987. A novel technique for measuring solute diffusivities in entrapment matrices used in immobilization. Biotechnology and Bioengineering 30: 936.Merchant, F.J. A, Margaritis, A., Wallace, J. B. 1987. A novel technique for measuring solute diffusivities in entrapment matrices used in immobilization. Biotechnology and Bioengineering 30: 936.
Mochaba, F. M. 1997. A novel and practical yeast vitality method based on magnesium ion release. Journal of the Institute of Brewing 103: 99.Mochaba, F. M. 1997. A novel and practical yeast vitality method based on magnesium ion release. Journal of the Brewing Institute 103: 99.
Mochaba, F., O'Connor-Cox, E. S. C., Axcell, В. C. 1998. Practical procedures to measure yeast viability and vitality prior to pitching. Journal of the AmericanMochaba, F., O'Connor-Cox, E. S. C., Axcell, V. C. 1998. Practical procedures to measure yeast viability and vitality prior to pitching. Journal of the American
Society of Brewing Chemists 56(1): 1.Society of Brewing Chemists 56 (1): 1.
Muhr, A. H.,Blanshard, J. Μ. V. 1982. Diffusion in gels. Polymer 23:1012. Mulder, Μ. Η. V., Smolders, C. A. 1986. Continuous ethanol production controlled by membrane processes. Process Biochemistry 21: 35.Muhr, A. H., Blanshard, J. Μ. V. 1982. Diffusion and gels. Polymer 23: 1012. Mulder, Μ. Η. V., Smolders, C. A. 1986. Continuous ethanol production controlled by membrane processes. Process Biochemistry 21: 35.
Nakanishi, K., Murayama, H., Nagara, A., Mitsui, S. 1993. Beer brewing using an immobilized yeast bioreactor system.Bioprocess Technology 16: 275. Nakanishi, K., Onaka, T., Inoue, T. 1986. A new immobilized yeast reactor system for rapid production of beer. Reports of the Research Laboratory of Kirin Brewing Company 13.Nakanishi, K., Murayama, H., Nagara, A., Mitsui, S. 1993. Beer brewing using an immobilized yeast bioreactor system.Bioprocess Technology 16: 275. Nakanishi, K., Onaka, T., Inoue, T. 1986. A new immobilized yeast reactor system for rapid production of beer. Kirin Brewing Company Research Laboratory Reports 13.
Nakatani, K., Takahashi, T., Nagami, K., Kumada, J. 1984a. Kinetic study of vicinal diketones in brewing (I) formation of total vicinal diketones. MBAA Technical Quarterly 21 (2): 73.Nakatani, K., Takahashi, T., Nagami, K., Kumada, J. 1984a. Kinetic study of vicinal diketones in brewing (I) formation of total vicinal diketones. MBAA Technical Quarterly 21 (2): 73.
Nakatani, K., Takahashi, T., Nagami, K., Kumada, J. 1984b. Kinetic study of vicinal diketones in brewing (II) theoretical aspect for the formation of total vicinal diketones. MBAA Technical Quarterly 21 (4): 175.Nakatani, K., Takahashi, T., Nagami, K., Kumada, J. 1984b. Kinetic study of vicinal diketones in brewing (II) theoretical aspect for the formation of total vicinal diketones. MBAA Technical Quarterly 21 (4): 175.
Nakatani,K., Fukui, N., Nagami,K., Nisliigaki, M. 1991. Kinetic analysis of ester formation during beer fermentation. Journal of the American Society of Brewing Chenaists 49 (4): 152.Nakatani, K., Fukui, N., Nagami, K., Nisliigaki, M. 1991. Kinetic analysis of ester formation during beer fermentation. Journal of the American Society of Brewing Chenaists 49 (4): 152.
Narzip, L., Miedaner, H., Graf, P.,Eichhorn, P., Lustig, S. 1993. Technological approach to improve flavour stability. MBAA Technical Quarterly 30 : 48.Narzip, L., Miedaner, H., Graf, P., Eichhorn, P., and Lustig, S. 1993. A technological approach to improve flavor stability. MBAA Technical Quarterly 30: 48.
Nava Saucedo, J.E., Roisin, C., Barbotin, J.-N. 1996. Complexity and heterogeneity of microenvironments in immobilized systems. Progress in Biotechnology 11, Immobilized Cells. Basics and Applications, Noordwijkerhout 39.Nava Saucedo, J.E., Roisin, C., Barbotin, J.-N. 1996. Complexity and heterogeneity of microenvironments in immobilized systems. Progress in Biotechnology 11, Immobilized Cells. Basics and Applications, Noordwijkerhout 39.
Nedovic, A. N.,Vunjak-Novakovc, G.,Leskosek-Cukalovic, I., Cutkovic, M. 1996. A study on considerably accelerated fermentation of beer using an airlift bioreactor with calcium alginate entrapped yeast cells. Fifth World Congress of Chemical Engineering 2: 474.Nedovic, A. N., Vunjak-Novakovc, G., Leskosek-Cukalovic, I., Cutkovic, M. 1996. A study on significantly accelerated fermentation of beer using an airlift bioreactor with calcium alginate entrapped yeast cells. Fifth World Congress of Chemical Engineering 2: 474.
Neufeld, R. J., Poncelet, D. J., Norton, S. D. 1996.Application for Canadian Patent No. 2133789.Neufeld, R. J., Poncelet, D. J., Norton, S. D. 1996. Canadian Patent Application no. 2133789.
Norton, S., DAmore, T. 1994. Physiological effects of yeast cell immobilization : applications for brewing. Enzyme and Microbial Technology 16: 365.Norton, S., DAmore, T. 1994. Physiological effects of yeast cell immobilization: applications for brewing. Enzyme and Microbial Technology 16: 365.
Norton, S., Watson, K., DAmore, T. 1995. Ethanol tolerance of immobilized brewer's yeast cells. Applied Microbiology and Biotechnology 43:18. O'Connor-Cox, E„ Mochaba, F. M., Lodolo, E. J., Majara, M., Axcell, B. 1997. Methylene blue staining: use at your own risk. MBAA Technical Quarterly 34(1): 306.Norton, S., Watson, K., DAmore, T. 1995. Ethanol tolerance of immobilized brewer's yeast cells. Applied Microbiology and Biotechnology 43:18. O'Connor-Cox, E „Mochaba, F. M., Lodolo, E. J., Majara, M., Axcell, B. 1997. Methylene blue staining: use at your own risk. MBAA Technical Quarterly 34 (1): 306.
O'Reilly, A. M., Scott, J. A. 1995. Defined coimmobilization of mixed microorganism cultures. Enzyme and Microbial Technology 17: 636.O'Reilly, A. M., Scott, J. A. 1995. Defined coimmobilization of mixed microorganism cultures. Enzyme and Microbial Technology 17: 636.
Okazaki, M., Hamada, T., Fujji, H., Mizobe, A., Matsuzawa, S. 1995. Development of poly (vinyl alcohol) hydrogel for waste water cleaning. I. Study of poly(vinyl alcohol) gel as a carrier for immobilizing organisms. Journal of Applied Polymer Science 58: 2235.Okazaki, M., Hamada, T., Fujji, H., Mizobe, A., and Matsuzawa, S. 1995. Development of poly (vinyl alcohol) hydrogel for waste water cleaning. I. Study of poly (vinyl alcohol) gel as a carrier for immobilizing organisms. Journal of Applied Polymer Science 58: 2235.
Oldshue, J. Y., Herbst, N. R. 1992. A Guide to Fluid Mixing. New York: Lightnin. Opekarova, M., Sigler, K. 1982. Acidification power: indicator of metabolic activity and autolytics changes in Saccharomyces cerevisiae (yeast). Folia Microbiologia 27: 395.Oldshue, J. Y., Herbst, N. R. 1992. A Guide to Fluid Mixing. New York: Lightnin. Opekarova, M., Sigler, K. 1982. Acidification power: an indicator of metabolic activity and autolytics changes in Saccharomyces cerevisiae (yeast). Folia Microbiologia 27: 395.
0yaas, J., Storro, I., Svendsen, H., Levine, D. W. 1995. The effective diffusion coefficient and the distribution constant for small molecules in calcium-alginate gel beads. Biotechnology and Bioengineering 47: 492.0yaas, J., Storro, I., Svendsen, H., Levine, D. W. 1995. The effective diffusion coefficient and distribution constant for small molecules in calcium-alginate gel beads. Biotechnology and Bioengineering 47: 492.
Paiva, T. C. B., Sato, S., Visconti, A. E. S., Castro, L. A. B. 1996. Continuous alcoholic fermentation process in a tower reactor with recycling of flocculating yeast. Applied Biochemistry and Biotechnology 57-58 (0): 55.Paiva, T. C. B., Sato, S., Visconti, A. E. S., Castro, L. A. B. 1996. Continuous alcoholic fermentation process in a tower reactor with recycling of flocculating yeast. Applied Biochemistry and Biotechnology 57-58 (0): 55.
Pajunen, E.,Makinen, V., Gisler, R. 1987.Secondary fermentation with immobilized yeast. European Brewery Convention Congress, Madrid441. Parascandola, P., de Alteriis, E. 1996. Pattern of growth and respiratory activity of Saccharomyces cerevisiae (baker's yeast) cells growing entrapped in an insolubilized gelatin gel. Biotechnology and Applied Biochemistry 23: 7. Perry, R. H., Green, D. W. 1984. PenysClaemical Erzgiiaeers'Handbook. New York: McGraw-Hill Book Company.Pajunen, E., Makinen, V., Gisler, R. 1987.Secondary fermentation with immobilized yeast. European Brewery Convention Congress, Madrid441. Parascandola, P., de Alteriis, E. 1996. Patterns of growth and respiratory activity of Saccharomyces cerevisiae (copper's yeast) cells growing entrapped in an insolubilized gelatin gel. Biotechnology and Applied Biochemistry 23: 7. Perry, R. H., Green, D. W. 1984. PenysClaemical Erzgiiaeers'Handbook. New York: McGraw-Hill Book Company.
Pilkington, P. H., Margaritis, A., Mensour, N. A. 1998a. Mass transfer characteristics of immobilized cells used in fermentation processes. Critical Reviews in Biotechnology 18 (2 & 3):237.Pilkington, P. H., Margaritis, A., Mensour, N. A. 1998a. Mass transfer characteristics of immobilized cells used in fermentation processes. Critical Reviews in Biotechnology 18 (2 & 3): 237.
Pilkington, P. H., Margaritis, A., Mensour, N. A., Russell.l. 1998b. Fundamentals of immobilized yeast cells for continuous beer fermentation : a review. Journal of the Institute of Brewing 104:19.Pilkington, P. H., Margaritis, A., Mensour, N. A., Russell.l. 1998b. Fundamentals of immobilized yeast cells for continuous beer fermentation: a review. Journal of the Brewing Institute 104: 19.
Pilkington, H., Margaritis, A., Mensour, N., Sobczak, J., Hancock, I., Russell.l. 1999. Kappa-carrageenan gel immobilization of lager brewing yeast. Journal of the Institute of Brewing 105 (6): 398.Pilkington, H., Margaritis, A., Mensour, N., Sobczak, J., Hancock, I., Russell.l. 1999. Kappa-carrageenan gel immobilization of lager brewing yeast. Journal of the Brewing Institute 105 (6): 398.
Polson, A. 1950. Some aspects of diffusion in solution and a definition of a colloidal particle. Journal of Physical and Colloidal Chemistry 54: 649.Polson, A. 1950. Some aspects of diffusion in solution and a definition of a colloidal particle. Journal of Physical and Colloidal Chemistry 54: 649.
Power, D.A., McCuen, P. J. 1988. Manual of BBL® Products and Laboratory Procedures, Sixth Editiorl. Maryland: Becton Dickinson Microbiology Systems 249.Power, D.A., McCuen, P. J. 1988. Manual of BBL® Products and Laboratory Procedures, Sixth Editiorl. Maryland: Becton Dickinson Microbiology Systems 249.
Priest, F.G., Campbell, 1.1996.Brewing Microbiology 2nd Ed., UK: Chapman and Hall.Priest, F.G., Campbell, 1.1996.Brewing Microbiology 2nd Ed., UK: Chapman and Hall.
Rees, D. A. 1972. Polysaccharide gels: a molecular view.Chemisry and Industry 19 :630.Rees, D. A. 1972. Polysaccharide gels: a molecular view.Chemisry and Industry 19: 630.
Roca, E., Camesselle, C., Nunez, M. 1995. Continuous ethanolic fermentation by Saccharomyces cerevisiaeimmobilised in Ca-alginate beads hardened with Al3+. Biotechnology Letters 9 : 815.Roca, E., Camesselle, C., Nunez, M. 1995. Continuous ethanolic fermentation by Saccharomyces cerevisiaeimmobilized in Ca-alginate beads hardened with Al 3+ . Biotechnology Letters 9: 815.
Roukas, T. 1994. Continuous ethanol production from carob pod extract by immobilized Saccharomyces cerevisiae in a packed-bed reactor. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 59:387.Roukas, T. 1994. Continuous ethanol production from carob under extract by immobilized Saccharomyces cerevisiae in a packed bed reactor. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 59: 387.
Russell, I., Stewart, G. G. 1992. Contribution of yeast and immobilization technology to flavour development in fermented beverages. Food Technology 148.Russell, I., Stewart, G. G. 1992. Contribution of yeast and immobilization technology to flavour development in fermented beverages. Food Technology 148.
Ryder, D. S. 1985. The growth process of brewing yeast and the biotechnological challenge. MBAA Technical Quarterly 22:124.Ryder, D. S. 1985. The growth process of brewing yeast and the biotechnological challenge. MBAA Technical Quarterly 22: 124.
Ryu, D. D., Kim, Y. J., Kim, J. H. 1984. Effect of air supplement on the performance of continuous ethanol fermentation system. Biotechnology and Bioengineering 26:12.Ryu, D. D., Kim, Y. J., Kim, J. H. 1984. The effect of air supplementation on the performance of a continuous ethanol fermentation system. Biotechnology and Bioengineering 26:12.
Salmon, P. M., Robertson, C. R. 1987. Mass transfer limitations in gel beads containing growing immobilized cells. Journal of Theoretical Biology 125: 325. Schumpe, A., Quicker, G., Deckwer, W.-D. 1982. Gas solubilities in microbial culture media. Advances in Biochemical Engineering 24:1.Salmon, P. M., Robertson, C. R. 1987. Mass transfer limitations in gel beads containing growing immobilized cells. Journal of Theoretical Biology 125: 325. Schumpe, A., Quicker, G., Deckwer, W.-D. 1982. Gas solubilities and microbial culture media. Advances in Biochemical Engineering 24: 1.
Shindo, S., Sahara, H., Koshino, S. 1994. Suppression of alpha-acetolactate formation in brewing with immobilized yeast. Joursaal of the Institute of Bnewing 100: 69.Shindo, S., Sahara, H., Koshino, S. 1994. Suppression of alpha-acetolactate formation in brewing with immobilized yeast. Joursaal of the Bnewing Institute 100: 69.
Smart, K. A. 1995. The importance of the brewing yeast cell wall. Brewers'Guardian 124 (4): 44.Smart, K. A. 1995. The importance of the brewing yeast cell wall. Brewers'Guardian 124 (4): 44.
Smart, K. A. 1999. Ageing in brewing yeast. Brewers'Guardian 19.Smart, K. A. 1999. Ageing and brewing yeast. Brewers'Guardian 19.
Smart, K. A., Chambers, K. M., Lambert, I., Jenkins, C. 1999. Use of methylene violet procedures to determine yeast viability and vitality.Journal of the American Society of Brewing Chemists 57(1) :18.Smart, K. A., Chambers, K. M., Lambert, I., Jenkins, C. 1999. Use of methylene violet procedures to determine yeast viability and vitality.Journal of the American Society of Brewing Chemists 57 (1): 18.
Sharpe, F. R. 1988. Assessment and control of beer flavour. Journal of the Institute of Brewing 95: 301.Sharpe, F. R. 1988. Assessment and control of beer flavor. Journal of the Brewing Institute 95: 301.
Stewart, G. G. 1977. Fermentation-yesterday, today and tomorrow. MBAA Technical Quarterly 14:1.Stewart, G. G. 1977. Fermentation-yesterday, today and tomorrow. MBAA Technical Quarterly 14: 1.
Stewart, G. G., Russell, 1.1986. The relevance of the flocculation properties of yeast in today's brewing industry.Stewart, G. G., Russell, 1.1986. The relevance of the flocculation properties of yeast in today's brewing industry.
European Brewery Convention Symposium on Brewers'Yeast, Helsinki 53.European Brewery Convention Symposium on Brewers'Yeast, Helsinki 53.
Stewart, G. G., Lyness, A., Younis,0.1999. The control of ester synthesis during wort fermentation. MBAA Technical Quarterly 36(1): 61.Stewart, G. G., Lyness, A., Younis, 0.1999. The control of ester synthesis during wort fermentation. MBAA Technical Quarterly 36 (1): 61.
Takahashi, S. and Kimura, Y. 1996. Effect of main fermentation parameters on stale flavour. Brauwelt International 14 (3): 253.Takahashi, S. and Kimura, Y. 1996. Effect of main fermentation parameters on stale flavor. Brauwelt International 14 (3): 253.
Taylor, D. G. 1989. Influence of brewhouse practice on wort composition.Taylor, D. G. 1989. Influence of brewhouse practice on wort composition.
Brewer's Guardian 118 (2): 30. Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (ASBC). 1992.Brewer's Guardian 118 (2): 30. Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (ASBC). 1992.
Methods of Analysis. 8 Edition. Minnesota : ASBC.Methods of Analysis. 8 Edition. Minnesota: ASBC.
Uttamlal, M., Walt, D. R. 1995. A fiber-optic carbon dioxide sensor for fermentation monitoring. Biotechnology 13: 597.Uttamlal, M., Walt, D. R. 1995. A fiber-optic carbon dioxide sensor for fermentation monitoring. Biotechnology 13: 597.
Venancio, A., Teixeira, J. A. 1997. Characterization of sugar diffusion coefficients in alginate membranes. Biotechnology Techniques 11:183.Venancio, A., Teixeira, J. A. 1997. Characterization of sugar diffusion coefficients in alginate membranes. Biotechnology Techniques 11: 183.
Vilach , C., Uhlig, K. 1985. The measurement of low levels of oxygen in bottled beer. Brauwelt International 70.Vilach, C., Uhlig, K. 1985. The measurement of low oxygen levels in bottled beer. Brauwelt International 70.
Virkajarvi, I., Kronlof, J. 1998. Long-term stability of immobilized yeast columns in primary fermentation. Journal of the American Society of Brewing Chemists 56 (2): 70.Virkajarvi, I., Kronlof, J. 1998. Long-term stability of immobilized yeast columns in primary fermentation. Journal of the American Society of Brewing Chemists 56 (2): 70.
Vives, C., Casas, C.,Gbdia, F.,Sola, C. 1993. Determination of the intrinsic fermentation kinetics of Saccharomyces cerevisiae cells immobilized in calcium alginate beads and observation on their growth. Applied Microbiology and Biotechnology 38 : 467.Vives, C., Casas, C., Gbdia, F., Sola, C. 1993. Determination of intrinsic fermentation kinetics of Saccharomyces cerevisiae cells immobilized in calcium alginate beads and observation on their growth. Applied Microbiology and Biotechnology 38: 467.
Wada, M., Kato, J., Chibata.1.1979. A new immobilization of microbial cells. European Journal of Applied Microbiology and Biotechnology 8:241.Wada, M., Kato, J., Chibata.1.1979. A new immobilization of microbial cells. European Journal of Applied Microbiology and Biotechnology 8: 241.
Wang, Η. Y., Lee, S. S., Takach, Y, Cawthon, L. 1982. Maximizing microbial cell loading in immobilized-cell systems. Biotechnology and Bioengineering Symp. No. 12139.Wang, Η. Y., Lee, S.S., Takach, Y, Cawthon, L. 1982. Maximizing microbial cell loading in immobilized-cell systems. Biotechnology and Bioengineering Symp. No. 12139.
Westrin, B. A., Axelsson, A. 1991. Diffusion in gels containing immobilized cells: a critical review. Biotechnology and Bioengineering 38 : 439.Westrin, B. A., Axelsson, A. 1991. Diffusion in gels containing immobilized cells: a critical review. Biotechnology and Bioengineering 38: 439.
Wheatcroft, R.,Lim, Y. M., Hawthorne,D. B.,Clarke, B. J., Kavanagh, T. E. 1988. An assessment of the use of specific oxygen uptake measurements to predict the fermentation performance of brewing yeasts.Table Institute of Brewing (Australia and New Zealand Section) Proceedings of the Twentieth Convention, Brinsbane 193.Wheatcroft, R., Lim, Y. M., Hawthorne, D. B., Clarke, BJ, Kavanagh, TE 1988. An assessment of the use of specific oxygen uptake measurements to predict the fermentation performance of brewing yeasts.Table Institute of Brewing (Australia and New Zealand Section) Proceedings of the Twentieth Convention, Brinsbane 193 .
White, F. H., Portno, A. D. 1978. Continuous fermentation by immobilized brewers yeast. Journal of the Institute of brewinig 84: 228.White, F. H., Portno, A. D. 1978. Continuous fermentation by immobilized brewers yeast. Journal of the Brewinig Institute 84: 228.
Wijffels, R. H., de Gooijer, C. D., Schepers, A. W., Tramper, J. 1996. Immobilized-cell growth: diffusion limitation in expanding micro-colonies. In: Progress in Biotechnology 11, Immobilized Cells : Basics and Applications Ed. Wijffels, R. H., Buitelaar, R. M.., Bucke, C., Tramper, J., Amsterdam: Elsevier Science 249.Wijffels, R. H., de Gooijer, C. D., Schepers, A. W., Tramper, J. 1996. Immobilized cell growth: diffusion limitation in expanding micro-colonies. In: Progress in Biotechnology 11, Immobilized Cells: Basics and Applications Ed. Wijffels, R. H., Buitelaar, R. M .., Bucke, C., Tramper, J., Amsterdam: Elsevier Science 249.
Wijffels, R. H., Englund, G., Hunik, J. H., Leenen, J. T. M., Bakketun,A. et al.Wijffels, R. H., Englund, G., Hunik, J. H., Leenen, J. T. M., Bakketun, A. et al.
1995. Effects of diffusion limitation on immobilized nitrifying microorganisms at low temperatures. Biotechnology and Bioenghleering 45:1.1995. Effects of diffusion limitation on immobilized nitrifying microorganisms at low temperatures. Biotechnology and Bioenghleering 45: 1.
Aivasidis, A., 1996. Another Look at Immobilized Yeast Systems. Cerevisia Belgian Journal of Brewing & Biotechnology, 21,27.Aivasidis, A., 1996. Another Look at Immobilized Yeast Systems. Cerevisia Belgian Journal of Brewing & Biotechnology, 21.27.
Aivasidis, A., Wandrey, C., Eils, H.-G. & Katzke, M., 1991. Continuous Fermentation of Alcohol-Free Beer with Immobilized Yeast in Fluidized Bed Reactors. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Lisbon, 1991,569.Aivasidis, A., Wandrey, C., Eils, H.-G. & Katzke, M., 1991. Continuous Fermentation of Alcohol-Free Beer with Immobilized Yeast in Fluidized Bed Reactors. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Lisbon, 1991,569.
Akiyama-Jibiki, M., Ishibiki, T., Yamashita, H. & Eto, M., 1997. A Rapid and Simple Assay to Measure Flocculation in Brewer's Yeast. Master Brewers of the Americas Technical Quarterly, 34, 278.Akiyama-Jibiki, M., Ishibiki, T., Yamashita, H. & Eto, M., 1997. A Rapid and Simple Assay to Measure Flocculation in Brewer's Yeast. Master Brewers of the Americas Technical Quarterly, 34,278.
Alfa Laval Brewery Systems, 1997. Immobilized Yeast System Reduces Maturation Time. Brewers' Guardian, 126, 26.Alpha Laval Brewery Systems, 1997. Immobilized Yeast System Reduces Maturation Time. Brewers' Guardian, 126, 26.
Alfa Laval Brewery Systems, 1996. Continuous Maturation of Beer with Immobilized Yeast, Company Report.Alpha Laval Brewery Systems, 1996. Continuous Maturation of Beer with Immobilized Yeast, Company Report.
Al Taweel, A. M. & Walker, L. D.,1983. Liquid Dispersion in Static In-line Mixers. Canadian Journal of Chemical Engineering, 61,527.Al Taweel, A. M. & Walker, L. D., 1983. Liquid Dispersion and Static In-line Mixers. Canadian Journal of Chemical Engineering, 61,527.
Andries, M.,Derdelinckx, G., lone, K. G., Delvaux, F., van Beveren, P. C. & Masschelein, C. A., 1997a. Zeolites as Catalysts for the Cold and Direct Conversion of Acetolactate into Acetoin. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Maastricht, Poster 48.Andries, M., Derdelinckx, G., lone, K. G., Delvaux, F., van Beveren, P. C. & Masschelein, C. A., 1997a. Zeolites as Catalysts for the Cold and Direct Conversion of Acetolactate into Acetoin. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Maastricht, Poster 48.
Andries, M„ VanBeveren, P. C., Coffin,O. & Masschelein, C. A., 1995. Design of a Multi-Purpose Immobilized Yeast Bioreactor System for Application in the Brewing Process. European Brewery Convention Symposium : Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 134.Andries, M „VanBeveren, P. C., Coffin, O. & Masschelein, C. A., 1995. Design of a Multi-Purpose Immobilized Yeast Bioreactor System for Application in the Brewing Process. European Brewery Convention Symposium: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 134.
Andries, M., Van Beveren, P. C., Goffin.O. & Masschelein, C. A., 1996a. Design and Application of an Immobilized Loop Bioreactor for Continuous Beer Fermentation, in Immobilized Cells : Basics and Applications. (R. H. Wijffels, R. M. Buitelaar, C. Bucke & J. Tramper, eds.) Amsterdam: Elsevier Science, 672.Andries, M., Van Beveren, P. C., Goffin.O. & Masschelein, C. A., 1996a. Design and Application of an Immobilized Loop Bioreactor for Continuous Beer Fermentation, in Immobilized Cells: Basics and Applications. (R. H. Wijffels, R. M. Buitelaar, C. Bucke & J. Tramper, eds.) Amsterdam: Elsevier Science, 672.
Andries, M., Van Beveren, P. C., Goffin, 0., Rajotte, P. & Masschlein, C. A., 1996b. Design and Applications of an Immobilized Loop Bioreactor to the Continuous Fermentation of Beer.Proceedings of the 6th Inteniational Brewing Technology Confenence, Harrogate, 380.Andries, M., Van Beveren, PC, Goffin, 0., Rajotte, P. & Masschlein, CA, 1996b. Design and Applications of an Immobilized Loop Bioreactor to Continuous Fermentation of Beer.Proceedings of the 6 th Inteniational Brewing Technology Confenence, Harrogate, 380.
Andries, M., Van Beveren, P. C., Goffin.O., Rajotte, P. & Masschlein, C. A., 1997b. Practical Resuits Using the Meura-Delta Immobilized Yeast Fermentation System. Brewers' Guardian, 26.Andries, M., Van Beveren, P. C., Goffin.O., Rajotte, P. & Masschlein, C. A., 1997b. Practical Resuits Using the Meura-Delta Immobilized Yeast Fermentation System. Brewers' Guardian, 26.
Andries, M., Van Beveren, P. C.,Goffin, 0., Rajotte, P. & Masschlein, C. A., 1997c. First Results on Semi Industrial Continuous Fermentation with the Meura-Delta Immobilized Yeast Fermentor. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 34,119.Andries, M., Van Beveren, P. C., Goffin, 0., Rajotte, P. & Masschlein, C. A., 1997c. First Results on Semi Industrial Continuous Fermentation with Meura-Delta Immobilized Yeast Fermentor. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 34,119.
Argiriou, T.,Kanellaki, M., Voliotis, S. & Koutinas, A. A., 1996. Kissiris-Supported Yeast Cells: High Biocatalyic Stability and Productivity Improvement by Successive Preservatives atO C. Journal of Agriculture and Food Chemistry,Argiriou, T., Kanellaki, M., Voliotis, S. & Koutinas, A. A., 1996. Kissiris-Supported Yeast Cells: High Biocatalytic Stability and Productivity Improvement by Successive Preservatives at C. Journal of Agriculture and Food Chemistry.
44,4028.44,4028.
Audet, P. & Lacroix, C., 1989. Two Phase Dispersion Process for the Production of Biopolymer Gel Beads: Effects of Barious Parameters on Bead Size and their Distribution. Process Biochemistry, 24,217.Audet, P. & Lacroix, C., 1989. Two Phase Dispersion Processes for the Production of Biopolymer Gel Beads: Effects of Barious Parameters on Bead Size and Their Distribution. Process Biochemistry, 24,217.
Axelsson, A. & Persson, B., 1988. Determination of Effective Diffusion Coefficients in Calcium Alginate Gel Plates with Varying Yeast Cell Content. Applied Biochemistry and Biotechnology, 18,231.Axelsson, A. & Persson, B., 1988. Determination of Effective Diffusion Coefficients in Calcium Alginate Gel Plates with Varying Yeast Cell Content. Applied Biochemistry and Biotechnology, 18,231.
Bardi, Е. P., Koutinas, A. A., Soupioni, M. J. & Kanellaki, Μ. E., 1996. Immobilization of Yeast on Delignified Cellulosic Material for Low Temperature Brewing. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 44,463.Bardi, E. P., Koutinas, A. A., Soupioni, M. J. & Kanellaki, Μ. E., 1996. Immobilization of Yeast on Delignified Cellulosic Material for Low Temperature Brewing. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 44,463.
Berkman, P, D. & Calabrese, R, V., 1988. Dispersion of Viscous Liquids by Turbulent Flow in a Static MixerAmerican Institute of Chemical Engineering Journal. 34, 602.Berkman, P, D. & Calabrese, R, V., 1988. Dispersion of Viscous Liquids by Turbulent Flow in a Static MixerAmerican Institute of Chemical Engineering Journal. 34, 602.
Borremans, E., 1997. Secondary Fermentation of Beer with Immobilized Yeast. Cerevisia Belgian Journal of Brewing & Biotechnology, 22,33.Borremans, E., 1997. Secondary Fermentation of Beer with Immobilized Yeast. Cerevisia Belgian Journal of Brewing & Biotechnology, 22.33.
Bower, J. L. & Christensen, C. M., 1995. Disruptive Technologies: Catching the Wave. Harvard Business Review,73,43.Bower, J. L. & Christensen, C. M., 1995. Disruptive Technologies: Catching the Wave. Harvard Business Review, 73.43.
Breitenbiicher, K. & Mister, M., 1995. Fluidized Bed Fermenters for the Continuous Production of Non Alcoholic Beer with Open-Pore Sintered Glass Carriers. European Brewery Convention Symposium : Immobilized Yeast Applacations in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 77.Breitenbiicher, K. & Mister, M., 1995. Fluidized Bed Fermenters for Continuous Production of Non-Alcoholic Beer with Open-Pore Sintered Glass Carriers. European Brewery Convention Symposium: Immobilized Yeast Applacations in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 77.
Brewers Association of Canada, 1988. About Beer And The Brewing Industry, Ottawa, Ontario.Brewers Association of Canada, 1988. About the Beer And The Brewing Industry, Ottawa, Ontario.
Broderick, Harold M., 1979.The Practical Brewer: A Manual for the Brewing Industry, 2nd Ed. Impressions Inc., Wisconsin.Broderick, Harold M., 1979. The Practical Brewer: A Manual for the Brewing Industry, 2nd Ed. Impressions Inc., Wisconsin.
Burns, J. A., 1937. Journal of the Institute of Brewing, 43, 31.Burns, J. A., 1937. Journal of the Brewing Institute, 43, 31.
Calleja, G. B. & Johnson, B. F., 1977. A Comparison of Quantitative Methods for Measuring Yeast Flocculation. Canadian Journal of Microbiology, 23,68.Calleja, G. B. & Johnson, B. F., 1977. A Comparison of Quantitative Methods for Measuring Yeast Flocculation. Canadian Journal of Microbiology, 23.68.
Carberry, J. J., 1976.Chemical and Catalytic Reaction Engineering, McGrawHill.Carberry, J. J., 1976.Chemical and Catalytic Reaction Engineering, McGrawHill.
Carberry,J. J. & Varma, A., 1987.Chemical Reaction and Reactor Engi7leeri7zg, Marcel Dekkerlnc., New York.Carberry, J. J. & Varma, A., 1987.Chemical Reaction and Reactor Engi7leeri7zg, Marcel Dekkerlnc., New York.
Cashin, M.-M., 1996. Comparative Studies of Five Porous Supports for Yeast Immobilization by Adsorption/Attachment. Journal of the Institute of Brewings 02, 5.Cashin, M.-M., 1996. Comparative Studies of Five Porous Supports for Yeast Immobilization by Adsorption / Attachment. Journal of the Brewings Institute 02, 5.
Champagne, C. P„ 1994. Overview: Immobilized Cell Technology in Food Processing. Proceedings of the Bioencapsulation Research Group IV, Quebec, Canada, 33.Champagne, C. P „1994. Overview: Immobilized Cell Technology in Food Processing. Proceedings of the Bioencapsulation Research Group IV, Quebec, Canada, 33.
Chang, C. M., Lu, W. J., Own, K. S. & Hwang, S. J., 1994. Comparison of Airlift and Stirred Tank Reactors for Immobilized Enzyme Reactions. Process Biochemistry 29,133.Chang, C. M., Lu, W. J., Own, K. S. & Hwang, S. J., 1994 Comparison of Airlift and Stirred Tank Reactors for Immobilized Enzyme Reactions. Process Biochemistry 29,133.
Chao, X., Ye, G. & Shi, S., 1990. Kinetic Study of the Continuous Fermentative Process of Green Beer Production with Immobilized Yeast. Huagong Jixie, 17,18.Chao, X., Ye, G. & Shi, S., 1990. Kinetic Study of the Continuous Fermentative Process of Green Beer Production with Immobilized Yeast. Huagong Jixie, 17.18.
Chibata.I., 1979. Immobilized Microbial cells with Polyacrylamide Gel and Carrageenan and their Industrial Applications. American Chemical Society Series, 106,187.Chibata.I., 1979. Immobilized Microbial cells with Polyacrylamide Gel and Carrageenan and their Industrial Applications. American Chemical Society Series, 106,187.
Chisti, M.Y., 1991. Airlift Bioreactors, Elsevier Applied Science, New York.Chisti, M.Y., 1991. Airlift Bioreactors, Elsevier Applied Science, New York.
Chisti, Y. & Moo-Young, M., 1993. Improve the Performance of Airlift Reactors. Chemical Engineering Progress, 6, 38.Chisti, Y. & Moo-Young, M., 1993. Improve the Performance of Airlift Reactors. Chemical Engineering Progress, 6,38.
Chladek, L., Voborsky, J., Sima, J. & Hosek, Z., 1989. Prumysl Potravin, 40,590.Chladek, L., Voborsky, J., Sima, J. & Hosek, Z., 1989. Prumysl Potravin, 40,590.
Coe, H. S. & Clevenger, G. H., 1916. Methods for Determining the Capacities of Slime Thickening Tanks. Transcripst of the American Institute of Mechanical Engineering, 55, 356.Coe, H. S. & Clevenger, G. H., 1916. Methods for Determining the Capacities of Slime Thickening Tanks. Transcripst of the American Institute of Mechanical Engineering, 55, 356.
Curin, J., Pardonova, B., Polednikova, M., Sedova, H. & Kahler, M., 1987. BeerCurin, J., Pardonova, B., Polednikova, M., Sedova, H. & Kahler, M., 1987. Beer
Production with Immobilized Yeast. Proceedings of the European BreweryProduction with Immobilized Yeast. Proceedings of the European Brewery
Convention, Madrid, 433.Convention, Madrid, 433.
Decamps, C. & Norton, S., 1994. New Emulsion Process using Static Mixer for the Production of к-Carrageenan Gel Beads. Labatt Breweries of Canada Internal Report.Decamps, C. & Norton, S., 1994. A New Emulsion Process Using Static Mixer for the Production of k-Carrageenan Gel Beads. Labatt Breweries of Canada Internal Report.
Del Pozo, M., Briens, C. L. & Wild, G., 1994. Effect of Liquid Coalescing Properties on Mass Transfer, Heat Transfer and Hydrodynamics in a ThreePhase Fluidized Bed. The Chemical Engineering Journal, 55,1.Del Pozo, M., Briens, C. L. & Wild, G., 1994. Effect of Liquid Coalescing Properties on Mass Transfer, Heat Transfer and Hydrodynamics in a ThreePhase Fluidized Bed. The Chemical Engineering Journal, 55.1.
Dillenhofer, W. & Ronn, D., 1996a. Alfa Laval/Schott System of Secondary Fermentation with Immobilized Yeast. Brewing & Distilling International, 27, 35. Dillenhofer, W. & Ronn, D., 1996b. Secondary Fermentation of Beer With Immobilized Yeast.Brauwelt International, 14, 344.Dillenhofer, W. & Ronn, D., 1996a. Alpha Laval / Schott System of Secondary Fermentation with Immobilized Yeast. Brewing & Distilling International, 27, 35. Dillenhofer, W. & Ronn, D., 1996b. Secondary Fermentation of Beer With Immobilized Yeast.Brauwelt International, 14, 344.
Dillenhoffer, W. & Ronn, D., 1996c Continuous Maturation of Beer. Beverage World International, 34.Dillenhoffer, W. & Ronn, D., 1996c Continuous Maturation of Beer. Beverage World International, 34.
Domeny, Z„ Smogrovicova, D., Gemeiner, P., Malovikova, A. & Sturdik, E.,Domeny, Z 'Smogrovicova, D., Gemeiner, P., Malovikova, A. & Sturdik, E.,
1996. Calcium Pectate Gel to Immobilize Yeast for Continuous Beer Production. Proceedings of the Bioencapsulation Research Group V, Potsdam, Germany, Poster 12.1996. Calcium Pectate Gel to Immobilize Yeast for Continuous Beer Production. Proceedings of the Bioencapsulation Research Group V, Potsdam, Germany, Poster 12.
Domingues, L., Lima, N. & Teixeira, J. A., 2000. Contamination of a High-CellDensity Continuous Bioreactor. Biotechnology and Bioengineering, 68, 584. Donnelly, D., 1998. Kinetics of Sugar Metabolism in a Fluidized Bed Bioreactor for Beer Production. Master Brewers Association of the America Annual Convention, Minneapolis, Poster 8.Domingues, L., Lima, N. & Teixeira, J. A., 2000. Contamination of a High-CellDensity Continuous Bioreactor. Biotechnology and Bioengineering, 68, 584. Donnelly, D., 1998. Kinetics of Sugar Metabolism in a Fluidized Bed Bioreactor for Beer Production. Master Brewers Association of the Americas Annual Convention, Minneapolis, Poster 8.
Donnelly, D.,Bergin, J., Gardiner, S. & Cahill, G., 1998. Kinetics of Sugar Metabolism in a Fluidized Bed Bioreactor for Beer Production. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 36,183.Donnelly, D., Bergin, J., Gardiner, S. & Cahill, G., 1998. Kinetics of Sugar Metabolism in a Fluidized Bed Bioreactor for Beer Production. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 36,183.
Dulieu, C., Boivin, P., Malanda, M., Dautzenberg, H. & Poncelet,D., 1997. Encapsulation of a-Acetolactate Decarboxylase to Avoid Diacetyl Formation. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Maastricht,Dulieu, C., Boivin, P., Malanda, M., Dautzenberg, H. & Poncelet, D., 1997. Encapsulation of α-Acetolactate Decarboxylase to Avoid Diacetyl Formation. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Maastricht,
Poster 44.Poster 44.
Duncombe, D., Bower, P., Bromberg, S., Fehring, J., Lau, V. & Tata, M., 1996. The Contribution of Free Cells in an Immobilized Yeast System. Journal of the American Society of Btewing Chemists, Poster Presentation.Duncombe, D., Bower, P., Bromberg, S., Fehring, J., Lau, V. & Tata, M., 1996. The Contribution of Free Cells in an Immobilized Yeast System. Journal of the American Society of Btewing Chemists, Poster Presentation.
Dziondziak, K. & Seiffert, T., 1995. Process for the Continuous Production of Alcohol-Free Beer. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Brussels, 301.Dziondziak, K. & Seiffert, T., 1995. Process for Continuous Production of Alcohol-Free Beer. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Brussels, 301.
Enari, T.-M., 1995. State of the Art of Brewing Research. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Brussels, 1.Enari, T.-M., 1995. State of the Art of Brewing Research. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Brussels, 1.
Fix, G.,1989. Principles of Brewing Science. Brewers Publications, USA.Fix, G., 1989. Principles of Brewing Science. Brewers Publications, USA.
Fouhy, K. & Parkinson, G.,1996. Brewers Break with Tradition. Chemical Engineering, 103,45.Fouhy, K. & Parkinson, G., 1996. Brewers Break with Tradition. Chemical Engineering, 103.45.
Gil, G. H., 1991. Continuous Ethanol Production in a Two-Stage, Immobilized and Suspended Cell Bioreactor (Alcohol Dehydrogenase). Ph. D. Thesis, Georgia Institute of Technology.Gil, G. H., 1991. Continuous Ethanol Production in a Two-Stage, Immobilized and Suspended Cell Bioreactor (Alcohol Dehydrogenase). Ph. D. Thesis, Georgia Institute of Technology.
Gilliland, R. B.,1951. The Flocculation Characteristics of Brewing Yeasts During Fermentation. Proceedings of the European Brewing Convention, 8,35.Gilliland, R. B., 1951. The Flocculation Characteristics of Brewing Yeasts During Fermentation. Proceedings of the European Brewing Convention, 8.35.
Groboillot, A., D. K. Boadi, D. Poncelet & Neufeld, R. J., 1994. Immobilization of Cells for Application in the Food Industry. Critical Reviews in Biotecltnology, 14,75.Groboillot, A., D. K. Boadi, D. Poncelet & Neufeld, R. J., 1994. Immobilization of Cells for Application in the Food Industry. Critical Reviews in Biotecltnology, 14.75.
Haikara, A., Virkajarvi, I., Kronlof, J. & Pajunen, E., 1997. Microbial Contaminations in Immobilized Yeast Bioreactors for Primary Fermentations.Haikara, A., Virkajarvi, I., Kronlof, J. & Pajunen, E., 1997. Microbial Contaminations in Immobilized Yeast Bioreactors for Primary Fermentations.
Proceedings of the European Brewery Convention Coagness, 439 :Proceedings of the European Brewery Convention Coagness, 439:
Heggart, Η. M„ Margaritis, A., Pilkington, H., Stewart, R. J., Dowhanick, T. M. & Russell.l., 1999. Factors Affecting Yeast Viability and Vitality Characteristics: A Review. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 36, 383.Heggart, Η. M „Margaritis, A., Pilkington, H., Stewart, R. J., Dowhanick, T. M. & Russell.l., 1999. Factors Affecting Yeast Viability and Vitality Characteristics: A Review. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 36,383.
Heijnen, J. J., Mulder, A., Enger, W. & Hoeks, F., 1989. Review on theHeijnen, J. J., Mulder, A., Enger, W. & Hoeks, F., 1989. Review on the
Application of Anaerobic Fluidized Bed Reactors in Waste-Water Treatment.Application of Anaerobic Fluidized Bed Reactors in Waste-Water Treatment.
The Chemical Engineering Journal, 41, B 37.The Chemical Engineering Journal, 41, B 37.
Heijnen, J. J., Mulder, A., Weltevrede, R„ Hols, J. & van Leeuwen, H. L. J. M., 1991. Large Scale Aerobic Treatment of Complex Industrial Waste-Water Using Biofilm Reactors. Water Science Technology, 23,1427.Heijnen, J. J., Mulder, A., Weltevrede, R „Hols, J. & van Leeuwen, H. L. J. M., 1991. Large Scale Aerobic Treatment of Industrial Waste-Water Complex Using Biofilm Reactors. Water Science Technology, 23.1427.
Heijnen, J. J., Van Loosdrecht, M. C. M., Mulder,RW. R. & Mulder, A., 1993. Development and Scale-Up of an Aerobic Biofilm Air-Lift Suspension Reactor. Water Science Technology, 27, 253.Heijnen, J. J., Van Loosdrecht, M. C. M., Mulder, RW. R. & Mulder, A., 1993. Development and Scale-Up of an Aerobic Biofilm Air-Lift Suspension Reactor. Water Science Technology, 27, 253.
Helm.E., Nohr, B. & Thorne, R. S.W., 1953. The Measurement of YeastHelm.E., Nohr, B. & Thorne, R. S.W., 1953. The Measurement of Yeast
Flocculence and its Significance in Brewing. Wallerstein Laboratories Communications, 16, 315.Flocculence and its Significance in Brewing. Wallerstein Laboratories Communications, 16,315.
Horitsu, H„ Wang, Μ. Y. & Kawai, K.,1991. A Modified Process for Soy Sauce Fermentation by Immobilized Yeasts. Agricultural and Biological Chemistry, 55, 269.Horitsu, H „Wang, Μ. Y. & Kawai, K., 1991. A Modified Process for Soy Sauce Fermentation by Immobilized Yeasts. Agricultural and Biological Chemistry, 55, 269.
Hryclik, Kevin, Gerry Ginter, Jim Helmke, & Jim Spiers, 1987.The How's And Why's of Brewing, Revision & #2, LBOC.Hryclik, Kevin, Gerry Ginter, Jim Helmke, & Jim Spiers, 1987. The How's And Why's of Brewing, Revision &# 2, LBOC.
Hunik, J. H., Tramper, J. & Wijffels, R. H., 1994. A Strategy to Scale Up Nitrification Processes with Immobilized Cells of Nitrosomonas europaea and Nitrobacter agilis. Bioprocess Engineering, 11, 73.Hunik, J. H., Tramper, J. & Wijffels, R. H., 1994. A Strategy for Scale Up Nitrification Processes with Immobilized Cells of Nitrosomonas europaea and Nitrobacter agilis. Bioprocess Engineering, 11, 73.
Hwang, S.-J. & Fan, L.-S., 1986. Some Design Considerations of a Draft Tube Gas-Liquid-Solid Spouted Bed. The Chemical Engineering Journal, 33, 49. Hyttinen, I., Kronlof, J. & Hartwall, P., 1995. Use of Porous Glass at Hartwall Brewery in the Maturation of Beer with Immobilized Yeast. European Brewey Convention Symposium : Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 55.Hwang, S.-J. & Fan, L.-S., 1986. Some Design Considerations of a Draft Tube Gas-Liquid-Solid Spouted Bed. The Chemical Engineering Journal, 33, 49. Hyttinen, I., Kronlof, J. & Hartwall, P., 1995. Use of Porous Glass at Hartwall Brewery in the Maturation of Beer with Immobilized Yeast. European Brewey Convention Symposium: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 55.
Ibrahim, Y. A. A., Briens, C. L., Margaritis, A. & Bergougnou, M. A., 1996. Hydrodynamic Characteristics of a Three-Phase Inverse Fluidized Bed Column. Journal of the American Institute of Chemical Engineering, 42,1889.Ibrahim, Y. A. A., Briens, C. L., Margaritis, A. & Bergougnou, M. A., 1996. Hydrodynamic Characteristics of a Three-Phase Inverse Fluidized Bed Column. Journal of the American Institute of Chemical Engineering, 42.1889.
Inoue, T„ 1995. Development of a Two-Stage Immobilized Yeast Fermentation System for Continuous Beer Brewing. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Brussels, 25.Inoue, T „1995. Development of a Two-Stage Immobilized Yeast Fermentation System for Continuous Beer Brewing. Proceedings of the European Brewery Convention Congress, Brussels, 25.
Iserentant, D., 1995. Beers: Recent Technological Innovations in Brewing. Fermented Beverage Production. (A. G. H. Lea & J. R. Piggott, eds.) London: Chapman & Hall, 45.Iserentant, D., 1995. Beers: Recent Technological Innovations in Brewing. Fermented Beverage Production. (A. G. H. Lea & J. R. Piggott, eds.) London: Chapman & Hall, 45.
Kaplan, R. S. & Norton, D. P., 1996. The Balanced Scorecard. President and Fellows of Harvard College, Harvard Business School Press, Massachusetts, USA.Kaplan, R. S. & Norton, D. P., 1996. The Balanced Scorecard. President and Fellows of Harvard College, Harvard Business School Press, Massachusetts, USA.
Karamanev, D. G„ Nagamune, T. & Endo,I., 1992. Hydrodynamic and Mass Transfer Study of a Gas-Liquid Solid Draft Tube Spouted Bed Bioreactor. Chemical Engineering Science, 47, 3581.Karamanev, D. G „Nagamune, T. & Endo, I., 1992. Hydrodynamic and Mass Transfer Study of a Gas-Liquid Solid Draft Tube Spouted Bed Bioreactor. Chemical Engineering Science, 47, 3581.
Karel, S. F., Libicki, S. B. & Robertson, C. R., 1985. The Immobilization of Whole Cells: Engineering Principles. Chemical Engineering Science, 40,1321. Katzbauer, B., Narodoslawsky, M. & Moser, A., 1995. Classification System for Immobilization Techniques. Bioprocess Engineering, 12,173.Karel, S. F., Libicki, S. B. & Robertson, C. R., 1985. The Immobilization of Whole Cells: Engineering Principles. Chemical Engineering Science, 40,1321. Katzbauer, B., Narodoslawsky, M. & Moser, A., 1995. Classification System for Immobilization Techniques. Bioprocess Engineering, 12,173.
Kennard, M. & Janekeh, M., 1991. Two-and Three-Phase Mixing in a Concentric Draft Tube Gas-Lift Fermentor. Biotechnology and Bioengineering, 38,1261.Kennard, M. & Janekeh, M., 1991. Two-and Three-Phase Mixing in a Concentric Draft Tube Gas-Lift Fermentor. Biotechnology and Bioengineering, 38.1261.
Kolot, F. B., 1988. Immobilized Microbial Systems. Principles, Techniques and Industrial Applications.Colot, F. B., 1988. Immobilized Microbial Systems. Principles, Techniques and Industrial Applications.
Robert E. Krieger Publishing Company, Florida.Robert E. Krieger Publishing Company, Florida.
Kolpachki, A. P., Isaeva, V. S., Kazantsev, E. N. & Fertman, G. 1.,1980.Kolpachki, A. P., Isaeva, V. S., Kazantsev, E. N. & Fertman, G. 1., 1980.
Intensification of Wort Fermentation with Immobilized Yeasts. Fermeiztiiaya I Spirtovaya Prornyshlennost, 9.Intensification of Wort Fermentation with Immobilized Yeasts. Fermeiztiiaya I Spirtovaya Prornyshlennost, 9.
Krikilion, Ph., Andries, M., Coffin,0., van Beveren, P. C. & Masschelein, C. A., 1995. Optimal Matrix and Reactor Design for High Gravity Fermentation with Immobilized Yeast. Proceedings of the European Brewery ConventionKrikilion, Ph., Andries, M., Coffin, 0., van Beveren, P. C. & Masschelein, C. A., 1995. Optimal Matrix and Reactor Design for High Gravity Fermentation with Immobilized Yeast. Proceedings of the European Brewery Convention
Congress, Brussels, 419.Congress, Brussels, 419.
Kronlof, J., 1994. Immobilized Yeast in Continuous Fermentation of Beer. Ph. D. Thesis, VTT Publications, 167.Kronlof, J., 1994. Immobilized Yeast in Continuous Fermentation of Beer. Ph. D. Thesis, VTT Publications, 167.
Kronlof, J., Linko, M. & Pajunen, E., 1995. Primary Fermentation with a TwoStage Packed Bed System Pilot Scale Experiences. European Brewery Convention Symposium : Imnaobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 118.Kronlof, J., Linko, M. & Pajunen, E., 1995. Primary Fermentation with a TwoStage Packed Bed System Pilot Scale Experiences. European Brewery Convention Symposium: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 118.
Kronlof,J. & Virkajarvi,1., 1996. Main Fermentation with Immobilized Yeast-Pilot Scale European Brewery Convention Brewing Science Group Bulletin, Zoeterwoude, 94.Kronlof, J. & Virkajarvi, 1st, 1996. Main Fermentation with Immobilized Yeast-Pilot Scale of European Brewery Convention Brewing Science Group Bulletin, Zoeterwoude, 94.
Kronlof, J., Virkajarvi, I., Storgards, E. L., Londesborough, J. & Dymond, G., 2000. Combined Primary and Secondary Fermentation with Immobilized Yeast. World Brewing Congress, Poster #56.Kronlof, J., Virkajarvi, I., Storgards, E. L., Londesborough, J. & Dymond, G., 2000. Combined Primary and Secondary Fermentation with Immobilized Yeast. World Brewing Congress, Poster # 56.
Ku, W. Y„ 1982. Fermentation Kinetics for the Production of Ethanol by Immobilized Yeast Cells (Biomass).Ku, W. Y „1982. Fermentation Kinetics for Ethanol Production by Immobilized Yeast Cells (Biomass).
Ph. D. Thesis, The Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College.Ph. D. Thesis, The Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College.
Kunze, W., 1999. Technology Brewing and Malting. VLB Berlin, Germany. Kynch, G. J., 1952. Transcripts of the Faraday Society, 48,166.Kunze, W., 1999. Technology Brewing and Malting. VLB Berlin, Germany. Kynch, G. J., 1952. Transcripts of the Faraday Society, 48,166.
Lacroix, C., Paquin, C. & Arnaud, J. P., 1990. Batch Fermentation withLacroix, C., Paquin, C. & Arnaud, J. P., 1990. Batch Fermentation with
Entrapped Growing Cells of Lactobacillus casei: Optimization of the Rheological Properties of the Entrapment Gel Matrix. Applied Microbiology and Biotechnology, 32, 403.Entrapped Growing Cells of Lactobacillus casei: Optimization of the Rheological Properties of the Entrapment Gel Matrix. Applied Microbiology and Biotechnology, 32,403.
Levenspiel.O., 1972. Chemical Reaction Engineering. John Wiley & Sons, New York.Levenspiel.O., 1972. Chemical Reaction Engineering. John Wiley & Sons, New York.
Linko, M., Virkajarvi, I., Pohjala, N., Lindborg, K., Kronlof, J. & Pajunen, E.,Linko, M., Virkajarvi, I., Pohjala, N., Lindborg, K., Kronlof, J. & Pajunen, E.,
1997. Main Fermentation with Immobilized Yeast-A Breakthrough ?.Proceedings of the European Brewery Convention, Maastricht, 385.1997. Main Fermentation with Immobilized Yeast-A Breakthrough? .Proceedings of the European Brewery Convention, Maastricht, 385.
Livingston, A. G. & Chase, H. A., 1990. Liquid-Solid Mass Transfer in a Three Phase Draft Tube Fluidized Bed Reactor. Chemical Engineering Communications, 92, 225.Livingston, A. G. & Chase, H. A., 1990. Liquid-Solid Mass Transfer in a Three Phase Draft Tube Fluidized Bed Reactor. Chemical Engineering Communications, 92,225.
Livingston, A. G. & Zhang, S. F., 1993. Hydrodynamic Behaviour of ThreePhase (Gas-Liquid-Solid) Airlift Reactors. Chemical Engineering Science, 48, 1641.Livingston, A. G. & Zhang, S. F., 1993. Hydrodynamic Behavior of ThreePhase (Gas-Liquid-Solid) Airlift Reactors. Chemical Engineering Science, 48, 1641.
Lommi, H., 1990. Immobilized Yeast for Maturation and Alcohol-Free Beer.Lommi, H., 1990. Immobilized Yeast for Maturation and Alcohol-Free Beer.
Brewing and Distilling International, 21,23.Brewing and Distilling International, 21.23.
Lommi, H., Gronqvist, A., & Pajunen, E., 1990. Immobilized Yeast Reactor Speeds Beer Production. Food Technology, 5,128.Lommi, H., Gronqvist, A., & Pajunen, E., 1990. Immobilized Yeast Reactor Speeds Beer Production. Food Technology, 5,128.
Lorenzen, K., 1996. Immobilized Yeast Plants for Alcohol-Free Beer Production and Rapid Maturation. Proceedings of the Institute of Brewing Convention, Singapore, 244.Lorenzen, K., 1996. Immobilized Yeast Plants for Alcohol-Free Beer Production and Rapid Maturation. Proceedings of the Brewing Convention Institute, Singapore, 244.
Maeba, H., Umemoto, S., Sato, M. & Shinotsuka, K.,2000. PrimaryMaeba, H., Umemoto, S., Sato, M. & Shinotsuka, K., 2000. Primary
Fermentation with Yeast Immobilized in Porous Chitosan Beads-Pilot ScaleFermentation with Yeast Immobilized in Porous Chitosan Beads-Pilot Scale
Trial. Proceedings of the 26th Convention of the Institute of Brewing-Asia Pacific Section, 82.Trial. Proceedings of the 26 th Convention of the Brewing Institute-Asia Pacific Section, 82.
Mafra, I., Machado Cruz, J. M. & Teixeira, J. A., 1997. Beer Maturation in a Continuously Operating Bioreactor using a Flocculating Brewer's Yeast Strain, Proceedings of the European Brewery Convention, 509.Mafra, I., Machado Cruz, J. M. & Teixeira, J. A., 1997. Beer Maturation in a Continuously Operating Bioreactor Using a Flocculating Brewer's Yeast Strain, Proceedings of the European Brewery Convention, 509.
Maiorella, B. L.,1983. Fermentative Ethanol Production (Alcohol, Distillation,Maiorella, B. L., 1983. Fermentative Ethanol Production (Alcohol, Distillation,
Economics). Ph. D. Thesis, University of California, Berkeley.Economics). Ph. D. Thesis, University of California, Berkeley.
Margaritis, A., 1975. A Study of the Rotorfermentor and the Kinetics of Ethanol Fermentation. Ph. D. Thesis, University of California, Berkeley.Margaritis, A., 1975. A Study of the Rotorfermentor and the Kinetics of Ethanol Fermentation. Ph. D. Thesis, University of California, Berkeley.
Margaritis, A., & Bajpai, P., 1982a. Continuous Ethanol Production fromMargaritis, A., & Bajpai, P., 1982a. Continuous Ethanol Production from
Jerusalem Artichoke Tubers, Part I. Use of Free Cellsof Kluyveronzyces maixiafzus. Biotechnology and Bioeragineering, 24,1473.Jerusalem Artichoke Tubers, Part I. Use of Free Cellsof Kluyveronzyces maixiafzus. Biotechnology and Bioeragineering, 24,1473.
Margaritis, A., & Bajpai, P„ 1982b. Continuous Ethanol Production fromMargaritis, A., & Bajpai, P „1982b. Continuous Ethanol Production from
Jerusalem Artichoke Tubers, Part II. Use of Immobilized Cellsof Kluyveronryces marxiafaus. Biotechnology and Bioengineering, 24,1483.Jerusalem Artichoke Tubers, Part II. Use of Immobilized Cellsof Kluyveronryces marxiafaus. Biotechnology and Bioengineering, 24.1483.
Margaritis, A & Merchant, F., 1984. Advances in Ethanol Production Using Immobilized Cell Systems. Critical Reviews in Biotechnology, 1,339.Margaritis, A & Merchant, F., 1984. Advances in Ethanol Production Using Immobilized Cell Systems. Critical Reviews in Biotechnology, 1,339.
Margaritis, A. & Rowe, G. E., 1983. Ethanol Production Using Zymoiizoitas mobilis Immobilized in Different Carrageenan Gels. Developments in Industrial Microbiology, 24,329.Margaritis, A. & Rowe, G. E., 1983. Ethanol Production Using Zymoiizoitas mobilis Immobilized in Different Carrageenan Gels. Developments in Industrial Microbiology, 24,329.
Margaritis, A., te Bokkel, D. & El Kashab, M., 1987. Repeated Batch Fermentation of Ethanol Using Immobilized Cells of Saccharomyces cerevisiae in a Fluidized Bioreactor Systesm. Biological Research on Industrial Yeasts. Volume I, (G. G. Stewart,I. Russell, R. D. Klein & R. R. Hiebsch, eds.) Boca Raton: CRC Press, 121.Margaritis, A., and Bokkel, D. & El Kashab, M., 1987. Repeated Batch Fermentation of Ethanol Using Immobilized Cells of Saccharomyces cerevisiae in a Fluidized Bioreactor Systesm. Biological Research on Industrial Yeasts. Volume I, (G. G. Stewart, I. Russell, R. D. Klein & R. R. Hiebsch, eds.) Boca Raton: CRC Press, 121.
Margaritis,A. & Wallace, J. B., 1982. The Use of Immobilized Cells of Zymomonas mobilis in a Novel Fluidized Bioreactor to Produce Ethanol. Fourth Symposium on Biotechnology in Energy Production and Conservation, Gatlinburg, Tennessee, 12,147.Margaritis, A. & Wallace, J. B., 1982. The Use of Immobilized Cells of Zymomonas mobilis in a Novel Fluidized Bioreactor to Produce Ethanol. Fourth Symposium on Biotechnology in Energy Production and Conservation, Gatlinburg, Tennessee, 12,147.
Margaritis, A. & Wallace,J. B., 1984. Novel Bioreactor Systems and their Applications.Bio/Technology, 2, 447.Margaritis, A. & Wallace, J. B., 1984. Novel Bioreactor Systems and their Applications.Bio/Technology, 2, 447.
Margaritis, A. & Wilke, C. R., 1978a. The Rotorfermentor. Part I: Description of the Apparatus, Power Requirements, and Mass Transfer Characteristics. Biotechnology & Bioengineering, 20,709.Margaritis, A. & Wilke, C. R., 1978a. The Rotorfermentor. Part I: Description of the Apparatus, Power Requirements, and Mass Transfer Characteristics. Biotechnology & Bioengineering, 20,709.
Margaritis, A. & Wilke, C. R., 1978b. The Rotorfermentor: Part II: Application to Ethanol Fermentation. Biotechnology & Bioengineering, 20, 727.Margaritis, A. & Wilke, C. R., 1978b. The Rotorfermentor: Part II: Application to Ethanol Fermentation. Biotechnology & Bioengineering, 20,727.
Masschelein, C. A., 1997. A Realistic View on the Role of Research in the Brewing Industry Today. Journal of the Institute of Brewing, 103,103.Masschelein, C. A., 1997. A Realistic View of the Role of Research in the Brewing Industry Today. Journal of the Brewing Institute, 103,103.
Masschelein, C. A., 1994. State-of-the-Art and Future Developments in Fermentation. Journal of the American Society of Brewirag Chemists, 52,1. Masschelein, C. A. & Andries, M., 1996a. The Meura-Deltalmmobilised YeastMasschelein, C. A., 1994. State-of-the-Art and Future Developments in Fermentation. Journal of the American Society of Brewirag Chemists, 52.1. Masschelein, C. A. & Andries, M., 1996a. The Meura-Deltalmmobilized Yeast
Fermenter for the Continuous Production of Beer. Cerevisia Belgian Journal of Brewirag & Biotechnology, 21,28.Fermenter for the Continuous Production of Beer. Cerevisia Belgian Journal of Brewirag & Biotechnology, 21.28.
Masschelein, C. A. & Andries, M., 1996b. Meura-Delta's Immobilized Yeast Fermenter for Continuous Beer Production. Brewing & Distilling International, 27,16.Masschelein, C. A. & Andries, M., 1996b. Meura-Delta's Immobilized Yeast Fermenter for Continuous Beer Production. Brewing & Distilling International, 27.16.
Masschelein, C. A., Andries, M., Franken, F., Van de Winkel, L. & Van Beveren, P.C., 1995. The Membrane Loop Concept: A New Approach for Optimal Oxygen Transfer into High Cell Density Pitching Yeast Suspensions. Proceedings of the EuropeanBrewery Convention Congress, Brussels, 377.Masschelein, C. A., Andries, M., Franken, F., Van de Winkel, L. & Van Beveren, P. C., 1995. The Membrane Loop Concept: A New Approach for Optimal Oxygen Transfer Into High Cell Density Pitching Yeast Suspensions. Proceedings of the EuropeanBrewery Convention Congress, Brussels, 377.
Masschelein, C. A., Ryder, D. S. & Simon, J-P., 1994. Immobilized Cell Technology in Beer Production. Critical Reviews in Biotechnology, 14,155. Matsuura, K., Hirotsune, M., Nakada, F. & Hamachi, M., 1991. A Kinetic Study on Continuous Sake Fermentation. Hakkokogaku Kaishi, 69, 345.Masschelein, C. A., Ryder, D. S. & Simon, J-P., 1994. Immobilized Cell Technology in Beer Production. Critical Reviews in Biotechnology, 14,155. Matsuura, K., Hirotsune, M., Nakada, F. & Hamachi, M., 1991. A Kinetic Study on Continuous Sake Fermentation. Hakkokogaku Kaishi, 69, 345.
McCabe,J. T., 1999. The Practical Brewer: A Manual for the Brewing Industry. Master Brewers Association of the Americas, USA.McCabe, J. T., 1999. The Practical Brewer: A Manual for the Brewing Industry. Master Brewers Association of the Americas, USA.
Mensour, N. A., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H. & Russell,!., 1997. New Developments in the Brewing Industry Using Immobilized Yeast Cell Bioreactor Systems. Journal of the Institute of Brewing, 103, 363.Mensour, N. A., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H. & Russell,!., 1997. New Developments in the Brewing Industry Using Immobilized Yeast Cell Bioreactor Systems. Journal of the Brewing Institute, 103, 363.
Mensour, N. A., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H. & Russell,!., 1996. Application of Immobilized Yeast Cells in the Brewing Industry. Immobilized Cells: Basics and Applications. (R. H. Wijffels, R. M. Buitelaar, C. Bucke & J. Tramper, eds.) Amsterdam: Elsevier Science, 661.Mensour, N. A., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H. & Russell,!., 1996. Application of Immobilized Yeast Cells in the Brewing Industry. Immobilized Cells: Basics and Applications. (R. H. Wijffels, R. M. Buitelaar, C. Bucke & J. Tramper, eds.) Amsterdam: Elsevier Science, 661.
Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H. & Russell,I., 1995. Gas Lift Systems for Immobilized Cell Fermentation. European Breweiy Convention Symposium : Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland,125.Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Pilkington, H. & Russell, I., 1995. Gas Lift Systems for Immobilized Cell Fermentation. European Breweiy Convention Symposium: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 125.
Mensour, N., Margaritis, A., Russell, I., Briens, C. L., Decamps,C. & Norton, S., 1994. Beer Production with Immobilized Yeast Cells in a Pilot Plant Scale AirliftMensour, N., Margaritis, A., Russell, I., Briens, C. L., Decamps, C. & Norton, S., 1994. Beer Production with Immobilized Yeast Cells in a Pilot Plant Scale Airlift
Reactor. Proceedings of the Bioencapsulation Research Group IV, Quebec, Canada, 49.Reactor. Proceedings of the Bioencapsulation Research Group IV, Quebec, Canada, 49.
Middleman, S., 1974. Drop Size Distributions Produced by Turbulent Pipe Flow of Immiscible Fluids Through a Static Mixer. Industrial Engineering and Chemical Process Design and Development, 13, 78.Middleman, S., 1974. Drop Size Distributions Produced by Turbulent Pipe Flow of Immiscible Fluids Through a Static Mixer. Industrial Engineering and Chemical Process Design and Development, 13, 78.
Mieth, H. 0., 1995. Immobilized Yeast Plants for Alcohol Free Beer Production and Rapid Maturation. Proceedings of the Institute of Bnewing Convention, Victoria Falls, 166.Mieth, H. 0., 1995. Immobilized Yeast Plants for Alcohol Free Beer Production and Rapid Maturation. Proceedings of the Institute of Bnewing Convention, Victoria Falls, 166.
Mister, M.,Breitenbucher, K. & Jaeger, R., 1995. Continuous Fermentation of Beer with Yeast Immobilized on Porous Glass Carriers. Brewers Digest, 70, 48. Moll, M. & Duteurtre, B., 1996. Fermentation and Maturation of Beer with Immobilized Microorganisms. Brauwelt International, 3, 248.Mister, M., Breitenbucher, K. & Jaeger, R., 1995. Continuous Fermentation of Beer with Yeast Immobilized on Porous Glass Carriers. Brewers Digest, 70, 48. Moll, M. & Duteurtre, B., 1996. Fermentation and Maturation of Beer with Immobilized Microorganisms. Brauwelt International, 3,248.
Motai, H., Hamada, T. & Fukushima, Y., 1993. Application of a Bioreactor System to Soy Sauce Production, in Industrial Application of Immobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 315.Motai, H., Hamada, T. & Fukushima, Y., 1993. Application of a Bioreactor System to Soy Sauce Production, and Industrial Application of Immobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 315.
Muhr, A. H. & Blanchard, Μ. V., 1982. Diffusion in Gels. Polymer, 23,1012.Muhr, A. H. & Blanchard, Μ. V., 1982. Diffusion and Gels. Polymer, 23,1012.
Mwesigye, P. K & Barford, J. P., 1994. Transport of Sucrose by Saccharomyces cerevisiae. Journal of Fermentation and Bioengineering, 77, 687.Mwesigye, P. K & Barford, J. P., 1994. Transport of Sucrose by Saccharomyces cerevisiae. Journal of Fermentation and Bioengineering, 77, 687.
Nakanishi, K., Murayama, H., Nagara, A. & Mitsui, S., 1993. Beer Brewing Using an Immobilized Yeast Bioreactor System, in Industrial Applications of Immobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 275.Nakanishi, K., Murayama, H., Nagara, A. & Mitsui, S., 1993. Beer Brewing Using an Immobilized Yeast Bioreactor System, in Industrial Applications of Immobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 275.
Nakanishi, K., T. Onaka, T. Inoue & Kubo, S., 1985. A New Immobilized Yeast Reactor System for Rapid Production of Beer. Proceedings of 20th European Brewing Convention Congress, Helsinki, 331.Nakanishi, K., T. Onaka, T. Inoue & Kubo, S., 1985. A New Immobilized Yeast Reactor System for Rapid Production of Beer. Proceedings of 20 th European Brewing Convention Congress, Helsinki, 331.
Nakatani, K., Takahashi, T., Nagami, K. & Kumada, J., 1984. Kinetic Study of Vicinal Diketones in Brewing (I) Formation of Total Vicinal Diketones.MasterNakatani, K., Takahashi, T., Nagami, K. & Kumada, J., 1984. Kinetic Study of Vicinal Diketones in Brewing (I) Formation of Total Vicinal Diketones.Master
Brewers Association of the Americas Technical Committee, 21,73.Brewers Association of the Americas Technical Committee, 21.73.
Nedovic, V. A., Leskosek-Cukalovic,1. & Vunjak-Novaki, G., 1996a. Short-Time Fermentation of Beer in an Immobilization Yeast Air-Lift Bioreactor.Nedovic, VA, Leskosek-Cukalovic, 1. & Vunjak-Novaki, G., 1996a. Short-Time Fermentation of Beer in Yeast Air-Lift Bioreactor Immobilization.
Proceedings of the Institute of Brewing Convention, Singapore, 244.Proceedings of the Brewing Convention Institute, Singapore, 244.
Nedovic, V. A., Vunjak-Novakovic, G., Leskosek-Cukalovic,1. & Cutkovic, M., 1996b. A Study on Considerably Accelerated Fermentation of Beer Using an Airlift Bioreactor with Calcium Alginate Entrapped Yeast Cells. Proceedings of the 5th World Congress of Chemical Engineering, San Diego, 474.Nedovic, V. A., Vunjak-Novakovic, G., Leskosek-Cukalovic, 1. & Cutkovic, M., 1996b. A Study on Considerably Accelerated Fermentation of Beer Using an Airlift Bioreactor with Calcium Alginate Entrapped Yeast Cells. Proceedings of the 5th World Congress of Chemical Engineering, San Diego, 474.
Neufeld, R. J., Norton, S. & Poncelet, D. J. C. M., 1994. Immobilized-Cell Carrageenan Bead Production and a Brewing Process Utilizing Carrageenan Bead Immobilized Yeast Cells. Canadian Patent Application 2,133, 789. Nguyen, A. L. & Luong, J.H. T., 1986. Diffusion in k-Carrageenan Gel Beads. Biotechnology and Bioengineering, 28,1261.Neufeld, R. J., Norton, S. & Poncelet, D. J. C. M., 1994. Immobilized-Cell Carrageenan Bead Production and a Brewing Process Utilizing Carrageenan Bead Immobilized Yeast Cells. Canadian Patent Application 2,133, 789. Nguyen, A. L. & Luong, J.H. T., 1986. Diffusion and k-Carrageenan Gel Beads. Biotechnology and Bioengineering, 28.1261.
Nielsen,J. & Villadsen, J., 1994. Bioreactor Modeling. Bioreaction Engineering Principles, Plenum Press, New York, 9.Nielsen, J. & Villadsen, J., 1994. Bioreactor Modeling. Bioreaction Engineering Principles, Plenum Press, New York, 9.
Norton, S. & D'Amore, T., 1994. Physiological Effects of Yeast Cell Immobilization: Applications for Brewing. Enzyme and Microbial Technology, 16,365.Norton, S. & D'Amore, T., 1994. Physiological Effects of Yeast Cell Immobilization: Applications for Brewing. Enzyme and Microbial Technology, 16,365.
Norton, S., Neufeld, R. J. & Poncelet, D. J. C. M„ 1994. Immobilized-Cell Carrageenan Bead Production and a Brewing Process Utilizing Carrageenan Bead Immobilized Yeast Cells. Canadian Patent Application 2,133,789.Norton, S., Neufeld, R. J. & Poncelet, D. J. C. M „1994. Immobilized-Cell Carrageenan Bead Production and a Brewing Process Utilizing Carrageenan Bead Immobilized Yeast Cells. Canadian Patent Application 2,133,789.
Norton, S., Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Decamps, C. & Russell,I., 1994. Pilot Scale Primary Fermentation of Beer with a Gaslift Immobilized Yeast Reactor. Proceedings of the European Brewing Convention, Sub-Committee, Dublin.Norton, S., Mensour, N., Margaritis, A., Briens, C. L., Decamps, C. & Russell, I., 1994. Pilot Scale of Primary Beer Fermentation with a Gaslift Immobilized Yeast Reactor. Proceedings of the European Brewing Convention, Sub-Committee, Dublin.
Norton, S., Watson, K. & D'Amore, T., 1995. Ethanol Tolerance of Immobilized Brewers'Yeast Cells. Applied Microbiology & Biotechnology, 43,18.Norton, S., Watson, K. & D'Amore, T., 1995. Ethanol Tolerance of Immobilized Brewers'Yeast Cells. Applied Microbiology & Biotechnology, 43.18.
Nothaft, A., 1995. The Start-Up of an Immobilized Yeast System for SecondaryNothaft, A., 1995. The Start-Up of an Immobilized Yeast System for Secondary
Fermentation at Brahma. European Brewery Convention of a Symposiun : Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 41.Fermentation at Brahma. European Brewery Symposium Convention: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 41.
Nunokawa, Y. & Hirotsune, M., 1993. Production of Soft Sake by an Immobilized Yeast Reactor System, in Industrial Application of immobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 235.Nunokawa, Y. & Hirotsune, M., 1993. Production of Soft Sake by an Immobilized Yeast Reactor System, in Industrial Application of Immobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 235.
Pajunen, E., 1996a. The Behaviour of Immobilized Yeast Cells. Cerevisia BelgianJournal of Brewing & Biotechnology, 21, 33.Pajunen, E., 1996a. The Behavior of Immobilized Yeast Cells. Cerevisia BelgianJournal of Brewing & Biotechnology, 21, 33.
Pajunen, E., 1996b. Immobilized System in the Brewing Industry. Proceedings of the Institute of Brewing Convention, Singapore, 38.Pajunen, E., 1996b. The Immobilized System in the Brewing Industry. Proceedings of the Brewing Convention Institute, Singapore, 38.
Pajunen, E., 1995. Immobilized Yeast Lager Beer Maturation: DEAE-Cellulose at Sinebrychoff. European Brewery Convention Symposium : Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 24.Pajunen, E., 1995. Immobilized Yeast Lager Beer Maturation: DEAE-Cellulose at Sinebrychoff. European Brewery Convention Symposium: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 24.
Pajunen E. & Gronqvist A., 1994. Immobilized Yeast Fermenters for Continuous Lager Beer Maturation. Proceedings for the Institute of Brewing Convention, Sydney, 101.Pajunen E. & Gronqvist A., 1994. Immobilized Yeast Fermenters for Continuous Lager Beer Maturation. Proceedings for the Brewing Convention Institute, Sydney, 101.
Pajunen, E., A. Gronqvist & Lommi, H., 1989. Continuous SecondaryPajunen, E., A. Gronqvist & Lommi, H., 1989. Continuous Secondary
Fermentation and Maturation of Beer in an Immobilized Yeast Reactor. MBAA Technical Quarterly, 26,147.Fermentation and Maturation of Beer in an Immobilized Yeast Reactor. MBAA Technical Quarterly, 26,147.
Pajunen, E., Gronqvist, A., Simonsen, B. & Lomrnij H., 1994. Immobilized Yeast Fermenters for Continuous Lager Beer Maturation. ALAFACE Annual Meeting, Quito, 13.Pajunen, E., Gronqvist, A., Simonsen, B. & Lomrnij H., 1994. Immobilized Yeast Fermenters for Continuous Lager Beer Maturation. ALAFACE Annual Meeting, Quito, 13.
Pajunen, E., Ranta, B., Andersen, K., Lommi, H., Viljava, T., Bergin, J. & Guercia, H., 2000a. Novel Process for Beer Fermentation with Immobilized Yeast. Proceedings ofthe 26'7'Convention of the Institute of Brewing, AsiaPacific Section, 91.Pajunen, E., Ranta, B., Andersen, K., Lommi, H., Viljava, T., Bergin, J. & Guercia, H., 2000a. Novel Process for Beer Fermentation with Immobilized Yeast. Proceedings of the 26'7'Convention of the Brewing Institute, AsiaPacific Section, 91.
Pajunen, E., Viljava, T. & Lommi, H., 2000b. Novel Primary Fermentation withPajunen, E., Viljava, T. & Lommi, H., 2000b. Novel Primary Fermentation with
Immobilzied Yeast System.World Brewing Congress, Oral presentation.Immobilzied Yeast System.World Brewing Congress, Oral presentation.
Paul, F. & Vignais, P. M., 1980. Photophosphorylation in Bacterial Chromatophores Entrapped in Alginate Gel: Improvement of the Physical and Biochemical Properties of Gel Beads with Barium as Gel-Inducing Agent. Enzyme and Microbial Technology, 2,281.Paul, F. & Vignais, P. M., 1980. Photophosphorylation in Bacterial Chromatophores Entrapped in Alginate Gel: Improvement of the Physical and Biochemical Properties of Gel Beads with Barium as a Gel-Inducing Agent. Enzyme and Microbial Technology, 2,281.
Peach, M.,1996 : Fermenting Faster Pints. New Scientist, 2058, 23.Peach, M., 1996: Fermenting Faster Pints. New Scientist, 2058, 23.
Pilkington, P. H, Margaritis, A. & Mensour, N. A., 1998a. Mass Transfer Characteristics of Immobilized Cells Used in Fermentation Processes. Critical Reviews in Biotechnology, 18, 237.Pilkington, P. H, Margaritis, A. & Mensour, N. A., 1998a. Mass Transfer Characteristics of Immobilized Cells Used in Fermentation Processes. Critical Reviews in Biotechnology, 18, 237.
Pilkington, P. H., Margaritis, A., Mensour, N. A & Russell, I., 1998b.Pilkington, P. H., Margaritis, A., Mensour, N. A & Russell, I., 1998b.
Fundamentals of Immobilized Yeast Cells for Continuous Beer Fermentation: AFundamentals of Immobilized Yeast Cells for Continuous Beer Fermentation: A
Review. Journal of the Institute of Brewing, 104,19.Review. Journal of the Brewing Institute, 104.19.
Pilkington, H., Margaritis, A., Mensour,N.. Sobczak, J., Hancock, I. & Russell.l., 1999. Kappa-Carrageenan Gel Immobilization of Lager Brewing Yeast. Journal of the Ifzstitute of Brewirzg, 105, 398.Pilkington, H., Margaritis, A., Mensour, N .. Sobczak, J., Hancock, I. & Russell.l., 1999. Kappa-Carrageenan Gel Immobilization of Lager Brewing Yeast. Journal of the Ifzstitute of Brewirzg, 105,398.
Pirt, S.J., 1975. Principles of Microbe and Cell Cultivation, Blackwell Scientific, Oxford.Pirt, S.J., 1975. Principles of Microbe and Cell Cultivation, Blackwell Scientific, Oxford.
Pittner, H. & Back, W., 1995. Continuous Production of Acidified Wort forPittner, H. & Back, W., 1995. Continuous Production of Acidified Wort for
Alcohol Free Beer Using Immobilized Lactic Acid Bacteria.Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 32,163.Alcohol Free Beer Using Immobilized Lactic Acid Bacteria.Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 32,163.
Pittner, H., W. Back, W. Swinkels, E. Meersman, B. van Dieren & Lommi, H., 1993.Pittner, H., W. Back, W. Swinkels, E. Meersman, B. van Dieren & Lommi, H., 1993.
Continuous Production of Acidified Wort for Alcohol-Free Beer Using Immobilized Lactic Acid Bacteria. Proceedings of the24tlz European Brewing Convention Congress, Oslo, 323.Continuous Production of Acidified Wort for Alcohol-Free Beer Using Immobilized Lactic Acid Bacteria. Proceedings of the 24tlz European Brewing Convention Congress, Oslo, 323.
Polednikova, M., Sedova, H. & Kahler, M.,1981. Immobilized BrewingPolednikova, M., Sedova, H. & Kahler, M., 1981. Immobilized Brewing
Yeast. Kvasny Prumysl, 27,193.Yeast. Kvasny Prumysl, 27,193.
Poncelet, D., Lencki, R., Beaulieu, C., Halle, J, P., Neufeld, R. J. & Fournier, A.,Poncelet, D., Lencki, R., Beaulieu, C., Halle, J, P., Neufeld, R. J. & Fournier, A.,.
1992. Production of Alginate Beads by Emulsification/lntemal Gelation. Applied Microbiology & Biotechnology, 38, 39.1992. Production of Alginate Beads by Emulsification / lntemal Gelation. Applied Microbiology & Biotechnology, 38, 39.
Poncelet, D., Poncelet de Smet, B., Beaulieu, C. & Neufeld, RJ., 1993. Scale Up of Gel Bead and Microcapsule Production in Cell Immobilization, in Fundamentals of Animal Cell Encapsulation and Immobilization, Goosen, M. F. A., Ed., CRC Press Inc., Boca Raton, Florida.Poncelet, D., Poncelet de Smet, B., Beaulieu, C. & Neufeld, R.J., 1993. Scale Up of Gel Bead and Microcapsule Production in Cell Immobilization, in Fundamentals of Animal Cell Encapsulation and Immobilization, Goosen, MFA, Ed. ., CRC Press Inc., Boca Raton, Florida.
Prakash, A., Briens, C. L. & Bergougnou, M. A., 1987. Mass Transfer Between Solid Particles and Liquid in a Three Phase Fluidized Bed. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 65,228.Prakash, A., Briens, C. L. & Bergougnou, M. A., 1987. Mass Transfer Between Solid Particles and Liquid in a Three Phase Fluidized Bed. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 65,228.
Prasad, K. Y. & Ramanujam, T. K„ 1995. Overall Volumetric Mass Transfer Coefficient in a Modified Reversed Flow Jet Loop Bioreactor with Low Density Particles.Bioprocess Engineering, 12,214.Prasad, K. Y. & Ramanujam, T. K „1995. Overall Volumetric Mass Transfer Coefficient in a Modified Reversed Flow Jet Loop Bioreactor with Low Density Particles.Bioprocess Engineering, 12,214.
Pritchett, Price. 1993. Culture Shift. Texas: Pritchett & Associates, Inc.Pritchett, Price. 1993. Culture Shift. Texas: Pritchett & Associates, Inc.
Que, F., 1993. Using a Thread Type of Alginate Gel Particles as CellImmobilised Support and Some Concept of Packed Bed Fermenter Design.Biotechnology Techniques, 7, 755.Que, F., 1993. Using a Thread Type of Alginate Gel Particles as CellImmobilized Support and Some Concept of Packed Bed Fermenter Design.Biotechnology Techniques, 7, 755.
Rajotte, P., 1998. Continuous Fermentation with Immobilized Yeast Cells. American Brewer, 76, 42.Rajotte, P., 1998. Continuous Fermentation with Immobilized Yeast Cells. American Brewer, 76, 42.
Rajotte, P., 1997. Jumping into the Next Millenium Canadian Style.American Brewer, 7S, 42.Rajotte, P., 1997. Jumping Into the Next Millennium Canadian Style.American Brewer, 7S, 42.
Russell, I., Norton, S., Mensour, N., Margaritis, A. & Briens, C., 1995.Russell, I., Norton, S., Mensour, N., Margaritis, A. & Briens, C., 1995.
Immobilized Yeast Cells: Applications for Brewing.Proceedings of the Institute of Brewing Convention, Victoria Falls, 159.Immobilized Yeast Cells: Applications for Brewing.Proceedings of the Brewing Convention Institute, Victoria Falls, 159.
Ryder, D. S. & Masschelein, C. A., 1985. The Growth Process of Brewing Yeast and the Biotechnological Challenge.Journal of the American Society of Brewing Chemists, 43,66.Ryder, D. S. & Masschelein, C. A., 1985. The Growth Process of Brewing Yeast and the Biotechnological Challenge.Journal of the American Society of Brewing Chemists, 43,66.
Satterfield, C. N„ 1970. Mass Transfer in Heterogeneous Catalysts, MIT Press, Cambridge.Satterfield, C. N „1970. Mass Transfer in Heterogeneous Catalysts, MIT Press, Cambridge.
Scott, J. A., O'Reilly, A. M. & Kirkhope, S., 1995. A Fibrous Sponge Matrix to Immobilized Yeast for Beverage Fermentations. Biotechnology Techniques, 9, 305.Scott, J. A., O'Reilly, A. M. & Kirkhope, S., 1995. A Fibrous Sponge Matrix to Immobilized Yeast for Beverage Fermentations. Biotechnology Techniques, 9, 305.
Shindo, S. & Kamimur, M., 1990. Immobilization of Yeast with Hollow PVA Gel Beads. Journal of Fermentation and Bioengineering, 70, 232.Shindo, S. & Kamimur, M., 1990 Immobilization of Yeast with Hollow PVA Gel Beads. Journal of Fermentation and Bioengineering, 70,232.
Shindo, S., Sahara, H. & Koshino, S., 1994a. Suppression of a-Acetolactate Formation in Brewing with Immobilized Yeast. Journal of the Institute of Brewing, 100,69.Shindo, S., Sahara, H. & Koshino, S., 1994a. Suppression of α-Acetolactate Formation in Brewing with Immobilized Yeast. Journal of the Brewing Institute, 100.69.
Shindo, S., Sahara, H.,Koshino, S. & Tanaka, H., 1993. Control of Diacetyl Precursor [α-acetolactate] Formation During Alcohol Fermentation with Yeast Cells Immobilized in Alginate Fibers with Double Gel Layers.Journal of Fermentation and Bioengineering, 76,199,Shindo, S., Sahara, H., Koshino, S. & Tanaka, H., 1993. Control of Diacetyl Precursor [α-acetolactate] Formation During Alcohol Fermentation with Yeast Cells Immobilized in Alginate Fibers with Double Gel Layers.Journal of Fermentation and Bioengineering, 76,199,
Shindo, S, Sahara, S, Watanabe, N. & Koshino, S„ 1994b. Main Fermentation with Immobilized Yeast Using Fluidized-Bed Reactor. Proceedings of the Institute of Brewing Convention, Sydney, 109.Shindo, S, Sahara, S, Watanabe, N. & Koshino, S '1994b. Main Fermentation with Immobilized Yeast Using Fluidized-Bed Reactor. Proceedings of the Brewing Convention Institute, Sydney, 109.
Sinitsyn, A. P., Rajnina, Е. I., Efremov, A. B., Gracheva, I. M. & Gernet, Μ. V., 1986. Fermentation of Hydrolysed Mash by Yeasts Immobilized on Borosilicate Carriers.Bermentnaya I Spirtovaya Promyshlennost, 31.Sinitsyn, A. P., Rajnina, E. I., Efremov, A. B., Gracheva, I. M. & Gernet, Μ. V., 1986. Fermentation of Hydrolysed Mash by Yeasts Immobilized on Borosilicate Carriers.Bermentnaya I Spirtovaya Promyshlennost, 31.
Smogrovicova, D. & Domeny, Z., 1999. Beer Volatile By-Product Formation at Different Fermentation Temperature using immobilized Yeasts. Process Biochemistry, 34,785.Smogrovicova, D. & Domeny, Z., 1999. Beer Volatile By-Product Formation at Different Fermentation Temperature Using Immobilized Yeasts. Process Biochemistry, 34,785.
Smogrovicova, D., Domeny, Z. Gemeiner, P. Malovikova, A. & Sturdik, E., 1997. Reactors for Continuous Primary Beer Fermentation using Immobilized Yeast, Biotechnology Techniques, 11, 261.Smogrovicova, D., Domeny, Z. Gemeiner, P. Malovikova, A. & Sturdik, E., 1997. Reactors for Continuous Primary Beer Fermentation Using Immobilized Yeast, Biotechnology Techniques, 11, 261.
Sodini, I., Boquien, C. Y„ Corrieu, G. & Lacroix, C., 1997. Use of anSodini, I., Boquien, C. Y „Corrieu, G. & Lacroix, C., 1997. Use of an
Immobilized Cell Bioreactor for the Continuous Inoculation of Milk in Fresh Cheese Manufacturing. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 18,Immobilized Cell Bioreactor for Continuous Milk Inoculation in Fresh Cheese Manufacturing. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 18,
56.56.
Speers, R. A. & Ritcey, L. L., 1995. Towards an Ideal Flocculation Assay. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 174.Speers, R. A. & Ritcey, L. L., 1995. Towards an Ideal Flocculation Assay. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 174.
Stewart, G. G., 1996. Brewing Technology for the Future.The Brewer, 82,348.Stewart, G. G., 1996. Brewing Technology for the Future.The Brewer, 82,348.
Stewart, G. G. & Russell,!., 2000. Brewer's Yeast. The Institute of Brewing, England.Stewart, G. G. & Russell,!., 2000. Brewer's Yeast. The Brewing Institute, England.
Stewart, G. G. & Russell,1., 1981. Yeast Flocculation, in Brewing Science, Ed. J. R. A. Pollock, Academic Press, New York.Stewart, G. G. & Russell, 1st, 1981. Yeast Flocculation, and Brewing Science, Ed. J. R. A. Pollock, Academic Press, New York.
Stratford, M., 1996. Yeast Flocculation: Restructuring the Theories in Line with Recent Research, Cerevisiae Belgium Journal of Biotechnology, 38.Stratford, M., 1996. Yeast Flocculation: Restructuring the Theories in Line with Recent Research, Cerevisiae Belgium Journal of Biotechnology, 38.
Sumino, T., Nakamura, H. & Mori, N., 1993. Development of a High-Efficiency Wastewater Treatment System Using Immobilized Microorganisms.in Industrial Application of linmobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 377.Sumino, T., Nakamura, H. & Mori, N., 1993. Development of a High-Efficiency Wastewater Treatment System Using Immobilized Microorganisms.in Industrial Application of Linmobilized Biocatalysts. (A. Tanaka, T. Tosa & T. Kobayashi, eds.) New York: Marcel Dekker, 377.
Tata, M., Bower, P., Bromberg, S., Duncombe, D., Fehring, J., Lau, V., Ryder,D. & Stassi, P. 1999. Immobilized Yeast Bioreactor Systems for Continuous Beer Fermentation. Biotechnology Progress, 15,105.Tata, M., Bower, P., Bromberg, S., Duncombe, D., Fehring, J., Lau, V., Ryder, D. & Stassi, P. 1999. Immobilized Yeast Bioreactor Systems for Continuous Beer Fermentation. Biotechnology Progress, 15,105.
Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists. 1992. Methods of Analysis.8i Edition, Minnesota, ASBC.Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists. 1992. Methods of Analysis.8i Edition, Minnesota, ASBC.
Teixera, J. M., Teixera, J. A., Mota, M., Manuela, M., Guerra, B., Machado Cruz, J. M. & SaAlmeida, A. M.,1991. The Influence of Cell Wall Composition of a Brewer's Flocculent Lager Yeast on Sedimentation During Successive Industrial Fermentations. Proceedings of the European Brewery Congress, 241. Umemoto, S., Mitani, Y. & Shinotsuka, K., 1998. Primary Fermentation with Immobilized Yeast in a Fluidized Bed Reactor. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 35,58.Teixera, J. M., Teixera, J. A., Mota, M., Manuela, M., Guerra, B., Machado Cruz, J. M. & SaAlmeida, A. M., 1991. The Cell Wall Influence Composition of a Brewer's Flocculent Lager Yeast on Sedimentation During Successive Industrial Fermentations. Proceedings of the European Brewery Congress, 241. Umemoto, S., Mitani, Y. & Shinotsuka, K., 1998. Primary Fermentation with Immobilized Yeast in a Fluidized Bed Reactor. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 35.58.
Van de Winkel, L., 1995. Design and Optimization of a Multipurpose Immobilized Yeast Bioreactor for Brewery Fermentations. Cerevisia BelgianVan de Winkel, L., 1995. Design and Optimization of a Multipurpose Immobilized Yeast Bioreactor for Brewery Fermentations. Cerevisia Belgian
Journal of Brewing & Biotechnoloy, 20,77.Journal of Brewing & Biotechnoloy, 20.77.
Van de Winkel, L. & DeVuyst, L., 1997. Immobilized Yeast Cell Systems in Today's Breweries and Tomorrow's. Cerevisia Belgian Journal of Brewing & Biotechnology, 22, 27.Van de Winkel, L. & DeVuyst, L., 1997. Immobilized Yeast Cell Systems in Today's Breweries and Tomorrow's. Cerevisia Belgian Journal of Brewing & Biotechnology, 22, 27.
Van de Winkel, L.,McMurrough, I., Evers, G., Van Beveren, P. C. &Van de Winkel, L., McMurrough, I., Evers, G., Van Beveren, P. C. &
Masschelein, C. A., 1995. Pilot-Scale Evaluation of Silicon Carbide Immobilized Yeast Systems for Continuous Alcohol-Free Beer Production. European Brewery Convention Symposium Jrntnobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 90.Masschelein, C. A., 1995. Pilot-Scale Evaluation of Silicon Carbide Immobilized Yeast Systems for Continuous Alcohol-Free Beer Production. European Brewery Convention Symposium Jrntnobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 90.
Van de Winkel, L., P. C. van Beveren & C. A. Masschelein, 1991a. TheVan de Winkel, L., P. C. van Beveren & C. A. Masschelein, 1991a. The
Application of an Immobilized Yeast Loop Reactor to the Continuous Production of Alcohol-Free Beer. Proceedings of the 23rd European Brewing Convention Congress, Lisbon, 577.Application of an Immobilized Yeast Loop Reactor to Continuous Production of Alcohol-Free Beer. Proceedings of the 23rd European Brewing Convention Congress, Lisbon, 577.
Van de Winkel, L.,P. C. van Beveren, E. Borremans, E. Goosens & C. A.Van de Winkel, L., P. C. van Beveren, E. Borremans, E. Goosens & C.A.
Masschelein, 1991b. High Performance Immobilized Yeast Reactor Design for Continuous Beer Fermentation. Proceedings of the 24th European Brewing Convention Congress, Oslo, 307.Masschelein, 1991b. High Performance Immobilized Yeast Reactor Design for Continuous Beer Fermentation. Proceedings of the 24 th European Brewing Convention Congress, Oslo, 307.
Van Dieren, B., 1995. Yeast Metabolism and the Production of Alcohol-FreeVan Dieren, B., 1995. Yeast Metabolism and the Production of Alcohol-Free
Beer. European Brewery Convention Symposium: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland,66.Beer. European Brewery Convention Symposium: Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 66.
Vanlersel, M. F. M., Meersman, E., Swinkels, W., Abee, T. & Rombouts, F. M., 1995.. Continuous Production of Non-Alcohol Beer by Immobilized Yeast at Low Temperature. Journal of Industrial Microbiology, 14,495.Vanlersel, M. F. M., Meersman, E., Swinkels, W., Abee, T. & Rombouts, F. M., 1995 .. Continuous Production of Non-Alcohol Beer by Immobilized Yeast at Low Temperature. Journal of Industrial Microbiology, 14,495.
Van Loosdrecht, M. C. M. & Heijnen, J. J., 1993.Biofilm Bioreactors for WasteWater Treatment. Trends in Biotechnology, 11,117.Van Loosdrecht, M. C. M. & Heijnen, J. J., 1993.Biofilm Bioreactors for WasteWater Treatment. Trends in Biotechnology, 11,117.
Vicente, A. A., Dluhy, M. & Teixeira, J. A., 1999. Increase of Ethanol Productivity in an Airlift Reactor with a Modified Draught Tube. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 77,497.Vicente, A. A., Dluhy, M. & Teixeira, J. A., 1999. Increase in Ethanol Productivity in an Airlift Reactor with a Modified Draught Tube. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 77,497.
Virkajarvi, I. & Linko, M., 1999. Immobilization: A Revolution in Traditional Brewing.Naturwissehschaften, 86,112.Virkajarvi, I. & Linko, M., 1999. Immobilization: A Revolution in Traditional Brewing.Naturwissehschaften, 86,112.
Virkajarvi,!. & Kronlof, J., 1998. Long Term Stability of Immobilized Yeast Columns in Main Fermentation. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 56, 70.Virkajarvi,!. & Kronlof, J., 1998. Long Term Stability of Immobilized Yeast Columns in Main Fermentation. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 56, 70.
Virkajarvi, I. & Pohjala, N., 1999. Profiting from Immobilized Fermentation. Proceedings of the 5th Avietnore Conference on Malting, Brewing and Distilling, 290.Virkajarvi, I. & Pohjala, N., 1999. Profiting from Immobilized Fermentation. Proceedings of the 5 th Avietnore Conference on Malting, Brewing and Distilling, 290.
Wackerbauer, K„ Fitzner, M. & Gunther, J., 1996a. Technisch-technologische Moglichkeiten mit Immobilisierter Hefe. Brauwelt, 136,2140.Wackerbauer, K „Fitzner, M. & Gunther, J., 1996a. Technisch-Technologische Moglichkeiten mit Immobilisierter Hefe. Brauwelt, 136.2140.
Wackerbauer, K., Fitzner, M. & Lopsien, M., 1996b. Untersuchungenmit dem Neuen MPI-Bioreaktor-System. Brauwelt, 136, 2250.Wackerbauer, K., Fitzner, M. & Lopsien, M., 1996b. Untersuchungenmit dem Neuen MPI-Bioreactor-System. Brauwelt, 136,222.
Webb, C., G. M. Black & B. Atkinson, 1986. Process Engineering Aspects of Immobilized Cell System. England: The Institution of Chemical Engineers. Westrin, B. A. & A. Axelsson, 1991. Diffusion in Gels Containing Immobilized Cells: A Critical Review. Biotechnology and Bioengineering, 38,439.Webb, C., G. M. Black & B. Atkinson, 1986. Process Engineering Aspects of the Immobilized Cell System. England: The Institution of Chemical Engineers. Westrin, B. A. & A. Axelsson, 1991. Diffusion in Gels Containing Immobilized Cells: A Critical Review. Biotechnology and Bioengineering, 38,439.
Wu, W. T., Wu, J. Y. & Jong, J. Z., 1992. Mass Transfer in an Airlift Reactor with a Net Draft Tube. Biotechnology Progress, 8,465.Wu, W. T., Wu, J. Y. & Jong, J. Z., 1992. Mass Transfer in an Airlift Reactor with a Net Draft Tube. Biotechnology Progress, 8,465.
Yamane, T.,1981. On Approximate Expressions of Effectiveness Factors for Immobilized Biocatalysts. Journal of Ferrhentation Technology, 59,375.Yamane, T., 1981. On Approximate Expressions of Effectiveness Factors for Immobilized Biocatalysts. Journal of Ferrhentation Technology, 59,375.
Yamauchi, Y. & Kashihara, T.,1995a. Kirin Immobilized System. European Brewery Convention Symposium Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 99.Yamauchi, Y. & Kashihara, T., 1995a. Kirin Immobilized System. European Brewery Convention Symposium Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, 99.
Yamauchi, Y., Kashihara, T., Murayama, H., Nagara, A., Okamoto, T. & Mawatari, M., 1994. Scaleup of Immobilized Yeast Bioreactor for Continuous Fermentation of Beer. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 31,90.Yamauchi, Y., Kashihara, T., Murayama, H., Nagara, A., Okamoto, T. & Mawatari, M., 1994. Scaleup of Immobilized Yeast Bioreactor for Continuous Fermentation of Beer. Master Brewers Association of the Americas Technical Quarterly, 31.90.
Yamauchi, Y., Okamoto, T., Murayama, H., Kajino, K., Amikura, T., Hiratsu, H.,Yamauchi, Y., Okamoto, T., Murayama, H., Kajino, K., Amikura, T., Hiratsu, H.,
Nagara, A,, Kamiya, T. & Inoue, T., 1995b. Rapid Maturation of Beer Using an Immobilized Yeast Bioreactor. 1. Heat Conversion of α-Acetolactate. Journal of Biotechnology, 38,101.Nagara, A ,, Kamiya, T. & Inoue, T., 1995b. Rapid Maturation of Beer Using an Immobilized Yeast Bioreactor. 1. Heat Conversion of α-Acetolactate. Journal of Biotechnology, 38,101.
Yamauchi, Y, Okamoto, T., Murayama, H., Kajino, K., Nagara, A. & Noguchi, K., 1995c. Rapid Maturation of Beer Using an Immobilized Yeast Bioreactor. 2. Balance of Total Diacetyl Reduction and Regeneration. Journal of Biotechnology, 38,109.Yamauchi, Y, Okamoto, T., Murayama, H., Kajino, K., Nagara, A. & Noguchi, K., 1995c. Rapid Maturation of Beer Using an Immobilized Yeast Bioreactor. 2. Balance of Total Diacetyl Reduction and Regeneration. Journal of Biotechnology, 38,109.
Yamauchi, Y., Okamoto, T., Murayama, H., Nagara, A. & Kashihara, T., 1995d. Rapid Fermentation of Beer Using an Immobilized Yeast Multistage Bioreactor System: Control of Sulfite Formation. Applied Biochemistry and Biotechnology, 53,277.Yamauchi, Y., Okamoto, T., Murayama, H., Nagara, A. & Kashihara, T., 1995d. Rapid Fermentation of Beer Using an Immobilized Yeast Multistage Bioreactor System: Control of Sulfite Formation. Applied Biochemistry and Biotechnology, 53,277.
Yamauchi,Y., Okamoto, T., Murayama, H„ Nagara, A., Kashihara, T., Yoshida,M. & Nakanishi.K., 1995e. Rapid Fermentation of Beer Using an Immobilized Yeast Multistage Bioreactor System: Balance Control of Extract and Amino Acid Uptake. Applied Biochemistry and Biotechnology, 53, 245.Yamauchi, Y., Okamoto, T., Murayama, H „Nagara, A., Kashihara, T., Yoshida, M. & Nakanishi.K., 1995e. Rapid Fermentation of Beer Using an Immobilized Yeast Multistage Bioreactor System: Balance Control of Extract and Amino Acid Uptake. Applied Biochemistry and Biotechnology, 53,245.
Yamauchi, Y., Okamoto,T., Murayama, H., Nagara, A., Kashihara, T., Yoshida, M.,Yasui, T. & Nakanishi, K., 1995f. Rapid Fermentation of Beer Using an Immobilized Yeast Multistage Bioreactor System: Control of Minor Products of Carbohydrate Metabolism.Applied Biochemistry and Biotechnology, 53,261. Yuan, X., 1987. Application of4mmobilization Technique in Brewing industry. Shipin Kexue, 94, 8.Yamauchi, Y., Okamoto, T., Murayama, H., Nagara, A., Kashihara, T., Yoshida, M., Yasui, T. & Nakanishi, K., 1995f. Rapid Fermentation of Beer Using an Immobilized Yeast Multistage Bioreactor System: Control of Minor Products of Carbohydrate Metabolism.Applied Biochemistry and Biotechnology, 53,261. Yuan, X., 1987. Application of 4mmobilization Technique in the Brewing Industry. Shipin Kexue, 94, 8.
Zhang, Z., Su, E. & Yu, J., 1988.. Studies on Continuous and Rapid Fermentation of Beer by Immobilized Yast. Qongye Weis Alengwu, 18,11.Zhang, Z., Su, E. & Yu, J., 1988 .. Studies on Continuous and Rapid Fermentation of Beer by Immobilized Yast. Qongye Weis Alengwu, 18.11.
Кратко описание на същността на изобретениетоBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Настоящото изобретение се отнася до метод за получаване на алкохолни напитки, включващ стадий за непрекъсната ферментация, който се използва за постигане на определена степен на ферментация и/или поне начална ферментация на пивна мъст, съдържаща ферментируеми захари.The present invention relates to a method for producing alcoholic beverages, comprising a continuous fermentation step, which is used to achieve a certain degree of fermentation and / or at least initial fermentation of beer must containing fermentable sugars.
По-специално е осигурен предпочитан метод, при който непрекъснатата ферментация се извършва в биореактор с газова подемна сила (от типа ерлифт), като се използват флокулиращи (и поспециално високофлокулиращи или свръхфлокулиращи) дрожди и прилагайки строг кислороден контрол.In particular, a preferred method is provided wherein continuous fermentation is carried out in a gas lift (airlift type) bioreactor using flocculant (and especially high-flocculating or super-flocculating) yeast and applying rigorous oxygen control.
В един особено предпочитан вариант на настоящото изобретение “поне частично ферментиралият” изходен продукт от непрекъснатия процес се подава към периодичен технологичен стадий за дообработване (който в контекста на патентните претенции на настоящото изобретение може да осигури завършването на ферментационния процес чрез превръщане на ферментируеми въглехидрати в алкохол, без този стадий да ограничава изобретението).In a particularly preferred embodiment of the present invention, the "at least partially fermented" feedstock from the continuous process is fed to a batch processing step (which in the context of the claims of the present invention can ensure the completion of the fermentation process by converting the fermentable carbohydrates to alcohol without this step limiting the invention).
Настоящото изобретение се отнася до получаването на пиво (в частност включващо пиво от вида светло пиво, леко пиво и североамериканско пиво). В края виж например Essentials of Beer Style -F. Eckhardt.The present invention relates to the production of beer (in particular, including light beer, light beer and North American beer). See, for example, Essentials of Beer Style -F. Eckhardt.
Методът съгласно претенция 1 се състои в това, че непрекъснатият стадий се извършва в биореактор с газова подемна сила.The method of claim 1 is that the continuous step is carried out in a gas-lifting bioreactor.
При провеждането на непрекъснат стадий, който е ефективен в различни технологични процеси съгласно изобретението, се предпочита да се използват имобилизирани клетки (за разлика от само свободни клетки) и това може да се осъществи като се използва избран носител за имобилизиране или флокулиращи пивни дрожди. Въпреки това сеIn carrying out a continuous step that is effective in various processes according to the invention, it is preferable to use immobilized cells (as opposed to free cells only) and this can be accomplished using a selected immobilizer or flocculent yeast. However it does
предпочита да се използват флокулиращи ливни дрожди вместо имобилизирани клетки, при това за тази цел се предпочитат поспециално свръхфлокулиращи ливни дрожди.it is preferable to use flocculent yeast instead of immobilized cells, in particular preferred over-flocculating yeast for this purpose.
Повече подробности, отнасящи се до предпочитани технологии и предимствата, свързани с непрекъснатите процеси, са дадени в хода на подробното описание на настоящото изобретение. То включва използването на регулируеми газови смесители и използване на азот, въглероден диоксид и кислород, както и на въздух.More details regarding preferred technologies and advantages associated with continuous processes are provided in the course of the detailed description of the present invention. It involves the use of adjustable gas mixers and the use of nitrogen, carbon dioxide and oxygen as well as air.
В допълнение са дадени повече подробности, отнасящи се до технологичния стадии на периодичното задържане. Следва да се отбележи, че в някои дадени варианти на изпълнение на настоящото изобретение вниманието към периодичния процес на задържане надхвърля въпроса за “завършването” на превръщането на ферментируемите въглехидрати в алкохол (който във всички случаи може фактически да бъде завършен в непрекъснатия стадий на обработката). В тези варианти на изпълнение на технологичния етап на периодичното задържане главното внимание е насочено към постигане на вкусовите качества (или подобряването им) по-конкретно по отношение на диацетил и ацеталдехид.In addition, more details are given regarding the technological stages of periodic detention. It should be noted that in some embodiments of the present invention, attention to the periodic retention process goes beyond the question of "completing" the conversion of fermentable carbohydrates to alcohol (which in any case can actually be completed in the continuous processing step) . In these embodiments of the technological stage of periodic retention, the main focus is on the attainment (or improvement) of flavoring, in particular with regard to diacetyl and acetaldehyde.
Предпочитани варианти на изпълнение на настоящото изобретение включват разпределение на получената след непрекъснатия стадий ферментирала до определена степен и/или поне частично ферментирала пивна мъст през тръбопровод с разклонения (закрепен неподвижно тръбопровод с разклонения или чрез селективно свързване и изключване на тръби) към множество резервоари за периодично задържане. В процеса на разпределение един резервоар се пълни, последван от друг и т.н. При един особено предпочитан вариант на изпълнение пропускателната способност на реактора с непрекъснато действие и капацитетът при периодичното задържане се съгласуват по отношение на размери и брой на реактори/резервоари за периодично задържане така, че дебитът на получения продукт да съответства на капацитета. Идеалният случай е, когато от резервоар за периодичното задържане се източва крайният продукт точно навреме, за да бъде почистен, повторно съединен и след това отново напълнен с продукт, който се изпуска от стадия на непрекъснатата ферментация.Preferred embodiments of the present invention include the distribution of the fermented to a certain extent and / or at least partially fermented wort through a branch line (fixed branch line or by selectively connecting and disconnecting pipes) to multiple reservoirs over a continuous stage detention. During the distribution process, one tank is filled, followed by another, etc. In a particularly preferred embodiment, the throughput of the continuous reactor and the periodic holding capacity are matched in terms of dimensions and number of reactors / tanks for periodic holding so that the flow rate of the product obtained is consistent with the capacity. The ideal case is when the final product is drained from the batch tank just in time to be cleaned, reconnected and then refilled with a product which is released from the continuous fermentation step.
Съгласно друг аспект на настоящото изобретение някои варианти на изпълнение на изобретението конкретно са насочени към съдържанието на кислород в ливната мъст/пивото. Това се отнася както за непрекъснатите ферментации, така и за периодичните стадий на задържане при провеждането на процеса. По отношение на непрекъснатия стадий концентрацията на кислород има различно въздействие, но видимо е желателно да се свежда до минимум неговото съдържание, за да се оптимизира превръщането на висшите алкохоли в активни естери, придаващи вкусовите качества. В тази връзка следва да се отбележи, че стадият на периодичното задържане може до голяма степен да не окаже влияние върху концентрациите на висши алкохоли, ако се прилага строг контрол за съдържанието на О2, за да се управлява балансът по отношение съдържанието на вкусово активните фузелови естери. В тази връзка може да бъде полезно предварително продухване на ливната мъст с СО2 преди провеждането на непрекъснатата ферментация.According to another aspect of the present invention, certain embodiments of the invention specifically target the oxygen content of the must / beer. This applies both to the continuous fermentation and to the periodic retention stages of the process. With respect to the continuous step, the concentration of oxygen has different effects, but it is clearly desirable to minimize its content in order to optimize the conversion of higher alcohols into active esters that impart taste. In this respect, it should be noted that the periodic retention stage may largely not affect the concentrations of higher alcohols if strict control of the O 2 content is applied in order to manage the balance of the taste-active fusel content. esters. In this connection, it may be useful to pre-purge the CO 2 mustard prior to continuous fermentation.
При един вариант на изпълнение на изобретението главната цел на непрекъснатия стадии на обработка е да се осигури постигане на висока степен на ферментация при последващата периодична ферментация, която се извършва в процеса на периодичното задържане.In one embodiment of the invention, the main purpose of the continuous processing steps is to ensure that a high degree of fermentation is achieved during the subsequent periodic fermentation that takes place during the periodic retention process.
За по-голяма сигурност е приложено пълното съдържание на приоритетните документи като част от настоящото описание, макар и те да са изцяло репродуцирани в това описание.For the sake of security, the full contents of the priority documents as part of this description are attached, although they are reproduced in full in this description.
Подробно описаниеDetailed description
Следва подробно описание в две части на аспектите на настоящото изобретение.The following is a detailed description in two parts of aspects of the present invention.
Описанието съдържа и/или се позовава на диаграми, формули, фигури и други подобни, всяка от които е обозначена с термина “Фигура”, следвана от конкретен идентификационен номер, а всяка от приложените към описанието фигури е описана и/или обозначена с “ФИГ.” и конкретен идентификационен номер. В тези фигури (ФИГ.) показаните елементи могат да не бъдат в точен мащаб.The description contains and / or references diagrams, formulas, figures and the like, each of which is denoted by the term "Figure" followed by a specific identification number, and each of the attached figures is described and / or labeled "FIG. . "And a specific ID. In these figures (FIG.) The elements shown may not be in the exact scale.
Пояснения на приложените фигури:Explanations of the attached figures:
ФИГ.1 представлява технологична схема на системата за непрекъсната ферментация в експериментален мащаб; показаните отделни елементи на технологичната екипировка са дадени в Таблица 5.1.FIG. 1 is a flow chart of an experimental continuous fermentation system; FIG. the individual components of the technological equipment shown are given in Table 5.1.
ФИГ. 2 - принципна схема на експериментален биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба (биореактор от типа ГПСТ) с вместимост 50 L.FIG. 2 is a schematic diagram of an experimental gas lift lift bioreactor equipped with a suction tube (GPST type bioreactor) with a capacity of 50 L.
ФИГ. 3 - изглед при напречен разрез на реактора от ФИГ. 2, включващ местоположението на вътрешната смукателна тръба и вътрешния сепаратор.FIG. 3 is a cross-sectional view of the reactor of FIG. 2, including the location of the internal suction pipe and the internal separator.
ФИГ. 4 - подробна схема на горния участък на биореактора от ФИГ. 2.FIG. 4 is a detailed diagram of the upper portion of the bioreactor of FIG. 2.
ФИГ. 5 - подробна схема на корпуса на биореактора от ФИГ. 2.FIG. 5 is a detailed diagram of the bioreactor housing of FIG. 2.
ФИГ. 6 - подробна схема на коничното дъно на биореактора от ФИГ. 2.FIG. 6 is a detailed diagram of the tapered bottom of the bioreactor of FIG. 2.
ФИГ. 7 - подробна схема на газовия тръбен разпръсквател на биореактора от ФИГ. 2. Общо 160 броя отвори (0.16 cm диаметър) са пробити в тръбния разпръсквател с диаметър 1.27 cm със стъпка по дължина 0.8 cm от център до център и стъпка по ширина 0.6 cm.FIG. 7 is a detailed diagram of the gas tube dispenser of the bioreactor of FIG. 2. A total of 160 openings (0.16 cm in diameter) were drilled into a 1.27 cm diameter tubular sprayer, 0.8 cm in length from center to center and 0.6 cm wide.
ФИГ. 8 - схема на непрекъснато получаване на гранули с използване на известни статични смесители (патентна заявка No. 2,133,789, Labatt).FIG. 8 is a scheme for the continuous production of granules using known static mixers (patent application No. 2,133,789, Labatt).
ФИГ. 9 - изображение на щам стъклени гранули, доставяни от Schott Engineering.FIG. 9 is an image of a glass pellet strain supplied by Schott Engineering.
ФИГ. 10 - изображение на гранули от кизелгур Celite , доставяни от World Minerals.FIG. 10 - an image of Celite kernel pellets supplied by World Minerals.
ФИГ. 11 - изображение на гелни гранули от к-карагенан, произведени в лабораторията на Labatt Brewing Company Limited (Labatt).FIG. 11 is an image of k-carrageenan gel granules manufactured in the laboratory of Labatt Brewing Company Limited (Labatt).
ФИГ.12 - изображения на нефлокулиращи дрожди; дрожди, образуващи вериги и флокулиращи дрожди. Тези изображения са направени с камера на микроскоп при увеличение 100 X.FIG. 12 shows images of non-flocculating yeast; FIG. yeast forming chains and flocculating yeast. These images were taken with a microscope camera at 100 X magnification.
ФИГ.13 - снимка от микроскоп на средата на флокулиращи щам дрожди LCC3021 при увеличение 100 X.FIG. 13 is a microscope image of a medium of flocculating yeast strain LCC3021 at 100 X magnification. FIG.
ФИГ. 14 - снимка от микроскоп на свръхфлокупиращи щам дрожди LCC290 при увеличение 100 X.FIG. 14 - Microscope image of LCC290 superfluid yeast strain at 100 X magnification.
ФИГ. 15 - принципна схема на процеса с използване на статичен смесител за изготвяне на гелни гранули от κ-карагенан. В статичния смесител флуидът се движи през смесителя , осигурявайки смесване на флуидите, изпомпвани от тръбопровода.FIG. 15 is a schematic diagram of the process using a static mixer for the preparation of κ-carrageenan gel granules. In a static mixer, fluid moves through the mixer, ensuring that the fluids pumped from the pipeline are mixed.
ФИГ. 16 - друга схема на биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба, използван за главна ферментация на пиво.FIG. 16 is another diagram of a gas lift bioreactor equipped with a suction pipe used for main beer fermentation.
ФИГ. 17 - снимка на действащ биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба, показан на ФИГ. 15.FIG. 17 is a photograph of an active gas lift bioreactor equipped with a suction pipe shown in FIG. 15.
ФИГ. 18 - подробна схема на реактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба, от ФИГ. 16.FIG. 18 is a detailed diagram of a gas lift reactor provided with a suction pipe of FIG. 16.
ФИГ. 19 - подробна схема на челен капак на биореактора, където: 1 е отвор за изтегляне на течност за кислородния сензор; 2 48FIG. 19 is a detailed diagram of a front cover of a bioreactor, wherein: 1 is an orifice for drawing in the liquid for the oxygen sensor; 2 48
гилза за температурен сензор, свързан с термостатичен контролен уред; 3 - температурен детектор; отвор за връщане на течността за кислородния сензор; 5 - отвор за инокулата; мембранен отвор за проби, снабден с капачка от неръждаема стомана.a temperature sensor sleeve connected to a thermostatic control unit; 3 - temperature detector; fluid return port for oxygen sensor; 5 - inoculum opening; diaphragm sample hole fitted with a stainless steel cap.
ФИГ. 20 - схема на отвор за изтегляне на течност за кислородния сензор, който отвор е снабден с приспособление за пълнене, потопено в течната фаза на биореакгора.FIG. 20 is a diagram of a fluid withdrawal port for an oxygen sensor, which port is provided with a filling device immersed in the liquid phase of the bioreactor.
ФИГ. 21 - устройства и технологична схема на непрекъсната главна ферментация в система, използваща биореактор с газова подемна сила (виж Таблица 5.1, в която подробно са описани устройствата).FIG. 21 - devices and flow chart of continuous main fermentation in a system using a bioreactor with gas lift (see Table 5.1, which describes the devices in detail).
ФИГ. 22 - схематично представяне на механизма на образуване на гел от карагенан (приспособен от Rees, 1972).FIG. 22 is a schematic representation of the mechanism of carrageenan gel formation (adapted by Rees, 1972).
ФИГ. 23 - схематично представяне на използването на гелни гранули от капа-карагенан, съдържащи имобилизирани ливни дрожди за леко пиво, използвани при главната ферментация.FIG. 23 is a schematic representation of the use of kappa-carrageenan gel granules containing immobilized light yeast yeast used in the main fermentation.
ФИГ. 24 - изображение на гелни гранули от капа-карагенан, съдържащи имобилизирани пивни дрожди за леко пиво, при нулево време на ферментация.FIG. 24 is an image of kappa carrageenan gel granules containing immobilized light yeast brewer's yeast at zero fermentation time.
ФИГ. 25 - изображение на пивни дрожди за леко пиво, захванати в гелни гранули от капа-карагенан, след двудневна периодична ферментация, на което са показани белези на пъпкуване върху отделни дрождени клетки.FIG. 25 is an image of light beer brewer's yeast captured in kappa-carrageenan gel pellets after two days of fermentation, showing signs of budding on individual yeast cells.
ФИГ. 26 - изображение на външната повърхност на гелна гранула от капа-карагенан, показваща дрождени клетки за леко пиво след двумесечна непрекъсната ферментация.FIG. 26 is an image of the outer surface of a kappa-carrageenan gel pellet showing yeast cells for light beer after two months of continuous fermentation.
ФИГ. 27 - изображение на дрождени клетки за леко пиво във външен участък от гелна гранула от капа-карагенан след двумесечна непрекъсната ферментация.FIG. 27 shows an image of yeast cells for light beer in an outer portion of a kappa-carrageenan gel pellet after two months of continuous fermentation.
ФИГ. 28 - изображение на дрождени клетки за леко пиво в центъра на гелна гранула от капа-карагенан след двумесечна непрекъсната ферментация.FIG. 28 is an image of light beer yeast cells in the center of a kappa-carrageenan gel pellet after two months of continuous fermentation.
ФИГ. 29 - изображение на цяла гелна гранула от капа-карагенан след шестмесечна непрекъсната ферментация.FIG. 29 - image of a whole gel pellet of kappa-carrageenan after six months of continuous fermentation.
Подробно описание - Част 1:Detailed Description - Part 1:
ЩАМ ДРОЖДИ И ПОЛУЧАВАНЕ НА ИНОКУЛАТWE ARE BREADING AND INOCULATE PREPARED
При провеждането на ферментационните процеси в този тезис е използван полиплоиден щам от вида Saccharomyces cerevisiae (също така отнасяни към вида Saccharomycesuval-uni и/или Saccharotnyces carlsbergensis). Пивоварната общност обикновено отнася тези дрожди към долноферментиращите дрожди при производството на леко пиво. Тази характеристика се обяснява със способността на дрождите да се утаяват от течната среда в края на ферментацията. Пивни дрожди за вида английско пиво, за разлика от дрожди за леко пиво, се издига към горния край на ферментационния съд, поради което е известен като горноферментиращ щам. Способността на дрождите да се утаяват илиIn the fermentation process, a polyploid strain of Saccharomyces cerevisiae (also referred to as Saccharomycesuval-uni and / or Saccharotnyces carlsbergensis) was used in this thesis. The brewing community usually refers these yeasts to the lower-fermenting yeasts in the production of light beer. This characteristic is explained by the ability of the yeast to precipitate from the liquid medium at the end of fermentation. Beer yeast for the English beer type, as opposed to light beer yeast, rises to the top of the fermentation vessel, which is why it is known as the top fermenting strain. The ability of the yeast to precipitate or
издигат не е непременно зависеща от това, дали дрождите са за светло пиво или за пиво от вида английско пиво, но представляват видов щам. Дрожди за леко пиво обикновено не ферментират при температури над 34°С, докато дрожди за пиво от вида английско пиво не могат да ферментират мелибиоза. Изследователите използват тези характеристики, за да различат дрождите за леко пиво от тези за пиво от вида английско пиво (McCabe, 1999). Среда от флокулилащи щам дрожди Saccharonyces cerevisiae, регистриран под номер 3021 от Labatt Culture Collection, се използва както при ферментациите чрез самоагрегация, така и при ферментациите с имобилизиране в ккарагенан. За провеждане на опити, включващи използване наit is not necessarily dependent on whether the yeast is for light beer or English beer, but is a species strain. Yeast for light beer does not usually ferment at temperatures above 34 ° C, while English beer does not ferment melibiosis. Researchers use these characteristics to distinguish light beer yeasts from those of English beer (McCabe, 1999). The Saccharonyces cerevisiae yeast flocculant medium registered under number 3021 of the Labatt Culture Collection is used for both self-aggregation and quarragenan-immobilized ferments. To conduct experiments involving the use of
имобилизирани свръхфлокулиращи дрожди, се използва вариант на щам LCC3021 с наименование СС290.immobilized over-flocculating yeast, a variant of strain LCC3021 named CC290 was used.
Чисти култури от дрожди се съхраняват при криогенни температури при -80°С в камера за замразяване, намираща се в Labatt Technology Development Department. Когато се изисква стерилност на дрождевата култура, тя предварително се култивира аеробно при 21 °C върху подложка от arap PYG (3,5 g пептон, 3,0 g екстракт от дрожди, 2,0 g КН2РО4,1,0 g MgSO4.7H20,1, 0 g (NН4) S04, 20,0 g of глюкоза и 20,0 g arap, разтворен в дестилирана вода до обем от един литър).Pure yeast cultures were stored at -80 ° C cryogenic temperatures in a freezer located at the Labatt Technology Development Department. When sterile yeast culture is required, it is pre-cultured aerobically at 21 ° C on an arap PYG support (3.5 g peptone, 3.0 g yeast extract, 2.0 g CN 2 PO 4 , 1.0 g MgSO 4 .7H 2 0.1, 0 g (NH 4 ) S0 4 , 20.0 g of glucose and 20.0 g of arap dissolved in distilled water to one liter volume).
Изолираните колонии от дрожди след това се пренасят в епруветка, съдържаща 10mL пастьоризирана пивна мъст, и се подлагат на инкубиране с разбъркване при температура 21 °C в продължение на 24 часа. Обемът на този инокулат постепенно се увеличава до 5 L чрез добавяне на предишната култура в подходящ обем от пивна мъст (10 mL в 190 mL, 200 ml. в 800 mL и 1 L в 4 L). Дрождевият инокулат след това се пренася в центрофуги и се подлага на центрофугиране при 10000 rpm и температура 4°С за 10 минути. От получените влажни остатъци дрожди (30% вода) след сушене се получава желаната маса от дрожди за всички следващи ферментационни процеси .The isolated colonies of yeast were then transferred to a tube containing 10mL pasteurized beer must and incubated with stirring at 21 ° C for 24 hours. The volume of this inoculum was gradually increased to 5 L by adding the previous culture to a suitable volume of beer must (10 mL in 190 mL, 200 mL in 800 mL and 1 L in 4 L). The yeast inoculum was then centrifuged and centrifuged at 10,000 rpm and 4 ° C for 10 minutes. The resulting wet yeast residues (30% water) after drying gave the desired yeast mass for all subsequent fermentation processes.
ФЕРМЕНТАЦИОННА СРЕДАTHE FERMENTATION ENVIRONMENT
Технически чиста пивна мъст, произвеждана от Labatt London brewhouse, се използва като естествена среда за всички ферментационни процеси. В тези тезиси са дадени обяснения, отнасящи се до относителното тегло на ливната мъст, изразено като градуси на Плато (°Р). Формулата 4.1 описва зависимостта между относителното тегло и °Р.Technically pure beer must produced by Labatt London brewhouse is used as a natural environment for all fermentation processes. These theses provide explanations for the relative weight of the must, expressed as Plateau degrees (° P). Formula 4.1 describes the relationship between relative weight and ° P.
°Р =135,997· SG3- 630,272· SG2 + 1111,14 · SG - 616,868 (4.1)° P = 135.997 · SG 3 - 630.272 · SG 2 + 1111.14 · SG - 616.868 (4.1)
Използваната в тези тезиси пивна мъст е с 17,5 °Р, което съответства на относително тегло 1,072.The wort used in these theses is 17.5 ° P, which corresponds to a relative weight of 1,072.
В Таблица 4.1 е дадена характеристика на въглехидратите в тази пивна мъст, измерени чрез метода на течната хроматография (HPLC), описан в раздел 4.7.2. Приблизително 73 % от въглехидратите в тази пивна мъст са ферментируеми, докато пивните дрожди, използвани в това изследване, не могат лесно да скъсяват 27 % от по-дългите вериги на въглехидратите.Table 4.1 describes the carbohydrates in this must as measured by the liquid chromatography (HPLC) method described in section 4.7.2. Approximately 73% of the carbohydrates in this beer must are fermentable, while the yeast used in this study cannot easily shorten 27% of the longer carbohydrate chains.
Таблица 4.1. Състав на въглехидрати в ливната мъст, използвана във ферментационния процес. Пивната мъст е произведена от лондонската пивоварна Labatt и има относително тегло 17,5 °Р.Table 4.1. Composition of carbohydrates in the casting must used in the fermentation process. The wort is made by Labatt brewery in London and has a relative weight of 17.5 ° P.
Коефициентът на неравномерност за повечето анализирани субстанции се движи в границите от 10 до 20 %. Тази неравномерност се дължи до голяма степен на използвания метод за получаване на промишлена продукция, както и на неравномерността на суровината при различните варки.The non-uniformity coefficient for most of the analyzed substances ranges from 10 to 20%. This unevenness is due in large part to the method used to obtain industrial production, as well as to the unevenness of the raw material in the various brews.
ИМОБИЛИЗАЦИОННИ ВИДОВЕIMMOBILIZATION TYPES
При това изследване са изпитвани са три вида имобилизиране захващане, адсорбция и самоагрегация. За промишлените носители на първо място трябва да присъстват данни, предоставени от доставчика, а след това да се допълнят чрез лабораторен анализ. Изображенията и разпределението на размерите на изследваните носители (когато са в наличност) са представени в други части в описанието.In this study, three types of immobilization capture, adsorption and self-aggregation were tested. For industrial media, data provided by the supplier must first be presented and then supplemented by laboratory analysis. Images and size distributions of test media (when available) are presented elsewhere in the description.
Изпитани са два вида адсорбционни матрици в експерименталния биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба (съкратено - биореактор от типа ГПСТ). Изображенията на тези носители са представени към описанието. Schott Engineering осигурява носител от синтеровани стъклени гранули Siran®. Избраните частици са с диаметър 1-2 mm, имат отворени пори за имобилизиране на пивните дрожди, като обемът на порите е 55-60 %, а разпределението на размера на порите е между 60 и 300 pm, което е подходящ размер за дрождевите клетки. За този вид носител се дават сведения, че е биологично и химически стабилен, лесно се чисти, може да се използва повторно, поддава се на стерилизация с пара, не е плътен и е неутрален на вкус, поради което спада към одобрените продукти за хранителната промишленост.Two types of adsorption matrices were tested in a gas-lifted experimental bioreactor equipped with a suction tube (abbreviated as GPST type bioreactor). Images of these media are presented for description. Schott Engineering provides Siran® sintered glass pellet carrier. The selected particles are 1-2 mm in diameter, have open pores for immobilization of brewer's yeast, with a pore volume of 55-60% and a pore size distribution between 60 and 300 pm, which is a suitable size for yeast cells. This type of carrier is reported to be biologically and chemically stable, easy to clean, reusable, steam sterilizable, non-dense and taste-neutral, making it one of the approved foods in the food industry .
World Minerals от Калифорния доставя зърнист носител, съставен от пръст от кизелгур. Носителят има предимства като топлинна и химическа стабилност, механична якост и стабилност. Кизелгурът, базисния суровинен материал, обикновено се използва в пивоварната промишленост за филтруване на пиво. Носителят Celiez R-632 е създаден специално за имобилизиране на клетки.California-based World Minerals supplies a granular carrier composed of kieselguhr soil. The carrier has advantages such as thermal and chemical stability, mechanical strength and stability. Kieselguhr, the basic raw material, is commonly used in the brewing industry to filter beer. The Celiez R-632 carrier is specifically designed to immobilize cells.
Техническите показатели на доставчика са както следва: Фракционен състав: от 0,595 mm до 1,41 mm (14/30 mesh) Среден диаметър на порите: 7,0 pmSupplier specifications are as follows: Fractional composition: 0,595 mm to 1,41 mm (14/30 mesh) Average pore diameter: 7,0 pm
Общ обем на порите: 1,19 cm3/gTotal pore volume: 1.19 cm 3 / g
Плътност на компактен слой: 0,334 kg/m3.Compact layer density: 0.334 kg / m 3 .
Гелни гранули от капа-карагенан, които са носител на базата на захващане, се произвеждат в лабораториите на Labatt Brewing CompanyGrip-based carrier kappa carrageenan gel pellets are manufactured in the laboratories of Labatt Brewing Company
Ltd. Производствения процес е описан в Раздел 5.2, а резултатите от производствения процес са представени в Раздел 6.2.1.Ltd. The manufacturing process is described in Section 5.2, and the results of the manufacturing process are presented in Section 6.2.1.
Най-простият метод за имобилизиране чрез самоагрегиране е възможен чрез селекция на щам дрожди, които са флокулиращи. Промишлените дрожди LCC3021 за производство на леко пиво притежават естествена способност към флокулация и се считат, че са щам със средна флокулираща способност. С напредването на ферментацията се образуват малки колонии от дрожди с размери от 0,5 mm to 1,0 mm. Дрождите LCC290, вариант на дрождите LCC3021 за леко пиво, образуват много по-големи флокулати (от 1,0 ттдо 5,0 тт в зависимост от степента на разбъркване) и поради това се класифицират като свръхфлокулиращи дрожди. Представени са изображения на различни флокулати от дрожди.The simplest method of self-aggregation immobilization is possible by selection of flocculant yeast strains. The industrial yeast LCC3021 for the production of light beer has a natural flocculation capacity and is considered to be of medium flocculation capacity. As fermentation progresses, small yeast colonies of 0.5 mm to 1.0 mm in size are formed. The yeast LCC290, a variant of the LCC3021 light beer yeast, forms much larger flocculates (1.0 to 5.0 5.0 wt depending on the degree of agitation) and is therefore classified as over-flocculating yeast. Images of different yeast flocculates are presented.
ПРОТОКОЛ ЗА ВЗЕМАНЕ НА ПРОБИSAMPLING PROTOCOL
В хода на ферментациите е необходимо да се вземат проби от ферментиращата течност на множество интервали. За изпълнение на тази задача от Scandi-brew® са набавени стерилни вентили за вземане на проби. Тези вентили са изработени от неръждаема стомана и са снабдени с камера, в която може да се съхранява етанол, за да се поддържа асептична околна среда. Преди вземането на проба етанолът се изпуска от камерата чрез отстраняване на предпазна капачка от изпускателния отвор в долния край. Свеж етанол (75 об. %) се вкарва в камерата и след това капачката се поставя в отвора в горния край на крана. След това лостът на вентила се изтегля и приблизително 50mL течна проба се събира в стерилен контейнер. Взема се втората проба, съдържаща свръхфлокулиращи дрожди така, че да може да се извърши подходяща дефлокулация преди преброяването на клетките. След като завърши вземането на проби, камерата на вентила се промива с гореща вода, пероцетна киселина и накрая с етанол. Предпазната капачка се поставя на изпускателния отвор и камерата се напълва с етанол, за да се подготви за вземането на следващите проби.During fermentation, it is necessary to take samples of the fermentation fluid at multiple intervals. To perform this task, sterile sampling valves were provided by Scandi-brew®. These valves are made of stainless steel and are equipped with a chamber in which ethanol can be stored to maintain an aseptic environment. Before sampling, ethanol is discharged from the chamber by removing a protective cap from the outlet at the lower end. Fresh ethanol (75% vol) was introduced into the chamber and then the cap was inserted into the opening at the upper end of the tap. The valve lever is then withdrawn and approximately 50mL of liquid sample is collected in a sterile container. A second sample containing excess flocculent yeast is taken so that appropriate deflocculation can be carried out before cell counting. After sampling is completed, the valve chamber is flushed with hot water, peracetic acid and finally with ethanol. The safety cap is placed on the outlet and the chamber is filled with ethanol to prepare for further sampling.
МИКРОБИОЛОГИЧЕН НЕПРЕКЪСНАТ КОНТРОЛMICROBIOLOGICAL CONTINUOUS CONTROL
Преброяване на свободните дрождеви клетки и жизнеспособността им чрез метод с използване на метиленово синьоFree yeast cell count and viability by methylene blue method
Течните проби, съдържащи свободно суспендирани дрождеви клетки, най-напред се вземат от ферментационната среда чрез описаната по-горе процедура за вземане на проби. За изброяването наLiquid samples containing freely suspended yeast cells are first taken from the fermentation medium by the sampling procedure described above. For the enumeration of
клетките се използва хемоцитометър на Hauser Scientific Company с обем 104 mL в съчетание с оптичен микроскоп. Течните проби се разреждат с дестилирана вода, за да се достигне общо количество дрождеви клетки в полето за преброяване от 150 до 200. Heggart et al.(1999) описват всичките фактори, които въздействат върху характеристиките за жизнеспособността на дрождите.cells using a Hauser Scientific Company hemocytometer with a volume of 10 4 mL in combination with an optical microscope. Liquid samples are diluted with distilled water to reach a total amount of yeast cells in a counting box of 150 to 200. Heggart et al. (1999) describes all the factors that affect the viability characteristics of the yeast.
За да се направи преценка на степента на жизнеспособност вTo assess the degree of viability in
пробата, се използва метода на оцветяване с метиленово синьо, описан от American Society of Brewing Chemists (Technical Committee and Editorial Committee of the ASBC, 1992). Живите клетки могат да обезцветят метиленово синьото багрило, като го окислят. От друга страна, мъртвите клетки се оцветяват в синьо. Използват се следните реагенти за приготвяне на метиленово синьо, използвано за оценка на жизнеспособността:sample, using the methylene blue staining method described by the American Society of Brewing Chemists (Technical Committee and Editorial Committee of the ASBC, 1992). Living cells can decolorize methylene blue dye by oxidizing it. On the other hand, dead cells turn blue. The following reagents are used to prepare methylene blue used for viability assessment:
Разтвор А: 0,1 g метиленово синьо в 500 mL дестилирана водаSolution A: 0.1 g of methylene blue in 500 mL of distilled water
Разтвор В: 13,6 g КН2Р04в 500 mL дестилирана водаSolution B: 13.6 g of KH 2 PO 4 in 500 mL of distilled water
Разтвор С: 2,4 g Na2HPO4.12H2O в 100mL дестилирана водаSolution C: 2.4 g Na 2 HPO4.12H 2 O in 100mL distilled water
След това се приготвя буферен разтвор от метиленово синьо чрез смесване на 500 mL от разтвора А с 498,75 mL от разтвор В и 1,25 mL от разтвора С, за да се получи крайна смес с pH 4,6.A methylene blue buffer solution was then prepared by mixing 500 mL of solution A with 498.75 mL of solution B and 1.25 mL of solution C to give a final mixture of pH 4.6.
Смес от разредената клетъчна суспензия и метиленово синьо се приготвя в епруветка чрез щателно смесване. След като сместа се остави да престои няколко минути (осигурява се контакт между клетките и багрилото), капка течност се поставя между стъклото за преброяване на хемоцитометъра и покривното стъкло (с определен обем). Количеството на жизнеспособните клетки се определя чрез преброяване както на живите, така и на мъртвите клетки в полето за преброяване, след което количеството на живите клетки се изважда от общото количество клетки.A mixture of the diluted cell suspension and methylene blue is prepared in a tube by thorough mixing. After allowing the mixture to stand for a few minutes (contact between the cells and the dye is provided), a drop of liquid is placed between the hemocytometer counting glass and the cover glass (with a specified volume). The viable cell count is determined by counting both live and dead cells in the count box, after which the live cell count is subtracted from the total cell count.
4.5.2. Преброяване на имобилизираните дрождеви клетки Самоагрегиране4.5.2. Immobilized yeast cell count Self-aggregation
Когато се използват дрождеви клетки със склонност да образуват флокулати, става трудно да се направи точна оценка на числото на клетките, присъстващи в течната проба, тъй като клетките проявяват склонност към утаяване в стъкленицата. За да се получи представителна проба, се използва дефлокулиращ агент. При тези опити се използва 0,5 об.% разтвор на сярна киселина за дестабилизиране на флокулиращите дрождеви клетки, за да се осигури представително преброяване на дрождевите клетки. Същата процедура за преброяване и определяне на жизнеспособността, описана в Раздел 4.5.1, се използва със сярната киселина, заместваща дестилираната вода в качеството на средство за разреждане.When using yeast cells with a tendency to form flocculates, it becomes difficult to accurately estimate the number of cells present in the liquid sample as the cells tend to precipitate in the beaker. A deflocculating agent is used to obtain a representative sample. In these experiments a 0.5% vol. Sulfuric acid solution was used to destabilize the flocculent yeast cells to provide a representative count of the yeast cells. The same procedure for counting and determining viability described in Section 4.5.1 is used with sulfuric acid to replace distilled water as a dilution agent.
Преброяване на имобилизираните дрождеви клетки - гелни гранулиCounting of immobilized yeast cells - gel pellets
Преди да бъде проведено преброяването на захванатите в гела клетки, е необходимо да се разруши гелната матрица, като за целта се използва апарат Politron® (Brinkmann Instruments). Най-напред проби от гранули преминават през стерилно сито (500 pm mesh) и след това се промиват със стерилна вода. Един милилитър от гранулите със захванатите в гела клетки и 19 mL дестилирана вода се прибавят към 50 милилитров съд. След това апаратът Politron® се използва за физическо разрушаване на гела, като по този начин се разтваря в течността. След това се провеждат описаните в Раздел 5.5.1 методи за преброяване и определяне на жизнеспособността в пробите от разрушения гел.It is necessary to destroy the gel matrix prior to the counting of the gel cells, using a Politron® apparatus (Brinkmann Instruments). First, the pellet samples were passed through a sterile sieve (500 pm mesh) and then washed with sterile water. One milliliter of the pellets containing gel cells and 19 mL of distilled water were added to a 50 ml vessel. The Politron® apparatus is then used to physically break the gel, thus dissolving in the liquid. The methods for counting and determining the viability of the destroyed gel samples are then carried out as described in Section 5.5.1.
Непрекъснат контрол за наличие на замърсяванияContinuous pollution control
Всички ферментационни процеси, които са проведени по време на това изследване, са подлагани на непрекъснат контрол за замърсявания. Програмата за непрекъснат контрол включва поне една проверка на седмица на течността в 50 литровите ферментатори за непрекъсната ферментация, както и на ливната мъст в резервоарите. Течните проби се вземат при спазване на изискванията за стерилност и след това се разстилат върху културална чашка в универсален агар за пиво (UBA, Difco Laboratories) и 10 mg/L циклохексимид. Тези проби за изпитване след това се инкубират при температура 28°С за време до 10 дни при аеробни и анаеробни условия. Избраните чашки се поставят в съдове, съдържащи таблетка от AnaeroGen®, с която се отстранява всичкият останал в съда кислород и се създава желаната среда за анаеробно развитие. Използването на индикаторна лента (променя розовия цвят, ако се съдържа кислород) ни позволява да проверим, че околната среда е анаеробна. Бактериални замърсявания, ако присъстват в течната проба, би трябвало да се установят чрез този метод.All fermentation processes carried out during this study are subject to continuous pollution control. The continuous control program shall include at least one check per week of the liquid in 50 liter fermenters for continuous fermentation, as well as the must in the tanks. Liquid samples are taken in accordance with sterility requirements and then spread on a culture glass in Universal Beer Agar (UBA, Difco Laboratories) and 10 mg / L cycloheximide. These test samples are then incubated at 28 ° C for up to 10 days under aerobic and anaerobic conditions. The selected cups are placed in containers containing a tablet of AnaeroGen®, which removes any oxygen remaining in the vessel and creates the desired environment for anaerobic development. Using an indicator strip (changes pink if oxygen is present) allows us to check that the environment is anaerobic. Bacterial contamination, if present in the liquid sample, should be detected by this method.
Установяването на диви или непивни дрожди изисква отделна среда за растеж, която не би трябвало да благоприятства бактериалния и/или растежа на пивните дрожди. Порьозни пластинки, изготвени със среда от пивни дрожди (YM, Difco Laboratories), към които е прибавен 0,4 g/L CuS04, се използват за селективен растеж на всички възможни диви дрожди (култивиране при температура 25°С за7 дни). Култивирането на течните проби, нанесени върху arap PYN (пептонна среда дрожди-екстракт, лаборатории на Difco), за време 7 дни при температура 37°С осигурява установяването на пивна дрожди, които не са за производство на леко пиво. Растежът на пивни дрожди за леко пиво се инхибира при температура над 34°С, като с това при растежа върху тези пластини би се установило замърсяване с дрожди за английско пиво.Establishing wild or non-brewer's yeast requires a separate growth medium that should not favor bacterial and / or brewer's yeast growth. Porous plates made with yeast medium (YM, Difco Laboratories), to which 0.4 g / L CuS0 4 was added, were used for selective growth of all possible wild yeasts (cultivation at 25 ° C for 7 days). Cultivation of the liquid samples applied to arap PYN (peptone yeast extract medium, Difco laboratories) for 7 days at 37 ° C ensures the establishment of non-light beer brewer's yeast. The growth of brewer's yeast for light beer is inhibited at temperatures above 34 ° C, and thus the growth on these plates would detect yeast contamination for English beer.
АНАЛИТИЧНИ МЕТОДИANALYTICAL METHODS
Провеждат се съответни измервания на цялата техническа екипировка, свързана с експериментите, според изискванията на стандартните работни процедури.Appropriate measurements shall be made of all technical equipment related to the experiments as required by standard operating procedures.
ЕтанолEthanol
Провеждат се анализи за концентрацията на етанол в пивото и пробите от ферментацията, като за целта се използва метода на газова хроматография, описан от Technical Committee и Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992).Дегазирана проба от течност се смесва с 5 об.% изопропанол, последвано от впръскване на 0,2 μΙ_ от тази смес в газов хроматограф Perkin Elmer 8500. Следващото описание показва детайлите, отнасящи се до точното настройване на газовия хроматограф:Analyzes were made for the concentration of ethanol in beer and fermentation samples, using the gas chromatography method described by the Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992). isopropanol vol.%, followed by injection of 0.2 μΙ_ of this mixture into a Perkin Elmer 8500 gas chromatograph. The following description shows the details regarding fine tuning of the gas chromatograph:
Детектор за пламъчна йонизация (FID)Flame Ionization Detector (FID)
Уред за автоматично взимане, на проби ------ -------Пречистен кизелгур за хроматографски цели 102, 80-100 mesh, херметична опаковка.Automatic sampling unit ------ ------- Purified kieselguhr for chromatographic purposes 102, 80-100 mesh, airtight.
Хелиев газов носител, изтичащ с дебит 20 mL/min Температура на инжектора - 175°С, температура на детектора - 250°С и температура на колоната 185°С изотермично.Helium gas carrier flowing at a flow rate of 20 mL / min Injector temperature - 175 ° C, detector temperature - 250 ° C and column temperature 185 ° C isothermal.
ВъглехидратиCarbohydrates
Измерват се концентрациите на глюкоза, фруктоза, малтоза, малтотриоза, малтотетроза, полизахариди и глицерин, като се използва течна хроматография с високи технически характеристики (SpectraPhysicsSP8100XR HPLC). Използва се катионообменна колона (Bio-RadConcentrations of glucose, fructose, maltose, maltotriose, maltotetrose, polysaccharides and glycerol were measured using high performance liquid chromatography (SpectraPhysicsSP8100XR HPLC). A cation exchange column (Bio-Rad
Aminex HPX-87K) c калиев фосфат (двуосновен) като мобилна фаза, за да се отделят тези въглехидрати при елуирането им през системата. След това се определя количеството на веществата, като за целта се използва детектор за коефициента на пречупване, за да определи съответния пик на веществото. HPLC работи при противоналягане от 800 psi, температурата в колоната е 85°С, а температурата на детектора е 40°С. Пробите се дегазират и разреждат до необходимото ниво. След това в системата се впръсква 10 μΐ_ с дебит 0,6 mL/min.Aminex HPX-87K) with potassium phosphate (dibasic) as a mobile phase to separate these carbohydrates as they elute through the system. The quantity of the substances is then determined using a refractive index detector to determine the corresponding peak of the substance. HPLC operates at a counter pressure of 800 psi, the column temperature is 85 ° C, and the detector temperature is 40 ° C. Samples are degassed and diluted to the required level. Then, 10 μΐ_ was injected into the system with a flow rate of 0.6 mL / min.
В пивоварната промишленост обикновено се използва друго измерване, за да се определи нивото на течните въглехидрати. Относителното тегло на течността, изразено чрез градусите на Плато, се измерва с помощта на денсиметьр Anton Paar DMA-58.In the brewing industry, another measurement is usually used to determine the level of liquid carbohydrates. The relative weight of the fluid, expressed by plateau degrees, is measured using an Anton Paar DMA-58 densimeter.
филтруваните и дегазирани проби се пренасят в стъклена llобразна епруветка, която след това се подлага на електронни трептения. Честотата на трептенията през течността се измерва и след това се извършва корелация с течност с определена плътност (д/100 д или °Р). Следва да се отбележи, че това измерване е приближение по отношение на общата концентрация (или относителното тегло) на въглехидрати в пробата, тъй като измерванията са извършени на водни разтвори на захароза при температура 20°С, чието относително тегло е същото, както на ливната мъст.the filtered and degassed samples are transferred to a glass tube, which is then subjected to electronic vibrations. The frequency of oscillations through the liquid is measured and then correlation is made with a fluid of a certain density (d / 100 g or ° P). It should be noted that this measurement is an approximation with respect to the total concentration (or relative weight) of carbohydrates in the sample, since the measurements were made on aqueous sucrose solutions at a temperature of 20 ° C, the relative weight of which is the same as the flow rate. a must.
Вицинапни дикетониVicinap diketones
Общата концентрация на диацетил (2,3-бутандион) и 2,3пентандион се определя, като се използва газов хроматограф Perking Elmer 8310, снабден с детектор с електронен захват. Газов носител от аргон, съдържащ 5 % метан, изтича с дебит 1,0 mL/min, а пробите преминават през колона J & W DB-Wax. Температурата на впръскване се поддържа на 105°С, а температурата на детектора се установява на 120°С. Уред за автоматично вземане на проби Hewlett Packard 7694Е улеснява извършването на анализите. Количественото съдържание сеThe total concentration of diacetyl (2,3-butanedione) and 2,3 pentanedione was determined using a Perking Elmer 8310 gas chromatograph equipped with an electron-capture detector. Argon gas containing 5% methane was flowed at 1.0 mL / min and samples were passed through a J&W DB-Wax column. The injection temperature was maintained at 105 ° C and the detector temperature set at 120 ° C. The Hewlett Packard 7694E Automatic Sampler facilitates analysis. The quantitative content is
изчислява въз основа на определяне на областта на пика на избрания компонент в пробата, след което се сравнява със стандартна калибрирана величина.calculated based on the determination of the peak area of the selected component in the sample and then compared with a standard calibrated value.
За да се определи “общата” концентрация на тези вещества, на първо място е необходимо тези проби да се приведат в равновесие при температура 65°С, и след това да се задържат при тази температура в продължение на 30 минути. Третирането на тази проба за предварителен анализ осигурява превръщането на α-ацетолактат и ахидроксибутарат в съответните техни дикетони, диацетил и 2,3бутандион.In order to determine the "total" concentration of these substances, it is first necessary to equilibrate these samples at a temperature of 65 ° C and then hold them at that temperature for 30 minutes. Treatment of this sample for preliminary analysis ensures the conversion of α-acetolactate and hydroxybutarate into their respective diketones, diacetyl and 2,3butanedione.
Естери и висши алкохолиEsters and higher alcohols
Някои от най-важните ароматни съединения, намерени в пивото, се определят, като се използва хроматографски метод. Ацеталдехид, етил ацетат, изобутанол, 1-пропанол, изоамилацетат, изоамилалкохол, етилхексаноат и етилоктаноат се определят, като за целта се използва n-бутанол като вътрешен стандарт. Използва се газов хроматограф Hewlett Packard 5890, снабден с пламъчен йонизационен детектор, уред за автоматично вземане на проби и капилярна колона J & W DB-Wax. Температурата на впръскване се установява на 200°С, а температурата на детектора е 220°С. Профилът на температурата на нагревателната камера е както следва: 40°С за 5 минути, повишаване на температурата от 40°С до 200°С със скорост 10 °C/min, повишаване на температурата от 200°С до 220°С със скорост 50 °C/min и накрая задържане при 220°С за 5 min. Хелиев газ с дебит 30 mL/min (28 psig), поток от водород с 50mL/min (25 psig),и въздушен поток с 300 mL/min (35 psig) се добавят към потока от хелиевия газов носител с дебит 6,0 mL/min. Времетраенето на целия цикъл за проба от 1 mL е 40 минути.Some of the most important aromatic compounds found in beer are determined using a chromatographic method. Acetaldehyde, ethyl acetate, isobutanol, 1-propanol, isoamyl acetate, isoamyl alcohol, ethylhexanoate and ethyl octanoate were determined using n-butanol as an internal standard. A Hewlett Packard 5890 gas chromatograph equipped with a flame ionization detector, automatic sampling device and a J&W DB-Wax capillary column is used. The injection temperature was set at 200 ° C and the detector temperature was 220 ° C. The temperature profile of the heating chamber is as follows: 40 ° C for 5 minutes, raising the temperature from 40 ° C to 200 ° C at a speed of 10 ° C / min, raising the temperature from 200 ° C to 220 ° C at a speed of 50 ° C / min and finally held at 220 ° C for 5 min. Helium gas at 30 mL / min (28 psig), hydrogen flow at 50mL / min (25 psig), and airflow at 300 mL / min (35 psig) are added to the 6.0 helium gas carrier flow mL / min. The duration of the entire 1 mL sample cycle is 40 minutes.
Други анализиOther analyzes
Проведени са няколко други аналитични измервания на ферментационната течност, която е подложена на отлежаване и опаковане. Крайният продукт се подлага на анализ, който се провежда от отдела на Labatt по контрол на качеството, какго по стандартите за крайния продукт пиво. Описаните стандарти на Technical Committee и Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992) бяха базата за провеждане на тези измервания. Списък на анализите, както и кратко описание на съответните измервания, са дадени в Таблица 4.2.Several other analytical measurements have been made of the fermentation fluid to be aged and packed. The final product is subjected to analysis conducted by Labatt's quality control department, which standards the end product for beer. The standards described by the Technical Committee and the Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992) formed the basis for these measurements. A list of the analyzes and a brief description of the relevant measurements are given in Table 4.2.
Таблица 4.2 Анализи от контрола по качеството и нормативиTable 4.2 Quality control analyzes and standards
ПРОТОКОЛ ЗА УТАЯВАНЕ НА ДРОЖДИТЕ LCC290LCC290 Yeast Deposition Protocol
Приготвяне на проба за изпитване на дрождите Свръхфлокулиращите дрожди (LCC290) растат в пивна мъст, както е описано в Раздел 4.1. Тази посевна култура след това се подлага на центрофугиране при температура 4°С и 10000 rpm за 15 минути, за да се получи утайка от дрожди за последващо инокулиране. Пивна мъст, описана в Раздел 4.2, се пастьоризира при температура 100°С за време 60 минути и след това един литър се прехвърля стерилно в 6 х 2L колби. Всяка колба се инокулира с 4 g от центрофугираните дрожди. Колбите се поставят във вибратор, работещ при 135 rpm (21 °C температура на околната среда) и се оставят да ферментират. Една колба се изважда на следните интервали: 24 h, 40 h, 48 h, 64 h, 71 h и 192 h. Ha всеки интервал се взема малка проба от течност за анализ на въглехидрати, концентрация на дрожди и жизнеспособност (методите са описани в Глава 4). Останалата смес течност/дрожди се подлага на изпитване за утаяване на дрождите, описан в раздел 4.7.2.Preparation of the yeast test sample The over-flocculating yeast (LCC290) is grown in wort as described in Section 4.1. This crop was then centrifuged at 4 ° C and 10,000 rpm for 15 minutes to obtain a yeast precipitate for subsequent inoculation. The wort described in Section 4.2 was pasteurized at 100 ° C for 60 minutes and then one liter was sterile transferred into 6 x 2L flasks. Each flask was inoculated with 4 g of centrifuged yeast. The flasks were placed in a vibrator operating at 135 rpm (21 ° C ambient temperature) and allowed to ferment. Remove the flask at the following intervals: 24 h, 40 h, 48 h, 64 h, 71 h and 192 h. A small sample of carbohydrate analysis fluid, yeast concentration and viability is taken at each interval (the methods are described in Chapter 4). The remaining liquid / yeast mixture is subjected to the yeast precipitation test described in section 4.7.2.
Протокол за утаяване на дрождитеYeast precipitation protocol
Скоростта на утаяване на свръхфлокулиращи щам дрождиThe rate of precipitation of over-flocculating yeast strain
LCC290 се измерва съгласно следния метод: Всяка проба се подлага на ферментация за определен интервал от време, както е описано в Раздел 4.7.1. При зададено време съответната колба се изважда. Пробите се разбъркват, за да се осигури суспендирането на всички частици. Съдържанието на колбите след това незабавно се пренася в 1000 mL градуирани цилиндри. При утаяване на флокулати разстоянието между повърхността на течността и границата флокулати-течност се измерва на интервали от 30 секунди. Скоростта на утаяване се изчислява, като се използва следната формула:The LCC290 is measured according to the following method: Each sample is fermented for a specified period of time as described in Section 4.7.1. At the specified time, remove the corresponding flask. Samples are stirred to ensure that all particles are suspended. The contents of the flasks were then immediately transferred to 1000 mL graduated cylinders. When flocculates are deposited, the distance between the liquid surface and the fluid flocculation boundary is measured at 30-second intervals. The sedimentation rate is calculated using the following formula:
Скорост на утаяване = AH = Hn-Ht (5.1)Sedimentation rate = AH = Hn-Ht (5.1)
At (t-tf)At (tt f )
Като се използва стандартният метод на Kynch (1952), може да се определи кривата на скоростта на утаяване в зависимост от концентрацията по диаграма, в която са нанесени кривите за всеки ферментационен интервал.Using the standard method of Kynch (1952), the sedimentation rate curve can be determined depending on the concentration in the diagram in which the curves are plotted for each fermentation interval.
МЕТОДИ ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ ПАРАМЕТРИТЕ НАMETHODS FOR CALCULATING PARAMETERS OF
ЦИРКУЛАЦИЯ И СМЕСВАНЕCIRCULATION AND MIXTURE
За да се определи времето за смесване и скоростта на циркулация в трифазов биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба (биореактор ГПСТ) се използва система за впръскване на киселина, свързана със система за получаване на данни.An acid injection system coupled to a data acquisition system is used to determine the mixing time and the circulation rate in a three-phase gas-lift gas-powered bioreactor equipped with a suction tube (GPST bioreactor).
Чрез използване на силна киселина в импулсен режим е възможно даBy using strong acid in impulse mode it is possible to
се изчисли както скоростта на циркулация, така и времето за смесване, чрез постоянно наблюдение на промяната на pH през цялото време и след това да се използва уравнението, представено в раздел 3.2.2. Системата за получаване на данни се състои от:Calculate both the circulation rate and the mixing time by continuously monitoring the change in pH throughout and then using the equation presented in section 3.2.2. The data acquisition system consists of:
Детектор на pH-метър (Cole-Parmer, cat. #Р-05990-90), свързан към микропроцесор на базата на pH-предавател (модел 2300) Предавател на данни DT2805 Персонален компютър 386DX иPH meter detector (Cole-Parmer, cat. # P-05990-90) connected to a microprocessor based on a pH transmitter (model 2300) DT2805 Data Transmitter 386DX Personal Computer and
Програма за бързо получаване на данни (написана от С.Hudson and J. Beltrano през 1994 и изменена от N. Mensour през 1998).Fast Data Acquisition Program (written by C. Hudson and J. Beltrano in 1994 and modified by N. Mensour in 1998).
Десет милилитра 10 N солна киселина се впръскват в пръстеновидния участък на биореактора ГПСТ (диаграмата е дадена на фигура 5.5) точно под мястото, кьдето е разположен детекторът за pH. Това разстояние съответства на височина от 26 cm под главната плоча. Детекторът за pH е калибриран на две места с проверени съгласно стандартни изисквания буфери (Beckman pH 7.0 зелен буфер и Beckman pH 4.0 червен буфер), като калибрирането е извършено преди експериментите за смесване. Ток от 4-20 mA, получен от pH-метъра, е свързан към клемно табло, кьдето данните за електрическия ток се трансформират в напрежение, които след това се измерват с помощта на схемата за получаване на данни, разположена до компютъра. Програмата за получаване на данни стартира едновременно с впръскването на киселината. Продължителността на събиране на данни е 5 минути при честота 50 Hz. Системата в програмата се настройва на 3750 точки (избрани от общо 15000 събрани точки).Ten milliliters of 10 N hydrochloric acid are injected into the annular portion of the GPST bioreactor (diagram is given in Figure 5.5) just below the location of the pH detector. This distance corresponds to a height of 26 cm below the main slab. The pH detector was calibrated in two locations with standard buffers (Beckman pH 7.0 green buffer and Beckman pH 4.0 red buffer) checked according to standard requirements, and the calibration was performed before the mixing experiments. The 4-20 mA current obtained from the pH meter is connected to a terminal board, where the current data is transformed into voltage, which is then measured using a data acquisition circuit located near the computer. The data acquisition program starts at the same time as the acid injection. The data collection time is 5 minutes at 50 Hz. The system in the program is set to 3750 points (selected from a total of 15000 points collected).
Събраните данни се предават от лабораторията към по-мощен компютър (микропроцесор Pentium II) за следващи анализи. Таблица на кривите 2D (Jandel Scientific Software, Labtronics, Канада) се използва широко за анализ на данните поради нейния капацитет да разпределя голям брой група данни, както и заради много функции по отношение на въведените данни (плавност на работа с данните, начертаване на криви по зададени точки и т.н.) Алгоритъмът на Savitzky-Golay се използва за обработване на действителните данни, за да се елиминира шума, като за целта се използва изравняване на временната област на базата на полиномно изравняване по метода на най-малките квадрати през движещ се прозорец. След това изравнените данни се регулират, за да отрази промяна на стойността на pH в сравнение с първоначално измереното pH. Намаляваща синусоидална функция се нагажда към регулираните данни. Времетраенето на смесването и скоростта наThe collected data is transmitted from the laboratory to a more powerful computer (Pentium II microprocessor) for further analysis. The 2D Curve Table (Jandel Scientific Software, Labtronics, Canada) is widely used for data analysis because of its capacity to distribute large numbers of data groups, and because of its many features in terms of data input (data smoothness, curve drawing) given points, etc.) The Savitzky-Golay algorithm is used to process the actual data to eliminate noise, using the time domain equalization based on polynomial equalization using the least squares method moving window. The equilibrated data is then adjusted to reflect a change in pH compared to the pH initially measured. The decreasing sinusoidal function adjusts to the regulated data. The mixing time and speed of
циркулация след това се изчисляват от изравнените параметри.circulation is then calculated from the leveled parameters.
Тези експерименти по смесването са проведени в съществуващи ферментационни процеси, като са използвани 50-L биореактори с газова подемна сила с един от трите имобилизирани носители (или свръхфлокулиращи дрожди LCC290, или среда от флокулиращи дрожди LCC3021, или гелни гранули от κ-карагенан). Течната фаза е ферментирало пиво с относително тегло 2,5 °Р, а газовата фаза представлява разпръснат газ от въглероден диоксид. Температурата на ферментация се контролира на 15°С. Повърхностните скорости на разпръснатия газ варират между 2,0 и 6,0 mm/s. При даден дебит на газа системата се оставя за уравновесяване за 10 минути. След това изпитването с впръскване на киселина може да започне и се повтаря 3 пъти. Избира се следващият дебит на газа и pH на сместа в реактора се регулира наново до изходното ниво.These blending experiments were performed in existing fermentation processes using 50-L gas-lifted bioreactors with one of the three immobilized carriers (or LCC290 superflocculent yeast or LCC3021 yeast medium or κ-carrageenan gel granules). The liquid phase fermented beer with a relative weight of 2.5 ° P and the gas phase represented carbon dioxide gas. The fermentation temperature was controlled at 15 ° C. The surface velocities of the dispersed gas vary between 2.0 and 6.0 mm / s. At a given gas flow, the system is left to equilibrate for 10 minutes. The acid injection test can then be started and repeated 3 times. The next gas flow is selected and the pH of the mixture in the reactor is adjusted again to the starting level.
КОНСТРУКЦИЯ НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА СИСТЕМА ОТCONSTRUCTION OF AN EXPERIMENTAL SYSTEM BY
БИОРЕАКТОР С ГАЗОВА ПОДЕМНА СИЛА, СНАБДЕН СЪС СМУКАТЕЛНА ТРЪБАBIOREACTOR WITH GAS LOWER POWER SUPPLIED WITH SUCK PIPE
ФЕРМЕНТАЦИОННА СИСТЕМА, ВКЛЮЧВАЩА БИОРЕАКТОР СFermentation system including bioreactor with
ГАЗОВА ПОДЕМНА СИЛА, СНАБДЕН СЪС СМУКАТЕЛНА ТРЪБАGAS LAND POWER FITTED WITH A TUBE PIPE
Системи с флуидизиран слой и използване на смукателни тръби са показали предимствата си при използването им в трифазни системи.Fluidized bed systems and the use of suction tubes have shown their advantages when used in three-phase systems.
Конструирани са два експериментални биореактора, снабдени със смукателни тръби, при които се използва газова подемна сила (биореактори ГПСТ), които са изработени и инсталирани в експериментална пивоварна на Labatt Brewing Company Ltd., за да се проведе експерименталната работа за това изследване. Няколко съществуващи съдове бяха реконструирани за съхранение на ливната мъст и за събиране на пивото. Технологичната схема, представена на ФИГ. 1, показва целия процес, използван в експериментите по непрекъснатата ферментация, а в Таблица 5.1 е направено описание на екипировката, представена на ФИГ. 1.Two experimental bioreactors, equipped with suction tubes using gas lift (BPR bioreactors), were constructed and installed in the experimental brewery of Labatt Brewing Company Ltd. to carry out the experimental work for this study. Several existing vessels have been reconstructed to store the must and to collect the beer. The flowchart presented in FIG. 1 shows the whole process used in the continuous fermentation experiments, and Table 5.1 describes the equipment presented in FIG. 1.
Пивната мъст се доставя от инсталацията на London Brewing през тръбопровод от 5,08 cm неръждаема стомана и се пренася в резервоари за съхранение на пивна мъст (WT1 & WT2) с работен обем 1600 L. С наличието на два резервоара е възможно да се осигури непрекъснато подаване на хранителна среда до експерименталните ферментатори (RI и R2) с непрекъснато действие. Всеки резервоар е снабден със система за разпръскване на кислород и регулиране на хомогенизацията, както и с гликолен охлаждащ кожух за регулиране на температурата. Този централен източник на хранителна среда зарежда 3 независими един от друг ферментатори през разпределителна камера, снабдена с вентили (V7, V8 и V9). Перисталтични помпи Masterflex (PI и Р2) се използват за пренасяне на потока от пивната мъст до експерименталните биореактори (RI и R2).The wort is supplied by the London Brewing installation through a 5.08 cm stainless steel pipeline and transported to 1600 L. beer must (WT1 & WT2) storage tanks with two tanks. It is possible to ensure continuous availability feeding the nutrient medium to the experimental fermenters (RI and R2) with continuous action. Each tank is equipped with an oxygen spray system and homogenization control, as well as a glycol cooling jacket for temperature control. This central nutrient source feeds 3 independent fermenters through a distribution chamber equipped with valves (V7, V8 and V9). Masterflex peristaltic pumps (PI and P2) are used to transfer the flow from the wort to the experimental bioreactors (RI and R2).
Таблица 5.1. Описание на отделните устройства и детайли на технологичната линия, представени на фигура 5.1Table 5.1. Description of the individual devices and process line details shown in Figure 5.1
Позиция ХарактеристикаItem Description
Въздух 100 psig въздух, доставян от инсталация в Лондон СО2 100 psig въглероден диоксид, доставян от инсталация в ЛондонAir 100 psig air supplied from a London installation CO 2 100 psig carbon dioxide supplied by a London installation
F1 Стерилен филтър на входящия отвор за въглероден диоксидF1 Sterile inlet of carbon dioxide inlet
F2 Стерилен филтър на входящия отвор за въглероден диоксидF2 Carbon dioxide inlet sterile filter
V1 ,V2,V3 Дроселни клапи на входящия/изпускателния отвор на WT1V1, V2, V3 Throttle Valves on WT1 Inlet / Outlet
V4.V5.V6 Дроселни клапи на входящия/изпускателния отвор на WT2V4.V5.V6 Throttle valves of WT2 inlet / outlet
V7,V8,V9 Сачмени вентили на разпределителната камера за пивна мъстV7, V8, V9 Beer dispenser ball valves
V10, V11 Сачмени вентили за входния отвор за пивна мъстV10, V11 Ball valves for beer inlet inlet
V12 Бързодействащ спирателен кран на входящия отвор за разпр. на газV12 High-speed shut-off valve for inlet manifold gas
V13 Дроселен клапан на изпускателния отвор на R1V13 Exhaust outlet valve of R1
V14.V15 Сачмен вентил на входящия отвор за пивна мъст на R1V14.V15 Ball valve of the inlet opening for the must of R1
V16 Бързодействащ спирателен кран на входящия отвор за разпр. на газV16 High-speed shut-off valve for inlet manifold gas
V17 Дроселен клапан на изпускателния отвор на R2V17 Exhaust outlet valve of R2
V18 Дроселен клапан на изпускателния отвор на WBT1V18 WBT1 Exhaust Throttle Valve
WBT1 Резервоар за младо пиво; 200 L работен обемWBT1 Young Beer Tank; 200 L working volume
WT1 Резервоар за съхранение на ливната мъст, снабден с гликолни ризи и приспособления за разпръскване; работен обем 1600 LWT1 Casting storage tank equipped with glycol shirts and spreaders; working volume 1600 L
WT2 Резервоар за съхранение на ливната мъст, снабден с гликолни ризи и приспособления за разпръскване; работен обем 1600 LWT2 Casting storage tank equipped with glycol shirts and spreaders; working volume 1600 L
Въглеродният диоксид и въздухът се разпръскват в системата с газова подемна сила през разпръсквател, представляващ тръба от неръждаема стомана (ФИГ. 7). Ротаметрите (RM3, RM4, RM5 & RM6) се използват, за да се контролират дебитите на потоците, разпръсквани в системата. На тръбите за газ са монтирани стерилни филтри (0.2 μτη mesh), за да не попадат замърсявания в биореактора. Продуктът изтича от реактора през преливна система (ФИГ. 4). Чрез захранващата помпа се контролира времето за престой. Двата реактора (R1 и R2) са свързани с резервоара за младо пиво (WBT1), в.който се събира прелялата течност. Специални събирателни резервоари от 50 L се използват за събиране и обработка на продукта, ако е необходимо.Carbon dioxide and air are sprayed into the gas lift system through a sprayer constituting a stainless steel pipe (FIG. 7). Rotometers (RM3, RM4, RM5 & RM6) are used to control the flow rates of the streams spread in the system. Sterile filters (0.2 μτη mesh) are mounted on the gas pipes to prevent contamination of the bioreactor. The product flows from the reactor through an overflow system (FIG. 4). The power pump controls the residence time. Both reactors (R1 and R2) are connected to the Young Beer Tank (WBT1), which collects the overflowing liquid. Special 50 L collection tanks are used to collect and process the product as needed.
По-подробна схема и точните размери на 50-L експериментален биореактор са дадени в раздел 5.1.1. Данните за обработване и съхранение на ливната мъст са представени в раздел 5.1.2, докато пречистването и стерилизирането на системата за непрекъснато ферментиране се обсъжда в раздел 5.1.3. В раздел 5.1.4 е описан ферментационния процес, до който се отнася това изследване.A more detailed diagram and exact dimensions of the 50-L experimental bioreactor are given in Section 5.1.1. The data for the processing and storage of the must must be presented in Section 5.1.2, while the purification and sterilization of the continuous fermentation system is discussed in Section 5.1.3. Section 5.1.4 describes the fermentation process to which this study relates.
Конструкция на реактора и показателиReactor design and performance
Биореакторът с работен обем 50-L, конструиран за това изследване, е изработен изцяло от 304L неръждаема стомана с 4 наблюдателни прозореца от плексиглас, разположени в корпуса на реактора така, че да може да се наблюдава движението на частиците и флуида. Материалът за конструкцията е избран заради устойчивостта му срещу санитарните химични вещества (каустик и киселина), както и поради издръжливостта си при санитарна обработка с пара. Друг важен аспект от конструкцията е сведеният до минимум директен контакт на приспособления с резба с ферментационната среда. Отворите са заварени,а когато е необходимо се използват фитинги. Реакторът е конструиран с разширен главен участък, за да се увеличи степента на отделяне на газ и по този начин да се осигури по-добър пренос на течно-твърдата маса (Chisti & Moo-Young, 1993). Дънната част на реактора е конична с ъгъл на конуса 90°, за да се сведе до минимум събирането на твърди частици на дъното.The 50-L displacement bioreactor designed for this study is made entirely of 304L stainless steel with 4 plexiglass viewing windows located in the reactor vessel so that particle and fluid motion can be monitored. The construction material was chosen because of its resistance to sanitary chemicals (caustic and acid), as well as its durability in sanitary steam treatment. Another important aspect of the construction is the minimized direct contact of the threaded devices with the fermentation medium. The holes are welded and fittings are used when necessary. The reactor is designed with an extended main section to increase the rate of gas evolution and thus to provide better transfer of the liquid-solid mass (Chisti & Moo-Young, 1993). The bottom of the reactor is conical with a cone angle of 90 ° to minimize solids collection at the bottom.
На ФИГ. 2 са показани схематично експериментални системи с вместимост 50-L, които са инсталирани в експерименталната пивоварна на Labatt. Тази схема показва местоположението на входящия отвор за разпръскване на газ, входящия отвор за течност, гликолната охлаждаща риза, изпускателния отвор за продукта, сензорна и контролна система за температурата, както и местоположението на отворите за вземане на проби за санитарни цели.In FIG. 2 schematically shows experimental 50-L systems installed in Labatt's experimental brewery. This diagram shows the location of the gas inlet, the inlet for the liquid, the glycol cooling jacket, the exhaust outlet for the product, the temperature sensor and control system, and the location of the sampling holes for sanitary purposes.
На ФИГ. 3 е показан същият биореактор ГПСТ с дименсии в cm .In FIG. 3 shows the same GPST bioreactor with dimensions in cm.
ФИГ. 4 до ФИГ. 6 представляват подробни схеми на биореактор ГПСТс вместимост 50 L, а ФИГ. 7 - схема на приспособлението за разпръскване на газ, използвано при тези експерименти.FIG. 4 to FIG. 6 is a detailed schematic diagram of a 50 L bioreactor GPST with FIG. 7 is a diagram of the gas dispenser used in these experiments.
Вътрешната смукателна тръба и сепараторът на частици са показани на ФИГ. 3. Съотношението на диаметъра на смукателната тръба към диаметъра на реактора е 2/3 и е избрано въз основа на литературни данни (Chisti, 1991). Сепараторът на частици е оразмерен така, че да осигурява по-добра сепарация на газа от твърдо-течната смес. Чрез увеличаване на диаметъра на сепаратора за частици (20,32 cm в сравнение с диаметъра на засмукващата тръба10,16 cm) е възможно да се постигне по-голяма разлика между скоростта на издигане на мехурчетата и скоростта на спускане на течно-твърдия флуид. Ще се намали засмукването на газ в пръстена, разположен между цилиндричната и конична част на смукателната тръба на системата, в резултат на което ще се реализира по-добър пренос на твърдо-течната маса.The internal suction pipe and the particulate separator are shown in FIG. 3. The ratio of the diameter of the suction pipe to the diameter of the reactor is 2/3 and was selected on the basis of literature (Chisti, 1991). The particulate separator is sized to provide better gas separation from the solid-liquid mixture. By increasing the diameter of the particulate separator (20.32 cm compared to the suction tube diameter 10.16 cm), it is possible to achieve a greater difference between the rate of bubble rise and the rate of lowering of the fluid. The intake of gas in the ring between the cylindrical and conical part of the suction pipe of the system will be reduced, resulting in better transfer of the solid-liquid mass.
Конструиран е тръбен разпръсквател (ФИГ. 7) за газова смес от въглероден диоксид в участъка на смукателната тръба. Общо 160 отвори с диаметър 0,16 cm са пробити в тръбния разпръсквател с диаметър 1,27 cm. Отворите са разположени на разстояние в надлъжна посока 0,8 cm един от друг - от център до център, и в напречна посока, от център до център - 0,6 cm (8 реда от по 20 отвора). Тъй като смесването е първостепенна функция от разпръсквания газ, е избран диаметър на отворите 0,16 cm.A tubular sprayer (FIG. 7) was constructed for a carbon dioxide gas mixture in the suction pipe section. A total of 160 holes with a diameter of 0.16 cm were drilled into a tubular sprayer with a diameter of 1.27 cm. The openings are located 0.8 cm longitudinally from the center to the center, and in the transverse direction from the center to the center - 0.6 cm (8 rows of 20 holes each). Since mixing is a primary function of the spray gas, aperture diameter of 0.16 cm is selected.
Протокол за обработване и съхраняване на пивната мъстProtocol for processing and storing beer must
При общоприетите методи за ферментация пивната мъст не се държи за голям период от време, без да се закваси с дрожди. Наситена с кислород пивна мъст е отлична среда за растеж на много организми, включително пивни дрожди. Тъй като изследването, свързано с непрекъсната ферментация в системи с газова подемна сила изисква да се държат големи количества дрожди, беше необходимо да се изследва пренасянето на пивна мъст и съхранението й. Мнение на изследователите е, че ненаситена с кислород студена пивна мъст биIn conventional fermentation methods, wort is not held for a long period of time without yeast. Oxygen-rich beer must is an excellent growth medium for many organisms, including yeast. Since the study of continuous fermentation in gas lift systems requires large quantities of yeast to be kept, it was necessary to investigate the transfer of must and its storage. The researchers believe that oxygen-free cold must must
ΊΟΊΟ
следвало да се съхранява до две седмици без да се замърси, ако ливната мъст се пренася до резервоарите за съхраняване по подходящ начин.it should be stored for up to two weeks without contamination if the rainwater is transferred to storage tanks appropriately.
Необходимо е също така да се осигури подходящ контрол на температурата на ливната мъст в резервоара за съхраняване. Освен резервоарите за ливна мъст, бяха конструирани подходящи резервоари за експерименталната пивоварна, които да се използват за ферментационните процеси. Извършено е изпитване за възможността тези резервоари да поддържат необходимата температура. На ФИГ. 2 ясно е илюстрирано, че тези резервоари не могат да се използват без разбъркване, ако не се поддържа константна температура от 4°С. В началото ливната мъст се въвежда в тези съдове при температура 4°С. Измерванията на температурата се извършват в няколко точки на резервоара, за да се получи по-добра картина на действителната температура. Когато течността се остави в съда за 24 часа без разбъркване, температурата на течността в близост до горната част се покачва приблизително до 24°С. В средата на резервоара температурата на течността също леко расте (DT ~3 °C), докато в конуса на съда остава близка до първоначалната температура от 4°С.It is also necessary to provide adequate control of the pouring must temperature in the storage tank. In addition to the must tanks, suitable reservoirs for the experimental brewery have been constructed for use in fermentation processes. A test has been carried out on the ability of these tanks to maintain the required temperature. In FIG. 2 clearly illustrates that these tanks cannot be used without stirring unless a constant temperature of 4 ° C is maintained. Initially, the must must be introduced into these vessels at 4 ° C. Temperature measurements are made at several points in the tank to give a better picture of the actual temperature. When the liquid is left in the vessel for 24 hours without stirring, the temperature of the liquid near the top rises to approximately 24 ° C. In the middle of the tank, the temperature of the liquid also slightly increases (DT ~ 3 ° C), while in the cone of the vessel it remains close to the original temperature of 4 ° C.
Чрез прилагане на леко разбъркване по време на впръскването на въглеродния диоксид с дебит 0,133 cm3/h в събирателния резервоар е възможно да се поддържа температура на ливната мъст 4°С. За целта в конусните дъна на двата резервоара за съхранение на ливна мъст са монтирани тръби с диаметър 2,54 cm за разбъркване на ливната мъст.By applying gentle stirring during the injection of carbon dioxide at a flow rate of 0.133 cm 3 / h in the collecting tank, it is possible to maintain a pouring must temperature of 4 ° C. For this purpose, pipes with a diameter of 2.54 cm are installed in the conical bottoms of the two storage tanks for the must, for stirring the must.
През тръбопровод от неръждаема стомана с диаметър 5.08 cm се пренася неаерирана пивна мъст от инсталацията Labatt, Лондон до буферен съд. От този съд ливната мъст преминава през пастьоризатор и се подава в резервоарите WT1 или WT2, където ливната мъст се съхранява при температура 4°С за не повече от 2 седмици. Етапът на пастьоризиране се провежда на място като предохранителна мярка,Non-aerated beer must from the Labatt installation, London, is transferred to a buffer vessel through a stainless steel pipeline of 5.08 cm in diameter. From this vessel, the must must pass through a pasteurizer and be fed into the WT1 or WT2 tanks, where the must must be stored at 4 ° C for no more than 2 weeks. The pasteurization step is carried out on site as a precautionary measure,
осигуряваща елиминирането на нежелани микроорганизми в пивната мъст през целия период на съхранение. Чрез използване на ненаситена с кислород пивна мъст развалянето на топлата ливна мъст от кислорода (образуван от нечисти алдехиди), се свежда до минимум. В допълнение на това, с внасянето на въздух с разпръсквания газ може стриктно да се осъществява контрол на кислорода при непрекъснатата ферментация.ensuring the elimination of unwanted microorganisms in the wort throughout the storage period. By using oxygen-free wort, the decomposition of warm oxygen mustard (formed by impure aldehydes) is minimized. In addition, oxygen intake through continuous gas fermentation can be closely monitored by the introduction of the spray gas.
Измерванията за разтворен кислород в пивната мъст в резервоара за съхраняване се извършват един път. На фиг. 5.9 е показана зависимостта на концентрацията на разтворения в пивната мъст кислород в зависимост от продължителността на задържане. В първия пример пивната мъст е пренесена в резервоара и е започнало разпръскването на въглероден диоксид 0, 085m3/h), за да се осигури необходимото регулиране на температурата. Концентрацията на кислород в пивната мъст се увеличава до първия ден и достига стойност приблизително 1,3 mg/L, като впоследствие намалява приблизително до 0,1 mg/L. При втория случай преди напълването с пивна мъст резервоарът се продухва предварително с 0,85 m3/h въглероден диоксид за време 3 часа. Началната висока концентрация на кислород рязко намалява и желаното съдържание на кислород в пивната мъст ( < 0,1 mg/L) достига за 2 дни.Measurements of dissolved oxygen in the wort in the storage tank are made once. In FIG. 5.9 shows the dependence of the concentration of oxygen dissolved in the must in relation to the retention time. In the first example, the wort has been transferred to the tank and carbon dioxide (0.085m3 / h) has begun to spread to provide the necessary temperature control. The concentration of oxygen in the wort increases to the first day and reaches a value of approximately 1.3 mg / L and subsequently decreases to approximately 0.1 mg / L. In the second case, before filling with must, the tank is flushed with 0.85 m 3 / h of carbon dioxide in advance for a period of 3 hours. The initial high oxygen concentration sharply decreases and the desired oxygen content in the must (<0.1 mg / L) reaches within 2 days.
При последния опит резервоарът предварително се продухва, както е описано по-горе, и по време на пълненето на съда се извършва непрекъснато продухване (0,085 m3/h), както и през периода на съхранението на пивната мъст. Разтвореният кислород се поддържа на минимално ниво ( < 0,1 mg/L) през цялото време на съхранение на пивната мъст.Този метод се възприема при всички изследвания, свързани със съхраняването на пивната мъст.On the last attempt, the tank was pre-purged as described above, and continuous purging (0.085 m 3 / h) was carried out during the filling of the vessel as well as during the storage period of the wort. Dissolved oxygen is maintained at a minimum level (<0.1 mg / L) throughout the storage period of beer must. This method is adopted in all studies related to storage of beer must.
£15 &£ 15 &
I 10 s ф h5I 10 s f h5
......... — • c разбъркване ▲ без разбъркване......... - • with agitation ▲ without agitation
AA
---------A—-------• · · · 1 1 *--------- A —------- • · · · 1 1 *
-J-----------1-----------1-----------1-----------1-----------1—’-------Г-J ----------- 1 ----------- 1 ----------- 1 ----------- 1 ----------- 1 —'------- Mr
012345678012345678
Място на измерването фигура 5.8 -Ефект от разбъркването чрез разпръскване на газ в зависимост от температурата в цилиндрично-коничен резервоар за съхранение на пивна мъст. Пивната мъст се подава в съда при температура 4°С. Измерванията са извършени 24 часа след напълване на съда. Въглеродният диоксид се разпръсква в съда с дебит 0,113 стЗ/h. Температурата на обкръжаващата среда е 19,8 °C. Местоположение на измерванията: (1) Горна част на резервоара при стената; (2) Горна част на резервоара в центъра; (3) Средата на резервоара при стената; (4) Средата на резервоара в центъра;Measurement location Figure 5.8 - Effect of stirring by gas spraying as a function of temperature in a cylindrical conical tank for storing beer must. The wort is fed into the vessel at 4 ° C. Measurements were made 24 hours after filling the vessel. Carbon dioxide is sprayed into the vessel at a flow rate of 0.113 cm3 / h. Ambient temperature is 19.8 ° C. Location of measurements: (1) Top of tank near wall; (2) Top of tank in center; (3) The middle of the tank at the wall; (4) The center of the tank in the center;
в (5) Горна част на конуса при стената; (6) Горна част на конуса в центъра; (7) Долна част на конуса.c (5) Top of cone at wall; (6) Upper cone in center; (7) Lower part of cone.
Пивна мъст, в която се разпръсква 0,085 тЗ/h въглероден диоксид след напълване на резервоараBeer must in which 0,085 m 3 / h of carbon dioxide is sprayed after filling the tank
Резервоар за пивна мъст, предварително продухан за 3 h с 0,85 тЗ/h газBeer tank pre-purged for 3 h with 0.85 m 3 / h gas
Резервоар за пивна мъст, продухван предварително и по време на пълненето фигура 5.9 Контролиране на разтворения кислород в ливната мъст по време на пренасянето й от инсталация в Лондон. Направена е оценка на три метода за пълнене, като третият е комбинация от първите два метода. Температурата на ливната мъст се поддържа на 4¾.Beer tank pre-purged and refilled Figure 5.9 Control of dissolved oxygen in the must during its transfer from a London installation. Three filling methods were evaluated, the third being a combination of the first two methods. The pouring must temperature is maintained at 4¾.
5.1.2 Пречистване и стерилизация5.1.2 Purification and sterilization
Резервоарите за съхраняване на ливна мъст се подлагат на почистване, състоящо се от предварително промиване с гореща вода (85 °C), промиване със сода каустик (40 % сода каустик при 60°С, последвано от промиване с гореща вода (85 °C). Почистването на тези съдове се съпровожда от контактуването на стените с разтвор на пероцетна киселина (2 % (тегл/об)). Тръбопреносната система на пивната мъст се подлага на същия режим на почистване.The must storage tanks are subjected to cleaning consisting of prewash with hot water (85 ° C), wash with caustic soda (40% caustic soda at 60 ° C, followed by hot water wash (85 ° C) The cleaning of these vessels is accompanied by the contact of the walls with a solution of peracetic acid (2% (w / v)) .The piping system of the wort is subjected to the same cleaning regime.
Биореакторите с вместимост 50-L се подлагат на различни пречиствания и стерилизации. Системите се промиват с гореща вода (60°С) и след това се напълват до върха с топла вода (40°С). След това към тази вода се прибавя почистващ агент Diversol СХ/А (DiverseyLever, Канада), за да се образува 2 % разтвор (тегл/об). Откъм дъното на реактора се разпръсква въздух с повърхностна скорост 5 mm/s, за да се осигури добро разтваряне и необходимия контакт в обема на реактора. След един час време за контактуване реакторът се изпразва и се промива със силна струя свежа вода. Тези процедури по почистването се повтарят шест пъти, завършвайки с два последни50-L capacity bioreactors are subjected to various purification and sterilization processes. The systems were washed with hot water (60 ° C) and then filled to the top with warm water (40 ° C). Diversol CX / A (DiverseyLever, Canada) cleaning agent was then added to this water to form a 2% solution (w / v). Air at a surface velocity of 5 mm / s is sprayed from the bottom of the reactor to ensure good dissolution and necessary contact within the reactor volume. After one hour of contact, the reactor was emptied and washed with a strong stream of fresh water. These cleaning procedures are repeated six times, ending with the last two
цикъла пълнене със студена вода-изпразване.cold water-emptying cycles.
Резервоарът за младо пиво се почиства, като се използва 2 % (тегл./об.) разтвор на Diversol СХ/А. За разлика от биореакторите, не се използва разпръскване, тъй като WBT не е приспособен за разпръсквател. Прилага се механично разбъркване чрез търкаляне на съда. Цикълът се повтаря два пъти, последван от двукратно пълнене с вода-изпразване.The young beer tank was cleaned using a 2% (w / v) solution of Diversol CX / A. Unlike bioreactors, no spray is used, as WBT is not a sprayer. Mechanical agitation by rolling the vessel is applied. The cycle is repeated twice, followed by water-emptying twice.
Преди стерилизирането с пара 50-L биореактори се свързват с резервоара за младо пиво, а захранващата тръба за пивна мъст се прекъсва, както и тръбата за разпръскване на газ. Вентилите, съответно клапаните V10, V11, V12, V13, V14, V15, V16, V17 и V18 са отворени, а филтрите F5, F6 и F7 са отстранени. Тръбата за газ и тези филтри сеPrior to steam sterilization, 50-L bioreactors are connected to the young beer tank and the beer must feed tube is interrupted, as is the gas spray pipe. The valves, respectively valves V10, V11, V12, V13, V14, V15, V16, V17 and V18 are open and filters F5, F6 and F7 are removed. The gas pipe and these filters get out
подлагат на стерилизиране под налягане поотделно за време 15 минути при 21 °C. Парата се подава чрез крановете V12 и V16. Те се отварят бавно, за да се сведе до минимум възможността за повреда на екипировката, а температурата в реактора се наблюдава стриктно. Провежда се едночасова стерилизация, като вътре в реактора се достига температура 100°С. Клапаните, съответно вентилите, V10, VII, V14, V15 и V18 се затварят най-напред. След това подаването на пара се прекратява и стерилизираният филтър F7 се свързва. Стерилизираните филтри F5 и F6 незабавно се свързват към тръбата за подаване на газ и започва подаването на въглероден диоксид с повърхностна скорост от 3 mm/s. Този газов поток не само предпазва реактора от възникване на авария по време на охлаждане, но също така измества въздуха, присъстващ в 50-L биореактори с газова подемна сила.subjected to sterilization under pressure individually for 15 minutes at 21 ° C. The steam is supplied via taps V12 and V16. They open slowly to minimize the possibility of equipment damage, and the reactor temperature is monitored closely. One-hour sterilization is performed, reaching a temperature of 100 ° C inside the reactor. The valves, respectively the valves V10, VII, V14, V15 and V18, are closed first. The steam supply is then stopped and the sterilized filter F7 connected. The sterilized filters F5 and F6 are immediately connected to the gas supply pipe and carbon dioxide is introduced at a surface velocity of 3 mm / s. This gas stream not only prevents the reactor from collapsing during cooling, but also displaces the air present in 50-L gas-lift bioreactors.
Захранващата тръба за пивна мъст се свързва към биореактора след като се достигне вътрешна температура от 20°С. Чрез клапаните V2, V5,V10 и V14, които са в затворено положение, и клапаните V6, V7, V8, V9, V11 и V15, които са в отворено положение, подаването на пара се извършва или от V3, или V6, в зависимост от това, откъде се захранва ливната мъст. Цикълът на обработка с пара продължава 1 час, след което клапаните V9, V11 и V15 се затварят едновременно с подаването на пара. След като тръбите достигнат стайна температура (20°С), клапаните V3 и V6 се затварят и подаването на пара се преустановява. В този момент цялата система за непрекъсната ферментация, включваща резервоара за ливни дрожди, биореакторите с вместимост 50 L и резервоара за младо пиво, са стерилизирани и са готови за провеждане на ферментацията.The wort feed tube is connected to the bioreactor after an internal temperature of 20 ° C is reached. With the valves V2, V5, V10 and V14 in the closed position and the valves V6, V7, V8, V9, V11 and V15 in the open position, steam is supplied by either V3 or V6, depending on from where the rainwater is coming from. The steam treatment cycle lasts for 1 hour, after which the valves V9, V11 and V15 close simultaneously with the steam supply. After the pipes reach room temperature (20 ° C), valves V3 and V6 are closed and steam supply is stopped. At this point, the entire continuous fermentation system including the yeast tank, 50 L bioreactors and the young beer tank are sterilized and ready for fermentation.
5.1.3 Протокол за ферментацията5.1.3 Fermentation Protocol
Експерименталните биореактори с газова подемна сила, снабдени със смукателна тръба (биореактори от типа ГПСТ) са с обем 50-L и се използват за ферментация на ливната мъст. ГликолнаExperimental gas lift bioreactors equipped with a suction tube (GPST type bioreactors) are 50-L in volume and used for fermentation of the must. Glycolic
термична риза осигурява регулиране на температурата, като при всичките ферментационни експерименти се поддържа температура на течността 15°С. Всеки реактор е снабден с температурни детектори за измервателни цели и термодвойки, както и с автоматичен вентил с електромагнитно задвижване за регулиране на подаването на гликол към реактора, ферментаторите с газова подемна сила също така са снабдени със средства за подаване на основен смесителен газ (въглероден диоксид или водород), както и със средства за захранване с въздух с цел дозиране на кислорода. Желаната газова смес се подбира чрез регулиране на комбинацията ротаметър/иглен вентил, след което газовата смес преминава през стерилен филтър (Millipore,Millex®,-FG50, 0, 2 gm) и оттам в смукателната тръба на биореактора. В реактора се впръсква въздух с повърхностна скорост 0,39 mm/s (0.4 scfh) при всичките ферментации, докато дебитът на основния смесителен газ се регулира така, че да е подходящ за вида на конкретната и мобилизация.a thermal jacket provides temperature control while maintaining a liquid temperature of 15 ° C in all fermentation experiments. Each reactor is equipped with temperature detectors for measurement purposes and thermocouples, as well as an automatic solenoid actuator valve to regulate the glycol feed to the reactor, gas lifting fermenters are also provided with means for supplying the main mixing gas (carbon dioxide) or hydrogen) as well as with air-supply means for dispensing oxygen. The desired gas mixture is selected by adjusting the rotameter / needle combination, after which the gas mixture is passed through a sterile filter (Millipore, Millex®, -FG 50 , 0, 2 gm) and then into the suction tube of the bioreactor. Air was injected into the reactor at a surface velocity of 0.39 mm / s (0.4 scfh) at all fermentations, while adjusting the flow rate of the main mixing gas to suit the type of concrete and mobilization.
Преди да стартира непрекъснатият режим на работа биореакторът с газова подемна сила и обем 50-L се пуска в действие по установения начин за работа в периодичен режим. След почистването и стерилизацията, както е описано в раздел 5.1.2, биореакторът се напълва с 50 литра пивна мъст от резервоарите за съхранение на пивна мъст (WT1 или WT2), след което през стерилния отвор за ливни дрожди Scandi-BreW® в нея се инжектират 200 д ливни дрожди (4g/L). Когато се използват гелни гранули от к-карагенан, в реактора се инжектират 20 L гелни гранули, с което се осигурява 4 д/L начална концентрация на средата от флокулиращи пивни дрожди LCC3021, с което се счита, че системата е регулирана за работа в непрекъснат режим.Before starting continuous operation, the 50-L gas-fired bioreactor is put into operation in the established batch mode. After cleansing and sterilization as described in section 5.1.2, the bioreactor is filled with 50 liters of wort from the wort storage tanks (WT1 or WT2) and then through the sterile Scandi-BreW® liquefaction orifice. inject 200 g of yeast (4g / L). When k-carrageenan gel pellets are used, 20 L gel pellets are injected into the reactor to provide 4 g / L initial concentration of flocculent yeast medium LCC3021, which is considered system-regulated for continuous operation mode.
Ферментационната среда (пивна мъст) се зарежда в непрекъснат режим през дъното на реактора, докато “зеленото пиво се излива през фуниеобразен отвор, разположен в горната част наThe fermentation medium (beer must) is continuously charged through the bottom of the reactor, while the "green beer is poured through a funnel opening located at the top of the reactor.
реактора. Тъй като работният обем на реактора е константна величина, с определянето на дебита на подаваната в реактора свежа пивна мъст, се регулира средното време на престой на течността в реактора. През изпускателния отвор и с помощта на стерилен клапан (Scandi-Brew®) ежедневно от реактора се източват проби от течността за химични и микробиологични анализи (използват се методи, описани в Глава 4).reactor. Since the reactor working volume is a constant value, the average residence time of the liquid in the reactor is adjusted by determining the flow rate of fresh beer must delivered to the reactor. Samples of liquid for chemical and microbiological analyzes are drained daily from the reactor through a vent and with a sterile valve (Scandi-Brew®) (methods described in Chapter 4 are used).
На определени периоди от време продуктът, получен в резултат на непрекъснатата ферментация, се отвежда от биореактора с обем 50 L, където се провежда главната ферментация, събира се в 40 L стерилни бидони от неръждаема стомана и се подлага на следферментационна обработка за получаване на крайния продукт - продаваемо пиво, което се подлага на оценка и се сравнява с контрола от промишлено произведено пиво.At certain times, the product resulting from continuous fermentation is removed from the 50 L bioreactor, where the main fermentation takes place, is collected in 40 L sterile stainless steel cans and subjected to post-fermentation treatment to obtain the final product - marketable beer, which is evaluated and compared to the control of industrially produced beer.
Избраният 50-L биореактор се изключва от резервоара за младо пиво и незабавно се свързва със събирателния съд за пиво. След като желаното количество пиво се събере, биореакторът се свързва отново с резервоара за младо пиво. Събраното “зелено пиво се подлага на следферментационен период на задържане, за да се намали нивото на течния диацетил под 30 цд/L. Пренесените с течността пивни дрожди се утаяват и течността (концентрация на клетки 1-5 милиона клетки/ mL) се прехвърля в студен съд за отлежаване (7 дни при 2°С). След периода на отлежаване течността се филтрува, разрежда се до съдържание на алкохол 5 об.% и се подлага на карбонизация преди изливането й в бутилки от 341 mL. Бутилираната течност се подлага на пастьоризиране в инсталация на Labatt.The selected 50-L bioreactor is disconnected from the young beer tank and immediately connected to the beer collection container. Once the desired amount of beer has been collected, the bioreactor reconnects with the young beer tank. The harvested green beer is subjected to a post-fermentation retention period to reduce the level of liquid diacetyl below 30 µg / L. The yeast transferred with the liquid precipitates and the liquid (cell concentration 1-5 million cells / mL) is transferred to a cold aging vessel (7 days at 2 ° C). After the aging period, the liquid was filtered, diluted to an alcohol content of 5% vol and carbonized before being poured into 341 mL bottles. The bottled liquid is pasteurized in a Labatt installation.
5.2. НЕПРЕКЪСНАТ МЕТОД ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА ГРАНУЛИРАН ГЕЛ5.2. CONTINUOUS METHOD OF PREPARATION OF GRANULATED GEL
Обект на този раздел е експериментална работа, въз основа на която да се направи оценка на непрекъснат процес за получаване на гранулиран гел с инокулирани пивни дрожди с цел подаване наThe object of this section is experimental work on the basis of which to evaluate a continuous process for the preparation of granulated gel with inoculated brewer's yeast in order to submit
имобилизирани клетки от дрожди LCC3021 към тръбните биореактори с газова подемна сила и обем 50 L, описани в раздел 5.1 и работещи в непрекъснат режим.immobilized yeast cells LCC3021 to tubular bioreactors with a gas lift capacity and volume of 50 L as described in section 5.1 and operating in continuous mode.
Производственият процес (ФИГ. 8) включва образуване на емулсия от неводна еднородна фаза (растително масло) и диспергирана във вода фаза ( разтвор на гел от κ-карагенан, смесен с дрождеви клетки), при което се използват статични смесители. След този етап се прилага рязко охлаждане, за да се предизвика образуване на гел от полимера. Образувалите се гранули след това се поставят в разтвор на калиев хлорид, който способства за втвърдяването на гранулите и отделянето им от маслената фаза.The manufacturing process (FIG. 8) involves the formation of an emulsion of a non-aqueous homogeneous phase (vegetable oil) and a water-dispersed phase (κ-carrageenan gel solution mixed with yeast cells), using static mixers. After this step, a sharp cooling is applied to induce gel formation from the polymer. The formed granules are then placed in a solution of potassium chloride, which helps to harden the granules and separate them from the oil phase.
Образуването на емулсия от гранулиран гел от κ-карагенан се извършва при температура 37°С, която се поддържа на водна баня, за да се предотврати преждевременното желиране на гела от карагенан. Стерилизираният полимер се държи при температура 37°С с помощта на водна баня с регулируема температура, а дрождевият инокулат се държи при температура 20°С преди имобилизирането. С помощта на перисталтични помпи Masterflex (Cole Parmer Company, САЩ), гелът и пивните дрожди се нагнетяват през 24 елемента с диаметър 6,4 mm в статичен смесител, където клетките се диспергират равномерно в гела. С помощта на перисталтична помпа Masterflex стерилизираното масло, съхранявано при стайна температура, се прехвърля в съд с гореща водна баня, за да достигне температура 37°С.The formation of a granular gel emulsion of κ-carrageenan is carried out at a temperature of 37 ° C, which is maintained in a water bath to prevent premature gelation of the carrageenan gel. The sterilized polymer was kept at 37 ° C using an adjustable temperature water bath, and the yeast inoculum was kept at 20 ° C before immobilization. Using Masterflex peristaltic pumps (Cole Parmer Company, USA), the gel and brewer's yeast are pumped through 24 6.4 mm diameter elements into a static mixer where the cells are dispersed uniformly in the gel. Using a Masterflex peristaltic pump, the sterilized oil stored at room temperature is transferred to a hot water tank to reach a temperature of 37 ° C.
Инокулираният полимер (водна фаза) след това се смесва с маслото (еднородна фаза) чрез друга група статични смесители, за да се получи желаната емулсия. Тази емулсия се охлажда рязко до 5°С в баня от вода/лед, в резултат на което полимерните капки желират в гранули. След това гранулите се поставят в разтвор на калиев хлорид с концентрация 22 g/L, който увеличава здравината им и осигурява отделянето им от маслената фаза. Това масло рециркулира обратно към резервоара за масло, а водната фаза (гранулите и разтвора на калиев хлорид) се прехвърлят в отделен съд за извършване на класификация по размери, след което се подават към биореакторите с обем 50 L.The inoculated polymer (aqueous phase) is then mixed with the oil (homogeneous phase) through another group of static mixers to produce the desired emulsion. This emulsion was cooled sharply to 5 ° C in a water / ice bath, causing the polymer droplets to gel in granules. The granules are then placed in a solution of potassium chloride at a concentration of 22 g / L, which increases their strength and ensures their separation from the oil phase. This oil is recycled back to the oil tank, and the aqueous phase (granules and potassium chloride solution) is transferred to a separate container for size classification and then fed to 50 L bioreactors.
5.2.1 Статични смесители от типа Kenics5.2.1 Static mixers of the Kenics type
В основата на този нов процес за получаване на гранули са статичните смесители от типа Kenics (Cole Parmer Instrument Company, Niles, Илиноис, САЩ). Те са конструирани от серия разположени в тръба стационарни елементи с вътрешен диаметър, еквивалентен на диаметъра на статичния смесител. Тези елементи оформят напречни канали, които спомагат за разделянето и повторното смесване на течния поток, преминаващ през статичния смесител. С тази система на смесване се постига напречно разкъсване на тези фини струйки и превръщането им във все по-хомогенна емулсия. В Таблица 5.2 са дадени три вида статични смесители, които се използват в това изследване.The basis of this new granulation process is static Kenics type mixers (Cole Parmer Instrument Company, Niles, IL, USA). They are constructed of a series of tube-mounted stationary elements with an inside diameter equivalent to the diameter of the static mixer. These elements form transverse channels that help to separate and re-mix the liquid flow through the static mixer. This blending system achieves the transverse rupture of these fine jets and turns them into an increasingly homogeneous emulsion. Table 5.2 lists three types of static mixers used in this study.
Таблица 5.2 Показатели на използваните статични смесители (доставяни от Cole Parmer)Table 5.2 Indicators of static mixers used (supplied by Cole Parmer)
5.2.2 Материали за производство на гел5.2.2 Gel production materials
Двата основни материала при производството на гранулиран гел са масло и полимер, к-карагенан (от вида Х-0909, lot 330360, Copenhagen Pectin, Дания), който е полизахариден полимер, екстрахиран от червени водорасли, ни беше предоставен от Copenhagen Pectin А/S. Този полимер притежава уникални свойства термо-желиране, при което неговата температура на желиране зависи от концентрацията на κ-карагенан и на калиевия хлорид [КС1]. Полимерът се разтваря при температура 80°С в дестилирана вода, съдържаща 2,0 g/L of KCI до достигане на концентрация 30 g/L. Полученият разтвор на гел има температура на желиране 28°С. Гелът се подлага на обработване в автоклав за време 1 час при 121 °C, след което се поставя на водна баня с температура 40°С, за да не се втвърди. Царевично масло, промишлено производство (Pasquale Bros. Inc., Канада), също така се стерилизира за 1 час при 121 °C, след което се съхранява при стайна температура 20°С докато влезе в употреба. Пивните дрожди се приготвят, както е описано в раздел 4.1.The two main materials in the production of granulated gel are oil and polymer, k-carrageenan (type X-0909, lot 330360, Copenhagen Pectin, Denmark), which is a polysaccharide polymer extracted from red algae, was provided to us by Copenhagen Pectin A / С. This polymer has unique thermo-gelling properties, whereby its gelling temperature depends on the concentration of κ-carrageenan and potassium chloride [KCl]. The polymer was dissolved at 80 ° C in distilled water containing 2.0 g / L of KCI to a concentration of 30 g / L. The resulting gel solution has a gelation temperature of 28 ° C. The gel was autoclaved for 1 hour at 121 ° C and then placed in a 40 ° C water bath to prevent it from solidifying. Corn oil, industrial production (Pasquale Bros. Inc., Canada) is also sterilized for 1 hour at 121 ° C and then stored at room temperature 20 ° C until it is put into use. Brewer's yeast is prepared as described in section 4.1.
5.2.3 Измерване на диаметъра на гранулите5.2.3 Measurement of pellet diameter
Проби от гранулите се поставят в колби, съдържащи 100 mL разтвор на KCI с концентрация 22 g/L. Гранулите се остават потопени в този разтвор за време 2 часа, за да се повиши тяхната твърдост. Маслото се отстранява от водната фаза чрез промиване с разтвор на калиев хлорид. След това пробите се съхраняват при температура 4°С, за да се предотврати микробно замърсяване преди провеждането на анализите.Pellet samples were placed in flasks containing 100 mL of a 22 g / L KCI solution. The granules remain immersed in this solution for 2 hours to increase their hardness. The oil is removed from the aqueous phase by washing with potassium chloride solution. The samples were then stored at 4 ° C to prevent microbial contamination prior to the assays.
Измерването на диаметъра на гранулите се извършва, като за целта се използва софтуер за образен анализ Optimas (Version 4.02, BioScan, Inc, САЩ), снабден с видеокамера Optimas (Version 4.02, BioScan, Inc, USA). Проба от гранули се поставя в блюдо на Петри, покрито с фин воден филм (използван за отделяне на гранулите една от друга), след което блюдото се поставя под камерата. При използването на тази система се измерват общо 300 до 400 гранули. Възможностите на софтуера Optimas са от 100 pm до няколко mm при максимална абсолютна грешка 30 pm. Получените от Optimas данни се анализират, като за целта се използва Microsoft Excel. Полученото разпределение по размери на пробите се характеризира чрез среден диаметър на пробата (DB) и коефициента на неравномерност (COV).The diameter of the pellets is measured using Optimas imaging software (Version 4.02, BioScan, Inc, USA) equipped with an Optimas camcorder (Version 4.02, BioScan, Inc, USA). A pellet sample is placed in a Petri dish coated with a fine water film (used to separate the pellets from each other), and then the dish is placed under the chamber. A total of 300 to 400 pellets are measured using this system. Optimas software capabilities range from 100 pm to several mm with a maximum absolute error of 30 pm. Optimas' data is analyzed using Microsoft Excel. The resulting sample size distribution is characterized by the mean sample diameter (D B ) and the non-uniformity coefficient (COV).
5.2.4 Оценка на гранулите - експериментален план5.2.4 Evaluation of granules - experimental design
Сравнявани са статични смесители с три диаметъра (Ds = 6,4 mm, 9,5 mm и 12,7 mm), за да се определи какъв вид съвкупност от гранули би трябвало да се получи като се измерва средният диаметър на гранулите на пробите и коефициентът на неравномерност по отношение разпределението по размери. Броят на елементите (Nd) на статичните смесители се изменя от 12 до 120, докато обемът на полимерната фракция (Ос) е между 8,3 % (об/об) и 50 % (об/об) гел в масления разтвор. При 8С над 50 % диспергираната фаза (гел) и еднородна фаза (масло) стават инверсионни, т.е включения от маслени капчици в полимерната матрица вместо гелни капчици в маслената матрица. Повърхностната скорост на течността на емулсията масло/гел през участъка на емулсията се регулира в границите от 3,6 cm/s до 17,8 cm/s. Повърхностната скорост на течността (VSl) през статичния смесител се изчислява по следното уравнение:Static mixers of three diameters (D s = 6.4 mm, 9.5 mm and 12.7 mm) were compared to determine what type of granule should be obtained by measuring the average diameter of the sample granules and the coefficient of irregularity in terms of size distribution. The number of elements (N d ) of static mixers varies from 12 to 120, while the volume of polymer fraction (Axis) is between 8.3% (v / v) and 50% (v / v) of gel in the oily solution. At 8 C, more than 50% of the dispersed phase (gel) and the homogeneous phase (oil) become inversion, that is, inclusions of oil droplets into the polymer matrix instead of gel droplets in the oil matrix. The surface velocity of the oil / gel emulsion fluid through the emulsion region is adjusted from 3.6 cm / s to 17.8 cm / s. The surface velocity of the fluid (V S l) through the static mixer is calculated by the following equation:
Vsl= (Qoil + Qcar)/S, кьдето S е площта на напречното сечение на тръбичките, които са разположени в статичния смесител, QOii е обемната скорост на потока от маслена фаза и Qcare обемната скорост на разтвора от гелния карагенан.Vsl = (Qoil + Qcar) / S, where S is the cross-sectional area of the tubes located in the static mixer, Q O ii is the volumetric flow rate of the oil phase and Q car is the volumetric velocity of the gel carrageenan solution.
РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ: ФЕРМЕНТАЦИИ И ДИНАМИКА НАRESULTS AND DISCUSSION: FERMENTATIONS AND DYNAMICS OF
СМЕСВАНЕ В БИОРЕАКТОРИ С ГАЗОВА ПОДЕМНА СИЛА И ВМЕСТИМОСТ 50 LMIXING IN BIOREAKERS WITH GAS GROUND AND 50 L CAPACITY
Използването на имобилизирани клетки за производството на етанол е публикувано. През последните две десетилетия изследванията са насочени към оптимизиране на производството на етанол чрез съчетаване на технологията на имобилизираните клетки с непрекъснатото производство (Kuu, 1982; Gil, 1991; Maiorella, 1983). Много от тях имат големи успехи и използването на непрекъснатите системи с използването на имобилизирани клетки в производството наThe use of immobilized cells for ethanol production has been published. Over the past two decades, research has focused on optimizing ethanol production by combining the technology of immobilized cells with continuous production (Kuu, 1982; Gil, 1991; Maiorella, 1983). Many of them have great success with the use of continuous systems with the use of immobilized cells in the production of
етанол стана промишлен процес. Но реализирането на такъв непрекъснат процес в главната ферментация на пивото в пивоварната промишленост не е така просто. Пивото не се състои само от етанол, но също така и от голям брой ароматни съединения, които създават усложнения. В следващата глава са описани получените от автора резултати при производството на пиво в експериментален ферментатор от типа ГПСТ.ethanol became an industrial process. But implementing such a continuous process in the main fermentation of beer in the brewing industry is not so easy. Beer consists not only of ethanol, but also of a large number of flavoring compounds that create complications. The following section describes the results obtained by the author in the production of beer in an experimental fermenter of the GPST type.
6.1 ПЕРИОДИЧНИ ФЕРМЕНТАЦИИ В ЕКСПЕРИМЕНТАЛНАТА6.1 PERIODIC FERMENTATIONS IN THE EXPERIMENTAL
СИСТЕМА ОТ ТИПА ГПСТGPST TYPE SYSTEM
Периодичните ферментации, при които се използват свободно суспендирани дрождеви клетки, се провеждат в експериментален тръбен биореактор с газова подемна сила и обем 50 L. Тези експерименти осигуряват благоприятна възможност за определяне на осъществимостта при използването на такава система за ферментация с пивни дрожди до получаване на пиво. В допълнение на това, тези експерименти служат за база за сравнение с непрекъснатите ферментационни процеси на течности. Две периодични ферментации са проведени в биореактор с обем 50 L, при което е използван щам за получаване на пиво от типа лека бира от културалната колекция на Labatt (LCC3021). През цялото време на ферментациите са наблюдавани скоростта на растеж на пивните дрожди, както и консумация на хранителна среда.Periodic fermentations using freely suspended yeast cells are carried out in an experimental tube bioreactor with a gas lift capacity of 50 L. These experiments provide a favorable opportunity to determine the feasibility of using such a brewing yeast fermentation system to obtain beer. . In addition, these experiments serve as a basis for comparison with the continuous fermentation processes of liquids. Two periodic fermentations were carried out in a 50 L bioreactor, which used a strain to produce a beer of the type of light beer from the Labatt Cultural Collection (LCC3021). During the fermentations, the rate of growth of the yeast was observed as well as the consumption of the nutrient medium.
На фигури 6.1 и 6.2 са представени концентрацията на пивни дрожди и жизнеспособността при ферментацията съответно на партида 1 и партида 2. И в двата случая растежа на дрождите съответства на известните скорости на растеж, посочени в литературата. Жизнеспособността, измерена с помощта на метиленово синьо, остава през цялото време висока и е със стойности, близки до 90 процента. Концентрацията на въглехидрати за партида 1 и партида 2 са представени на фигури 6.3 и 6.4. На първо място от дрождите са поети монозахариди, глюкоза и фруктоза, последвани от изразходването на малтоза и малтотриоза. Нивото на малтотетрозата, както и на полизахаридите, остава непроменено по време на ферментацията.Figures 6.1 and 6.2 show the yeast concentration and fermentation viability of lot 1 and lot 2. In both cases, the yeast growth corresponds to the known growth rates indicated in the literature. The viability, measured with methylene blue, remains high all the time and is close to 90 percent. The carbohydrate concentrations for Lot 1 and Lot 2 are presented in Figures 6.3 and 6.4. Monosaccharides, glucose and fructose were taken up first by the yeast, followed by the consumption of maltose and maltotriose. The level of maltotetrose as well as polysaccharides remains unchanged during fermentation.
Етанолът е един от най-важните вторични продукти при метаболизма на дрождите. Анаеробна ферментация при оптимални условия произвежда около 48 g етанол и 47 g въглероден диоксид на 100 g метаболизирала глюкоза. Също така ще се получат малки количества глицерин (3,3 g на 100 g глюкоза), като този вторичен продукт участва в поддържането на редокси баланса във ферментиращите дрожди, както и поддържането в клетките на осмотичния баланс, по-специално в хипертонична среда, фигура 6.5 и Фигура 6.6 илюстрират изменението на концентрацията на етанол и глицерин в зависимост от продължителността на ферментацията. Нивата на съдържание на етанол нарастват много бавно при започването на ферментационния процес поради присъствието на кислород във ферментационната среда, тъй като дрождевите клетки са във фазата на аеробен растеж. СледEthanol is one of the most important by-products of yeast metabolism. Anaerobic fermentation produces, under optimal conditions, about 48 g of ethanol and 47 g of carbon dioxide per 100 g of glucose metabolized. Small amounts of glycerol (3.3 g per 100 g glucose) will also be obtained, with this by-product involved in maintaining the redox balance in the fermenting yeast, as well as maintaining in the cells the osmotic balance, especially in the hypertonic environment, 6.5 and Figure 6.6 illustrate the change in the concentration of ethanol and glycerol depending on the duration of fermentation. Ethanol content levels rise very slowly at the start of the fermentation process due to the presence of oxygen in the fermentation medium, as the yeast cells are in the aerobic growth phase. Next
като кислородът се изчерпи, нивата на етанола нарастват експоненциално, докато ферментируемите захари се изразходват, и в тази точка концентрационните нива започват да падат.as oxygen is depleted, ethanol levels rise exponentially as fermentable sugars are consumed, and at that point concentration levels begin to fall.
Висшите дикетони също са много важни вторични продукти при метаболизма на дрождите. Концентрациите общо на диацетил и пентандионите за партидите 1 и 2 са дадени на фигури 6.7 и 6.8. Тези вещества нарастват приблизително до 40 часа във ферментационната среда, като съответстват на пиковите нива на концентрациите на дрожди, и са резултат от синтеза на аминокиселини, които дрождите произвеждат по време на фазата на растеж. По време на последната порция за ферментация диацетил, пентандион и техните прекурсори аацетолактат и α-кетобутарат се превръщат съответно в техните по малко ароматни активни диоли.Higher diketones are also very important by-products of yeast metabolism. The total diacetyl and pentanedione concentrations for batches 1 and 2 are given in Figures 6.7 and 6.8. These substances increase to approximately 40 hours in the fermentation medium, corresponding to the peak levels of yeast concentrations, and are the result of the synthesis of amino acids that the yeast produces during the growth phase. During the last fermentation portion, diacetyl, pentanedione and their precursors aacetolactate and α-ketobutarate are converted into their less aromatic active diols respectively.
От представените в този раздел резултати е ясно, че двете периодични ферментации са протекли нормално в биореактора с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Растежът на дрождите и повишаването на въглехидратите протичат по очакван начин, както и на вторичните продукти, етанол, диацетил и пентандион. Сравняването на показателите на партидите показва, че двете ферментации са протекли по подобен начин. На фигура 6.9 е направено сравнение на концентрацията на етанол за партидите 1 и 2. Конкретните криви за съответните партиди имат един и същи профил в много от точките,при това отчасти се покриват една с друга, като по този начин показват степента на повторяемост. Въпреки че последователността на консумация на субстратите и последващия добив на продукти не се променя в системата с газова подемна сила, скоростта на ферментация е различна. Завършването на главната ферментация, представено чрез пиковата концентрация на етанол, се достига и при двете партиди за около 80 - 85 часа.From the results presented in this section, it is clear that the two periodic ferments have proceeded normally in a gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Yeast growth and carbohydrate growth are expected to occur as well as by-products, ethanol, diacetyl and pentanedione. Comparison of the batch parameters shows that both ferments have proceeded in a similar manner. Figure 6.9 compares the ethanol concentration for batches 1 and 2. The specific curves for the batches concerned have the same profile at many points, partially overlapping each other, thus showing the degree of repeatability. Although the sequence of substrate consumption and subsequent product extraction does not change in the gas lift system, the fermentation rate is different. Completion of the main fermentation, represented by the peak ethanol concentration, is reached in both batches in about 80-85 hours.
Редукцията на диацетил под 30 цд/1_ се достига допълнително за 20 часа. Тези резултати подсказват, че главната ферментация на пивна мъст с високо качество би могла да завърши за около 100 часа, като за сравнение класическата периодична главна ферментация за получаване на леко пиво е 120 -168 часа. Разбъркването, което се извършва в биореактора от типа ГПСТ допринася за намаляване на времето за ферментация поради увеличаването на преноса на маса, което се осигурява от такива системи. С помощта на тази информация са проведени бъдещите ферментационни експерименти с увереност, че биореакторът от типа ГПСТ не променя съществено метаболизма при ферментацията на дрождите и че ферментирането със свободно суспендирани дрожди в системата би могло да намали продължителността на периодичната ферментация с поне 20 часа.Reduction of diacetyl below 30 µg / l is achieved for an additional 20 hours. These results suggest that the main fermentation of high quality beer must can be completed in about 100 hours, compared to the classical periodic fermentation of light beer for 120-168 hours. The agitation performed in the GPST type bioreactor contributes to reducing the fermentation time due to the increase in mass transfer provided by such systems. With the help of this information, future fermentation experiments were conducted with the belief that the GPST type bioreactor did not significantly alter the metabolism of the yeast fermentation and that fermentation with free-suspended yeast in the system could reduce the periodic fermentation by at least 20 hours.
ЖизнеспособностViability
Фигура 6.1 Обща концентрация на клетките и жизнеспособност в зависимост от продължителността на ферментацията с дрожди LCC3021 на партида 1, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.1 Total cell concentration and viability depending on the duration of LCC3021 yeast fermentation in lot 1 conducted in a GPST-type experimental bioreactor.
Концентрация на клеткиCell concentration
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
ЖизнеспособностViability
Концентрация на клеткиCell concentration
Фигура 6.2 Обща концентрация на клетките и жизнеспособност в зависимост от продължителността на ферментация с дрожди LCC3021 на партида 2, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.2 Total cell concentration and viability depending on the duration of LCC3021 yeast fermentation in lot 2 conducted in a GPST-type experimental bioreactor.
ПолизахаридиPolysaccharides
МалтозаMaltose
МалтотетрозаMaltotetrosis
ФруктозаFructose
МалтотриозаMaltotriose
ГлюкозаGlucose
Фигура 6.3 Концентрация на въглехидрати в зависимост от продължителността на ферментация с дрожди LCC3021 на партида 1, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.3 Concentration of carbohydrates according to the duration of fermentation with yeast LCC3021 in lot 1, carried out in a GPST-type experimental bioreactor.
—О— Полизахариди —В— Малтотетроза —Малтотриоза—O— Polysaccharides —B — Maltotetrosis — Maltotriose
,. ф Малтоза—Д— фруктоза—Ф— Глюкоза,. f Maltose-D-Fructose-F-Glucose
Фигура 6.4 Концентрация на въглехидрати в зависимост от продължителността на ферментация с дрожди LCC3021 на партида 2, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.4 Carbohydrate concentration depending on the duration of LCC3021 yeast fermentation in lot 2, conducted in a GPST-type experimental bioreactor.
Етанол —О— ГлицеринEthanol-O-Glycerin
Фигура 6.5 Концентрация на етанол и глицерин в зависимост от продължителността на ферментация с дрожди LCC3021 на партида 1, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.5 Ethanol and glycerol concentration depending on the duration of lot 1 fermentation with yeast LCC3021 conducted in a GPST-type experimental bioreactor.
Етанол ГлицеринEthanol Glycerin
Фигура 6.6 Концентрация на етанол и глицерин в зависимост от продължителността на ферментация с дрожди LCC3021 на партида 2, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.6 Concentration of ethanol and glycerol depending on the duration of fermentation with yeast LCC3021 of lot 2, carried out in a GPST-type experimental bioreactor.
ДиацетилDiacetyl
ПентандионPentandion
Фигура 6.7 Концентрация на диацетил и пентандион в зависимост от продължителността на ферментация с дрожди LCC3021 на партида 1, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.7 Concentration of diacetyl and pentanedione according to the duration of LCC3021 yeast fermentation in lot 1 conducted in a GPST type experimental bioreactor.
ДиацетилDiacetyl
ПентандионPentandion
фигура 6.8 Концентрация на диацетил и пентандион в зависимост от продължителността на ферментация с дрожди LCC3021 на партида 2, проведена в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.8 Diacetyl and pentanedione concentration depending on the duration of lot 2 fermentation with yeast LCC3021 conducted in a GPST-type experimental bioreactor.
♦ Партида 1Q Партида2♦ Lot 1Q Lot 2
Фигура 6.9 Сравнение между партида 1 и партида 2 по отношение на концентрацията на етанол в зависимост от продължителността на ферментацията. Дрожди LCC3021 са използвани в експериментален биореактор от типа ГПСТ.Figure 6.9 Comparison between lot 1 and lot 2 with respect to ethanol concentration depending on the duration of fermentation. Yeast LCC3021 was used in an experimental bioreactor of the GPST type.
6.2 ИМОБИЛИЗИРАНИ НОСИТЕЛИ6.2 IMMOBILIZED CARRIERS
По време на изследването бяха изследвани няколко носители, за да се определят най-добрите алтернативи за бъдеща изследователска работа. Изследвани са три различни начини за имобилизиране в биореактор от типа ГПСТ с обем 50 L. Направена е оценка на два адсорбиращи носители, които са достъпни търговски продукти и имат размери между 1 и 2 mm. Siran®, стъклен гранулиран носител, доставян от Schott Engineering (ФИГ. 9), и Celite®, гранули от диатомит (кизелгур), доставяни от World Minerals (ФИГ. 10), са изследвани поради лесното им съхраняване и достъпност като търговски продукти. Носителите на базата на адсорбция осигуряват подходяща възможност за повече асептични операции, тъй като реакторът най-напред може да се зареди с носителя, след което да се извърши стерилизация на място и накрая дрождите да се инокулират директно в реактора. От гледна точка на промишленото използване тази опция е много атрактивна, тъй като носителят не изисква специално съхраняване и инсталацията няма да има съществена промяна в начините на инокулиране.Several media were examined during the study to determine the best alternatives for future research. Three different ways of immobilization in a 50 L type GPST bioreactor were investigated. Two adsorbent carriers, which are commercially available and have sizes between 1 and 2 mm, have been evaluated. Siran®, a glass granular carrier supplied by Schott Engineering (FIG. 9), and Celite®, diatomite (kieselguhr) granules supplied by World Minerals (FIG. 10), were examined for their ease of storage and availability as commercial products. Adsorption-based carriers provide a suitable opportunity for more aseptic operations, since the reactor can first be loaded with the carrier, then sterilized on site and finally the yeast inoculated directly into the reactor. From an industrial use point of view, this option is very attractive as the carrier does not require special storage and the installation will not have a significant change in the inoculation modes.
Първоначалните резултати от ферментацията в биореактора от вида ГПСТ с обем 50 L с използване на тези два носителя бяха неблагоприятни. Възникналите проблеми се дължаха главно на високите плътности на частиците на Siran® и Celiez® в сравнение с течната среда. Системите с участие на три фази в смукателната тръба и използване на газова подемна сила работят по-добре, когато съотношението между плътностите на носителя и течността се поддържа близко до единица. В случая, когато се използва Siran®, това съотношение е 1,34, а при използването на Celiez® тази стойност е 1,31. Резултатът от такива високи разлики в плътностите на твърдата и течната фази е значително увеличаване на минималната стойност на скоростта на газовото флуидизиране, която е необходима за работата на биореактор от типа ГПСТ с обем 50 L. За 4 литра носител от Siran® (8Initial fermentation results in a 50 L LDPE bioreactor using these two carriers were unfavorable. The problems encountered were mainly due to the high particle densities of Siran® and Celiez® compared to the liquid medium. Systems involving three phases in the suction pipe and using gas lift work better when the ratio of carrier densities to liquid is maintained close to one. In the case of Siran®, this ratio is 1.34, and when using Celiez® this value is 1.31. The result of such high differences in the densities of the solid and liquid phases is a significant increase in the minimum value of the gas fluidization rate that is required for the operation of a 50 L type GPST bioreactor. For 4 liters of Siran® carrier (8
% (об/об) зареждане на твърди частици), за да се постигне циркулация се изисква скорост на газа от 21,5 mm/s (на базата на диаметъра на смукателната тръба). Тази по-висока скорост на газа не е съществен проблем, когато изпитването се провежда във воден разтвор, но щом като течната среда е пивна мъст, в системата от типа ГПСТ настъпва повреда с катастрофални последици. Необходимата скорост на газа причинява прекомерно разпенване в реактора, което в крайна сметка намалява нивото на течността под смукателната тръба, като по този начин спира циркулацията на течната и твърдата фази. Неизправност, подобна на описаната по-горе при използването на Siran®, се наблюдава и когато се използва Celiez® в качеството на материал за имобилизиране. Поради тези резултати при следващите опити за ферментация с използване на газова подемна сила се отказахме от тези два носители на базата на адсорбция. Използването на носител на базата на захващане, като например κ-карагенан, позволява системата да се зарежда с твърди частици на 40 % (об/об), като са необходими около 0,17 стандартни кубични метри на час газ (5,8 mm/s повърхностна скорост на газа) за осъществяване на флуидизирането и последващата циркулация. Положителните резултати се обясняват с работата на системата с гранули от захванати в карагенан дрождеви клетки, при които в резултат на по-ниската плътност на носителя (около 1100 kg/m3) флуидизирането е по-лесно. Също така се постига желаното подаване на твърди частици от самоагрегиращ щам LCC 3021 (със средна флокулираща способност) и LCC290 (свръхфлокулант) и използване на скорости на газа за флуидизиране приблизително 3 mm/s, които са необходими за осигуряване на циркулация. В раздел% (v / v) particulate charge) A gas velocity of 21.5 mm / s (based on suction pipe diameter) is required to achieve circulation. This higher gas velocity is not a significant problem when the test is carried out in aqueous solution, but since the liquid medium is a must of wort, damage with catastrophic effects occurs in the GSTP system. The required gas velocity causes excessive foaming in the reactor, which ultimately reduces the level of liquid under the suction pipe, thus stopping the circulation of the liquid and solid phases. A malfunction similar to the one described above when using Siran® is also observed when using Celiez® as immobilizer material. Due to these results, in the subsequent fermentation experiments using gas lift, we abandoned these two carriers on the basis of adsorption. The use of a carrier-based carrier such as κ-carrageenan allows the system to be charged with solids at 40% (v / v), requiring about 0.17 standard cubic meters per hour of gas (5.8 mm / s surface velocity of the gas) to effect fluidization and subsequent circulation. The positive results are explained by the operation of the system with carrageenan-encapsulated yeast cells, in which fluidization is easier due to the lower carrier density (about 1100 kg / m 3 ). The desired feeding of solids from the LCC 3021 (medium flocculant) and LCC290 (super flocculant) solids is also achieved, and gas velocities of approximately 3 mm / s are required to provide circulation. In the section
6.2.1 е описан по-подробно гелния носител от к-карагенан, а в раздел6.2.1 describes in more detail the g carrier of k-carrageenan and in section
6.2.2 - самоагрегиращите се флокулати от пивни дрожди LCC3021 и LCC290, които са оценявани като имобилизирани матрици за непрекъсна главна ферментация във ферментатор от типа ГПСТ с обем6.2.2 - self-aggregating beer yeast flocculates LCC3021 and LCC290, which are evaluated as immobilized continuous main fermentation matrices in a GPST-type fermenter with volume
50L.50L.
6.2.1 Гелни гранули от к-карагенан6.2.1 K-carrageenan gel pellets
Методите за имобилизиране на базата на захващане изискват включване на дрождевите клетки в матрицата преди въвеждането им във ферментационния съд. Тъй като инокулирането in-situ в реактора не беше осъществимо, беше необходимо гелните гранули да се получат преди започването на ферментацията.Все още не е ясно какъв ефект е оказал дългият период на съхраняване на гелните гранули върху инокулирането. За да се сведат до минимум потенциални негативни ефекти вследствие съхраняването на гранулите, беше решено да се произведат големи количества гелни гранули в рамките на кратък период от време (8 часа). За тази цел беше използван метода за получаване на гранули с използване на статичен смесител, описан в раздел 5.2. Идеалните гранули биха били с диаметър на частиците ((DB) между 0,8 mm and 1,4 mm и минимален коефициент на неравномерност (COV) на разпределението по размери. Необходимо е да се регулират няколко параметри при изготвянето на гранулите, за да се получи желаното количество и стабилност на гранулите. В следващия раздел е представено кратко описание на избора на параметри при получаването на гранули, а в раздел 6.2.1.2 са описани гранулите, които са използвани при опитите за непрекъсната ферментация.Capture-based immobilization methods require the incorporation of yeast cells into the matrix before being introduced into the fermentation vessel. Because in-situ inoculation in the reactor was not feasible, it was necessary to obtain the gel pellets prior to the start of fermentation. It is not yet clear what effect the long storage period of the gel pellets had on the inoculation. In order to minimize potential negative effects due to the storage of the granules, it was decided to produce large quantities of gel granules within a short period of time (8 hours). For this purpose, the granulation process using the static mixer described in section 5.2 was used. Ideal granules would have a particle diameter ((D B ) of between 0.8 mm and 1.4 mm and a minimum size distribution non-uniformity factor (COV). Several parameters need to be adjusted when preparing the granules in order to The following section provides a brief description of the choice of parameters for the preparation of the granules, and Section 6.2.1.2 describes the granules used in the continuous fermentation experiments.
6.2.1.1 Метод за производство на гранули: избор на параметри6.2.1.1 Granule production method: choice of parameters
Охарактеризираното на метода за изготвяне на гранули се предприема съвместно с други изследвания, като се придава особено значение на следните параметри на процеса: диаметър на стационарния смесител (Ds), брой на елементите на стационарния смесител (Ns), повърхностна скорост на потока от течност (Vsl) и обемCharacterized by the granulation method, it is undertaken jointly with other studies, giving particular importance to the following process parameters: stationary mixer diameter (D s ), number of stationary mixer elements (Ns), surface flow rate of fluid (Vsl) and volume
на полимерната фракция (sc). На фигури 6.12 до 6.21 са показани резултатите, получени в резултат на експериментите.of the polymer fraction (s c ). Figures 6.12 to 6.21 show the results obtained from the experiments.
На фиг. 6.12 е показано типичното разпределение по размери, което е получено при използването на статичен смесител за имобилизиране на дрожди в гел от карагенан. В този пример се използват следните параметри: диаметър на стационарния смесител 12,7 mm, брой на елементите на стационарния смесител - 60, повърхностна скорост на потока от течност 10,5 cm/s и обем на полимерната фракция - 0,25, Средният диаметър на гранулите е 701 pm с коефициент на неравномерност 45 %. Кумулативното разпределение по размери е илюстрирано на фигура 6.13, което отговаря на нормалното кумулативно разпределение по размери, изчислено чрез средната стойност на пробите и стандартното отклонение. Методът на Смирнов (Scheaffer et McClave, 1990) е използван за изпитване на нормалното състояние. Максималната разлика между експерименталните данни и подходящите за целта данни беше изчислено на 0,0274. Изменената стойност за D съответства на данните, следвайки нормално разпределение, което трябва да е под 0,895 при 95 % граница на достоверност. В нашия случай стойността на измененото D е изчислена на 0,174, което е под лимита от 0,895, и от това може да се направи заключение, че нашите показатели съответстват на едно нормално разпределение. Всички събрани данни от този метод за изготвяне на гранули показва разпределение по размери само с един пик. Ponceletet al. (1992) обаче показват появата на съпътстващи пикове и/или вторични пикове, които съответстват на гранули с диаметри, помалки от 200 цт, за апгинатни гранули, получени чрез диспергиране в съд чрез разбъркване. Възможно е по-малките гранули, получени в резултат на нашия метод, да се изгубят по време на промиването на гранулите, и следователно да не присъстват в данните за разпределението по размери.In FIG. 6.12 shows the typical size distribution obtained using a static mixer to immobilize yeast in a carrageenan gel. In this example, the following parameters are used: stationary mixer diameter 12.7 mm, number of elements of the stationary mixer - 60, surface flow rate of liquid 10.5 cm / s and volume of polymer fraction - 0.25, average diameter of the granules is 701 pm with an uneven coefficient of 45%. The cumulative size distribution is illustrated in Figure 6.13, which corresponds to the normal cumulative size distribution calculated by the mean of the samples and the standard deviation. The Smirnov method (Scheaffer et McClave, 1990) was used to test the normal state. The maximum difference between the experimental data and the relevant data was calculated to be 0.0274. The modified value for D corresponds to the data following a normal distribution, which should be below 0.895 at 95% confidence level. In our case, the value of the modified D is calculated at 0.174, which is below the limit of 0.895, and it can be concluded that our indicators correspond to a normal distribution. All the data collected from this granulation method shows a one-size-fits-all distribution. Ponceletet al. (1992), however, show the occurrence of concomitant peaks and / or secondary peaks corresponding to granules with diameters smaller than 200 µm for abginate granules obtained by dispersing in a vessel by stirring. The smaller granules resulting from our method may be lost during the washing of the granules and therefore not be present in the size distribution data.
Въздействието на повърхностната скорост на течността и диаметъра на статичния смесител върху средния диаметър на гранулите и върху коефициента на неравномерност са показани съответно на фигури 6.14 и 6.15. Средният диаметър на гранулите намалява с увеличаването на повърхностната скорост на течността и за трите размера на диаметрите на статичния смесители с по-ясно изразен ефект при статичния смесител с диаметър 12,7 mm. Гранули със среден диаметър, по-голям от 700 pm, не могат да се получат в статичните смесители с по-малък диаметър (6.4 mm и 9.5mm) при всички изпитвани скорости, докато в статичния смесител с диаметър 12,7 mm се получават гранули, по-големи от 700 pm при скорост на течността под 11 cm/s. И в трите статични смесители се получават гранули с коефициент на неравномерност между 38 % and 58 %. Вижда се също, че когато скоростта се увеличава, коефициентът на неравномерност намалява и при трите случая. Коефициентът на неравномерност се изменя с изменението на диаметъра на статичните смесители, като най-ниските стойности се получават при статичния смесител с най-малък диаметър.The effects of the surface velocity of the liquid and the diameter of the static mixer on the average diameter of the granules and on the coefficient of irregularity are shown in Figures 6.14 and 6.15 respectively. The average diameter of the granules decreases as the surface velocity of the liquid increases with all three sizes of static mixer diameters with a more pronounced effect on a static mixer with a diameter of 12.7 mm. Granules with a median diameter greater than 700 pm cannot be obtained in static mixers with a smaller diameter (6.4 mm and 9.5mm) at all velocities tested, whereas granules with a diameter of 12.7 mm are obtained granules greater than 700 pm at a fluid speed of less than 11 cm / s. All three static mixers produce granules with an irregularity ratio between 38% and 58%. It is also seen that as the velocity increases, the coefficient of irregularity decreases in all three cases. The coefficient of irregularity changes with the change in the diameter of the static mixers, the lowest values being obtained with the static mixer with the smallest diameter.
При повърхностна скорост на течността от 3.5 cm/s обемът на полимерната фракция оказва влияние върху средния диаметър на гранулите, докато при скорост над 7 cm/s няма разлики в експерименталните стойности на sc и те варират между 0,083 и 0,5 (Фигура 6.16). Вижда се, че има малък ефект или няма такъв върху коефициента на неравномерност в зависимост от обемната фракция на полимера с увеличаването на повърхностните скорости (Фигура 6.17).At a superficial fluid velocity of 3.5 cm / s, the volume of the polymer fraction influences the average diameter of the granules, whereas at velocities above 7 cm / s there are no differences in the experimental values of s c and they vary between 0.083 and 0.5 (Figure 6.16 ). It can be seen that there is little or no effect on the coefficient of irregularity depending on the volume fraction of the polymer as surface velocities increase (Figure 6.17).
Фигури 6.18 и 6.19 илюстрират въздействието на повърхностната скорост на течността и броя на елементите на статичния смесител върху средния диаметър на гранулите. При увеличаване на скоростта на течността средният диаметър на гранулите намалява при всички статични смесители с различен брой елементи (Фигура 6.18). Средният диаметър на гранулите при дадена скорост на течността е подобен при брой на елементите от 24 до 120 елемента, докато при конфигурацията от 12 елемента получените диаметри на гранулите са по-големи в сравнение с останалите пет конфигурации, фигура 6.19 показва също така, че средният диаметър на гранулите се достига при статичен смесител с минимум 24 елемента.Figures 6.18 and 6.19 illustrate the effect of the surface velocity of the liquid and the number of elements of the static mixer on the average diameter of the granules. As the fluid velocity increases, the average diameter of the granules decreases for all static mixers with different number of elements (Figure 6.18). The average diameter of the granules at a given fluid velocity is similar in number of elements from 24 to 120 elements, while in the configuration of 12 elements the obtained granule diameters are larger than the other five configurations, Figure 6.19 also shows that the average The diameter of the granules is achieved with a static mixer of at least 24 elements.
Фигура 6.20 показва въздействието на повърхностната скорост на течността върху коефициента на неравномерност за няколко статични смесители с различен брой елементи. Вижда се, че скоростта на течността не оказва влияние върху коефициента на неравномерност за всички изпитвани конфигурации. Влиянието на броя на елементите на статичния смесител върху коефициента на неравномерност е по-ясно изразен (фигура 6.21). Коефициентът на неравномерност намалява с увеличаването на елементите на статичния смесител и достига минимум 45 % при 60 и повече елемента. Тези резултати са консистентни за повърхностни скорости в границите от 3,6 cm/s до 17,8 cm/s.Figure 6.20 shows the effect of the surface velocity of the fluid on the coefficient of irregularity for several static mixers with different number of elements. The velocity of the fluid does not appear to affect the non-uniformity coefficient for all tested configurations. The influence of the number of static mixer elements on the coefficient of irregularity is more pronounced (Figure 6.21). The coefficient of irregularity decreases with the increase of the elements of the static mixer and reaches a minimum of 45% for 60 or more elements. These results are consistent for surface velocities ranging from 3.6 cm / s to 17.8 cm / s.
Може да се предположи, че едно увеличение на диаметъра (Dj) на статичния смесител ще създаде хетерогенност на силата на срязване в смесителя, което ще доведе до увеличаване на размерната дисперсност, което се измерва чрез коефициента на неравномерност. Едновременно с това, увеличаването на Ds би намалилоIt can be assumed that an increase in the diameter (Dj) of the static mixer will create a heterogeneity of shear force in the mixer, leading to an increase in dimensional dispersion, which is measured by the coefficient of non-uniformity. At the same time, an increase in D s would decrease
интензивността на силата на срязване, като с това ще се увеличи средният диаметър на гранулите. Тези два ефекта се наблюдават при провеждането на експерименти със статичния смесител с най-малкия размер, с който се получават гранули с най-малък среден диаметър (400 pm - 500 pm) и най-малкия коефициент на неравномерност (приблизително 40 %) или най-малката размерна дисперсност.the intensity of the shear force, thereby increasing the average diameter of the granules. These two effects are observed when conducting experiments with the smallest size static mixer to produce the smallest medium diameter (400 pm - 500 pm) granules and the smallest non-uniformity ratio (approximately 40%) or the most the smaller dimensional dispersion.
Необходимата енергия за получаване на емулсия е пропорционална на площта на разделителната повърхност между полимера и маслената фаза. При по-малки размери на гранулите се изисква по-голяма енергия за образуване на емулсия. Berkman иThe energy required to produce an emulsion is proportional to the area of the separation surface between the polymer and the oil phase. With smaller granule sizes, more energy is required to form an emulsion. Berkman and
Calabrese (1988) са посочили, че увеличаването на средната повърхностна скорост (Vs) на течността води до увеличаване на енергията на разсейване на единица маса от флуида, като по този начин се благоприятства намаляването на размера на гранулите. Увеличаването на средната повърхностна скорост на течността (изпитвана между 3.6 cm/s и 17.8cm/s) води до намаляване на средния размер на гранулите. Такава скорост увеличава разликата в налягането между входящия и изходящия отвор на статичния смесител. Разликата в налягането е пропорционална на енергията на разсейване на единица маса от течността. Поради това с увеличаване на скоростта се увеличава и енергията на разсейване в системата, което благоприятства намаляването на размера на гранулите. Намаляването на диаметъра на гранулите DB се наблюдава с увеличаването на повърхностните скорости на течността.Та\л/ее1 и Walker (1983) са показали, че се установява динамично равновесие между формирането на гранули и коалесценцията между гранулите при големите скорости, които отговарят на значителни турбулентни нива. За константни стойности на диаметъра (Ds) на статични смесители и броя на елементите (Ns) повърхностната скорост има малък ефект върху коефициента на неравномерност. Поради това скоростта е параметър, който позволява управление и избор на средния диаметър на гранулите, без да се модифицира съществено размерната дисперсия.Calabrese (1988) stated that an increase in the average surface velocity (V s ) of the fluid leads to an increase in the scattering energy per unit mass of the fluid, thus favoring a reduction in the size of the granules. An increase in the average surface velocity of the liquid (tested between 3.6 cm / s and 17.8 cm / s) results in a decrease in the average size of the granules. Such speed increases the pressure difference between the inlet and outlet openings of the static mixer. The pressure difference is proportional to the dissipation energy per unit mass of the liquid. Therefore, as the velocity increases, the scattering energy in the system increases, which favors the reduction of the granule size. The decrease in the diameter of the granules D B is observed with the increase of the surface velocities of the fluid. Thus, Walker (1983) showed that a dynamic equilibrium is formed between the formation of granules and the coalescence between the granules at high velocities corresponding to significant turbulent levels. For constant values of the diameter (D s ) of static mixers and the number of elements (N s ), the surface velocity has little effect on the coefficient of irregularity. Therefore, velocity is a parameter that allows the management and selection of the average diameter of the granules without substantially modifying the size dispersion.
В обхвата на това изследване е установено, че обемната гелна фракция от карагенан (ес) има малък ефект върху средния диаметър на гранулите или върху коефициента на неравномерност с изключение на най-ниската изпитвана скорост от 3,6cm/s, при която средният диаметър на гранулите намалява с намаляването на (sc). Audet и Lacroix (1989) изследват този параметър при производството на гранули от карагенан в двуфазна дисперсна система (съд с разбъркване и периодично действие, не се използва статичен смесител с непрекъснато действие) и те правят заключение, че ес не оказваThe scope of this study found that the bulk gel fraction of carrageenan (e c ) had little effect on the average diameter of the granules or on the coefficient of irregularity, except for the lowest velocity tested at 3.6 cm / s, at which the average diameter of the granules decreases with decreasing (s c ). Audet and Lacroix (1989) studied this parameter for the production of granules of carrageenan in a two-phase dispersion system (vessel with stirring and periodic action, do not use a static mixer with continuous operation) and they concluded that has not proved
влияние върху средния диаметър на гранулите при полимерен разтвор с концентрация на карагенан 3 % (тегл/об). Конкретният ефект от концентрацията на гела от κ-карагенан върху разпределението по размери на гранулите е изпитан от Audet и Lacroix (1989), които посочват, че този параметър оказва силно влияние върху разпределението по размери. Увеличаването на концентрацията на гела води до увеличаване на средния диаметър на гранулите (DB) и коефициента на неравномерност (COV). Посоченият ефект се обяснява с увеличаване на вискозитета на гела при по-високите концентрации, което има за резултат по-малки сили на срязване в емулсията, а с това и по-големи гранули. Въпреки че влиянието на концентрацията на гела върху размера на гранулите не е изследвана в тези тезиси, биха могли да се използват други средства за регулиране на размера на гранулите, ако това е необходимо.influence on the average diameter of the granules in a polymer solution with a carrageenan concentration of 3% (w / v). The specific effect of the concentration of the κ-carrageenan gel on the size distribution of the granules was tested by Audet and Lacroix (1989), who indicated that this parameter had a strong influence on the size distribution. Increasing the gel concentration leads to an increase in the average diameter of the granules (D B ) and the coefficient of irregularity (COV). This effect is explained by increasing the viscosity of the gel at higher concentrations, which results in smaller shear forces in the emulsion, and thus larger granules. Although the effect of gel concentration on the size of the granules has not been investigated in these abstracts, other means of adjusting the granule size could be used if necessary.
При увеличаване на броя на елементите (Ns) се увеличава средното време на престой на флуида в статичния смесител, в резултат на което се постига по-хомогенна смес, а с това и образуване на помалки и по-добре диспергирани гранули. При експерименталната работа равновесно състояние в дисперсията (измервано чрез коефициента на неравномерност) се достига при около 60 до 72 елемента. Middleman (1974) посочва, че 10 елемента са достатъчни за постигане на равновесно състояние при емулсия с нисък вискозитет (0,6 to 1,0 cP). Разтворът на карагенан, използван при тези експерименти [3 % (тегл/об)] има среден вискозитет 200 cP, а вискозитетът на маслото е 25 cP. В резултат този по-висок вискозитет изисква по-дълго време за престой в смесителя, за да се постигне псевдо -хомогенност.As the number of elements (Ns) increases, the average residence time of the fluid in the static mixer increases, resulting in a more homogeneous mixture and thus the formation of smaller and more dispersed granules. In the experimental work, the equilibrium state in the dispersion (measured by the coefficient of non-uniformity) is reached at about 60 to 72 elements. Middleman (1974) points out that 10 elements are sufficient to achieve equilibrium at low viscosity emulsions (0.6 to 1.0 cP). The carrageenan solution used in these experiments [3% (w / v)] has an average viscosity of 200 cP and the oil viscosity is 25 cP. As a result, this higher viscosity requires a longer residence time in the mixer to achieve pseudo-homogeneity.
Фигура 6.12 Разпределение по размери на гранули, получени при използването на статичен смесител. Технологичните параметри в този експеримент са: = 12,7 mm, Ny = 60, νςι = 10,5 cm/s иFigure 6.12 Size distribution of granules obtained using a static mixer. The technological parameters in this experiment are: = 12.7 mm, N y = 60, ν ςι = 10.5 cm / s, and
CC= 0,25.CC = 0.25.
♦ Експериментални данни O Стандартно разпределение♦ Experimental data O Standard distribution
Фигура 6.13 Кумулативно разпределение по размери на гранули, получени при използването на статичен смесител. Технологичните параметри в този експеримент са: Dj = 12,7 mm, N; = 60, =Figure 6.13 Cumulative size distribution of granules obtained using a static mixer. The technological parameters in this experiment are: Dj = 12.7 mm, N; = 60, =
10,5 cm/s и £c = 0,25.10.5 cm / s and £ c = 0.25.
• Ds=12.7 bDs=9.5 ±Ds=6.4• Ds = 12.7 bDs = 9.5 ± Ds = 6.4
Фигура 6.14 Повърхностна скорост на течността (cm/s) в зависимост от средния диаметър на гранулите (ргп). Направена е оценка на три различни статични смесители (D 12,7 mm, 9,5 mm и 6,4 mm). Броят на елементите на статичните смесители (М^) е постоянна величина 48, а полимерната фракция (£е ) се поддържа на стойност 0,25.Figure 6.14 Surface fluid velocity (cm / s) depending on the average diameter of the granules (pgp). Three different static mixers (D 12.7 mm, 9.5 mm and 6.4 mm) were evaluated. The number of elements of the static mixers (M ^) is constant 48 and the polymer fraction (£ e ) is maintained at 0.25.
(0(0
• Ds=12.7 Ds=9.5 ▲ Ds=8.4• Ds = 12.7 Ds = 9.5 ▲ Ds = 8.4
Фигура 6.15 Повърхностна скорост на течността (cm/s) в зависимост от коефициента на неравномерност на диаметъра на гранулите (%). Направена е оценка на три различни статични смесители (Ds- 12,7 mm, 9,5 mm и 6,4 mm). Броят на елементите на статичните смесители (Ns) е постоянна величина - 48, а полимерната фракция (Ес ) се поддържа на стойност 0,25.Figure 6.15 Surface velocity of the fluid (cm / s) depending on the coefficient of irregularity of the diameter of the granules (%). Three different static mixers (D s - 12.7 mm, 9.5 mm and 6.4 mm) were evaluated. The number of elements of the static mixers (N s ) is constant - 48, and the polymer fraction (E s ) is maintained at 0.25.
100100
♦ ε=0.5 ε=0.25 1 ε =0.125 · 8=0.083♦ ε = 0.5 ε = 0.25 1 ε = 0.125 · 8 = 0.083
Фигура 6.16 Повърхностна скорост на течността (cm/s) в зависимост от средния диаметър на гранулите (pm) Направена е оценкана четири полимерни фракции ( £с = 0,5, 0,25, 0,125 и 0,083). Броят на елементите на статичните смесители (Ν<) е постоянна величина - 48, и диаметърът на статичните смесители (Dr) е 12,7 mm.Figure 6.16 Surface velocity of the liquid (cm / s) depending on the average diameter of the granules (pm) Four polymer fractions (£ c = 0.5, 0.25, 0.125 and 0.083) were estimated. The number of elements of static mixers (Ν <) is constant - 48, and the diameter of static mixers (Dr) is 12.7 mm.
(8(8
♦ 8=0.5 ε=0.25 1ε=ύ.125 · 8=0.083 фигура 6.17 Повърхностна скорост на течността (cm/s) в зависимост от коефициента на неравномерност на диаметъра на гранулите (%).Направена е оценка на четири полимерни фракции ( = 0,5, 0,25, 0,125 и 0,083).♦ 8 = 0.5 ε = 0.25 1ε = ύ.125 · 8 = 0.083 Figure 6.17 Surface velocity of the liquid (cm / s) depending on the coefficient of irregularity of the diameter of the granules (%) An estimate of four polymer fractions (= 0.5, 0.25, 0.125 and 0.083).
Броят на елементите на статичните смесители (Ν?) е постоянна величина 48, а диаметърът на статичните смесители (D>) е 12,7 mm.The number of elements of the static mixers (Ν ? ) Is constant 48 and the diameter of the static mixers (D>) is 12.7 mm.
101101
♦ Ns=12 hls=24 A Ns=48 Δ Ns-60 □ Ns=72 · Ns=120♦ Ns = 12 hls = 24 A Ns = 48 Δ Ns-60 □ Ns = 72 · Ns = 120
Фигура 6.18 Повърхностна скорост на течността (cm/s) в зависимост от диаметъра на гранулите (pm). Броят на елементите на статичните смесители (N5) се изменя на 12, 24, 48, 60, 72 и 120 броя. Полимерната фракция се поддържа константна - 0,25, а диаметърът (Ds) на статичните смесители е 12,7 mm.Figure 6.18 Surface fluid velocity (cm / s) depending on the diameter of the granules (pm). The number of static mixer elements (N5) is changed to 12, 24, 48, 60, 72 and 120. The polymer fraction was kept constant - 0.25 and the diameter (D s ) of static mixers was 12.7 mm.
♦ №=12 Ns=24 A №=48 Δ №=60 □ №=72 · №=120♦ No. = 12 Ns = 24 A No. = 48 Δ No. = 60 □ No. = 72 · No. = 120
Фигура 6.19 Повърхностна скорост на течността (cm/s) в зависимост от коефициента на неравномерност на диаметъра на гранулите (pm). Броят на елементите на статичните смесители (N$) се изменя на 12, 24, 48, 60, 72 и 120 броя. Полимерната фракция (£.-) се поддържа константна 0,25, а диаметърът (Ds) на статичните смесители е 12,7 mm.Figure 6.19 Surface velocity of the fluid (cm / s) depending on the coefficient of irregularity of the diameter of the granules (pm). The number of static mixer elements (N $) changes to 12, 24, 48, 60, 72 and 120. The polymer fraction (£ .-) is kept constant 0.25 and the diameter (D s ) of static mixers is 12.7 mm.
102102
♦VS 1.=3.6 hVSL-7.0 aVSL=10.6 >V6L=13.2 dVSL=17.8♦ VS 1. = 3.6 hVSL-7.0 aVSL = 10.6> V6L = 13.2 dVSL = 17.8
Фигура 6.20 Среден диаметър на гранулите (pm) в зависимост от броя на елементите на статичните смесители (Ν$). Повърхностна скорост на течността (cm/s) се изменя на 3,6, 7,0, 10,6, 13,2 и 17,8. Полимерната фракция (£β) се поддържа константна - 0,25, а диаметърът (D$) на статичните смесители е 12,7 mm.Figure 6.20 Average diameter of the granules (pm) depending on the number of static mixer elements (Ν $). The surface velocity of the fluid (cm / s) changed to 3.6, 7.0, 10.6, 13.2 and 17.8. The polymer fraction (£ β ) is kept constant - 0.25 and the diameter (D $) of static mixers is 12.7 mm.
Фигура 6.21 Коефициент на неравномерност на диаметъра на гранулите (%) в зависимост от броя на елементите на статичните смесители (N$). Повърхностна скорост на течността (cm/s) се изменя на 3,6 и 17,8. Полимерната фракция (fc) се поддържа константна - 0,25, а диаметърът (D^) на статичните смесители е 12,7 mm.Figure 6.21 Coefficient of irregularity of the diameter of the granules (%) depending on the number of elements of the static mixers (N $). The surface velocity of the fluid (cm / s) changes to 3.6 and 17.8. The polymer fraction (f c ) is kept constant - 0.25 and the diameter (D ^) of static mixers is 12.7 mm.
103103
6.2.1.2 Метод за производство на гранули: характеристики на гранулите от к-карагенан6.2.1.2. Granule production method: characteristics of k-carrageenan granules
От представените в предидущия раздел данни е възможно да се направи избор на параметрите на процеса за производство на гранули с оглед получаване на гранули с желани характеристики за провеждане на ферментационните опити. За свеждане на коефициента на неравномерност до минимална стойност за конкретен диаметър на статичния смесител са избрани 60 смесителни елемента за получаване на дисперсия масло/гел.From the data presented in the previous section, it is possible to select the parameters of the granule production process in order to obtain granules with desirable characteristics for fermentation experiments. To reduce the unevenness factor to the minimum value for a specific diameter of the static mixer, 60 mixing elements were selected to obtain an oil / gel dispersion.
Избрани са гранули със среден диаметър приблизително един mm, за да се сведе до минимум външния пренос на маса и за да се улесни сепарацията от ферментиращата течност чрез механични средства. За постигане на това е изпитан най-големият стационарен смесител (12.7 mm) и е избрана най-ниската изпитвана скорост (3,6 cm/s). Тъй като полимерната фракция оказва малък ефект върху коефициента на неравномерност, беше използвано съотношение на гел към масло 50/50 (ε = 0.5), за да се увеличи производителността до възможния максимум.Granules with an average diameter of approximately one mm were selected to minimize the external mass transfer and to facilitate separation of the fermenting liquid by mechanical means. To achieve this, the largest stationary mixer (12.7 mm) was tested and the lowest test speed (3.6 cm / s) was selected. Because the polymer fraction had little effect on the coefficient of irregularity, a gel / oil ratio of 50/50 (ε = 0.5) was used to maximize productivity to the maximum possible.
В лабораторията бяха произведени няколко партиди гелни гранули от захванати дрожди LCC3021, като за целта е използван методът, описан в раздел 5.2, със следните параметри: D = 12,7 mm, Ns = 60, VSL = 3,9 cm/s и ε0 = 0,5. Получените гранули (ФИГ. 11) преминават през серия от сита, за да се отстранят гранулите с диаметър, по-голям от 2,0 mm и по-малък от 0.5 mm. Разпределението по размери на получените частици е представено на Фигура 6.23. Фигура 6.24 илюстрира кумулативното разпределение по размери на тези гранули. Това е типично разпределение, което се използва при всичките опити на ферментация в реактори с газова подемна сила и обем 50 L.Several batches of LCC3021 clustered yeast gel pellets were produced in the laboratory using the method described in section 5.2 with the following parameters: D = 12.7 mm, Ns = 60, V SL = 3.9 cm / s and ε 0 = 0.5. The resulting granules (FIG. 11) were passed through a series of sieves to remove granules with a diameter greater than 2.0 mm and less than 0.5 mm. The particle size distribution of the obtained particles is presented in Figure 6.23. Figure 6.24 illustrates the cumulative size distribution of these granules. This is a typical distribution that is used in all fermentation trials in 50 L gas-filled reactors.
104104
Фигура 6.23 Разпределение по размери на гелни гранули от к-карагенан в опитите за непрекъсната ферментация в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба.Figure 6.23 Size distribution of k-carrageenan gel pellets in continuous fermentation experiments in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube.
105 ф105 f
Фигура 6.24 Кумулативно разпределение по размери на гелни гранули от к-карагенан в опитите за непрекъсната ферментация в 50-L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба.Figure 6.24 Cumulative size distribution of k-carrageenan gel pellets in continuous fermentation experiments in a 50-L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube.
106106
6.2.1.3 Оптимизиране на метода за получаване на гранули с оглед използването му в промишлен мащаб6.2.1.3 Optimizing the granule production method for industrial use
Изследван е и е осъществен в експериментален мащаб метод за производство на 10 L гранули на час с помощта на статичен смесител. Няколко аспекта на този процес изискват по-нататъшни изследвания и/или оптимизиране преди да се счита, че може да се използва в промишлен мащаб. Необходимо е да се увеличи обемната производителност, за да може експерименталният биореактор да се зареди с определения обем имобилизирани клетки. Например за биореактор от типа ГПСТ с вместимост 2000 hL са необходими приблизително 800 hL гранули. За да се осигурят тези обеми, е необходимо да се увеличат потоците от гел и масло. Данните подсказват, че увеличената скорост при използването на статични смесители с диаметри от 6,4 mm до 12,7 mm ще доведе до формирането на твърде малки гранули, които да се използват във ферментационната система. От това следва, че е необходимо да се увеличи диаметърът на статичния смесител, като по този начин се увеличи и средният диаметър на гранулите. Но използването на статичен смесител с по-голям диаметър ще увеличи също и размерната дисперсност на гранулите, като по този начин ще е по-голям процентът на гранулите извън желания обхват.A method for producing 10 L granules per hour using a static mixer has been investigated and experimentally scaled. Several aspects of this process require further research and / or optimization before being considered commercially viable. It is necessary to increase the volume capacity in order for the experimental bioreactor to be loaded with the specified volume of immobilized cells. For example, for a 2000 hL GPST type bioreactor, approximately 800 hL granules are required. In order to provide these volumes, it is necessary to increase the flow of gel and oil. The data suggest that the increased speed when using static mixers with diameters from 6.4 mm to 12.7 mm will lead to the formation of too small granules to be used in the fermentation system. It follows that it is necessary to increase the diameter of the static mixer, thereby increasing the average diameter of the granules. However, the use of a larger diameter static mixer will also increase the granularity of the granules, thereby increasing the percentage of granules beyond the desired range.
Друга алтернатива е реализирането на системата, използвайки статични смесители със среден размер (12,7 mm), свързани паралелно. Със система от десет статични смесители производителността евентуално ще достигне 100 L/h. За 2000 hL за промишлено изпълнение процесът трябва да се осъществява непрекъснато за 800 часа или приблизително 34 дни, за да се произведе необходимия обем от гранули. Могат да се използват няколко системи, за да се намали производственото време, но това би довело до други усложнения. Производственото време би могло да стане по-кратко, ако бешеAnother alternative is to implement the system using medium-sized static mixers (12.7 mm) connected in parallel. With a system of ten static mixers, the output will eventually reach 100 L / h. For 2000 hL for industrial implementation, the process must be carried out continuously for 800 hours, or approximately 34 days, to produce the required volume of granules. Several systems may be used to reduce production time, but this would lead to other complications. Production time could have been shorter if it had been
107 възможно гранулите да се съхраняват за по-голям период от време, при което да се запази жизнеспособността. Това е възможно, ако би могъл да се изследва процесът, свързан със сушенето на гранулите или съхраняването на гранулите във вакуумен контейнер.107 granules may be stored for a longer period of time, while maintaining viability. This is possible if the process involved in drying the granules or storing the granules in a vacuum container could be investigated.
Poncelet и сътрудници (1993) са публикували работа, в която би трябвало да се вземе под внимание видът на статичния смесител, използван за получаването на дисперсията. С тази предлагана система, като се използва друг тип статичен смесител, за разлика от този на Kenics, използван в настоящото изследване, би било възможно да се употребява смесител с по-голям диаметър, без да се компроментира разпределението по размери на гранулите (поддържайки нисък коефициент на неравномерност).Poncelet et al. (1993) have published a paper which should take into account the type of static mixer used to obtain the dispersion. With this proposed system, using a different type of static mixer, unlike the Kenics used in this study, it would be possible to use a larger diameter mixer without compromising the size distribution of the granules (maintaining a low uneven coefficient).
Допълнителни проблеми при съществуващия експериментален процес са свързани с работата на системата при температура 40°С и използването на растително масло и разтвор на калиев хлорид за производството на гранули. Поради високата температура на производствения процес са необходими както нагряваща, така и охлаждаща система. Възможният термичен шок, на който са подложени дрождевите клетки, изискват допълнителни изследвания, за да може да се направи оценка за възможни негативни последици. В тази разработка са получени гранули с имобилизирани клетки с висока жизнеспособност на дрождите (над 90 %), но не са изследвани други въздействия върху популацията на дрождите, които могат да са следствие от процеса.Additional problems with the existing experimental process are related to the operation of the system at 40 ° C and the use of vegetable oil and potassium chloride solution for the production of granules. Due to the high temperature of the production process, both heating and cooling systems are required. The possible thermal shock to which the yeast cells are subjected requires further studies to evaluate possible adverse effects. In this study, granules with immobilized cells with high yeast viability (over 90%) were obtained, but no other effects on the yeast population that could be due to the process were investigated.
Тъй като се използва масло за получаването на желаната емулсия и последващо образуване на гранули, а маслото действа като повърхностно активно вещество и с това задържа пенообразуването, има остатъци от масло върху повърхността на гранулите. Въпреки че тези остатъци биха оказали помощ през ферментационния стадий, всякакви остатъци, пренесени в крайния продукт от пиво, биха билиAs oil is used to produce the desired emulsion and subsequent granule formation, and the oil acts as a surfactant and thus retains the foaming, there is oil residue on the surface of the granules. Although these residues would be of help during the fermentation stage, any residues carried into the finished beer product would be
108 вредни, тъй като пяната е желана в крайния продукт. Големи обеми от разтвор на калиев хлорид, използван за отделяне на твърдата фаза (гранулите) от маслото и методът за отделяне на този солен разтвор от гранулите преди въвеждането им в биореактора изисква внимание. В противен случай може би е необходимо да се очисти този разтвор от реактора, след което в него да се заредят гранулите.108 harmful as foam is desired in the final product. Large volumes of potassium chloride solution used to separate the solid phase (granules) from the oil and the method of separating this saline solution from the granules prior to their introduction into the bioreactor requires attention. Otherwise, it may be necessary to clean this solution from the reactor and then load the granules into it.
Тъй като гранулите с имобилизирани клетки се произвеждат извън реактора, по време на образуването на гранули се прилагат стерилизации и се поддържа стерилност до въвеждането на гранулите в биореактора. В различни точки по пътя на пренасянето на гранулите между резервоарите се създава възможност за тяхното замърсяване, което изисква постоянно наблюдение, тъй като присъствието на замърсители може да има за резултат ко-имобилизирането им в гранулите. В резултат на старанието в лабораторията беше възможно да се произведат стерилни гранули. Но околната среда, в която е разположена инсталацията, може да не е подходяща в сравнение с лабораторните условия, поради което се изисква по-голям стриктен контрол.As the granules with immobilized cells are produced outside the reactor, sterilizations are applied during the formation of the granules and sterility is maintained until the granules are introduced into the bioreactor. At different points in the path of transfer of the granules between the tanks, the possibility of their contamination is created, which requires constant monitoring, since the presence of pollutants can result in their co-immobilization in the granules. As a result of diligence in the laboratory, it was possible to produce sterile granules. However, the environment in which the installation is located may not be appropriate in comparison to the laboratory conditions, which requires more strict controls.
6.2.2 флокулиращи дрождеви клетки6.2.2 flocculating yeast cells
Една от най-естествените форми за имобилизиране е самоагрегиране на микроорганизмите в агрегати от клетки. Calleja и Johnson (1977) имат предположения затри причини клетките да контактуват една с друга и да образуват агрегати с всички характерни за това свързващи свойства. Първото включва клетки от различен пол, които се притеглят един към друг чрез освобождаване на феромони (□ и а-фактори). Този вид свързване е временно и представлява връзка протеин-протеин между □ и а-аглутинини, закрепени за стените на клетките.One of the most natural forms of immobilization is the self-assembly of microorganisms into aggregates of cells. Calleja and Johnson (1977) have suggested that the cells cause contact with each other and form aggregates with all their binding properties. The first involves cells of different sexes that are attracted to each other by releasing pheromones (□ and α-factors). This type of binding is temporary and is a protein-protein bond between □ and α-agglutinins attached to the cell walls.
Клетките могат също така да се групират, като не се отделят от матерните клетки по време на пъпкуването. Това неотделяне може да еThe cells can also be grouped, not separating from the mother cells during budding. This inseparability may be
109 присъщо на конкретен вид дрождев щам или може да е причинено от изчерпване на хранителна среда, или мутиране на определен брой гени. Това явление се отнася до образуване на вериги, а не към флокулация. Връзките между тези клетки могат необратимо да се разкъсат чрез механично срязване (Stratford, 1996). Stewart и Russell (1981) са дефинирали флокулирането като обратимо “явление, при което дрождевите клетки прилепват и образуват по-едри частици и или седиментират бързо от средата, в която са суспендирали, или се издигат на повърхността на средата”. Много факти доказват, че флокулирането е генетично контролируемо и механизмът на флокулирането се базира на избрани молекули, които действат като мостове между стените на разположени една до друга клетки. Поконкретно, счита се, че отделни лектини се свързват към D-манани на допиращите се клетки в присъствие на Са2+ йони (Calleja and Johnson, 1977). Установено е, че тази връзка протеин/въглехидрат може обратимо да се инхибира чрез желиращи агенти или чрез конкретни захари.109 specific to a particular yeast strain or may be caused by depletion of the culture medium or mutation of a number of genes. This phenomenon is about chain formation, not flocculation. The connections between these cells can be irreversibly broken by mechanical shearing (Stratford, 1996). Stewart and Russell (1981) defined flocculation as a reversible "phenomenon whereby the yeast cells adhere and form larger particles and either sediment rapidly from the medium in which they are suspended or rise to the surface of the medium." Many facts prove that flocculation is genetically controlled and that the mechanism of flocculation is based on selected molecules that act as bridges between walls of adjacent cells. Specifically, individual lectins are thought to bind to the D-mannans of the contacting cells in the presence of Ca 2+ ions (Calleja and Johnson, 1977). It has been found that this protein / carbohydrate bond can be reversibly inhibited by gelling agents or by specific sugars.
На ФИГ. 12 са показани три възможни конфигурации на дрождеви клетки, а именно нефлокуриращи дрожди, образуващи вериги дрожди и флокуриращи дрожди. В случая на дрожди, образуващиIn FIG. 12 shows three possible configurations of yeast cells, namely non-flocculating yeast forming yeast chains and flocculating yeast. In the case of yeast-forming yeasts
Q вериги, въпреки че клетките са се групирали, не се счита, че това е вид флокулация, тъй като тези клетки преди всичко никога не са единични, а флокулирането предполага единични клетки, които заедно образуват множество поради благоприятна околна среда (Са2+ йони и ниско ниво на инхибиращи захари). При флокулиращите клетки конкретният размер на блоковете може да зависи от генетиката на клетките, както и от хидродинамичните условия, на които е изложена клетката (среда на срязване).Q chains, although the cells clustered, are not considered to be a type of flocculation, since these cells are, above all, never single, and flocculation suggests single cells that together form multiple due to a favorable environment (Ca 2+ ions and low levels of inhibiting sugars). For flocculating cells, the specific size of the blocks may depend on the genetics of the cells as well as on the hydrodynamic conditions to which the cell is exposed (shear medium).
На ФИГ. 13 и ФИГ. 14 са показани два вида щам дрожди на Labatt за леко пиво с различна степен на флокулиране. Щамът дрождиIn FIG. 13 and FIG. 14 show two types of Labatt yeast strain for light beer with different flocculation rates. Yeast strain
110110
LCC3021 със средна степен на флокулиране е представен на ФИГ. 13. В присъствие на калциеви йони този щам образува групи с размери от 0,5 mm to 1,0 mm, ако от течната среда е била изчерпана глюкозата. На ФИГ. 14 е показано изображението на свръхфлокулиращ щам дрожди LCC290, който образува блокове с размери, по-дълги от 1 mm и при ниска среда на срязване агрегира до групи с диаметър до 5 mm. При условия на умерено разбъркване диаметърът на частиците на флокулати от LCC290 е между 1 и 2 mm. Предложени са няколко метода за определяне размерите при флокулирането на дрождите (Speers & Ritcey, 1995; Akiyama-Jibiki et al., 1997; Teixera et al, 1991 ; Stewart & Russell, 2000). B Brewer's Yeast (Stewart & Russell, 2000) е предложено методите за определяне флокулацията на дрожгдите да се сведе до три категории, а именно седиментационни методи, методи на стационарна ферментация и директно наблюдение на образуването на флокулати в средата, в която се извършва растежа..Medium flocculation LCC3021 is presented in FIG. 13. In the presence of calcium ions, this strain forms groups of 0.5 mm to 1.0 mm in size if glucose has been depleted from the liquid medium. In FIG. 14 shows the image of the LCC290 superflocculent yeast strain, which forms blocks larger than 1 mm in size and aggregates to groups up to 5 mm in diameter with low shear. Under moderate agitation conditions, the particle diameter of the LCC290 flocculates is between 1 and 2 mm. Several methods for determining the size of yeast flocculation have been proposed (Speers & Ritcey, 1995; Akiyama-Jibiki et al., 1997; Teixera et al, 1991; Stewart & Russell, 2000). B Brewer's Yeast (Stewart & Russell, 2000) suggested that methods for determining yeast flocculation be reduced to three categories, namely sedimentation methods, stationary fermentation methods, and direct monitoring of flocculation formation in the growth medium. .
Седиментационните методи най-напред са описани от Burns през 1937 г. и са видоизменени от Helm и сътрудници през 1953 г. Понастоящем те са част от стандартните методи за анализ и са признати от Technical Committee и Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992). Този метод се отнася към in vitro методите, тъй като характеристиките на утаяването на дрождите се определят в буфер от калциев сулфат, а не в действителна ферментационна среда. Методът на стационарна ферментация включва растеж на дрождите в охмелена пивна мъст, като флокулационните характеристики се измерват in vivo. И двата метода включват измерване на абсорбцията на проби от утаени дрожди в сравнение с проби от дрожди, които са били дефлокулирани, като за целта се използва спектрофотометър UV във видимата част на спектъра. Stewart и Russell (2000) представят метод за измерване на флокулацията на дрожди чрез визуално описване на степента на флокулация, която сеThe sedimentation methods were first described by Burns in 1937 and modified by Helm et al in 1953. They are currently part of the standard methods of analysis and are recognized by the Technical Committee and the Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists ( 1992). This method refers to in vitro methods because the precipitation characteristics of the yeast are determined in calcium sulfate buffer and not in the actual fermentation medium. The stationary fermentation method involves the growth of yeast in hops and the flocculation characteristics are measured in vivo. Both methods involve measuring the absorption of sedimented yeast samples compared to deflocculated yeast samples using a UV spectrophotometer in the visible part of the spectrum. Stewart and Russell (2000) present a method for measuring yeast flocculation by visually describing the degree of flocculation
Ill наблюдава в проби при растеж на дрожди в стъклени бутилки, затворени със завинтващи се капачки. За да се изрази степента на флокулация, те използват субективни мерки. Например: 5 - много силен флокулант, 4 - силен флокулант, 3 - умерено силен флокулант, 2 - слаб флокулант, 1 - лош флокулант и 0 - нефлокулант. Свръхфлокулиращият щам дрожди LCC290 е получил характеристика 4 - силен флокулант, докато щам дрожди LCC3021 е класиран с оценка 3 - умерен флокулант.Ill observed in yeast growth specimens in glass bottles closed with screw caps. They use subjective measures to express the degree of flocculation. For example: 5 - very strong flocculant, 4 - strong flocculant, 3 - moderately strong flocculant, 2 - weak flocculant, 1 - poor flocculant and 0 - non-flocculant. The over-flocculating yeast strain LCC290 received the characteristic 4-strong flocculant, while the yeast strain LCC3021 was rated 3-moderate flocculant.
флокулиращата способност е важна характеристика в пивоварната промишленост, тъй като тенденцията за използване на ф природни дрожди, които или се утаяват, или изплуват на повърхността, често се използва като метод за сепарация на тези дрожди от ферментационната течност. Но щам дрожди, който флокулира преди ферментацията да е завършила, е нежелателен, тъй като течността няма да достигне идеалното алкохолно съдържание и нивото на остатъчната захар. При непрекъснатата ферментация и в частност непрекъсната ферментация в биореактор, снабден със смукателна тръба, и с използване на газова подемна сила флокулиращите дрожди действат j като имобилизирана матрица. Техният стремеж към утаяване се ! компенсира чрез инжектирането на разпръскващ се газ, които гиflocculation ability is an important feature in the brewing industry, as the tendency to use natural yeast that either settles or floats is often used as a method of separating these yeasts from the fermentation fluid. But the yeast strain that floats before fermentation is complete is undesirable since the liquid will not reach the ideal alcohol content and residual sugar level. In continuous fermentation, and in particular continuous fermentation in a bioreactor equipped with a suction tube, and using gas lift, the flocculating yeast acts as an immobilized matrix. Their desire to settle down! compensated by injecting the spray gas which
О поддържа в суспендирано състояние. При такава система опасността от недоферментиране на течната среда се елиминира, тъй като * твърдите частици непрекъснато циркулират и се поддържат в интимен контакт с ферментиращата течност.O maintained in suspended state. In such a system, the risk of under-fermentation of the liquid medium is eliminated, since the solids are constantly circulated and maintained in intimate contact with the fermenting liquid.
В раздел 6.2.2.1 е дадена характеристика на параметрите на утаяване и ферментационните показатели на свръхфлокулиращите дрожди LCC290. Интересът е към идентифициране на началото на j флокулацията за този конкретен щам дрожди. В допълнение към това, | се определя скоростта на утаяване на дрождите, за да се осигури ценна jSection 6.2.2.1 describes the precipitation parameters and fermentation indices of the LCC290 superfluous yeast. The interest is in identifying the onset of j flocculation for this particular yeast strain. In addition, the rate of sedimentation of the yeast is determined to provide valuable j
112 информация, която би могла да се използва в бъдеще за конструиране на резервоари за утаяване.112 information that could be used in the future to construct sedimentation tanks.
6.2.2.1 Характеристика на свръхфлокулиращите дрожди LCC2906.2.2.1 Characterization of LCC290 over-flocculent yeast
Преди провеждането на непрекъсната ферментация със свръхфлокулиращи дрожди LCC290 в биореактор от типа ГПСТ беше решено да се направи характеристика на дрождите в лабораторен мащаб - ферментация в колба с разклащане. На фигура 6.28 е показано развитието на популацията на дрождите в зависимост от времето. Както се очакваше, концентрацията рязко се увеличава през първите 48 часа, когато има достатъчно хранителна среда и присъствие на кислород в пивната мъст, за да се осигури растежа на дрождите. Но когато дрождите продължават да консумират въглехидрати в отсъствие на въздух, те не се репродуцират и навлизат в анаеробната фаза на ферментация. След като захранването с въглехидрати свърши, малки популации от дрожди започват да измират. Това явление е показано на фигура 6.29, където жизнеспособността на клетките намалява от приблизително 97 % до малко над 90 %.Prior to the continuous fermentation of LCC290 super flocculent yeast in a GPST type bioreactor, it was decided to characterize the yeast on a laboratory scale - fermentation in a shake flask. Figure 6.28 shows the evolution of the yeast population as a function of time. As expected, the concentration increases sharply during the first 48 hours, when there is sufficient nutrient medium and the presence of oxygen in the beer must to allow the yeast to grow. But when the yeast continues to consume carbohydrates in the absence of air, they do not reproduce and enter the anaerobic fermentation phase. Once the carbohydrate supply is over, small populations of yeast begin to die off. This phenomenon is shown in Figure 6.29, where cell viability decreases from approximately 97% to just over 90%.
На фигура 6.30 е показано изразходването на въглехидрати в зависимост от продължителността на ферментацията. Дрождевите клетки най-напред консумират монозахаридите, глюкозата и фруктозата, след това следват малтозата и малтотриозата. Пивните дрожди обаче не могат да метаболизират както малтотетрозата, така и полизахаридите с дълги вериги (поли-1 и 2). С намаляването на концентрацията на въглехидрати (представена чрез кривата на относителното тегло на фигура 6.31) концентрацията на етанол се увеличава пропорционално. След приблизително 37 часа ферментация концентрациите на етанол и въглехидрати са равни.Figure 6.30 shows the consumption of carbohydrates depending on the duration of fermentation. Yeast cells first consume monosaccharides, glucose and fructose, followed by maltose and maltotriose. However, yeast cannot metabolize both maltotetrosis and long-chain polysaccharides (poly-1 and 2). As the concentration of carbohydrates decreases (represented by the curve of relative weight in Figure 6.31), the concentration of ethanol increases proportionally. After approximately 37 hours of fermentation, the concentrations of ethanol and carbohydrates are equal.
Като се вземе под внимание картината на растежа и метаболизма на въглехидратите, може да се предположи, че свръхфлокулиращият щам LCC290 се проявява като промишления щамTaking into account the pattern of growth and metabolism of carbohydrates, it can be assumed that the over-flocculating strain LCC290 manifests itself as an industrial strain
113 дрожди LCC3021. Ферментацията достига крайната фаза на завършване на процеса, когато относителното тегло на течността достигне приблизително 2,7 °Р. За флокулиращите щамове дрожди е обичайно да образуват големи групи (блокове) и да се утаяват от разтвора преди края на ферментацията; това явление е известно в пивоварната промишленост като “ задържане” на ферментацията. При нашите опити за периодична ферментация ние бяхме в състояние да завършим ферментацията, тъй като колбите се разбъркваха и по този начин дрождите се поддържаха в суспендирано състояние и в близък контакт с хранителната среда.113 yeast LCC3021. Fermentation reaches the final stage of completion of the process when the relative weight of the liquid reaches approximately 2.7 ° P. It is customary for flocculating strains of yeast to form large groups (blocks) and precipitate from solution before the end of fermentation; this phenomenon is known in the brewing industry as the "hold-up" of fermentation. In our attempts at fermentation, we were able to complete the fermentation because the flasks were agitated and thus the yeast was maintained in suspended state and in close contact with the culture medium.
Друга важна характеристика е изследването на способността на дрождите на флокулират. По-специално ние се интересувахме от установяването на скоростта, с която дрождите биха се утаили, както и получаването на индикация кога този конкретен щам дрожди започва да флокулира. Тези две характеристики са от важно значение за опитите по непрекъснатата ферментация, тъй като те играят роля при поддържането на популация на дрождите във ферментатора с използване на газова подемна сила. На фиг. 6.32 са показани кривите на утаяване на дрождите в проби, изследвани в продължение на 24 часа по време на ферментацията, флокулирането се инхибира от присъствието на определени захари; глюкозата е известен инхибитор, от което следва, че флокулацията ще започне само, ако този инхибитор се изчерпи. В пробата при 40 часова периодична ферментация клетките започват да флокулират и да се утаяват от разтвора, когато се изпитват чрез метода, описан в раздел 4.7. Утаяването е много бързо за всички изпитвани интервали с изключение на 24 часовия, при който не се наблюдава утаяване. По време на опита с най-бавно утаяване, проведен за 40 часа, дрождите се утаяват напълно в апарата за изпитване за 90 s. При 71 часа за утаяване са необходими по-малко отAnother important feature is the study of the ability of the yeast to flocculate. In particular, we were interested in establishing the rate at which the yeast would settle, as well as obtaining an indication of when that particular yeast strain began to flocculate. These two characteristics are important for continuous fermentation experiments as they play a role in maintaining the yeast population in the fermenter using gas lift. In FIG. 6.32 shows the yeast precipitation curves in samples tested for 24 hours during fermentation, the flocculation being inhibited by the presence of certain sugars; glucose is a known inhibitor, which means that flocculation will only start if that inhibitor is depleted. In a sample at 40 h periodic fermentation, cells begin to flocculate and precipitate from the solution when tested by the method described in section 4.7. Sedimentation is very fast for all test intervals except for the 24-hour period during which no precipitation is observed. During the slowest settling experiment for 40 hours, the yeast completely precipitated in the test apparatus for 90 s. Less than 71 hours are required for sedimentation
60s.60s.
114114
Фигура 6.28 Обща концентрация на дрождеви клетки от LCC290 при периодична ферментация с разбъркване в зависимост от продължителността на ферментацията, ферментационната температура се поддържа на 15 °C.Figure 6.28 Total concentration of yeast cells from LCC290 in periodic fermentation with stirring depending on the duration of fermentation, maintaining the fermentation temperature at 15 ° C.
115115
Фигура 6.29 Жизнеспособност на дрождевите клетки, измерени с помощта на метиленово синьо, в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.29 Viability of yeast cells measured using methylene blue, depending on the duration of fermentation.
—6 Полизахариди—6 Polysaccharides
-В— Малтотетроза —·— Глюкоза-B- Maltotetrosis - · - Glucose
ФруктозаFructose
МалтотриозаMaltotriose
МалтозаMaltose
Фигура 6.30 Концентрация на въглехидрати в зависимост от продължителността на периодичната ферментация с LCC290Figure 6.30 Concentration of carbohydrates versus duration of periodic fermentation with LCC290
116116
Глицер»#Glitz »#
ЕтанолEthanol
Относително теглоRelative weight
Фигура 6.31 Концентрации на етанол и глицерин и относително тегло на течността в зависимост от продължителността на периодичната ферментация с LCC290.Figure 6.31 Ethanol and glycerol concentrations and relative weight of liquid depending on the duration of periodic fermentation with LCC290.
шw
Фигура 6.32 Височина на разделителната повърхност на суспензия от дрожди в зависимост от продължителността на утаяване. Стойностите за тази графика са определени на базата на няколко ферментационни интервала.Figure 6.32 Height of the separation surface of a yeast suspension depending on the duration of precipitation. The values for this graph are determined based on several fermentation intervals.
117 « 1.2Е-03117 1.2E-03
Е ~ 1.0Е-03 фE ~ 1.0E-03 f
I В.ОЕ-04 к £ 6.0Е-04 х 4.0Е-04I B.OE-04 to £ 6.0E-04 x 4.0E-04
2.0Е-04 о.2.0E-04
0.0Е+000.0E + 00
40 hrs А48 hrs »64 hrs д71 hrs 192 hrs40 hrs A48 hrs »64 hrs d71 hrs 192 hrs
Фигура 6.33 Скорост на утаяване на суспензия от дрожди в зависимост от концентрацията на клетки. Стойностите за тази графика са определени на базата на няколко ферментационни интервала.Figure 6.33 Yeast suspension sedimentation rate depending on cell concentration. The values for this graph are determined based on several fermentation intervals.
118118
Изследователите предполагат, че скоростта на утаяване е функция от концентрацията на твърди частици (Сое и Clevenger, 1916). На фигура 6.33 е показана скоростта на утаяване на твърдата фаза за дадена концентрация на дрождевите клетки. Показаните данни на тази графика са получени чрез метод, предлаган от Lynch (1952), като данните за утаяването са получавани на всеки ферментационен интервал. Точките са на приблизително една линия, като с това се потвърждава същото явление, което са наблюдавали Сое и Clevenger (1916).Researchers have suggested that sedimentation rate is a function of the concentration of solids (Soe and Clevenger, 1916). Figure 6.33 shows the rate of solid phase precipitation for a given concentration of yeast cells. The data shown in this graph were obtained by a method proposed by Lynch (1952), with precipitation data obtained at each fermentation interval. The points are on approximately one line, confirming the same phenomenon observed by Soe and Clevenger (1916).
Резултатите, събрани по време на изпитването на утаителния процес показва, че свръхфлокулиращият щам дрожди LCC290 флокулира при относително тегло на течността 6 °Р и по-ниско. Тази стойност би могла да се използва като ориентир за непрекъснатата ферментация, за да показва кога относителното тегло на течността в псевдо-устойчиво състояние би трябвало да се поддържа, ако е желателно клетките да се оставят да флокулират. Работа на реактора над 6°Р крие риск от дестабилизиране на флокулиращите клетки и е възможно да води до неуспех при популацията на имобилизираните клетки. Характеристиките на утаяването на свръхфлокурилащи дрожди показват, че популацията на дрождите ще спре твърде бързо, ако се оставят в застой. В биореактор от типа ГПСТ, който работи с три фази, е възможно поддържането на тези клетки в циркулация , но в случай на повреда в системата за подаване на газ, популацията на клетките ще спре бързо и е възможно да се наложи да се подаде допълнително разпръскващ газ за ресуспендиране на твърдите частици. За следферментационното обработване тези характеристики на утаяването са важни, тъй като апаратите за сепарация на твърдите частици, като например гравитационни сепаратори, могат да се използват за периодично отстраняване на твърдите частици. В пивоварната промишленост това би намалило натоварването наThe results obtained during the sedimentation test indicate that the LFC290 over-flocculent yeast flocculates at a relative weight of the liquid 6 ° P and below. This value could be used as a benchmark for continuous fermentation to indicate when the relative weight of the fluid in the pseudo-steady state should be maintained if it is desirable to allow the cells to flocculate. Operation of the reactor above 6 ° P carries the risk of destabilization of the flocculating cells and may lead to failure in the population of immobilized cells. Overflooding yeast deposition characteristics indicate that the yeast population will stop too quickly if left stagnant. In a three-phase GPST bioreactor, it is possible to keep these cells in circulation, but in the event of a failure in the gas supply system, the cell population will stop quickly and additional spreading may be necessary. solid resuspension gas. For post-fermentation treatment, these sedimentation characteristics are important because solids separators such as gravity separators can be used to remove solids periodically. In the brewing industry this would reduce the workload of
119119
центрофугите c твърди частици, което ще позволи по-продължителна работа на центрофугите. Биха могли да се очакват по-малки загуби на пиво и степента отклонение от вкусовите качества, дължащо се на центрофугирането (въпреки че е минимално) ще се сведе до минимум поради по-ниските нива на дрождевата биомаса, преминаваща през центрофугата.solid particulate centrifuges, which will allow longer operation of the centrifuges. Smaller losses of beer could be expected and the degree of deviation from taste due to centrifugation (although minimal) would be minimized due to the lower levels of yeast biomass passing through the centrifuge.
6.3 ОЦЕНКА НА ТЕХНОЛОГИЯТА ЗА НЕПРЕКЪСНАТА ФЕРМЕНТАЦИЯ НА ПИВО С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ГАЗОВА ПОДЕМНА СИЛА6.3. EVALUATION OF TECHNOLOGY FOR THE CONTINUOUS FERMENTATION OF BEER USING GAS LOW POWER
Първата и най-важна цел на тези тезиси е да се направи оценка за осъществимостта на работата на експерименталния биореактор от типа ГПСТ при непрекъснато действие, като за целта се използват гранули от гел на к-карагенан за захващане на клетки от Saccharomyces carlsbergensis (описани в раздел 6.2.1). В допълнение на това, нашето желание беше да изследваме дали пиво от типа североамериканско леко пиво с добри вкусови качества може да се произвежда в такава система. Ние също си поставихме за цел да определим минималното време за престой, което е необходимо за пълното разреждане на ливна мъст с голямо относително тегло (17,5 °Р), както и да се установят работните граници на съдържанието на кислород в системата за непрекъсната ферментация.The first and most important goal of these theses is to evaluate the feasibility of operating a continuous continuous-state experimental PCR type bioreactor using k-carrageenan gel granules to capture cells of Saccharomyces carlsbergensis (described in Section 6.2.1). In addition, our desire was to investigate whether a good-tasting North American light beer can be produced in such a system. We also set ourselves the goal of determining the minimum residence time required for the complete dilution of high relative gravity mustache (17.5 ° P), as well as establishing the operating limits for the oxygen content of the continuous fermentation system .
Минималното време за престой, при което се изразходва цялото количество захари в ливната мъст, е 24 часа. Тези данни могат да се сравнят с продължителността на класическата периодична ферментация, която е от пет до седем дни. Концентрацията на разтворения кислород, измервана чрез детектор за кислород Ingold, разположен на определено място в биореактора, клони към нула, независимо от добавянето на кислород в разпръсквания газ (в границите от 0 до 20 % (об/об)). Това показва, че подаденият в ливната мъст кислород или е изконсумиран бързо от дрождевите клетки, илиThe minimum residence time for consuming all the sugars in the must must be 24 hours. These data can be compared to the duration of the classical periodic fermentation, which is five to seven days. The dissolved oxygen concentration, measured by an Ingold oxygen detector at a specific location in the bioreactor, tends to zero regardless of the oxygen added to the spray gas (ranging from 0 to 20% (v / v)). This indicates that the oxygen supplied to the must is either rapidly consumed by the yeast cells, or
120 просто е излязъл заедно с изпускания газ. Нивото на свободни клетки в преливника за пиво е в порядъка от 108 клетки на 1 mL зелена бира. Нивата на висшите дикетони, диацетил и 2,3-пентандион, както и нивото на ацеталдехид, намаляват пропорционално с намалението на кислород в разпръснатия газ. (фигури 6.34 и 6.35). Измерените естери (етилацетат и изоамилацетат) и по-висшите алкохоли (пропанол, изобутанол, изомилалкохол) не е установено да се влияят от промяната на j подаването на кислород (фигура 6.36).120 just came out with the exhaust gas. The free cell level in the beer overflow is in the order of 108 cells per 1 mL of green beer. The levels of higher diketones, diacetyl and 2,3-pentanedione, as well as the level of acetaldehyde, decrease in proportion with the decrease in oxygen in the dispersed gas. (Figures 6.34 and 6.35). The measured esters (ethyl acetate and isoamyl acetate) and higher alcohols (propanol, isobutanol, isomyl alcohol) were not found to be affected by the change in oxygen supply (Figure 6.36).
На фигура 6.37 са сравнени различни ароматни съединения в дваFigure 6.37 compares different aromatic compounds in two
I вида изпитвани продукти от пиво, получени в система с непрекъснато { ф действие и използване на имобилизирани клетки, като сравнението е ΐ направено с контролно пиво, получено промишлено (периодична ферментация без използване на клетки). По отношение подаването наI type of tested beer products obtained in a continuous system using immobilized cells, the comparison being made with a control beer obtained industrially (periodic fermentation without using cells). With respect to the filing of the
I кислород са наблюдавани няколко разлики при естерите (етилацетат, изоамилацетат) и по-висшите алкохоли (пропанол) при сравняване на пиво, получено чрез непрекъсната ферментация, и контролното пиво, j получена в промишлени условия. Изпитанията на крайния продукт от пиво, произведено с 2 % кислород, бяха оценявани чрез установен ΐ вкусов набор, за да бъдат сравнително близки до контролното пиво (промишлен продукт). Но пивото, получено с 20 % кислород, беше © оценявано по неприемлив начин чрез признаците окисление на ароматни съединения и хартиено и винено изпитване.Oxygen several differences were observed in esters (ethyl acetate, isoamyl acetate) and higher alcohols (propanol) when comparing beer obtained by continuous fermentation and control beer obtained under industrial conditions. Tests on the finished product from beer produced with 2% oxygen were evaluated using an established taste set to be relatively close to the control beer (industrial product). But beer obtained with 20% oxygen was evaluated in an unacceptable way by the signs of oxidation of aromatic compounds and paper and wine testing.
При псевдо-устойчиво състояние експерименталният биореактор работи при продължителност на престой 24 часа за период от 6 .1 седмици. “Зелената бира” има добри вкусови качества и не се наблюдават големи дефекти (сяра не е наблюдавана). Количеството на кислород в разпръсквания газ е важен елемент при тези експерименти. Пиво, произведено с 2 до 5 % кислород в разпръсквания газ, дава най-добрите резултати при изпитване. Този важен контрол изисква внимание, като следва да се обърне вниманиеIn a pseudo-steady state, the experimental bioreactor is operated for a duration of 24 hours over a period of 6 .1 weeks. Green beer has good taste and no major defects are observed (sulfur is not observed). The amount of oxygen in the spray gas is an important element in these experiments. Beer produced with 2 to 5% oxygen in the spray gas gives the best test results. This important control requires attention and attention should be paid
121 на по-точни апарати за измерване на кислорода и измерванията да се провеждат върху по-голяма група проби за анализи преди и след ферментацията. При традиционната периодична главна ферментация пивната мъст се дозира с кислород преди пренасянето й във ферментатора. След инокулирането на средата концентрацията на разтворения кислород рязко намалява, тъй като дрождевите клетки го изразходват (през първите 24 часа на ферментацията става растежа на дрождите). Поради това останалата част от ферментацията протича главно при анаеробни условия. Използването на непрекъсната хомогенна система за главната ферментация не позволява изменение на концентрацията на кислород през цялото време на процеса. Поради тази причина вероятно е много трудно да се постигне пълна съвместимост по отношение на вкусовите качества на пиво, произведено с използване на непрекъснат и прекъснат процес на ферментация.121 of more accurate oxygen measuring apparatus and measurements to be carried out on a larger group of samples for analysis before and after fermentation. In traditional intermittent fermentation, the wort is dosed with oxygen before being transferred to the fermenter. After inoculation of the medium, the dissolved oxygen concentration decreases sharply as the yeast cells consume it (the yeast grows during the first 24 hours of fermentation). Therefore, the rest of the fermentation occurs mainly under anaerobic conditions. The use of a continuous homogeneous system for the main fermentation does not allow the concentration of oxygen to change throughout the process. For this reason, it is probably very difficult to achieve full compatibility with regard to the taste of beer produced using a continuous and intermittent fermentation process.
Поради тези различия с биореактора, използван при тези начални оценки, се произвежда пиво с добри вкусови качества и профил на анализите. Чрез използване на биореактор с газова подемна сила и относително малък размер на гранулите (~1 mm) е възможно да се увеличи обемната производителност на биореактора чрез намаляване на времето за главната ферментация с няколко дни. Нивото на биомасата в пивото на изхода показва, че степента на растеж на дрождите в биореактора с използване на имобилизирани клетки е еквивалентно на това при периодичната ферментация с използване на свободни клетки, като процесите са провеждани при подобни условия. Тези наблюдения потвърждават връзката между вкусовите качества и степента на растежа на дрождите. С това може да се обясни неуспехът на предишни опити да се произведе добро пиво в системи с ограничен растеж на клетките. Контролираното подаване на газова смес може да бъде силно средство при прецизното регулиранеDue to these differences, the bioreactor used in these initial evaluations produces good taste beer and an assay profile. By using a bioreactor with gas lift and relatively small pellet size (~ 1 mm), it is possible to increase the volume capacity of the bioreactor by reducing the time for main fermentation by several days. The level of biomass in the outlet beer indicates that the rate of yeast growth in the bioreactor using immobilized cells is equivalent to that in periodic fermentation using free cells, with the processes being carried out under similar conditions. These observations confirm the relationship between taste and yeast growth rate. This may explain the failure of previous attempts to produce good beer in systems with limited cell growth. Controlled delivery of the gas mixture can be a powerful tool in precision regulation
122 на органолептичните свойства при непрекъснатите ферментации с използване на имобилизирани клетки.122 of organoleptic properties in continuous fermentations using immobilized cells.
Високото ниво на диацетил в крайната течност също е наблюдавано от други изследователи (Virkajarvi & Pohjala, 1999; Kronlof et al., 2000). В североамериканската лека бира измереното ниво на диацетил е 30 pg/L в сравнение с ниво от 400-800 pg/L в крайната течност, получена при непрекъснатата ферментация. Използването на традиционната технология на отлежаване (отлежаване на студено при 2°С за време 14 дни) намалява диацетила до желани граници, но е във вреда на общата производителност на процеса. Използването на бърза спомагателна ферментация, описана в Глава 2, би спомогнала за намаляване на диацетила без съществено намаляване на производителността (двучасов процес). Допълнителните разходи обаче могат да са високи и всички пивовари може да не желаят да подлагат пивото на високи температури (80 до 90°С).High levels of diacetyl in the final fluid have also been observed by other researchers (Virkajarvi & Pohjala, 1999; Kronlof et al., 2000). In North American light beer, the measured level of diacetyl is 30 pg / L compared to the level of 400-800 pg / L in the final fluid obtained by continuous fermentation. The use of traditional aging technology (cold aging at 2 ° C for 14 days) reduces diacetyls to the desired limits, but is detrimental to the overall productivity of the process. The use of rapid auxiliary fermentation described in Chapter 2 would help to reduce diacetyls without significantly reducing productivity (a two-hour process). However, the additional costs may be high and all brewers may be reluctant to subject the beer to high temperatures (80 to 90 ° C).
123123
Диацетил *· ПентандионDiacetyl * · Pentandion
Фигура 6.34 Концентрация на висши дикетони в зависимост от процентното съдържание на кислород в разпръсквания газ. Ферментацията е проведена в 50 L апарат с газова подемна сила, запълнен с гелни гранули от к-карагенан в количество 40 % (об/об). Общата скорост на разпръсквания газ се поддържа константна и е 6,4 scfh. Времето за престой е 24 часа.Figure 6.34 Concentration of higher diketones depending on the percentage of oxygen in the spray gas. The fermentation was carried out in a 50 L gas lift apparatus filled with 40% (v / v) k-carrageenan gel pellets. The total velocity of the spray gas is kept constant at 6.4 scfh. The stay is 24 hours.
Фигура 6.35 Концентрация на ацеталдехид в зависимост от процентното съдържание на кислород в разпръсквания газ. Ферментацията е проведена в 50 L апарат с газова подемна сила, запълнен с гелни гранули от к-карагенан в количество 40 % (об/об). Общата скорост на разпръсквания газ се поддържа константна и е 6,4 scfh. Времето за престой е 24 часа.Figure 6.35 Acetaldehyde concentration depending on the percentage of oxygen in the spray gas. The fermentation was carried out in a 50 L gas lift apparatus filled with 40% (v / v) k-carrageenan gel pellets. The total velocity of the spray gas is kept constant at 6.4 scfh. The stay is 24 hours.
124124
Етилацетат-·— Пропанол Изобутанол-ώ— Изоамилацетаг9**ИзоамилалкохолEthyl acetate- · - Propanol Isobutanol-ώ— Isoamylacetag 9 ** Isoamyl alcohol
Фигура 6.36 Концентрация на естери и фузелови алкохоли в зависимост от процентното съдържание на кислород в разпръсквания газ. Ферментацията е проведена в 50 L апарат с газова подемна сила, запълнен с гелни гранули от к-карагенан в количество 40 % (об/об). Общата скорост на разпръсквания газ се поддържа константна и е 6,4 scfh. Времето за престой е 24 часа.Figure 6.36 Concentration of esters and fusel alcohols depending on the percentage of oxygen in the spray gas. The fermentation was carried out in a 50 L gas lift apparatus filled with 40% (v / v) k-carrageenan gel pellets. The total velocity of the spray gas is kept constant at 6.4 scfh. The stay is 24 hours.
Фигура 6.37 Сравнение между крайния продукт, произведен с 2 % кислород и 20 % кислород в разпръсквания газ, съпоставени с промишлено произведено пиво и вкусовите граници. За продуктите, получени чрез непрекъсната ферментация, процесът е проведен в 50 L апарат с газова подемна сила, запълнен с гелни гранули от к-карагенан в количество 40 % (об/об). Общата скорост на разпръсквания газ се поддържа константна и е 6,4 scfh. Времето за престой е 24 часа.Figure 6.37 Comparison between the finished product produced with 2% oxygen and 20% oxygen in the spray gas, compared to industrially produced beer and taste limits. For products obtained by continuous fermentation, the process was carried out in a 50 L gas lift apparatus filled with 40% (v / v) k-carrageenan gel pellets. The total velocity of the spray gas is kept constant at 6.4 scfh. The stay is 24 hours.
125125
6.4 СКОРОСТИ НА СМЕСВАНЕ И ЦИРКУЛАЦИЯ ПРИ ФЕРМЕНТАЦИЯ С УЧАСТИЕ НА ТРИ ФАЗИ, ПРОВЕЖДАНА В БИОРЕАКТОР С ГАЗОВА ПОДЕМНА СИЛА, СНАБДЕН СЪС СМУКАТЕЛНА ТРЪБА6.4 SPEED OF MIXING AND CIRCULATION IN THREE-PHASE FERMENTATION PARTICIPATED IN A BREAKER WITH A GAS LAND FORCE WITH A SUCKING TUBE
Експериментите по смесването са проведени при използване на метода на инжектиране на киселина, описан в раздел 4.8. Целите на тази експериментална фаза бяха две. На първо място ние искахме да направим оценка дали системата с използване на газова подемна сила е добре смесена, като за целта се изчислява скоростта на циркулация на течността и времето за смесване за няколко имобилизирани носители при различна повърхностна скорост на флуидизиращия газ. Разликата между тези опити и публикуваните в литературата се състои в това, че външното експериментиране е извършено в реална ферментационна среда с активни дрождеви клетки, а не с образци - разтвори (вода-твърди частици-газ). Тези експерименти по смесването също така включват изчисляване на повърхностната скорост на течността, която би могла да се използва за увеличаване мащаба на експерименталната система.Mixing experiments were performed using the acid injection method described in section 4.8. The goals of this experimental phase were two. First, we wanted to evaluate whether the gas lift system was well mixed, calculating the fluid circulation rate and mixing time for several immobilized carriers at different surface velocities of the fluidized gas. The difference between these experiments and those published in the literature is that the external experimentation was carried out in a real fermentation medium with active yeast cells and not with samples (solutions of water-solids-gas). These blending experiments also include the calculation of the surface velocity of the fluid, which could be used to scale the experimental system.
6.4.1 Калибриране на апарата.6.4.1 Calibration of the instrument.
pH- метърът, използван в изследванията за смесването, се калибрира, като за целта се използва методът, описан в раздел 4.8. Сигнал от 4-20 mA, излъчен от pH-метъра, преминава през резистор от 250 Ohm и се трансформира в 1-5 волтов сигнал, който би могъл да се регистрира на карта за получаване на данни. pH-метърът след това се потопява в няколко буферни разтвора както следва: буферен разтвор с pH 4,6, буферен разтвор с pH 4,0, буферен разтвор с pH 5,0, буферен разтвор с pH 6,0 и накрая в буферен разтвор с pH 7,0 (Beckman certified standards, Cole Parmer). Ha фигура 6.38 са представени данните от регистриращата система за pH-метри Ingold, които съответстват на 5 стандартни pH разтвори. Фигура 6.39 представлява калибриране на pHThe pH meter used in the mixing studies shall be calibrated using the method described in section 4.8. A 4-20 mA signal emitted by the pH meter passes through a 250 Ohm resistor and transforms into a 1-5 volt signal that could be registered on a data card. The pH meter is then immersed in several buffer solutions as follows: buffer solution with pH 4.6, buffer solution with pH 4.0, buffer solution with pH 5.0, buffer solution with pH 6.0 and finally in buffer solution with pH 7.0 (Beckman certified standards, Cole Parmer). Figure 6.38 presents the data from the Ingold pH meter system that corresponds to 5 standard pH solutions. Figure 6.39 is a pH calibration
126 метър, като диаграмата показва стойността на действителното pH в зависимост от измереното напрежение на сигнала. Най-подходящата линия на калибриране за тази система (коефициент на корелация 0,9996) се определя от следното уравнение:126 meters, with the diagram showing the value of the actual pH depending on the measured signal voltage. The most appropriate calibration line for this system (correlation coefficient 0,9996) is determined by the following equation:
pH = 3,68 *напрежение - 3,53 (6.1)pH = 3.68 * voltage - 3.53 (6.1)
Събраните данни за смесването се трансформират, като се използва уравнението 6.1, за да се получат действителните стойности на pH, както са измерени в биореактора с газова подемна сила.The mixing data collected was transformed using Equation 6.1 to obtain the actual pH values as measured in the gas lift bioreactor.
Също така се измерва съответстващото време, за което рНметърът отразява изменението на стойностите на pH. На фигури 6.40 до 6.43 е показано типичното време за реагиране на pH-метъра за четири различни стъпала на промяна на стойността на pH, а именно 0,6, 1,2, 2,3 и 3,4 единици. Действителните данни са пригодени към импулсна функция, като за целта е използвана въведени в измервателната система данни от Таблица на криви 2D (Jandel Scientific) и софтуер за анализ. Полученото изравняване на кривите има коефициент на корелация 0,994. Чрез тези графики се изчислява времето за реагиране на прибора при изменение на стойностите на pH, което да съответства на 98 % от изменението, след което се нанасят съответните точки в диаграмата в зависимост от стъпката на изменение на стойността на pH (фигура 6.44). Времето за реагиране деклинира с изменение на стойността на pH в изпитваните граници. За най-малки стойности на изменение от 0,6 времето за реагиране на pH-метъра е 6,4 секунди. Времето за реагиране намалява до около 4,2 секунди при промяна на pH на 3,4.The corresponding time for which the pH meter reflects the change in pH values is also measured. Figures 6.40 through 6.43 show the typical pH response time for four different steps of pH change, namely 0.6, 1.2, 2.3 and 3.4 units. The actual data is adjusted to the impulse function, using data from the Curve Table 2D (Jandel Scientific) and analysis software entered into the measurement system. The obtained curve alignment has a correlation coefficient of 0.994. These graphs calculate the response time of the instrument when the pH values change, corresponding to 98% of the change, and then plot the corresponding points in the diagram, depending on the step of pH change (Figure 6.44). Response time declines with a change in pH within the test range. For the smallest change values of 0.6, the response time of the pH meter is 6.4 seconds. The response time is reduced to about 4.2 seconds with a pH change of 3.4.
127127
Фигура 6.38 Характерни данни, отчетени чрез системата за получаване на данни към pH-метър Ingold за различни буферни разтвори в зависимост от времето. Честотата е 50 Hz общо за 15000 точки.Figure 6.38 Characteristic data recorded through the Ingold pH data acquisition system for different buffers as a function of time. The frequency is 50 Hz for a total of 15000 points.
Фигура 6.39 Калибрираща крива на pH-метър за стойностите на pH в зависимост от измереното напрежение (V). Линията на най-доброто съответствие или карибриращата крива съответства на следното уравнение: pH = 3,68 *напрежение - 3,53, при коефициент на корелация 0,9996. (п=2500)Figure 6.39 Calibration curve of pH meter for pH values according to the measured voltage (V). The line of best fit or the calibration curve corresponds to the following equation: pH = 3.68 * voltage - 3.53, at a correlation coefficient of 0.9996. (n = 2500)
128128
[PtieeCumJ у»=ж-»Ъ<1-«хр<-0«-<Яп(1-2о-5Л2>-с)/<1)>2 гЧ)Л8483804 Fth*-882683,46[PtieeCumJ y "= w-" b <1- "xp <-0" - <yap (1-2 o - 5 L2> -c) / <1)> 2 hh) L8483804 Fth * -882683,46
Време за реагиране (s)Response time (s)
Фигура 6.40 Характерни данни за времето за реагиране на pH-метър в зависимост от изменението на pH със стъпка ~0,6. Чувствителността е регулирана с помощта на софтуер, съдържащ таблица на кривите.Най доброто съответствие на импулсната функция има коефициент на корелация 0,995.Figure 6.40 Characteristic data for the response time of a pH meter as a function of pH change in step ~ 0.6. The sensitivity is adjusted using software containing a curve table. The best fit of the impulse function has a correlation coefficient of 0.995.
[PulseCum] y=e+b<1-®<p(-(JHSn(1-20-a/2>4syd))2 [PulseCum] y = e + b <1-® <p (- (JHSn (1-2 0 - a / 2> 4syd)) 2
Фигура 6.41 Характерни данни за времето за реагиране на рН-метьр в зависимост от изменението на pH със стъпка ~1,2. Чувствителността е регулирана с помощта на софтуер, съдържащ таблица на кривите. Най доброто съответствие на импулсната функция има коефициент на корелация 0,999.Figure 6.41 Characteristic data for the pH response time versus pH change in step ~ 1.2. Sensitivity is controlled by software containing a curve table. The best fit of the impulse function has a correlation coefficient of 0.999.
129 [PufceCum] у^+ЪС-ехр^хчЗпа-^^-сУф)2 ^0.86871074 F«tat°3872162.7129 [PufceCum] y ^ + bc-exp ^ hcZpa - ^^ - sUf) 2 ^ 0.86871074 F «tat ° 3872162.7
Време за реагиране (s)Response time (s)
Фигура 6.42 Характерни данни за времето за реагиране на pH-метър в зависимост от изменението на pH със стъпка ~2,3. Чувствителността е регулирана с помощта на софтуер, съдържащ таблица на кривите. Най доброто съответствие на импулсната функция има коефициент на корелация 0,999.Figure 6.42 Characteristic data for the pH response time depending on the pH change in step ~ 2.3. Sensitivity is controlled by software containing a curve table. The best fit of the impulse function has a correlation coefficient of 0.999.
[PUwCum] y’l+iXI-exjX-Cx-dltXI-^^Hyd))2 [PUwCum] y'l + iXI-exjX-Cx-dltXI - ^^ Hyd)) 2
Фигура 6.43 Типични данни за времето за реагиране на pH-метър в зависимост от изменението на pH със стъпка ~3,4. Чувствителността е регулирана с помощта на софтуер, съдържащ таблица на кривите. Най доброто съответствие на импулсната функция има коефициент на корелация 0,999.Figure 6.43 Typical response time for a pH meter as a function of pH change in step ~ 3.4. Sensitivity is controlled by software containing a curve table. The best fit of the impulse function has a correlation coefficient of 0.999.
130130
Фигура 6.44 Време за реагиране на pH-метър Ingold в зависимост от промяната на стъпката. (N = 3). Приборите са потопени в буферни разтвори с по-голяма стойност на pH, след което незабавно са потопени в буферен разтвор с pH 4,0. Линията на най-доброто съответствие за всяка крива се използва за изчисляване на времето, което е необходимо приборът Да достигне 98 % от промяната на стъпката.Figure 6.44 Response time of Ingold pH meter as the step changes. (N = 3). The instruments were immersed in higher pH buffer solutions and then immediately immersed in pH 4.0 buffer solution. The best fit line for each curve is used to calculate the time it takes the instrument to reach 98% of the step change.
131131
Характеристиките на даден вид pH-метър са много важни, поспециално когато системата се използва за оценка на времето за смесване и скоростта на циркулация. Приборът трябва да има ниски стойности на времето за реагиране, за да отразява промените в средата, които той измерва. В частност времето за реагиране на рНметъра трябва да бъде по-ниско в сравнение със скоростта на циркулация в реактора, ако трябва да се използва за точно измерване. Квазимигновено реагиране обаче не е желателно, тъй като леко забавяне при реакцията просто ще рефлектира върху измерването на скоростта на циркулация и ще я сведе до нула.The characteristics of a type of pH meter are very important, especially when the system is used to estimate mixing times and circulation rates. The instrument must have low response times to reflect changes in the environment it measures. In particular, the pH response time should be lower than the reactor circulation rate if used for accurate measurement. However, quasi-instantaneous response is not desirable, since a slight delay in the response will simply reflect on the measurement of the circulation rate and reduce it to zero.
6.4.2 Продължителност на смесването и изчисляване на скоростите6.4.2 Mixing time and speed calculation
Експериментите, свързани с продължителността на смесване и изчисляване на скоростите, са проведени при три вида ферментации с имобилизирани клетки. Опитите са проведени в експериментален биореактор с обем 50 L, снабден със смукателна тръба, като за ферментация са използвани воден разтвор, несъдържащ твърда фаза, и след това ферментационна течна среда с относително тегло 2,7 °Р, съдържаща или гелни гранули от к-карагенан или свръхфлокулиращи _ дрожди LCC290 или дрожди LCC3021 със средна флокулираща способност. На фигури 6.45 и 6.46 са показани примерни изображения на данни, които са събрани с използване на pH-метър след импулсно инжектиране на киселина във водния разтвор (описаният в раздел 4.8 | метод). На фигура 6.45 е показана чувствителността на pH-метър към ! инжектирането на киселина във воден разтвор, който не съдържаThe experiments on the duration of mixing and the calculation of velocities were performed in three types of immobilized cell fermentations. The experiments were carried out in an experimental bioreactor with a volume of 50 L equipped with a suction tube using an aqueous solution containing no solid phase for fermentation and then a fermentation liquid medium with a relative weight of 2.7 ° P containing or k-gel pellets. carrageenan or LFC290 yeast overgrowing or medium flocculating yeast LCC3021. Figures 6.45 and 6.46 show exemplary data images that were collected using a pH meter after a pulse injection of acid into the aqueous solution (described in Section 4.8 | Method). Figure 6.45 shows the sensitivity of a pH meter to! injection of acid into an aqueous solution that does not contain
I j твърда фаза. На фигура 6.46 е показана чувствителността къмI j solid phase. Figure 6.46 shows the sensitivity to
I инжектирането на киселина във ферментационна течна среда, | съдържаща флокулиращи дрожди LCC290 с висока флокулираща | способност. Сигналите се напасват към декрементната синусоидалнаI injection of acid into a fermentation fluid medium containing flocculating yeast LCC290 with high flocculation | ability. The signals are adjusted to the decremental sinusoidal
I крива, като коефициентът на корелация е съответно 0,96 и 0,90 и е jI curve, the correlation coefficient being 0.96 and 0.90 respectively and j
132 изчислен за съответното уравнение. Параметрите “Ь и “с” на диаграмата съответстват на стойностите на “а” и от декрементното синусоидално уравнение (3.1). Тези числени стойности се използват в уравнение 3.2 и 3.3, за да се изчисли скоростта на циркулация и продължителността на смесването за дадена система. В Приложение В се съдържат останалите данни за смесването и построените криви за всички експерименти.132 calculated for the corresponding equation. The parameters "b" and "c" of the diagram correspond to the values of "a" and the decremental sine wave equation (3.1). These numerical values are used in Equations 3.2 and 3.3 to calculate the circulation rate and mixing time for a system. Appendix C contains the rest of the mixing data and the curves plotted for all experiments.
На фигури 6.47 и 6.48 са показани диаграми на продължителността на смесване в зависимост от скоростта на циркулация при инжектиране на киселина във воден разтвор, несъдържащ твърда фаза. На фигури 6.49 и 6.50 са показани съответните диаграми, отразяващи експериментите по смесването, с използване на дрожди LCC290 с висока флокулираща способност, а на фигури 6.51 и 6.52 са представени резултатите от изпитването на смесителния процес с участието на к-карагенан. Продължителността на смесване и продължителността на циркулация на среда от флокулиращи дрожди LCC3021 е показана на фигури 6.53 и 6.54. В зависимост от вида на твърдата фаза продължителността на смесване и скоростта на циркулация намаляват със съответното увеличаване на повърхностната скорост на газа. Зависимостта между скоростта на циркулация и повърхностната скорост на течността отговарят на уравнението 3.11, предложено от Kennard и Janekah (1991), при всичките четири изпитвани системи. Продължителността на смесване отговаря на зависимостта съгласно уравнение 3.11 за системата воден разтвор без твърда фаза и за системата с гелни гранули от к-карагенан. Двете системи с флокулиращи дрожди в имобилизирана матрица не показва ясно съответствие с теоретичния модел на Kennard и Janekah. Системите с LCC290 и LCC3021 имат начална продължителност на смесване (докато повърхностната скорост на газа превиши 4 mm/s), която е по-ниска от предвидената в модела. Но степента на намаляванеFigures 6.47 and 6.48 show diagrams of mixing duration depending on the rate of circulation of the injection of acid into an aqueous solution containing no solid phase. Figures 6.49 and 6.50 show the corresponding diagrams showing mixing experiments using high-flocculation yeast LCC290, and Figures 6.51 and 6.52 show the results of the mixing process test involving k-carrageenan. The mixing time and circulation time of LCC3021 flocculant yeast medium is shown in Figures 6.53 and 6.54. Depending on the type of solid phase, the mixing time and the circulation rate decrease with the corresponding increase in the gas surface velocity. The relationship between the circulation velocity and the surface velocity of the fluid corresponds to equation 3.11 proposed by Kennard and Janekah (1991) for all four systems tested. The mixing time corresponds to the dependence according to equation 3.11 for the solid solution aqueous solution system and for the k-carrageenan gel pellet system. The two systems with flocculent yeast in the immobilized matrix do not show a clear agreement with the theoretical model of Kennard and Janekah. Systems with LCC290 and LCC3021 have an initial mixing time (until the surface gas velocity exceeds 4 mm / s) which is lower than predicted in the model. But the rate of decline
133 на продължителността на смесване се понижава при повърхностна скорост на газа, по-голяма от 4 mm/s, докато при модела стойностите са по-ниски. В Таблица 6.1 са дадени изведените уравнения за продължителността на циркулация и продължителността на смесване в зависимост от повърхностната скорост на газа.133 of the mixing time decreases at a gas surface velocity greater than 4 mm / s, while in the model the values are lower. Table 6.1 gives the derived equations for the duration of circulation and the duration of mixing depending on the surface velocity of the gas.
На фигура 6.55 е показана продължителността на смесване в зависимост от повърхностната скорост на газа за всички четири системи. При системата от воден разтвор без твърда фаза се наблюдава най-дълга продължителност за 98 % смесване (~220 секунди при Vsg 3mm/s), а системата с LCC290 показва по-добра способност за свеждане до минимум на ефекта от инжектирането на киселина в системата (~110 секунди при Vsg 3mm/s). Стойностите за LCC3021 и системата с к-карагенан са между тези на системите с воден разтвор без твърда фаза и с LCC290. Твърдата фаза в биореактора с газова подемна сила спомага за диспергирането на флуидните елементи в течната фаза чрез стимулиране на образуването на турболентни движения, осигурявайки ко-аксиално смесване. Свръхфлокулиращите дрожди LCC290 обаче при същото зареждане с твърда фаза (16 % (тегл/об)), както и при среда от дрождите LCC3021 със среднаFigure 6.55 shows the mixing time depending on the surface velocity of the gas for all four systems. For a solid-phase aqueous solution, the longest duration of 98% mixing was observed (~ 220 seconds at V sg 3mm / s), and the system with LCC290 showed a better ability to minimize the effect of acid injection in system (~ 110 seconds at V sg 3mm / s). The values for LCC3021 and the k-carrageenan system are between those of the solid-phase aqueous solution and the LCC290. The solid phase in the bioreactor with gas lift helps to disperse the fluid elements in the liquid phase by stimulating the formation of turbulent motions, providing co-axial mixing. However, LCC290 superflocculent yeast at the same solid phase loading (16% (w / v)) as medium medium LCC3021
флокулираща способност, осигуряват по-кратка продължителност на смесване при всички изпитвани повърхностни скорости на газа.flocculation ability, provide a shorter mixing time at all surface gas velocities tested.
На фигура 6.56 е показана продължителността на циркулация в зависимост от повърхностната скорост на газа за всичките четири изпитвани системи. При повърхностна скорост на газа от 2 mm/s продължителността на циркулация варира между 28 секунди и 35 секунди съответно при системата без твърда фаза във водния разтвор, която е с най-кратка продължителност на смесване и системата с LCC290, показваща най-малка скорост на циркулация. При по-големи скорости на газа разликата между четирите системи намалява приблизително на 3 секунди. При всички изпитвани скорости обачеFigure 6.56 shows the duration of circulation depending on the surface velocity of the gas for all four test systems. At a gas surface velocity of 2 mm / s, the circulation time varies between 28 seconds and 35 seconds, respectively, for the system with no solid phase in aqueous solution having the shortest mixing time and the system with LCC290 showing the lowest circulation. At higher gas speeds, the difference between the four systems is reduced by approximately 3 seconds. However, at all speeds tested
134 системата с LCC290 показва леко по-ниски скорости на циркулация, докато системата без твърда фаза е с най-високи скорости на циркулация.134 the system with the LCC290 shows slightly lower circulation rates, while the non-solid phase system has the highest circulation rates.
На фигура 6.57 е показана зависимостта между повърхностната скорост на газа и повърхностната скорост на течността. Уравнението 3.7, предложено от Livingston и Zhang (1993), е използвано за изчисляване на повърхностната скорост на течността за дадена продължителност на циркулация и вида на твърдата фаза. Повърхностната скорост на течността се увеличава при съответното увеличаване на повърхностната скорост на газа. Системата с LCC3021 и тази без твърда фаза имат подобни поведения, докато системите с LCC290 и с ксантогенат показват известно сходство. Уравнението, предложено от Kennard и Jenekah, е използвано за построяване на кривите на фигура 6.57, показващи зависимостта на повърхностната скорост на течността от повърхностната скорост на газа. На фигура 6.58 е показана диаграма на експериментално изчислена повърхностна скорост на течността в зависимост от теоретично изчислената повърхностна скорост на течността, като за целта е използвано уравнението 3.10. За всичките четири системи предлаганото уравнение е подходящо за използване и се изразява чрез линейна функция с наклон от i и изходна точка при у = 0. В Таблица 6.1 са посочени корелациите между системите, които са изпитвани в рамките на тази изследователска работа.Figure 6.57 shows the relationship between the surface velocity of the gas and the surface velocity of the liquid. Equation 3.7, proposed by Livingston and Zhang (1993), was used to calculate the surface velocity of a fluid for a given circulation duration and the type of solid phase. The surface velocity of the liquid increases with the corresponding increase in the surface velocity of the gas. The LCC3021 system and the non-solid phase have similar behaviors, while the LCC290 and xanthate systems show some similarities. The equation proposed by Kennard and Jenekah was used to construct the curves in Figure 6.57 showing the dependence of the surface velocity of the liquid on the surface velocity of the gas. Figure 6.58 shows a diagram of the experimentally calculated surface velocity of the liquid, depending on the theoretically calculated surface velocity of the liquid, using equation 3.10 for this purpose. For all four systems, the proposed equation is appropriate for use and is expressed by a linear function with a slope of i and an exit point at y = 0. Table 6.1 lists the correlations between the systems tested in the course of this research.
135135
Време (s)Time (s)
Фигура 6.45 Инерционно време на pH-метър в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във водния разтвор, който не съдържа твърда фаза. Повърхностната скорост на газа се установява на 1,94 mm/s. На базата на данните е построена затихваща синусоидална крива. Коефициентът на корелация е 0,96.Figure 6.45 Inertia time per pH meter in a 50 L gas lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into the aqueous solution containing no solid phase. The surface velocity of the gas is set at 1.94 mm / s. On the basis of the data, a damping sine curve is constructed. The correlation coefficient is 0.96.
136136
Rankl Eqn8001 [UDF1]y»Slne decay(a,b,c,d) ^0.89998615 DFAcJ ^«0.89983725 FitSMErr-0.016230014 Fttat>24545221 ««028431867 b=0.040116063Rankl Eqn8001 [UDF1] y »Slne decay (a, b, c, d) ^ 0.89998615 DFAcJ ^« 0.89983725 FitSMErr-0.016230014 Fttat> 24545221 «« 028431867 b = 0.040116063
C«0.17963988 d«2.4564802C «0.17963988 d« 2.4564802
Фигура 6.46 Инерционно време на pH-метър в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща LCC290 с висока флокурираща способност.Повърхностната скорост на газа се установява на 1,94 mm/s. На базата на данните е построена затихваща синусоидална крива. Коефициентът на корелация е 0,90.Figure 6.46 Inertia time per pH meter in a 50 L gas lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into a fermentation medium containing LCC290 with high flocculating ability. The surface velocity of the gas was adjusted to 1.94 mm / s. On the basis of the data, a damping sine curve is constructed. The correlation coefficient is 0.90.
137137
♦ Експериментална ~~* Теоретична♦ Experimental ~~ * Theoretical
Фигура 6.47 Продължителност на смесване в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във водния разтвор, който не съдържа твърда фаза. Продължителността на смесване съответства на времето, което е необходимо за 98 % от стъпалообразното изменение, което трябва да е сведено до нула (N=3).Figure 6.47 Mixing time depending on the gas surface velocity in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into the aqueous solution containing no solid phase. The mixing time corresponds to the time required for 98% of the step change, which must be reduced to zero (N = 3).
ф Експерименталнд— Теоретична фигура 6.48 Продължителност на циркулацията в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във водния разтвор, който не съдържа твърда фаза. (N=3).u Experimental - Theoretical Figure 6.48 Duration of circulation depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into the aqueous solution containing no solid phase. (N = 3).
138138
!♦ Експериментална **** Теоретична |♦ Experimental **** Theoretical |
Фигура 6.49 Продължителност на смесване в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща LCC290 с висока флокурираща способност (размер на флок. >1,0 mm), Продължителността на смесване съответства на времето, което е необходимо за 98 % от стъпалообразното изменение, което трябва да е сведено до нула (N=3).Figure 6.49 Duration of mixing, depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into a fermentation medium containing LCC290 with a high flocculation capacity (flocculus size> 1.0 mm), the mixing time corresponding to the time required for 98% of the step change, which must be reduced to zero (N = 3).
Повърхностна скорост на газа (mm/s) ♦ Експериментална— Теоретична фигура 6.50 Продължителност на циркулацията в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща LCC290 с висока флокурираща способност (размер на флок. > 1,0 mm).Surface gas velocity (mm / s) лна Experimental Те Theoretical figure 6.50 Duration of circulation depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into a fermentation medium containing LCC290 with high flocculating ability (flocculation size> 1.0 mm).
139139
♦ Експериментална-“ Теоретична♦ Experimental- “Theoretical
фигура в.51 Продължителност на смесване в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща дрожди LCC3021, имобилизирани с гелни гранули от к-карагенан (размер на гранулите 1-2 mm). Продължителността на смесване съответства на времето, което е необходимо за 98 % от стъпалообразното изменение, което трябва да еFigure c.51 Mixing time, depending on the gas velocity at 50 L, with a gas lift equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into fermentation medium containing LCC3021 yeast immobilized with k-carrageenan gel pellets (granule size 1-2 mm). The mixing time corresponds to the time required for 98% of the step change, which should be
♦ Експериментална·“· Теоретична фигура 6.52 Продължителност на циркулацията в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща дрожди LCC3021, имобилизирани с гелни гранули от к-карагенан (размер на гранулите 1-2 mm). (N=3).♦ Experimental · “· Theoretical Figure 6.52 Duration of circulation depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into fermentation medium containing LCC3021 yeast immobilized with k-carrageenan gel pellets (granule size 1-2 mm). (N = 3).
140140
♦ Експериментална —- Теоретична♦ Experimental —- Theoretical
Фигура 6.53 Продължителност на смесване в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща дрожди LCC3021 (размер на гранулите 1-2 mm). Продължителността на смесване съответства на времето, което е необходимо за 98 % от стъпалообразното изменение, което трябва да е сведено до нула (N=3).Figure 6.53 Duration of mixing, depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into fermentation medium containing yeast LCC3021 (granule size 1-2 mm). The mixing time corresponds to the time required for 98% of the step change, which must be reduced to zero (N = 3).
♦ Експериментална Теоретична♦ Experimental Theoretical
Фигура 6.54 Продължителност на циркулацията в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща дрожди LCC3021 (размер на флок. < 0,5 mm). (N=3).Figure 6.54 Duration of circulation depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into fermentation medium containing yeast LCC3021 (flocculation size <0.5 mm). (N = 3).
141141
♦ LCC3021 □ LCC290 Δ' Карагенан♦ LCC3021 □ LCC290 Δ ′ Carrageenan
Фигура 6.55 Продължителност на смесване в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща твърда фаза от различни частици. Продължителността на смесване съответства на времето, което е необходимо за 98 % от стъпалообразното изменение, което трябва да е сведено до нула (N=3).Figure 6.55 Duration of mixing, depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into a fermentation medium containing a solid phase of different particles. The mixing time corresponds to the time required for 98% of the step change, which must be reduced to zero (N = 3).
♦ LCC3021 о LCC290 Δ Карагенан * Без твърда фаза фигура 6.56 Продължителност на циркулацията в зависимост от повърхностната скорост на газа в 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Порции от киселина са инжектирани във ферментационна среда, съдържаща твърда фаза от различни частици. (N=3).♦ LCC3021 о LCC290 Δ Carrageenan * No solid phase Figure 6.56 Duration of circulation depending on the surface velocity of the gas in a 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. Sections of acid were injected into a fermentation medium containing a solid phase of different particles. (N = 3).
142 <о142 <o
Повърхностна скорост на газа (mm/s) ♦ LCC3021 О LCC290 Δ Карагенан *Без твърда фазаGas surface velocity (mm / s) ♦ LCC3021 O LCC290 Δ Carrageenan * No solid phase
Фигура 6.57 Повърхностна скорост на течността (mm/s) в зависимост от скоростта на газа (mm/s) за четирите изпитвани системи - дрожди от LCC3021, дрожди от LCC290, гелни гранули от карагенан и система от воден разтвор без твърда фаза.Изпитанията са проведени в експериментален биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба.Figure 6.57 Surface fluid velocity (mm / s) versus gas velocity (mm / s) for the four test systems - yeast LCC3021, yeast LCC290, carrageenan gel granules and solid phase aqueous solution. carried out in an experimental gas lift bioreactor equipped with a suction tube.
фигура 6.58 Теоретична повърхностна скорост на течността (mm/s) в сравнение с експерименталната повърхностна скорост на течността (mm/s) за четирите изпитвани системи. Теоретичните стойности са изчислени, като се използвана следната зависимост, предложена от Kennard и Jenekah (1991): VSL ос VSGM. Линията е с наклон 1, а У-отсечката е равна на 0.Figure 6.58 Theoretical surface velocity of the fluid (mm / s) compared to the experimental surface velocity of the fluid (mm / s) for the four test systems. Theoretical values were calculated using the following relationship proposed by Kennard and Jenekah (1991): VSL axis VSGM. The line has a slope of 1 and the Y-segment is 0.
143143
Таблица 6.1 Описание на изчислените корелации за продължителността на смесване, скоростта на циркулация и повърхностната скорост на течността за четирите изпитвани системиTable 6.1 Description of the calculated correlations for mixing time, circulation rate and surface fluid velocity for the four test systems
За корелацията на повърхностната скорост на течността Kennard и Janekah (1991) предлагат степенен показател 0,41 в дестилираната вода и 0,64, когато разтворът съдържа карбоксиметилцелулоза и етанол. Системите с LCC290 и LCC3021 имат степенни показатели съответно 0,419 и 0,427, докато системата с к-карагенан и системата от воден разтвор без твърда фаза имат степенен показател 0,283.For the correlation of the surface velocity of the liquid, Kennard and Janekah (1991) suggest a power of 0.41 in distilled water and 0.64 when the solution contains carboxymethylcellulose and ethanol. Systems with LCC290 and LCC3021 have power ratios of 0.419 and 0.427, respectively, while the k-carrageenan system and the aqueous solution without solid phase have a power factor of 0.283.
Основно положение при технологията, при която се използва газова подемна сила и смукателна тръба, е, че системата осигурява смесване по такъв начин, че флуидният елемент, напускащ реактора, е напълно хомогенен. При работа на експерименталните системи с обем 50 L като ферментатори с непрекъснат режим на работа откъм дъното на реактора с общ обем 50 L се инжектира свежа хранителна среда със скорост 36 mL за минута. Това представлява приблизително 1000-кратно разреждане на подаваните компоненти. С помощта на показателите за смесване, изчислени за системата с дрожди LCC290, флуидните елементи се смесват в циркулационен контур от около 3 реактора, докато за системата с воден разтвор без твърда фаза е необходим циркулационен контур с 10 реактора. В допълнение към казаното, времето за престой (24 часа) е приблизително 100 пъти по-голямо в сравнение с продължителността на смесване (180 секунди). БързотоAn advantage of the technology using gas lift and suction pipe is that the system provides mixing in such a way that the fluid leaving the reactor is completely homogeneous. When operating the 50 L experimental systems as continuous mode fermenters from the bottom of the 50 L total volume reactor, fresh nutrient medium is injected at a rate of 36 mL per minute. This represents an approximate 1000-fold dilution of the feed components. Using the mixing indices calculated for the LCC290 yeast system, the fluid elements are mixed in a circulating loop of about 3 reactors, whereas a circulating loop with 10 reactors is required for a solid solution aqueous solution system. In addition, the residence time (24 hours) is approximately 100 times longer than the mixing time (180 seconds). The fast
144 смесване, съчетано с разреждането на хранителната среда в системата, и голямата разлика в продължителността на смесване в зависимост от времето за престой ясно говорят за добра система на смесване. Действителната предпоставка за използване на биореактор с газова подемна сила беше фактът, че той осигурява идеална среда за смесване при ферментацията на пиво. Резултатите от изследването на процеса на смесване са получени за всичките три ферментационни носители.144 mixing, combined with the dilution of the nutrient medium in the system, and the large difference in mixing time depending on the residence time clearly indicate a good mixing system. The real prerequisite for using a gas lift bioreactor was the fact that it provided an ideal mixing environment for beer fermentation. The results of the blending process study were obtained for all three fermentation carriers.
6.5 ОЦЕНКА НА НЯКОЛКО МЕТОДА НА ИМОБИЛИЗИРАНЕ ЗА ИЗПОЛЗВАНЕ ПРИ НЕПРЕКЪСНАТА ГЛАВНА ФЕРМЕНТАЦИЯ В СИСТЕМА β6.5 EVALUATION OF MULTIPLE IMMOBILIZATION METHODS TO BE USED FOR CONTINUOUS MAIN FERMENTATION IN SYSTEM β
С ГАЗОВА ПОДЕМНА СИЛАWith gas lift
Непрекъснатата ферментация се провежда в експерименталенContinuous fermentation is carried out in experimental
L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба, като за целта се използват три вида носители за имобилизиране: гелни гранули от к-карагенан, свръхфлокулиращи дрожди LCC290 и дрожди LCC3021 със средна флокулираща способност. Всички ферментации се провеждат с едно и също ниво на дрождев инокулат (4 g/L), а за хранителна среда се използва промишлена пивна мъст за производство на леко пиво. Ферментациите започват в периодичен режим, за да се осигури бързо намаляване на захарите в пивната мъст и за да се подпомогне растежа на дрождите във ферментатора. При флокулиращите дрожди периодичната фаза осигурява формирането на флокулати от дрожди, които биха могли да останат в биореактора след започването на непрекъснатата ферментация. След като нивото на диацетил във ферментационната течност спадне под 30 цд/L, започва непрекъснато подаване на пивна мъст. Следващите раздели описват по-подробно резултатите от ферментационните анализи за тези три вида имобилизирани матрици.L gas lift bioreactor equipped with a suction tube using three types of immobilizing media: k-carrageenan gel pellets, LCC290 superflocculent yeast and medium flocculation yeast LCC3021. All fermentations are carried out with the same level of yeast inoculum (4 g / L) and industrial beer must is used for the production of light beer. Fermentations are started in batch mode to ensure rapid reduction of sugars in the beer must and to support the yeast growth in the fermenter. In flocculent yeast, the periodic phase provides for the formation of yeast flocculates that could remain in the bioreactor after the onset of continuous fermentation. Once the level of diacetyl in the fermentation liquid drops below 30 µg / L, a continuous supply of beer must begins. The following sections describe in more detail the results of fermentation analyzes for these three types of immobilized matrices.
145145
6.5.1 Използване на гелни гранули от к-карагенан: Захващане6.5.1 Use of k-carrageenan gel pellets: Grip
Използването на гелни гранули от к-карагенан като матрица за имобилизиране спомага за преценка на осъществимостта на технологията за непрекъсната главна ферментация на пиво, при която се използва газова подемна сила (раздел 6.3). Необходимо е също така да се оцени дали такава система би могла да работи за по-дълъг период от време (до 2 месеца) без да възникнат големи технологични трудности, включващи нестабилност при ферментацията и замърсявания. Работните параметри за тези ферментационни опити са представени на фигура 6.59. Повърхностната скорост на газа от въглероден диоксид се установява на 5,5 mm/s, като с този разпръскван газ в реактора се въвежда въздух със скорост 0,9 mm/s. От това следва, че степента на окисление се регулира на 3 % от общото количество разпръскван газ, което съответства на резултатите, посочени в раздел 6.3, и което свидетелства за производство на предпочитаното пиво, когато в системата се въвежда 2-5 % кислород. Температурата на ферментация се регулира на 15°С. Известна нестабилност може да бъде забелязана в данните и тя се дължи на вида на контура за регулиране на процеса схема, която се използва.The use of k-carrageenan gel pellets as an immobilization matrix helps to evaluate the feasibility of continuous main fermentation of beer using gas lift (Section 6.3). It is also necessary to evaluate whether such a system would be able to operate for a longer period (up to 2 months) without major technological difficulties, including fermentation instability and pollution. The operating parameters for these fermentation experiments are presented in Figure 6.59. The surface velocity of the carbon dioxide gas is set at 5.5 mm / s and air is injected into the reactor at a velocity of 0.9 mm / s. It follows that the oxidation rate is adjusted to 3% of the total amount of gas sprayed, which corresponds to the results given in section 6.3, which indicates the production of the preferred beer when 2-5% oxygen is introduced into the system. The fermentation temperature was adjusted to 15 ° C. Some instability can be noticed in the data and it is due to the type of process control circuit used.
На фигура 6.60 е представено количественото определение на популацията на свободни дрождеви клетки и тяхната жизнеспособност в зависимост от продължителността на ферментацията. Жизнеспособността остава сравнително висока през двумесечната ферментация с временно намаляване, измерено около двустотния час. Това съответства на точката, която е точно преди започването на непрекъснатото подаване на пивна мъст. При периодична ферментация обикновено жизнеспособността намалява в края на ферментацията, тъй като има недостиг на хранителна среда за клетките. След като започне непрекъснатото подаване на пивна мъст, жизнеспособността се връща обратно на 90 %. Популацията на свободните дрождеви клетки е нискаFigure 6.60 presents the quantification of the population of free yeast cells and their viability depending on the duration of fermentation. Viability remains relatively high during the two-month fermentation with a temporary decrease, measured around two hundred hours. This corresponds to the point just before the continuous supply of beer must begins. In periodic fermentation, the viability is usually reduced at the end of the fermentation because there is a lack of nutrient medium for the cells. After the continuous supply of beer must begins, the viability returns to 90%. The population of free yeast cells is low
146 по време на първите 400 часа на ферментацията, а след това през следващите 300 часа тя се увеличава около 10 пъти - от ~100 милиона клетки на 1 mL на ~1,5 билиона клетки на 1 ml_. Щом като се достигне тази максимална концентрация, популацията на дрождите от свободни клетки поддържа псевдо-устойчиво състояние за останалата част от ферментационния период.146 during the first 400 hours of fermentation, and then in the next 300 hours it increases about 10 times - from ~ 100 million cells per 1 mL to ~ 1.5 billion cells per 1 ml_. Once this maximum concentration is reached, the free-cell yeast population maintains a pseudo-stable state for the remainder of the fermentation period.
Внезапното увеличаване на концентрацията на свободни клетки вероятно се свързва с популацията на имобилизирани дрождеви клетки. В началото на ферментацията дрождите, захванати в гела, растат в гела докато се заеме цялото разполагаемо пространство. След като гелните гранули се запълнят с дрожди, увеличаващата се популация ще премине в течната среда. Нашите резултати показват, че през първите 400 часа имобилизираните дрожди растат вътре в гела и след 700 часа дрождите вече нямат пространство да растат в гела, поради което започва отделяне на по-големи количества клетки във ферментационната течна среда.The sudden increase in the concentration of free cells probably correlates with the population of immobilized yeast cells. At the beginning of the fermentation, the yeast entrapped in the gel grows in the gel as it takes up all the space available. Once the gel pellets are filled with yeast, the increasing population will pass into the liquid medium. Our results show that during the first 400 hours, immobilized yeast grows inside the gel and after 700 hours the yeast no longer has room to grow in the gel, which is why more cells are released into the fermentation fluid.
Тази неустойчивост при популацията на дрожди се отразява на показателите за етанол и относителното тегло (фигура 6.61). По време на началните 200 часа на ферментация може да се очаква, че съдържанието на етанол ще се увеличи прекомерно много, а относителното тегло ще се намали, следвайки традиционната кинетика на периодичната ферментация. Между 200 и 600 часа етанолът достига тази част от кривата на диаграмата, която е паралелна на абцисната ос и отговаря на 45 g/L и относително тегло от около 6 °Р. Този резултат не е очакван, както и ферментиралата течност в края на ферментационния процес да е с относително тегло от 2,5 до 2,7 °Р. При около 600-ния час, когато популацията на свободни клетки от дрожди току-що е достигнала около максимума, нивото на етанола се увеличава до около 70 g/L и относителното тегло пада до около 2,2 °Р. По-близък поглед по отношение на съдържанието на конкретни въглехидрати в зависимостThis instability in the yeast population is affected by ethanol and relative weight indicators (Figure 6.61). During the initial 200 hours of fermentation, it can be expected that the ethanol content will increase excessively and the relative weight will decrease, following the traditional kinetics of periodic fermentation. Between 200 and 600 hours, ethanol reaches that part of the curve that is parallel to the abscissa and corresponds to 45 g / L and a relative weight of about 6 ° P. This result is not expected as the fermented liquid at the end of the fermentation process has a relative weight of 2.5 to 2.7 ° P. At about 600 hours, when the free yeast cell population has just reached its maximum, the ethanol level rises to about 70 g / L and the relative weight drops to about 2.2 ° P. A closer look at the content of specific carbohydrates depending on
147147
от продължителността на ферментацията (фигура 6.62) показва, че концентрацията на малтоза не достига равновесие приблизително до 600-ния час на процеса. Както се очакваше, другите захари намаляват. Други два ключови анализи са под непрекъснато наблюдение през целия двумесечен период на непрекъснатия процес - на диацетил и на 2,3-пентандион (Фигура 6.63). Ниските точки приблизително при 180 часа съответстват на края на периодичната фаза. Със започването на непрекъснатото подаване на материал съдържанието на диацетил и 2,3-пентандион рязко се увеличава съответно на около 500 pg/L and 400 pg/L. Това първоначално увеличение е очаквано, тъй като подаването на свежа хранителна среда стимулира растежа на дрождите, от което следва, че се повишават нивата на излишък от метаболити, което води до получаване на диацетил и 2,3-пентандион. По време на ферментацията нивата на 2,3-пентандиона остават над 400 pg/L, докато концентрацията на диацетил се понижава от 500 pg/L до 275 pg/L по средата на провеждането на ферментационния процес. Тази точка също съвпада с нивото на диацетил, падайки под нивото на 2,3пентандиона, което е наблюдавано при оценяване на осъществимостта, посочено в раздел 6.3.from the duration of the fermentation (Figure 6.62) shows that the concentration of maltose does not reach equilibrium until approximately 600 hours of the process. As expected, other sugars are down. The other two key assays are continuously monitored throughout the two-month continuous process, diacetyl and 2,3-pentanedione (Figure 6.63). The low points at approximately 180 hours correspond to the end of the periodic phase. As the material was fed continuously, the content of diacetyl and 2,3-pentanedione increased sharply to about 500 pg / L and 400 pg / L, respectively. This initial increase is expected because the supply of fresh nutrient medium stimulates the growth of yeast, which consequently increases the levels of excess metabolites leading to the production of diacetyl and 2,3-pentanedione. During fermentation, levels of 2,3-pentanedione remain above 400 pg / L, while the diacetyl concentration decreases from 500 pg / L to 275 pg / L in the middle of the fermentation process. This point also coincides with the level of diacetyl, falling below the level of 2,3 pentanedione, which was observed in the feasibility assessment referred to in section 6.3.
148148
200 400 600 800 1000 1200200 400 600 800 1000 1200
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
ТемператураTemperature
Въглроден диоксидCarbon dioxide
Въздух фигура 6.59 Работни параметри на ферментацията с имобилизирани в карагенан дрожди в зависимост от продължителността на ферментацията.Air Figure 6.59 Performance parameters of fermentation with carrageenan immobilized yeast depending on the duration of the fermentation.
149149
ЖизнеспособностViability
Клетки фигура 6.60 Обща концентрация на дрождеви клетки и жизнеспособност на имобилизирани дрожди в к-карагенан в зависимост от продължителността на ферментацията.Cells Figure 6.60 Total yeast cell concentration and viability of immobilized yeast in k-carrageenan depending on the duration of fermentation.
ЕтанолEthanol
Жизнеспособност фигура 6.61 Концентрация на етанол и относително тегло при непрекъсната ферментация с имобилизирани дрожди в к-карагенан в зависимост от продължителността на ферментацията.Viability Figure 6.61 Ethanol concentration and relative weight in continuous fermentation with immobilized yeast in k-carrageenan depending on the duration of fermentation.
150150
-0- Полизахариди-0- Polysaccharides
Малтоза •43” Малтотетроза Q· ГлицеринMaltose • 43 ”Maltotetrosis Q · Glycerin
МалтотриозаMaltotriose
фигура 6.62 Съдържание на въглехидрати при непрекъсната ферментация с имобилизирани дрожди в к-карагенан в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.62 Carbohydrate content of continuous fermentation with immobilized yeast in k-carrageenan depending on the duration of fermentation.
-•-Диацетил- • - Diacetyl
ПентадионPentadion
Фигура 6.63 Концентрация на висши дикетони при непрекъсната ферментация с имобилизирани дрожди в к-карагенан в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.63 Concentration of higher diketones in continuous fermentation with immobilized yeast in k-carrageenan depending on the duration of fermentation.
151151
6.5.2 Използване на свръхфлокулиращ щам пивни дрожди:6.5.2 Use of a superfluidizing strain of brewer's yeast:
Самофл окури ранеSamothle smoked a wound
Непрекъснатата ферментация в експериментален 50 L биореактор от типа ГПСТ се проведе със свръхфлокулиращи пивни дрожди LCC290 в течение на 3 месеца. Разпръскващ газ СО2 се инжектира със скорост ~2,5 mm/s, а въздухът се подава със скорост ~0,4 mm/s, за да се осигури растежа на пивните дрожди (това съответства на общо 1,5 L газ на минута, от които 3 % са кислород), ферментационната температура в реактора се регулира на ~15°С през целия ход на процеса. Спирането на подаването на енергия ни принуди да намалим температурата във ферментатора на 4°С за период от три дни (около 1700 часа) (фигура 6.64). Охлаждането на реактора се проведе, за да се забави метаболизма на дрождите и да се поддържа тяхната жизнеспособност по време на спирането на електрозахнаването. Този неочакван случай ни даде подходяща възможност да направим преценка за гъвкавостта на системата по отношение на ситуации, които обикновено могат да настъпят при промишлено производство.След като захранването беше възстановено, температурата в реактора отново се регулира на15°С и ферментацията продължи още 30 дни.Continuous fermentation in an experimental 50 L GPST-type bioreactor was carried out with LCC290 super-flocculent yeast for 3 months. Spraying CO 2 gas is injected at a rate of ~ 2,5 mm / s, and the air is supplied at a rate of ~ 0,4 mm / s, in order to ensure the growth of brewer yeast (this corresponds to a total of 1,5 L gas per minute , of which 3% is oxygen), the fermentation temperature in the reactor is adjusted to ~ 15 ° C throughout the process. Stopping the power supply forced us to lower the temperature in the fermenter to 4 ° C over a period of three days (about 1700 hours) (Figure 6.64). The reactor was cooled to slow the metabolism of the yeast and to maintain its viability during power outages. This unexpected case gave us the appropriate opportunity to assess the flexibility of the system with respect to situations that would normally occur in industrial production. After the power was restored, the reactor temperature was again adjusted to 15 ° C and the fermentation continued for another 30 days.
След завършването на началната периодична фаза (~180 часа) започна непрекъснатото подаване на пивна мъст към системата с дебит 2,16 L на час, като с това се осигурява време на престой 24 часа, определено на базата на работния обем на реактора от 50 L. След началната периодична фаза концентрацията на клетките се увеличава, достигайки 3 билиона клетки на ml_ за около 750 часа ферментация. (Фигура 6.65). След това дрождевата маса намалява приблизително до 1 билион клетки на mL за около 1000 часа и остава на това ниво до края на ферментацията. Жизнеспособността на пивните дрожди е 90 % през целия ход на ферментацията (Фигура 6.65).Upon completion of the initial batch phase (~ 180 hours), a continuous supply of wort to the system at a flow rate of 2.16 L per hour was started, thus providing a residence time of 24 hours, based on the reactor working volume of 50 L After the initial batch phase, the cell concentration increased, reaching 3 trillion cells per ml per 750 hours of fermentation. (Figure 6.65). The yeast mass is then reduced to approximately 1 trillion cells per mL for about 1000 hours and remains at this level until the end of fermentation. The yeast viability is 90% throughout the fermentation process (Figure 6.65).
152152
Концентрацията на етанол и относителното тегло на течната среда достигат псевдо-устойчива стойност малко след като започне непрекъснатото зареждане (Фигура 6.66). Концентрацията на етанол расте до около 70 g/L, а относителното тегло на течността е ~2,3 °Р през останалото време на ферментацията. Данните за концентрацията на въглехидрати, показани на фигура 6.67, потвърждават това псевдоустойчиво състояние приблизително 270 часа в хода на непрекъснатия ферментационен процес. Концентрацията на полизахариди пада от ~42 g/L на ~33 g/L около 1400-ния час от ферментацията. Този резултат се обяснява с разликите в партидите от ливна мъст. Тъй като пивните дрожди за леко пиво не могат да изразходват тези полизахариди, тази аномалия в хранителната среда от пивна мъст няма забележим ефект върху производителността на апарата за главна ферментация.Това различие по отношение на частта от неферментируема захар би трябвало да се установи от членовете на експертна комисия за опитните изпитания, които би трябвало да отбележат, че продуктът има “слаба” консистентност.Ethanol concentration and the relative weight of the liquid medium reach a pseudo-stable value shortly after continuous loading begins (Figure 6.66). The ethanol concentration rises to about 70 g / L and the relative weight of the liquid is ~ 2.3 ° P during the remaining fermentation time. The carbohydrate concentration data shown in Figure 6.67 confirm this pseudostable condition for approximately 270 hours during the continuous fermentation process. The polysaccharide concentration drops from ~ 42 g / L to ~ 33 g / L about 1400 hours of fermentation. This result is explained by the differences in the batches of the must. Since light yeast breweries cannot consume these polysaccharides, this anomaly in the nutrient medium of the wort does not have a noticeable effect on the performance of the main fermentation apparatus. This difference in the proportion of non-fermentable sugar should be detected by the members of Expert Committee on Experimental Tests, which should note that the product has a "poor" consistency.
Концентрациите на диацетил и 2,3-пентандион през цялото време на процеса са представени на фигура 6.68. Както при непрекъснатата ферментация с използване на к-карагенан, нивата на диацетил и 2,3пентандион нарастват още със започването на непрекъснатото подаване на пивна мъст. Диацетилът достига около 375 pg/L, докато концентрацията на 2,3-пентандиона е около 600 pg/L. Тези концентрационни нива се поддържат през целия ход на ферментацията до прекъсване на електричеството на ~1700-ния час. Тъй като течността остава за 3 дни без метаболизъм на пивните дрожди (не се подава хранителна среда), нивата на висши дикетони намаляват. След като подаването на пивна мъст се възстанови, диацетилът и 2,3пентандионът се връщат към нивата си в псевдо-устойчиво състояние.Diacetyl and 2,3-pentanedione concentrations throughout the process are presented in Figure 6.68. As with continuous fermentation using k-carrageenan, diacetyl and 2,3 pentanedione levels increase further with the onset of continuous wort feeding. Diacetyl reaches about 375 pg / L, while the concentration of 2,3-pentanedione is about 600 pg / L. These concentration levels are maintained throughout the fermentation until electricity is interrupted at ~ 1,700 hours. As the liquid remains for 3 days without metabolism of the yeast (no nutrient medium is supplied), the levels of higher diketones decrease. After the wort is restored, the diacetyl and 2,3 pentanedione return to their pseudo-steady state levels.
153153
Фигура 6.64 Работни параметри на ферментация с LC290 в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.64 Performance parameters of fermentation with LC290 depending on the duration of fermentation.
6.00Е+09 &6.00E + 09 &
5.00Е+095.00E + 09
100%100%
85%85%
4.00Е+094.00E + 09
3.00E+093.00E + 09
2.00Е+092.00E + 09
1.00Е+091.00E + 09
О.ООЕ+ООOOOE + OO
70%70%
55%55%
40%40%
25% о о X VO о о о Е о ф X25% about about X VO about about about about X
S *S *
I 1 г* I чI 1 r * I h
1000 1500 2000 2500 30001000 1500 2000 2500 3000
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
10%10%
-А- Клетки-·— Жизнеспособност-A- Cells- · - Viability
Фигура 6.65 Обща концентрация на дрождевите клетки и жизнеспособност на дрожди LC290 в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.65 Total yeast cell concentration and viability of LC290 yeast depending on the duration of fermentation.
154154
I -А- Етанол ~Д~ Относително тегло |I -A- Ethanol ~ E ~ Relative weight |
фигура 6.66 Концентрация на етанол и относително тегло на дрожди LC290 при непрекъсната ферментация в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.66 Ethanol concentration and relative weight of LC290 yeast in continuous fermentation depending on the duration of fermentation.
—е- Полизахариди· И- Малтотетроза -Ъ- Малтотриоза Малтоза -Θ- Глицерин—E- Polysaccharides · And- Maltotetrosis -Y - Maltotriose Maltose -Θ- Glycerin
Фигура 6.67 Съдържание на въглехидрати при непрекъсната ферментация с дрожди LC290 в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.67 Carbohydrate content of continuous yeast fermentation LC290 depending on the duration of fermentation.
155155
Диацетил —·— Пентадион фигура 6.68 Концентрация на висши дикетони при непрекъснатата ферментация с дрожди LC290 в зависимост от продължителността на ферментацията.Diacetyl - · - Pentadione Figure 6.68 Concentration of higher diketones in continuous fermentation with LC290 yeast depending on the duration of fermentation.
156156
6.5.3 Използване на средно флосулиращи пивни дрожди:6.5.3 Use of medium flocculant yeast:
самофлокуриранеself-flooding
Проведена е ферментация при няколко режима на работа с използване на средно флокуриращ щам пивни дрожди LLC3021 като матрица за имобилизиране. ферментацията е проведена в експериментален 50 L биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба. Както и при двата предишни метода на имобилизиране, началната концентрация на пивни дрожди се установява на 4 g/L. С тези пивни дрожди се заквасва пивна мъст за промишлено производство на лека бира (описано в раздел 4.2) и осигурява ферментиране на партидата докато се изразходва цялото количество ферментируеми захари и нивото на диацетила падне под 30 pg/L. Температурата на ферментацията се регулира на 15°С и скоростта на разпръсквания газ се регулира на същото ниво, както при ферментацията с LCC290 (повърхностна скорост на въглеродния диоксид —2,5 mm/s и —0,4 mm/s въздух, осигуряващ приблизително 3 % кислород в общото количество разпръскван газ.) (фигура6.69).Fermentation was performed under several operating modes using LLC3021 medium flocculating yeast strain as an immobilization matrix. the fermentation was carried out in an experimental 50 L gas-lift bioreactor equipped with a suction tube. As with the two earlier immobilization methods, the initial concentration of yeast was set at 4 g / L. These brewer's yeasts ferment beer must for the industrial production of light beer (described in section 4.2) and ferment the batch until all fermentable sugars have been consumed and diacetyl levels fall below 30 pg / L. The fermentation temperature was adjusted to 15 ° C and the rate of the spray gas was adjusted to the same level as that of fermentation with LCC290 (carbon dioxide surface velocity of –2.5 mm / s and –0.4 mm / s of air providing approximately 3% oxygen in the total amount of gas sprayed.) (Figure 6.69).
Този първоначален периодичен стадии дава възможност за флокулация на дрождевите клетки и поради това по-лесно се задържат в системата, в която се използва газова подемна сила. В края на периодичната ферментация скоростта на подаване на пивна мъст се регулира на 2,16 L на час, което съответства на време на престой 24 часа, като се вземе предвид работният обем на реактора - 50 L. Популацията на пивните дрожди (фигура 6.70) се увеличава на около 1 билион клетки на милилитър и остава на това ниво в продължение на 1000 часа (между 500-ния и 1500-ния час в хода на непрекъснатата ферментация. Популацията на пивните дрожди изведнъж се увеличава около ~1500-ния час от ферментацията и след това се стабилизира на 2 билиона клетки/mL. Тази промяна в популацията на пивните дрождиThis initial periodic stage enables the flocculation of the yeast cells and is therefore easier to retain in a system using gas lift. At the end of the periodic fermentation, the wort feeding rate is adjusted to 2.16 L per hour, which corresponds to a residence time of 24 hours, taking into account the reactor working volume of 50 L. The yeast population (Figure 6.70) increases to about 1 trillion cells per milliliter and stays at this level for 1000 hours (between 500 and 1500 hours during continuous fermentation. The brewer's yeast population suddenly increases about ~ 1500 hours of fermentation and then stabilized at 2 trillion cells / mL the brewer's yeast population
157 беше неочаквана. Жизнеспособността на пивните дрожди през целия ход на ферментацията се поддържаше на 90 % (Фигура 6.70).157 was unexpected. The viability of the yeast throughout the fermentation process was maintained at 90% (Figure 6.70).
На фигура 6.71 са представени данните за концентрацията на етанол и относителното тегло на ферментационната течна среда по време на тримесечната непрекъсната ферментация. Малко след започването на периодичния стадий (180 часа) концентрацията на етанол се стабилизира на 70 g/L, а относителното тегло достига минимум ~2,2 °Р. Предполага се, че внезапното увеличаване на популацията на пивните дрожди би рефлектирало върху намаляването на концентрацията на етанол. Най-логичното обяснение за увеличаване на популацията на пивните дрожди е, че по-голяма част от популацията навлиза във фазата на растеж, в резултат на което тяхната i концентрация се удвоява. Би могло да се очаква намаляване на концентрацията на етанол във връзка с увеличаването на | концентрацията на пивни дрожди, но това не е така, тъй като етанолът ’ остава в псевдо-устойчиво състояние и неговата стойност е 70 g/L през | целия ход на процеса. Концентрацията на въглехидрати в зависимост от | продължителността на ферментацията (фигура 6.72) показва същите | резултати, както характеристиките на етанол и относителното тегло.Figure 6.71 shows the ethanol concentration and relative weight of the fermentation fluid during the three-month continuous fermentation. Shortly after the start of the batch stage (180 hours), the ethanol concentration stabilizes at 70 g / L and the relative weight reaches a minimum of ~ 2.2 ° P. It is anticipated that a sudden increase in the yeast population would reflect a decrease in ethanol concentration. The most logical explanation for the increase in brewer's yeast population is that the greater part of the population enters the growth phase, resulting in a doubling of their concentration. A decrease in ethanol concentration could be expected in connection with an increase in the concentration of brewer's yeast, but this is not the case since ethanol 'remains in a pseudo-stable state and its value is 70 g / L in | the whole course of the process. Concentration of carbohydrates as a function of the fermentation duration (Figure 6.72) shows the same results, both ethanol characteristics and relative weight.
[ j При този ход на ферментацията се достига псевдо-устойчиво състояние j приблизително 250 часа непрекъсната ферментация.[j With this course of fermentation a pseudo-steady state is reached j approximately 250 hours of continuous fermentation.
!!
| На фигура 6.73 са показани концентрационните характеристики { на диацетил и 2,3-пентандион в зависимост от продължителността на | ферментацията. Както при резултатите за висшите дикетони при използване на гел от к-карагенан и LCC290, концентрациите на j| Figure 6.73 shows the concentration characteristics of {diacetyl and 2,3-pentanedione depending on the duration of | fermentation. As with the results for higher diketones using k-carrageenan gel and LCC290, the concentrations of j
диацетил и 2,3-пентандион се увеличават след започването на фазата на периодичната ферментация и достига псевдо-устойчиво състояние diacetyl and 2,3-pentanedione increase after the start of the fermentation phase and reach a pseudo-stable state
при стойност съответно от -225 цд/L и 400 gg/L.at a value of -225 µg / L and 400 gg / L, respectively.
158158
ο οο ο
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
Въглроден диоксид“*” ВъздухCarbon dioxide "*" Air
ТемператураTemperature
Фигура 6.69 Работни параметри на ферментацията с LCC3021 в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.69 Fermentation performance parameters with LCC3021 depending on fermentation duration.
159159
6.00Е+096.00E + 09
-5.00Е+09 я Е * =4.00Е+09-5.00E + 09 i E * = 4.00E + 09
Я 53.ООЕ+О9 h §· *2.00Е+09 ж S * 5 1.00Е+09I 53.OOO + O9 h § · * 2.00E + 09 w S * 5 1.00E + 09
О.ООЕ+ООOOOE + OO
Продължителност на ферментацията (h) | —jr· Клетки-#—ЖизнеспособностDuration of fermentation —Jr · Cells - # - Viability
Фигура 6.70 Обща концентрация на клетки от ливни дрожди и жизнеспособност на LCC3021 в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.70 Total concentration of yeast cells and viability of LCC3021 depending on the duration of fermentation.
фигура 6.71 Концентрация на етанол и относително тегло при ферментация с LCC3021 в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.71 Ethanol concentration and relative weight in fermentation with LCC3021 depending on the duration of fermentation.
160160
Ο·· Полизахариди -Ο Малтотетроза - Малтотриоза· ·· Polysaccharides -Ο Maltotetrosis - Maltotriose
Малтоза —G— ГлицеринMaltose —G— Glycerin
Фигура 6.72 Концентрация на въглехидрати при непрекъсната ферментация с пивни дрожди LCC3O21 в зависимост от продължителността на ферментацията.Figure 6.72 Concentration of carbohydrates in continuous fermentation with brewer's yeast LCC3O21 depending on the duration of fermentation.
ПентадионPentadion
Диацетил-·— фигура 6.73 Концентрация на висши дикетони при ферментация с LCC3021 в зависимост от продължителността на ферментацията.Diacetyl- - Figure 6.73 Concentration of higher diketones upon fermentation with LCC3021 depending on the duration of fermentation.
161161
6.5.4 Съпоставяне на различните носители6.5.4 Comparison of different media
В раздели 6.5.1 до 6.5.3 бяха представени ферментационните характеристики на гелни гранули от к-карагенан, свръхфлокулиращи дрожди LCC290 и средно флокулиращи дрожди LCC3021 като матрици за имобилизиране. Всичките три носители се считат като подходящи за провеждане на непрекъсната главна ферментация в експериментален биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба и с обем 50 L.Sections 6.5.1 to 6.5.3 present the fermentation characteristics of k-carrageenan gel pellets, LCC290 superflocculent yeast and LCC3021 medium flocculent yeast as immobilization matrices. All three carriers are considered suitable for continuous main fermentation in a gas-lifted experimental bioreactor equipped with a suction tube and a volume of 50 L.
Времето за престой за всичките три случая е 24 часа, ферментацията с използване на свръхфлокулиращите дрожди LCC290 достига псевдо-устойчиво състояние много по-бързо в сравнение с използването на системите със средно флокулиращите дрожди LCC3021 и имобилизираните клетки в к-карагенан. При ферментацията с LCC290 се достига максимална концентрация на етанол от 70 g/L за около 250 часа. При използване на LCC3021 се постига устойчиво състояние на концентрацията на етанол от 70 g/L за около 600 часа. По време на непрекъснатата ферментация с к-карагенан етанолът постига равновесие в две отделни точки в хода на процеса. Най-напред етанолът достига 45 g/L между 200 и 500 часа и след това нараства до 70 g/L след около 757 часа и остава при тази концентрация до края на експеримента.The residence time for all three cases is 24 hours, fermentation using the LFC290 superflocculent yeast reaches a pseudo-steady state much faster than the use of the LCC3021 medium flocculent yeast systems and immobilized cells in k-carrageenan. Fermentation with LCC290 achieves a maximum ethanol concentration of 70 g / L in about 250 hours. Using LCC3021, a steady state ethanol concentration of 70 g / L is achieved for about 600 hours. During continuous fermentation with k-carrageenan, ethanol is equilibrated at two separate points during the process. First, ethanol reaches 45 g / L between 200 and 500 hours and then rises to 70 g / L after about 757 hours and remains at this concentration until the end of the experiment.
Трите ферментационни системи изглежда достигат максимална концентрация на свободни клетки -1 билион клетки на милилитър. Променливостта на концентрацията на пивни дрожди влияе на получаването на етанол в системата с к-карагенан (по-ниска начална псевдо-устойчива концентрация на етанол в сравнение със системата с дрожди LCC290). Концентрацията на пивни дрожди достига връхна точка в различни интервали от време при всяка система. За непрекъснатата ферментация с LCC290 етанолът достига своя максимум между 500-ния и 1000-ния час, докато при ферментацията с LCC3021The three fermentation systems appear to reach a maximum free cell concentration of -1 trillion cells per milliliter. Variability in beer yeast concentration affects ethanol production in the k-carrageenan system (lower initial pseudo-stable ethanol concentration compared to the LCC290 yeast system). The concentration of brewer's yeast peaks at different time intervals in each system. For continuous fermentation with LCC290, ethanol peaks between 500 and 1000 hours, while fermentation with LCC3021
162162
изчислената максимална стойност е между 1500-ния и 2000-ния час. Системата с имобилизиране с к-карагенан достига максимална концентрация на клетки между 700-ния и 1000-ния час на непрекъснатия процес.the calculated maximum value is between 1500 and 2000 hours. The k-carrageenan immobilization system reaches a maximum cell concentration between 700 and 1000 hours of continuous process.
Псевдо-стабилните стойности на концентрациите на диацетил и 2,3-пентандион в трите вида ферментации с имобилизирани клетки свръхфлокулиращи дрожди LCC290, средно флокулиращи дрожди LCC3021 и имобилизирани в к-карагенан дрожди, са различни. За ферментацията с LCC290 стабилизирането се постига при около 375 цд/L, докато при ферментацията с LCC3021 нивото на стабилизиране е при около 225 цд/1_. При ферментацията с к-карагенан концентрацията на диацетил достига 500 gg/L и по средата на хода на ферментационния процес нивото намалява постепенно до около 200 цд/L в рамките на 500 часа. Концентрацията на 2,3-пентандион отразява концентрацията на диацетил при всичките три хода на ферментацията, като концентрациите на 2,3-пентандион са по-високи в сравнение с тези на диацетил през цялото време на ферментациите с LCC290 и LCC3021. Ферментацията с к-карагенан показва различна тенденция - с нива на диацетил, по-високи от тези на 2,3-пентандиона по време на неговото първо псевдо-устойчиво състояние, след което концентрацията на диацетил пада под тази на 2,3-пентандиона. Данните за концентрацията на пивните дрожди и на получения етанол също показват, че по време на ферментацията с к-карагенан се наблюдават две отделни и уникални псевдо-устойчиви състояния.The pseudo-stable values of diacetyl and 2,3-pentanedione concentrations in the three fermentations with immobilized LCC290 superfluous yeast cells, medium flocculating yeast LCC3021 and immobilized in k-carrageenan yeast are different. For fermentation with LCC290, stabilization is achieved at about 375 µg / L, while for fermentation with LCC3021 the stabilization level is at about 225 µg / l. In fermentation with k-carrageenan, the concentration of diacetyl reaches 500 gg / L and, in the middle of the fermentation process, the level gradually decreases to about 200 µg / L within 500 hours. The concentration of 2,3-pentanedione reflects the concentration of diacetyl at all three fermentation runs, with concentrations of 2,3-pentanedione being higher than those of diacetyl during all fermentations with LCC290 and LCC3021. Fermentation with k-carrageenan shows a different trend - with diacetyl levels higher than those of 2,3-pentanedione during its first pseudo-steady state, after which the concentration of diacetyl falls below that of 2,3-pentanedione. The data on the concentration of brewer's yeast and the resulting ethanol also indicate that two separate and unique pseudo-stable conditions are observed during fermentation with k-carrageenan.
Работата по сравняването на различните ферментационни системи и оценката коя от тях работи по-добре, може да е комплексна, когато качествата на системите се оценяват въз основа на повече от един критерий. Например, ако за измерване на постигнатия успех се използва само общата производителност на етанол, всичките три изпитвани системи биха били равностойни, тъй като получаването на 70The work of comparing different fermentation systems and evaluating which one works better can be complex when the qualities of the systems are evaluated on the basis of more than one criterion. For example, if only total ethanol productivity were used to measure success, all three test systems would be equivalent, since obtaining 70
163 g/L етанол за обем на реактора от 50 L при време на престой 24 часа се постига при всичките системи.163 g / L of ethanol for a reactor volume of 50 L over a 24-hour period was achieved in all systems.
Към производството на пиво, което се търси на пазара, сеTowards the production of marketable beer is
предявяват повече изисквания освен получаването на етанол. Предлаганата ферментационна система би могла да се оцени по отношение на нейната способност да произвежда качествено пиво (сред другите показатели и производителност на етанол и нива на диацетила), като се вземат под внимание възможното постепенно нарастване на разходите за носители, наличност на носителите, лекотата при работа със системата, опазване на околната среда при депонирането на носителите, стабилността на носителите, както и гъвкавост на работата, осигурявана от носителите. За да се направи оценка на един многоаспектен проблем, бизнес-средите използват бездименсионен метод на анализ, наричан “Съпоставителна карта за отбелязване на резултатите” (Kaplan и Norton, 1996). Първият етап включва идентификация на критериите, по които системата трябва да се оценява. След това на всеки критерии се дава оценка по скала от 1 до 5, като 1 означава най-малко одобрение, а 5 - най-голямо одобрение. В края на анализа резултатът от всяка опция се изчислява и алтернативата с най-голям резултат е най-добрият избор.have more requirements beyond ethanol production. The proposed fermentation system could be evaluated in terms of its ability to produce quality beer (among other indicators and ethanol productivity and diacetyl levels), taking into account the possible gradual increase in carrier costs, carrier availability, ease of use. working with the system, protecting the environment in the storage of media, the stability of the media, and the flexibility of the work provided by the media. In order to evaluate a multidimensional problem, business environments use a dimensionless analysis method called the “Comparison Chart for Reporting Results” (Kaplan and Norton, 1996). The first stage involves identifying the criteria by which the system is to be evaluated. Each of the criteria is then rated on a scale of 1 to 5, with 1 indicating the least approval and 5 indicating the highest approval. At the end of the analysis, the result of each option is calculated and the alternative with the highest score is the best choice.
В Таблица 6.2 са представени резултатите от анализа съгласно “Съпоставителна карта за отбелязване на резултатите”, проведена за носителите за имобилизиране, които се разглеждат като възможни алтернативи за използване в експерименталния биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба, и обем 50 L за извършване на ферментацията. Бяха подложени на оценка общо 6 носители, като главната цел беше приложимостта им за производство на пиво, което е търсено на пазара. Тези носители са както следва: Chitopearl , гранули от хитозан Celite , кизелгур, стъклени гранули от Siran®, гелни гранули от к-карагенан, средно флокулиращи дрождиTable 6.2 presents the results of the analysis according to the “Comparison Map for Results” conducted for the immobilization media, which are considered as possible alternatives for use in the experimental gas lift powered bioreactor equipped with a suction tube and a volume of 50 L for fermentation. A total of 6 carriers were evaluated and their main objective was the feasibility of producing marketable beer. These carriers are as follows: Chitopearl, chitosan Celite granules, kieselguhr, Siran® glass granules, k-carrageenan gel granules, medium flocculent yeast
164164
LCC3021 и свръхфлокулиращи дрожди LCC290. Всеки носител беше подложен на оценка съгласно посочената по-горе скала. Свръхфлокулиращите дрожди LCC290 се представят най-добре, следвани близко от средно флокулиращите дрожди LCC3021.LCC3021 and over-flocculating yeast LCC290. Each media was evaluated according to the above scale. LCC290 super flocculent yeast performs best, followed closely by medium flocculent yeast LCC3021.
Останалите четири носители получиха резултати между 16 и 20. Трета преференция беше дадена на системата с к-карагенан, тъй като в експерименталното устройство беше произведено пиво, което е продаваемо на пазара. Оценката на носителите ясно показва, че бъдещата работа по изследване на системите за непрекъсната ферментация би трябвало да се насочи към самоагрегирането като начин на имобилизиране. Достъпност (лесно достъпен), разходи (ниски разходи поради това, че не е необходима допълнителна екипировка за работа), удобство при работата (съгласуваност в рамките на съществуващите операции на инсталацията), следва да се осигуряват от такава алтернатива, която да надделява над възможна нестабилност на флокулатите от дрожди в система с използване на разбъркване. Възможно е да се използва склонността към разрязване на самоагрегиралите се частици, за да се регулира размера на флокулатите по време на ферментационния процес и е възможно да сеThe remaining four carriers received results between 16 and 20. A third preference was given to the k-carrageenan system, since beer was commercially available in the experimental unit. The evaluation of the carriers clearly indicates that future work on the research of continuous fermentation systems should focus on self-aggregation as a way of immobilization. Affordability (easily accessible), costs (low costs due to no need for additional equipment for work), convenience of work (coherence within existing operations of the installation) should be provided by such an alternative that outweighs the possible instability of yeast flocculates in a stirring system. It is possible to use the tendency to cut self-aggregated particles to adjust the size of flocculates during the fermentation process and it is possible to
достигне по-голям пренос на маса, което води до по-нататъшно увеличение на обемната производителност.achieves greater mass transfer, leading to a further increase in volume capacity.
Таблица 6.2 Съпоставяне на няколко носители за имобилизиране при провеждане на главна ферментация на пиво в система на биоректор с газова подемна силаTable 6.2 Comparison of several carriers for immobilization during the main fermentation of beer in a bioreactor system with gas lift
Chitopearl® Celite® Siran® Карагенан LCC3021 LCC290Chitopearl® Celite® Siran® Carrageenan LCC3021 LCC290
Доброкачес- 3 твено пивоGood-quality beers
Разходи 2Costs 2
Достъпност 1Accessibility 1
Удобство при 3 работаConvenience with 3 work
1414
1313
5252
1313
165165
6.6. Производство на пиво от вида североамериканско леко пиво по технологията, при която се използва газова подемна сила и смукателна тръба6.6. Beer production of North American light beer by technology using gas lift and suction pipe
Производството на леко пиво тип североамериканско (СА) поставя много препятствия пред пивоварите. Леко пиво от типа СА се характеризира със светъл цвят и с ниска степен на горчивина, ниска остатъчна захар, няма доминиращ аромат, от което следва, че няма остатъчен вкус. Поради тези присъщи свойства пивоварите могат да замаскират много малко недостатъци, свързани с вкуса. Високо ниво на диацетил (горчивина), ацеталдехид (зелена ябълка), както и липса на вкус на серни съединения (изгоряла гума, мирис на скункс, развалени яйца, сварени зеленчуци), са най-обикновени проблеми, свързани с вкуса, които тормозят пивоварите. Въпреки че бактериалните замърсявания на ферментационната среда също могат да са причина ароматът на пивото да не е на необходимото ниво, неправилен контрол на ферментационния процес по-често довежда до по-високи от очакваните нива на несъответствие на изискванията за аромат.The production of North American (CA) light beer poses many obstacles for brewers. Light beer of the CA type is characterized by a light color and low bitterness, low residual sugar, no dominant aroma, resulting in no residual taste. Because of these intrinsic properties, brewers can mask very few taste deficiencies. High levels of diacetyl (bitterness), acetaldehyde (green apple), as well as a lack of taste of sulfur compounds (burnt rubber, odor of skunk, spoiled eggs, boiled vegetables) are the most common taste problems that hinder brewers . Although the bacterial contamination of the fermentation medium may also cause the aroma of the beer to be at the wrong level, improper control of the fermentation process more often results in higher than expected levels of non-compliance with the flavor requirements.
По време на опитите по непрекъснатата ферментация, проведени като част от тези тезиси, нивата на замърсяванията в ливната мъст и във ферментационните съдове се контролираше чрез стриктно установени процедури на асептичните методи, ферментационните опити с всичките три вида носители, които продължиха няколко месеца, показаха, че няма забележими нива на замърсители (наблюденията са извършени чрез методи, описани в Глава 4). По-високи от желаните нива на диацетил (целта е да е под 30 pg/L) и ацеталдехид (целта е да е под 10 mg/L) създават проблем пред продукта, получен чрез непрекъсната главна ферментация, но тези нива не се дължат на бактериално заразяване. Тези заключения не са поразлични от посочените в литературата ( Pajunen et al., 2000;Kronlof etDuring continuous fermentation experiments conducted as part of these theses, the levels of contamination in the casting must and in the fermentation vessels were controlled by strictly established aseptic methods, fermentation experiments with all three types of carriers, which lasted several months, showed there are no detectable levels of pollutants (observations were made using the methods described in Chapter 4). Higher than desired levels of diacetyl (aiming to be below 30 pg / L) and acetaldehyde (aiming to be below 10 mg / L) create a problem for the product obtained by continuous main fermentation, but these levels are not due to bacterial contamination. These findings are not dissimilar to those reported in the literature (Pajunen et al., 2000; Kronlof et al.
166 al., 2000). Белгийски пивовар обяснява високите нива на ацеталдехид, получен в процеса на непрекъснатата ферментация, с показатели, свързани с продажбите, и маркира продукта като бира с вкус на ябълка (Andries et al., 1996).166 al., 2000). The Belgian brewer explains the high levels of acetaldehyde produced in the process of continuous fermentation with sales-related indicators and labels the product as apple flavored beer (Andries et al., 1996).
Високите нива на диацетил, съпътстващи главната ферментация, също са нормално явление в пивоварната промишленост. Някои пивовари са възприели практиката, наричана “свободно увеличение на температурата”, след завършването на главната ферментация, за да се помогне за намаляването на съдържанието на диацетил. Други просто избират задържане на продуктите за по-дълъг период по време на отлежаване, за да се постигне намаляване на висшите дикетони (диацетил и 2,3-пентандиона) до желаните нива. При друг подход няколко изследователски групи изследват технология на скоростно отлежаване, дискутирана в Глава 2, за да се намалят нивата на диацетил. Въпреки че този подход е ефективен, той добавя друга степен на сложност към целия пивоварен процес, който някои считат, че е трудно да се приеме.High levels of diacetyl accompanying main fermentation are also a normal occurrence in the brewing industry. Some brewers have adopted the practice called "free temperature increase" after the completion of main fermentation to help reduce diacetyl content. Others simply choose to hold the products for a longer period during maturation to reduce the higher diketones (diacetyl and 2,3-pentanedione) to the desired levels. In another approach, several research groups are investigating the speed-maturing technology discussed in Chapter 2 to reduce diacetyl levels. While this approach is effective, it adds another degree of complexity to the whole brewing process, which some find difficult to accept.
Икономиите от процеса на скоростно отлежаване са много ясни, но в началото на използване на непрекъснато производство в пивоварната индустрия може би е препоръчително да се свеждат до минимум технологичните трудности, за да се спомогне преминаването от традиционната периодична ферментация към непрекъснато производство. По тази причина беше решено да се изследва периодично задържане (задържане на партиди) след непрекъсната главна ферментация в експериментални реактори с газова подемна сила и обем 50 L, за да се контролират високите нива на диацетил в крайния продукт от пиво. Този допълнителен технологичен етап не беше предвиден при започването на тази Ph. D. програма, но беше необходимо да се предприеме такава мярка, за да се сравни пивото,The savings from the rapid maturation process are very clear, but it may be advisable to minimize technological difficulties in the early use of continuous brewing in the brewing industry to facilitate the transition from traditional batch fermentation to continuous production. It was therefore decided to investigate periodic retention (batch retention) after continuous main fermentation in experimental gas lift and 50 L reactors to control the high levels of diacetyl in the finished beer product. This additional technological step was not foreseen at the beginning of this Ph. D. program, but it was necessary to take such a measure to compare beer,
167 получено при непрекъснат режим, с контроли от пиво, получено при периодичен процес.167 obtained in continuous mode, with beer controls obtained in a batch process.
6.6.1 Периодичен процес на задържане на продукта след непрекъснатата главна ферментация6.6.1 Periodic retention of the product after continuous main fermentation
Важен параметър за определяне завършването на главната ферментация е нивото на диацетил в крайната ферментирала течност. Превръщането на диацетиловия прекурсор - α-ацетолактат, в диацетил е лимитиращ етап по отношение на диацетила (Фигура 3.5). Тази първа реакция е химична и зависи в голяма степен от температурата. Ако се подаде “зелена бира към процеса на отлежаване на студено предиAn important parameter for determining the completion of major fermentation is the level of diacetyl in the final fermented liquid. The conversion of the diacetyl precursor, α-acetolactate, into diacetyl is a limiting step with respect to diacetyl (Figure 3.5). This first reaction is chemical and depends largely on temperature. If submitted 'green beer to the cold aging process before
химичното превръщане на α-ацетолактата в диацетил, полученото пиво може да има нива на съдържание на диацетил над предела от 20 цд/L, свързан с вкусовите качества, освен ако се използват продължителни периоди на отлежаване на студено, за да се осигури бавно превръщане на прекурсора. При всичките три непрекъснати ферментации, описани в раздел 6.5, нивото на диацетил на изхода на реактора беше над желаните стойности от 30 цд/1_ в неразреденото пиво. Ако течността се филтрира на този стадий, за да се отстранят пивните дрожди, диацетилът ще остане висок, от което следва, че трябва да се използва периодичен период при по-високи температури, за да се намали съдържанието на диацетил до необходимото ниво.the chemical conversion of α-acetolactate to diacetyl, the resulting beer may have levels of diacetyl above the taste limit of 20 µg / L, unless long periods of cold aging are used to ensure a slow conversion of the precursor. For all three continuous fermentations described in section 6.5, the diacetyl level at the reactor outlet was above the desired values of 30 µg / l in the undiluted beer. If the liquid is filtered at this stage to remove brewer's yeast, the diacetyl will remain high, which means that a periodic period at higher temperatures should be used to reduce the diacetyl content to the required level.
Полученото чрез непрекъсната ферментация пиво се събира и задържа в съдове от неръждаема стомана с обем 40 L при температура 21 °C. Малки проби от течността (100 mL) се източват регулярно и се анализират за диацетил, етанол, относително тегло, естери и фузелови алкохоли. На фигура 6.74 е показано намалението на диацетил в зависимост от времето на задържане на продукта в затоплено състояние за една партида от пиво, ферментирала в непрекъснат процес с пивни дрожди LCC290 в качеството на имобилизирана матрица. Периодът на задържане в затоплено състояние дава резултатThe beer obtained by continuous fermentation is collected and held in 40 L stainless steel vessels at 21 ° C. Small samples of the liquid (100 mL) were drained regularly and analyzed for diacetyl, ethanol, relative weight, esters and fusel alcohols. Figure 6.74 shows the decrease in diacetyl as a function of the retention time of the product in the warm state for one batch of beer fermented in continuous brewing yeast LCC290 as an immobilized matrix. The period of retention in a warm state results
168 по отношение намаляването на диацетила от ~600 pg/L до по-малко от 30 pg/L, което се смята в пивоварната промишленост като “предварително спадане на нивото.168 regarding the reduction of diacetyls from ~ 600 pg / L to less than 30 pg / L, which is considered in the brewing industry to be a "pre-decline.
При друг опит е изследван ефектът от разбъркване върху намаляването на съдържанието на диацетил по време на периода на задържане. Разпръскван газ от въглероден диоксид (0,14 m3/h) се подава откъм дъното на събирателния съд през система от тръби от неръждаема стомана с диаметър 1,27 cm, за да разбърква течността по време на задържането. На фигура 6.75 са представени резултатите от експеримента. Вижда се, че разбъркването чрез разпръскване на СО2 има много малко влияние върху скоростта на намаляване на съдържанието на диацетил в съда за задържане. Този резултат може да бъде показателен по отношение незадоволителните резултати от смесването с въглероден диоксид и следователно не се наблюдава увеличение на реакционната скорост на първата химична реакция (превръщане на α-ацетолактат в диацетил) или не се увеличава скоростта на пренос на маса за втората реакция, за да се извърши побързо (превръщане на диацетила в ацетон с помощта на пивните дрожди). Може също така да е възможно суспензията в съда, която не се подлага на разбъркване, да съдържа достатъчно клетки, с помощта на които се намалява съдържанието на диацетил чрез превръщането му в ацетон, който не е активен по отношение на аромата, когато е настъпило ограниченото по отношение на скоростта химично превръщане (първият етап).In another experiment, the effect of stirring on the reduction of diacetyl content during the retention period was investigated. Carbon dioxide gas (0.14 m 3 / h) was sprayed from the bottom of the collecting vessel through a 1.27 cm stainless steel pipe system to stir the liquid during retention. Figure 6.75 shows the results of the experiment. Stirring by CO 2 spraying has been shown to have very little effect on the rate of decrease of diacetyl content in the retention vessel. This result may be indicative of the unsatisfactory results of carbon dioxide mixing and therefore no increase in the reaction rate of the first chemical reaction (conversion of α-acetolactate to diacetyl) is observed or no increase in mass transfer rate for the second reaction, to be done quickly (converting diacetyls to acetone using brewer's yeast). It may also be possible for the suspension in the non-agitated vessel to contain sufficient cells to reduce the diacetyl content by converting it to acetone, which is not aromatic when inactive. with regard to the rate of chemical conversion (first stage).
Ефектите от периодичното задържане на партиди в загрято състояние след непрекъснатата главна ферментация върху концентрацията на естери и фузелови алкохоли, а така също върху концентрацията на етанол и относителното тегло, са представени съответно на фигури 6.76 и 6.77. Тези резултати показват, че задържането в загрято състояние оказва малък ефект върхуThe effects of periodically holding batches in the heated state after continuous main fermentation on the concentration of esters and fusel alcohols, as well as on the concentration of ethanol and relative weight, are presented in Figures 6.76 and 6.77, respectively. These results indicate that retention in the warm state has little effect on
169 концентрациите на ацеталдехид, етилацетат, пропанол, изобутанол, изоамилалкохол и изоамилацетат (фигура 6.76) Относителното тегло на течността в съда за задържане намалява от 2,7 °Р на 2,0 °Р през първите 12 часа на задържане и след това се стабилизира на тази по-ниска стойност. Концентрацията на етанол беше стабилизирана на 70 mg/L през целия 65-часов период на изпитване. Тези резултати показват, че периодът на задържане оказва влияние главно на концентрацията на диацетил и 2,3-пентандиона, докато влиянието му върху съдържанието на естери, фузелови алкохоли и етанол е минимално.169 concentrations of acetaldehyde, ethyl acetate, propanol, isobutanol, isoamyl alcohol and isoamyl acetate (Figure 6.76) The relative weight of the fluid in the holding vessel decreases from 2.7 ° P to 2.0 ° P during the first 12 hours of holding and then stabilizes to this lower value. Ethanol concentration was stabilized at 70 mg / L throughout the 65-hour test period. These results indicate that the retention period influences mainly the concentration of diacetyl and 2,3-pentanedione, while its effect on the content of esters, fusel alcohols and ethanol is minimal.
Периодичното задържане беше проведено с течност, получена при непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила и обем 50 L, като са използвани свръхфлокулиращи ливни дрожди LCC290, средно флокулиращи пивни дрожди LCC3021 или имобилизирани пивни дрожди в к-карагенан. Данните за намаляване наThe periodic retention was carried out with a liquid obtained by continuous fermentation in a 50 L gas-lifted bioreactor using LCC290 superfluidic yeast, medium flocculent yeast LCC3021 or immobilized yeast yeast in k-carrageenan. Data to reduce
съдържанието на диацетил на тези три изпитвани системи са представени на фигура 6.78. Съдържанието на диацетил намалява до зададената стойност от 30 pg/L при всички системи. Но времето, което е необходимо за достигане на това намаление, варира и при трите случая. При случая с LCC290 намалението от 600 pg/L на 30 pg/L се постига приблизително за 48 часа, а при ферментациите с LCC3021 и с к-карагенан са необходими само ~ 24 часа и ~40 часа, за да се достигне зададената стойност. Беше прието, че това несъответствие се дължи на изходните стойности на диацетила, а не на вида на използваната имобилизирана матрица.the diacetyl content of these three test systems are presented in Figure 6.78. The diacetyl content is reduced to a target value of 30 pg / L in all systems. But the time required to reach this reduction varies in all three cases. In the case of LCC290, a reduction of 600 pg / L to 30 pg / L is achieved in approximately 48 hours, and in fermentations with LCC3021 and k-carrageenan, only ~ 24 hours and ~ 40 hours are required to reach the set point. It was accepted that this discrepancy was due to the diacetyl baseline values and not to the type of immobilized matrix used.
На фигура 6.79 са илюстрирани същите резултати за диацетила от фигура 6.78, като е регулирано времето на задържане на базата на резултатите от ферментациите с LCC3021 и к-карагенан. Графиките на действителното намаление на диацетила за последните две ферментации са изместени така, че техните начални стойности попадат на графиката за намаляване съдържанието на диацетил, получена приFigure 6.79 illustrates the same results for the diacetyls of Figure 6.78, adjusting the retention time based on the fermentation results with LCC3021 and k-carrageenan. The actual diacetyl depletion schedules for the last two fermentations have been offset so that their initial values fall on the diacetyl depletion graph obtained at
170 използването на свръхфлокулиращите пивни дрожди LCC290. С тази трансформация намалението на съдържанието на диацетил за трите системи попада върху една и съща линия. Като се използва софтуерът с таблица на кривите (Table Curve 2D), тези резултати, изразени графично, представляват крива, съответстваща на кинетичното уравнение (Levenspiel, 1972) на първия ред на графиката, показана на фигура 6.80. Беше изчислено, че установено, че експерименталните данни от фигура 6.79 съответстват на следното равенство: [Diacetyl] = 648,54 е('0’0426 4 (6.1) с коефициент на корелация 0,96. Тези резултати потвърждават решително теорията, че всичките три имобилизирани системи показват един и същи потенциал на редукция на диацетила. Резултатите не са изненадващи, тъй като намаляването на диацетила често е свързан с щама пивни дрожди (Nakatani et al., 1984). Системата с к-карагенан имобилизира пивните дрожди LCC3021 в своята гелна структура, а пивните дрожди LCC290 е избран вариант на щама LCC3021.170 the use of LCC290 super flocculant yeast. With this transformation, the decrease in diacetyl content for the three systems falls on the same line. Using Table Curve 2D software, these results, expressed graphically, represent a curve corresponding to the kinetic equation (Levenspiel, 1972) of the first line of the graph shown in Figure 6.80. The experimental data in Figure 6.79 were found to fit the following equality: [Diacetyl] = 648.54 is ( ' 0 ' 0426 4 (6.1) with a correlation coefficient of 0.96. These results strongly confirm the theory that all three immobilized systems show the same diacetyl reduction potential, and the results are not surprising since diacetyl reduction is often associated with a yeast strain (Nakatani et al., 1984) .The k-carrageenan system immobilizes LCC3021 in its yeast gel structure, and brewer's yeast LCC290 is the chosen variant MA LCC3021.
След като нивото на диацетил беше под зададената стойност от 30 pg/L, полученото пиво отново се задържа на хладно (2°С) за време от 7 дни преди да се пристъпи към крайните етапи на производство (филтриране, разреждане, карбонизиране и разливане в опаковки). В Таблица 6,3 е даден накратко анализ на пивото, получено в експериментална система с използване на пивни дрожди LCC290, пивни дрожди LCC3021 или имобилизирани пивни дрожди в к-карагенан в качеството на имобилизирани матрици, фигура 6.81 представлява радарна графика на естери и фузелови алкохоли в три вида пиво, получено в непрекъснат режим и едно контролно пиво промишлено производство, получено с използване на периодичен режим. Като се направи сравнение с промишлено произведеното пиво в периодичен режим (контролата), течностите, получени в непрекъснат режим, имат по-ниско съдържание на естери (етилацетат, изоамилацетат), по-високоAfter the diacetyl level was below the setpoint of 30 pg / L, the resulting beer was again kept cool (2 ° C) for 7 days before proceeding to the final stages of production (filtration, dilution, carbonation and bottling). packaging). Table 6.3 gives a brief analysis of the beer obtained in an experimental system using LCC290 brewer's yeast, LCC3021 brewer's yeast or immobilized brewer's yeast as immobilized matrices, Figure 6.81 presents a radar graph of esters and fusel alcohols in three types of continuous brewed beer and one industrial control brew obtained using the batch mode. Compared to the industrial brew in the batch (control), the liquids produced in the continuous mode have a lower ester content (ethyl acetate, isoamyl acetate), higher
171 съдържание на пропанол и по-ниско на изобутанол, първичен амилалкохол и изоамилалкохол. Нивата на ацеталдехид в продуктите, получени чрез непрекъсната ферментация, са по-високи в сравнение с контролната течност. Нивата на пенливостта, началното помътняване на студено, помътняването на топло, диметилсулфид, серен диоксид, въглероден диоксид и на въздух са в рамките на нормативите.171 propanol content and lower isobutanol content, primary amyl alcohol and isoamyl alcohol. The levels of acetaldehyde in the products obtained by continuous fermentation are higher than the control fluid. The foaming levels, the initial clouding of cold, the turbidity of heat, dimethyl sulfide, sulfur dioxide, carbon dioxide and air are all within the limits of the standards.
Няколко други параметри (привиден екстракт, действителен екстракт, изчислен начален екстракт, цвят, горчивина), които тясно се влияят от разреждането на продукта и от изходната концентрация на етанол до крайните стойности на този показател - 5,0 % (об/об), са различни от контролата, тъй като продуктите, получени в непрекъснат режим, изискват по-голяма степен на разреждане с вода, за да се достигнат желаните стойности за съдържание на етанол поради повисоките начални стойности на концентрацията на етанол (70 g/L срещу 60 g/L при периодичен процес).Several other parameters (apparent extract, actual extract, calculated initial extract, color, bitterness), which are closely influenced by the dilution of the product and the initial concentration of ethanol to the final values of this indicator - 5,0% (v / v), are different from the control, since the products obtained in continuous mode require a greater degree of dilution with water to reach the desired ethanol content due to the higher initial ethanol concentration values (70 g / L vs. 60 g / L in a batch process).
На фигура 6.82 е представена радарна графика за алкохол, pH, цвят, горчивина на същите течности, описани по-горе. Нивата на алкохол, диацетил и pH са добри и са в рамките на зададените, докато цветът и горчивината са извън нормативите. По-светлият цвят е във връзка с по-голямата степен на разреждане, което изискват течностите, получени в непрекъснат режим, и това може да се регулира чрез увеличаване на степента на оцветеност на подаваната хранителна среда от пивна мъст. Стойностите за горчивина също зависят от разреждането и също биха могли да се регулират чрез подаваната пивна мъст.Figure 6.82 shows the radar graph for alcohol, pH, color, bitterness of the same liquids described above. Alcohol, diacetyl and pH levels are good and are within the set range, while color and bitterness are out of the norm. The lighter color is related to the higher dilution required by the fluids produced in continuous mode, and this can be adjusted by increasing the degree of coloration of the nutrient medium from the wort. The bitterness values are also dependent on the dilution and could also be adjusted by the wort.
172172
Период на задържане в затоплено състояние (h)Warm-up retention period (h)
Диацетил е Пентадион Зададена стойност на диацетилDiacetyl is Pentadione The diacetyl set point
Фигура 6.74 Концентрация на висши дикетони в зависимост от продължителността на задържане на партиди в затоплено състояние след непрекъснатата главна ферментация с пивни дрожди LCC290 в реактор с газова подемна сила.Figure 6.74 Concentration of higher diketones as a function of the retention time of batches in the warm state after continuous main fermentation with brewer's yeast LCC290 in a gas lift reactor.
[♦ Без разбъркване · С разбъркване· Зададена стойност на диацетил фигура 6.75 Концентрация на диацетил в зависимост от продължителността на задържане на партиди в затоплено състояние след непрекъснатата главна ферментация с пивни дрожди LCC290 в реактор с газова подемна сила. Една проба е разбърквана чрез разпръскване на въглероден диоксид, а другата проба е оставена в статично положение.[♦ Without stirring · With stirring · Diacetyl set point figure 6.75 Diacetyl concentration depending on the duration of warming-up of batches after continuous main fermentation with brewer's yeast LCC290 in a gas lift reactor. One sample was stirred by carbon dioxide spray and the other sample was left in a static position.
173173
Период на задържане в затоплено състояние (h) • Ацеталдехиде Етилацетат ПропанолА Изобутанол оИзоамилалкохолд ИзоамилацетатWarm-up retention period (h) • Acetaldehyde Ethyl acetate Propanol A isobutanol oIsoamylalcohol Isoamyl acetate
Фигура 6.76 Концентрации на естери и фузелови алкохоли в зависимост от продължителността на задържане на партиди в затоплено състояние след непрекъснатата главна ферментация с пивни дрожди LCC290 в реактор с газова подемна сила.Figure 6.76 Esters and Fusel Alcohol Concentrations as a function of the duration of warmed-up batch retention after continuous main fermentation with brewer's yeast LCC290 in a gas lift reactor.
Период на задържане в затоплено състояние (h)Warm-up retention period (h)
F о Z δF about Z δ
А Етанол Относително тегло фигура 6.76 Концентрации на естери и фузелови алкохоли в зависимост от продължителността на задържане на партиди в затоплено състояние след непрекъснатата главна ферментация с пивни дрожди LCC290 в реактор с газова подемна сила.A Ethanol Relative weight Figure 6.76 Esters and fusel alcohol concentrations depending on the duration of the batch retention in the warm state after continuous main fermentation with brewer's yeast LCC290 in a gas lift reactor.
174174
Продължителност на периодичното задържане (h) ♦ LCC290* LCC3021 · Карагенан Зададена стойност на диацетилPeriodic retention time (h) ♦ LCC290 * LCC3021 · Carrageenan Diacetyl set point
Фигура 6.78 Концентрация на диацетил в зависимост от времето на задържане на партиди в затоплено състояние след непрекъсната главна ферментация с пивни дрожди LCC290, пивни дрожди LC3021 и имобилизирани пивни дрожди в гел от к-карагенан в система с газоваFigure 6.78 Concentration of diacetyl as a function of warming-up time of batches after continuous main fermentation with LCC290 brewer's yeast, LC3021 brewer's yeast and immobilized brewer's yeast in a k-carrageenan gel in a gas system
Продължителност на периодичното задържане (Ь) ♦ LCC290 LCC3021-регулиране • Карагенан-регулиране Предв. граница на намаляванеDuration of Periodic Hold (b) ♦ LCC290 LCC3021 Adjustment • Carrageenan Adjustment Prev. reduction limit
Фигура 6.79 Концентрация на диацетил в зависимост от времето на задържане на партиди в затоплено състояние след непрекъсната главна ферментация с пивни дрожди LCC290, пивни дрожди LC3021 и имобилизирани пивни дрожди в гел от к-карагенан в система с газова подемна сила. Стойностите за ферментацията с LC3021 и к-карагенан са регулирани, за да имат същата начална точка, както ферментацията с LCC290.Figure 6.79 Concentration of diacetyl as a function of warming-up time of batches after continuous main fermentation with LCC290 brewer's yeast, LC3021 brewer's yeast and immobilized brewer's yeast in k-carrageenan gel in a gas lift system. The fermentation values with LC3021 and k-carrageenan are adjusted to have the same starting point as the fermentation with LCC290.
175175
Фигура 6.80 Концентрация на диацетил в зависимост от времето на задържане на партиди в затоплено състояние след непрекъсната главна ферментация с пивни дрожди LCC290, пивни дрожди LC3021 и имобилизирани пивни дрожди в гел от к-карагенан в система с газова подемна сила. Стойностите за ферментацията с LC3021 и к-карагенан са регулирани, за да имат същата начална точка, както ферментацията с LCC290.Figure 6.80 Concentration of diacetyl as a function of the retention time of batches in the warm state after continuous main fermentation with LCC290 brewer's yeast, LC3021 brewer's yeast and immobilized brewer's yeast in a k-carrageenan gel in a gas lift system. The fermentation values with LC3021 and k-carrageenan are adjusted to have the same starting point as the fermentation with LCC290.
176176
Таблица 6.3 Кратко описание на анализите на пиво, произведено в система с газова подемна сила.Table 6.3 Brief description of the analyzes of beer produced in a gas lift system.
екстракт’ (°Р)extract '(° P)
(mg/L)(mg / L)
177177
(mg/L)(mg / L)
178178
фигура 6.81 Радарна графика на пиво, получено чрез непрекъсната ферментация в система с използване на газова подемна сила и с пивни дрожди LCC290, пивни дрожди LCC3021 или пивни дрожди LCC3021, имобилизирани в гелни гранули от к-карагенан. Естерите и фузеловите алкохоли на крайния продукт от пиво са отразени на тази графика. След непрекъснатата главна ферментация всички продукти са подлагани на периодично задържане на партиди в затоплено състояние.Figure 6.81 Radar graph of beer obtained by continuous fermentation in a gas lift system with brewer's yeast LCC290, brewer's yeast LCC3021 or brewer's yeast LCC3021 immobilized in k-carrageenan gel pellets. The esters and fusel alcohols of the finished beer product are shown in this graph. After continuous main fermentation, all products are subjected to periodic warming of batches.
179179
Цвят (SRM)Color (SRM)
I ' Контрола- El - LCC290 “A· LCC3021 Карагенан •j j jI 'Control- El - LCC290' A · LCC3021 Carrageenan • j j j
II
Фигура 6.82 Радарна графика на пиво, получено чрез непрекъсната ферментация в система с използване на газова подемна сила и с пивни дрожди LCC290, пивни дрожди LCC3021 или пивни дрожди LCC3021, имобилизирани в гелни гранули от к-карагенан. Естерите и фузеловите алкохоли на крайния продукт от пиво са отразени на тази графика. След непрекъснатата главна ферментация всички продукти са подлагани на периодично задържане на партиди в затоплено състояние.Figure 6.82 Radar graph of beer obtained by continuous fermentation in a gas lift system with brewer's yeast LCC290, brewer's yeast LCC3021 or brewer's yeast LCC3021 immobilized in k-carrageenan gel pellets. The esters and fusel alcohols of the finished beer product are shown in this graph. After continuous main fermentation, all products are subjected to periodic warming of batches.
180180
6.6.2 Избор на най-подходящия газ за разпръскване Въглеродният диоксид е подходящ за повечето пивоварни, тъй като той е естествен страничен продукт от ферментацията с дрожди. Отделеният въглероден диоксид се събира в пивоварните и след това газовият поток се подлага на очистване, за да се отстранят незначителните онечиствания, които могат да се пренасят с потока (обикновено серни съединения). Този очистен поток след това се компримира и съхранява в течна форма за следващо използване в пивоварната (чистота 99,95 %). Използването на въглеродния диоксид като газ за разпръскване в непрекъснатата ферментация изглежда да е логичен избор от гледна точка на изпълнение. Инсталацията би могла да използва събирателната система и да извлича СО2, напускащ непрекъснатата ферментация. Използването на други газове само би добавил други затруднения при изпълнение на съществуващите операции.6.6.2 Choosing the Right Spray Gas Carbon dioxide is suitable for most breweries as it is a natural by-product of yeast fermentation. The released carbon dioxide is collected in the breweries and then the gas stream is purified to remove the minor impurities that can be carried with the stream (usually sulfur compounds). This purified stream is then compressed and stored in liquid form for further use in the brewery (99.95% purity). The use of carbon dioxide as a gas for dispersion in continuous fermentation seems to be a logical choice in terms of performance. The installation could use collection system to extract CO2 leaving continuous fermentation. The use of other gases would only add to other difficulties in the execution of existing operations.
Но за да стане непрекъснатата ферментация надеждна алтернатива на сега действащите периодични операции, е необходимо да се произвежда продукт, който е подобен на съществуващите търговски фабрични марки. Разчита се на това, че при намаляване на биологичните/биохимичните въздействия, на които пивните дрожди са подложени по време на непрекъснатата ферментация, би било възможно да се постигне подобен продукт. Въглеродният диоксид е известен с това, че оказва неблагоприятно въздействие на метаболизма на пивните дрожди по време на главната ферментация. Този ефект се усилва при използването на високите цилиндричноконични апарати, където нагнетателното налягане, което е присъщо на системата, затруднява свободното отделяне на СО2 от течната среда. При тези условия произведените пивни продукти имат по-ниско съдържание на естери и по-високо на фузелови алкохоли. Направени са успешни опити за отстраняване на известна част от СО2 отBut in order to make continuous fermentation a viable alternative to the current batch operations, it is necessary to produce a product similar to the existing trademarks. It is believed that by reducing the biological / biochemical effects to which the brewer's yeast is subjected during continuous fermentation, it would be possible to achieve a similar product. Carbon dioxide is known to adversely affect the metabolism of yeast during the main fermentation. This effect is enhanced by the use of high tsilindrichnokonichni apparatus where the pressure a pressure which is inherent in the system, impedes the free release of CO 2 from the liquid medium. Under these conditions, the beer products produced have a lower ester content and higher fusel alcohols. Successful attempts have been made to remove some of the CO 2 from
181181
ферментацията чрез периодично инжектиране на допълнителен газов поток откъм дъното на цилиндрично-коничния апарат. Може да се допусне, че ефектите от инхибирането на СО2 се изразяват в намаляване на фузеловите алкохоли и повишаване на нивата на естерите в крайния продукт.fermentation by periodically injecting an additional gas stream from the bottom of the cylindrical conical apparatus. It can be assumed that the effects of CO 2 inhibition are reflected in the reduction of fusel alcohols and the increase of ester levels in the final product.
Като се имат предвид тези факти, беше изследвано използването на азот вместо въглероден диоксид като газ за разпръскване в системата с газова подемна сила. Бяха използвани няколко течности, ферментирали в реактори с обем 50 L и използване на газова подемна сила, получени в експерименталната пивоварна на Labatt, като се прилагаха следните стадий: След 14 часа от събирането на течностите от реактора (24 часа време на престой) “зелената” бира се отделя от пивните дрожди. След това тази течност се задържа в продължение на 48 часа при стайна температура (2ГС), което осигурява диацетилът и ацеталдехидът да постигнат нормативите на Labatt (диацетил < 30 цд/L и ацеталдехид < 10 тдД).Тази течност след това се остава за отлежаване на студено за време 7 дни, след което се обработва съгласно промишлената практика.In view of these facts, the use of nitrogen instead of carbon dioxide as a gas to be dispersed in the gas lift system was examined. Several liquids fermented in 50 L reactors and gas lift were obtained from the Labatt Experimental Brewery, using the following steps: After 14 hours of fluid collection from the reactor (24 hours residence time) green Beer is separated from brewer's yeast. This fluid was then held for 48 hours at room temperature (2GC), which provided the diacetyl and acetaldehyde to reach Labatt standards (diacetyl <30 µg / L and acetaldehyde <10 tdD). This fluid was then left for aging. in cold weather for 7 days, after which it is processed according to industrial practice.
В Таблица 6.4 са съпоставени показателите на крайните пивни продукти, получени чрез непрекъсната ферментация с пивни дрожди LCC290 и разпръскван газ СО2 и N2, сравнени със стандартна промишлено произведена течност (контрола). Направена е равностойна оценка на течността, получена при разпръскване на азот, сравнена с промишлено произведената течност. Анализите показват, че има два пъти повече 1-пропанол в течността, докато концентрацията на диметилсулфид е приблизително три пъти по-ниска. Показателите за цвят и горчивина са по-високи от промишлено произведената течност, както и потенциала за пенообразуване, измерен чрез теста NIBEM. Пивото, получено чрез разпръскване на СО2, има по-ниско съдържание на естери (етилацетат, изомилацетат) и по-високо съдържание на 1 182 пропанол в сравнение с течността, получена с разпръскван газ азот. Съотношенията на естери (етилацетат, изоамилацетат, етилхексанат, етилоктанат, етилдеканат) към фузеловите алкохоли (1 -пропанол, изобутанол, изомилалкохол) се изчислява за контролната течност и за течностите, получени при разпръскване на въглероден диоксид и на азот и са съответно 0,30, 0,27 и 0,15.Table 6.4 compares the performance of finished beer products obtained by continuous fermentation with brewer's yeast LCC290 and CO 2 and N 2 gas spray compared to standard industrially produced liquid (control). An equivalent estimate of the liquid obtained from nitrogen spraying was compared with that produced by the liquid. Analyzes show that there is twice as much 1-propanol in the liquid, while the concentration of dimethyl sulfide is approximately three times lower. Color and bitterness indicators are higher than industrially produced liquid, as is the foaming potential measured by the NIBEM test. Beer obtained by CO 2 spraying has a lower content of esters (ethyl acetate, isomyl acetate) and a higher content of 1,182 propanol compared to the liquid obtained with nitrogen gas sprayed. The ratios of esters (ethyl acetate, isoamyl acetate, ethyl hexanate, ethyl octanate, ethyl decanate) to fusel alcohols (1-propanol, isobutanol, isomyl alcohol) are calculated for the control fluid and for the fluids obtained with carbon dioxide dispersion of 0.30 , 0.27 and 0.15.
Таблица 6.4 Химични анализи за няколко продукта, получени чрез непрекъсната ферментация в система с газова подемна сила и с използване на свръхфлокулиращи дрожди LCC290.Table 6.4 Chemical analyzes for several products obtained by continuous fermentation in a gas lift system using LCC290 ultra-flocculent yeast.
183183
Фигура 6.83 представлява радарна графика, на която са представени концентрациите на естери, фузелови алкохоли и ацеталдехид за трите течности. Профилът на течността, получена при разпръскване на азот, следва близко профила на контролното пиво с изключение на по-високо съдържание на пропанол. Ферментацията с разпръскване на СО2 показва много по-ниско съдържание на естери и фузелов алкохол, които не са подобни на контролата. При двете течности, получени чрез непрекъсната ферментация, нивата на диацетил и ацеталдехид са под нормативите на Labatt.Figure 6.83 is a radar graph showing the concentrations of esters, fusel alcohols and acetaldehyde for the three liquids. The profile of the liquid obtained by spraying nitrogen closely follows the profile of the control beer, except for the higher propanol content. CO 2 sputter fermentation shows a much lower content of esters and fusel alcohol that are not similar to controls. For both liquids obtained by continuous fermentation, the levels of diacetyl and acetaldehyde are below Labatt's standards.
Получените данни показват, че при разпръскването на азот се увеличава получаването на естери до нива, подобни на тези за търговските пивни продукти, докато при разпръскването на въглероден диоксид се получават течности с относително по-ниска концентрация на естери. Тези резултати показват, че в среда от разпръснат СО2 се променя метаболизмът на пивните дрожди. Нивата на пропанол, независимо от вида на разпръсквания газ, са много по-високи при пивото, получено при непрекъсната ферментация, в сравнение с измерените стойности на контролното пиво, получено при промишлена ферментация. Въпреки че концентрациите на пропанол са под границата от 100 mg/L, отбелязаните различия могат да са индикатор за лека промяна на метаболизма при непрекъснатата ферментация в сравнение с периодичната ферментация. Възможно е също по-високото ниво на пропанол да се дължи на непрекъснатото подаване на аминокиселина треонин, от която чрез разпадане на оксикиселината ще се получи пропанол.The data obtained show that the nitrogen dispersion increases the production of esters to levels similar to those for commercial beer products, while the carbon dioxide spray produces liquids with a relatively lower concentration of esters. These results show that the metabolism of yeast in altered CO 2 media changes. Propanol levels, irrespective of the type of gas being sprayed, are much higher with the beer obtained by continuous fermentation compared to the measured values of the control beer obtained from industrial fermentation. Although propanol concentrations are below the 100 mg / L limit, the observed differences may be an indicator of a slight change in metabolism in continuous fermentation compared to periodic fermentation. It is also possible that the higher level of propanol is due to the continuous supply of the amino acid threonine, from which the decomposition of the oxyacid produces propanol.
184184
Фигура 6.83 Радарна графика, на която са съпоставени естерите и фузеловите алкохоли на течности, получени чрез непрекъсната ферментация с разпръскване на газове азот и СО2, с тези на течността, получена чрез промишлена периодична ферментация.Figure 6.83 Radar graph comparing the esters and fusel alcohols of liquids obtained by continuous fermentation with nitrogen gas and CO2, with those obtained by industrial periodic fermentation.
185185
ГЛАВА 7. ИЗВОДИCHAPTER 7. CONCLUSIONS
В резултат на изследванията, проведени в рамките на тези тезиси, могат да бъдат направени следните изводи. Качествено пиво без големи вкусови дефекти може да бъде произведено в експериментален биореактор с газова подемна сила, снабден със смукателна тръба, и с обем 50 L, като се използва непрекъсната главна ферментация, последвана от двудневно периодично задържане, за да се регулира съдържанието на диацетил. Постигнато е минимално време на престой от 24 часа или 1 оборот на обема на реактора на ден при ферментацията на пивна мъст с високо относително тегло (17,5 °Р), в резултат на което се получава ферментирала течност (2,5 °Р). Свръхфлокулиращи дрожди LCC290, средно флокулиращи дрожди LCC3021 и имобилизирани дрожди в к-карагенан са приложими носители за системата с газова подемна сила. Използването на по плътни предварително формовани носители като стъклени гранули от Silan® и гранули от кизелгур Celite® не е практическа алтернатива за използване в устройството със смукателна тръба и газова подемна сила. Постигната е минимум 2 месеца ферментация при непрекъснатAs a result of the studies conducted within these theses, the following conclusions can be drawn. Quality beer without major flavors may be produced in an experimental gas-lift bioreactor equipped with a suction tube and a volume of 50 L, using continuous main fermentation, followed by a two-day periodic retention to adjust the diacetyl content. A minimum residence time of 24 hours or 1 revolution of the volume of the reactor per day is achieved during fermentation of beer with high relative weight (17.5 ° P), resulting in fermented liquid (2.5 ° P). . Excessive flocculating yeast LCC290, medium flocculating yeast LCC3021 and immobilized yeast in k-carrageenan are applicable carriers for the gas lift system. The use of dense preformed media such as Silan® glass granules and Celite® kettle granules is not a practical alternative for use with a suction tube and gas lift device. A minimum of 2 months of continuous fermentation has been achieved
режим и използване на гелни гранули от к-карагенан и минимум 3 месеца ферментация при непрекъснат режим с използване на LCC290 и LCC3021, без да се установят микробни замърсявания или нестабилност на работните характеристики на реактора. В допълнение на това, системата, работеща в непрекъснат режим, е способна да работи при възможни и допустими различия в промишлената пивна мъст по време на по-дълъг режим на работа.mode and use of k-carrageenan gel pellets and a minimum of 3 months of continuous mode fermentation using LCC290 and LCC3021, without detecting microbial contamination or instability of the reactor performance. In addition, the continuous mode system is capable of operating with possible and acceptable differences in industrial beer must during a longer operating mode.
При непрекъсната ферментация с използване на свръхфлокулиращи дрожди LCC290 и азот като разпръскващ газ, последвана от двудневно периодично задържане, полученият продукт по вкусови качества отговаря най-близко на промишленото пиво, взето за контрола. Двудневното периодично задържане, осигуряващоIn continuous fermentation using LCC290 ultra-flocculent yeast and nitrogen as a spreading gas, followed by a two-day periodic retention, the product obtained in taste corresponds most closely to the industrial beer taken for control. Two-day periodic detention providing
186 намаляване на концентрацията на диацетил в продукта, напускащ реактора за непрекъсната главна ферментация, е резултатно, но не е оптимален регулиращ механизъм. Намалението на диацетила в трите изпитвани системи за непрекъсната ферментация е много сходно и, както предварително се допускаше, тази особеност би могла да се дължи на вида на щама. Продължителността на периодичното задържане не оказва влияние върху концентрациите на естери и фузелови алкохоли в пивото по време на стадия на задържане.186 a decrease in the concentration of diacetyl in the product leaving the reactor for continuous main fermentation is effective but not an optimal regulatory mechanism. The decrease in diacetyls in the three continuous fermentation systems tested is very similar and, as previously assumed, this feature could be due to the strain type. The duration of the periodic retention does not affect the concentrations of esters and fusel alcohols in beer during the retention stage.
Използването на 3 % кислород в разпръсквания газ осигурява подходящи нива на кислород в средата от пивна мъст, в резултат на което се поддържа популацията на жизнеспособните пивни дрожди (над 90 %) през целия ход на ферментацията за получаване на пиво с добри вкусови качества. Непрекъснатите ферментации с пивни дрожди LCC290 и LCC3021 като имобилизирани матрици достигат псевдоустойчиво състояние много по-бързо в сравнение със системата, използваща гелни гранули от к-карагенан. Нестабилността при ферментацията с к-карагенан за имобилизиране вероятно е резултат от увеличаването на популацията на имобилизираните пивни дрожди, причиняваща ферментация на продукта под зададените нива. За идеално непрекъснато производство това явление е твърде нежелано и е свързано с удължено време за пускане в ход, увеличавайки времето, което е необходимо за взаимодействие и започване отначало, последвано от тежки повреди. По-дълга фаза на пускане в ход също така изисква по-дълга фаза на непрекъснат режим на работа, за да стане притегателна за приложение.The use of 3% oxygen in the spray gas provides adequate oxygen levels in the medium of the must, thereby maintaining a viable brewer's yeast population (over 90%) throughout the fermentation process to produce good-tasting beers. Continuous fermentations with the yeast LCC290 and LCC3021 as immobilized matrices reach a pseudostable state much faster than the system using k-carrageenan gel granules. The instability in fermentation with k-carrageenan for immobilization is probably the result of an increase in the population of immobilized brewer's yeast causing the product to ferment below the set levels. For ideally continuous production, this phenomenon is too undesirable and is associated with prolonged start-up time, increasing the time required to interact and start over again, followed by severe damage. A longer start-up phase also requires a longer continuous-mode phase to become attractive to the application.
Процесът за непрекъснато получаване на гелни гранули осигурява необходимите качества на гранулите за провеждане на изпитания в експерименталните апарати. Необходимо е обаче понататъшно оптимизиране на процеса за производство на гранули, за да се получат гранули с тесен интервал на разпределение по размери.The process of continuous preparation of gel pellets provides the necessary properties of the pellets for testing in experimental apparatus. However, further optimization of the granule production process is required to obtain granules with a narrow size distribution interval.
187187
Процесът също така изисква следващи изследвания, за да се определи неговата пригодност за използване в промишлен мащаб. Освен изследването от типа на Kenics, може да се осигури статичен смесител в увеличен мащаб чрез увеличаване на диаметъра, а не само увеличаване на броя на статичните смесители, и тази опция следва да се изпробва, за да стане приемлива за използване.The process also requires further research to determine its suitability for use on an industrial scale. In addition to Kenics-type research, a static mixer can be provided on a larger scale by increasing the diameter, not just increasing the number of static mixers, and this option should be tested to make it acceptable for use.
Индикаторният уред с използване на импулси от киселина, използван в тези тезиси, ни позволи да определим продължителността на смесване и скоростта на циркулация в експерименталния биореактор с обем 50 L по време на действителна ферментация в среда от свръхфлокулиращи дрожди LCC290, среднофлокулиращи дрожди LCC3021 и имобилизирани дрожди в к-карагенан. Данните по смесването съответстват на затихваща синусоидална функция, от която са изчислени продължителността на смесване и скоростта на циркулация.The acid pulse indicator instrument used in these theses allowed us to determine the mixing time and the circulation rate in the experimental 50 L bioreactor during actual fermentation in LCC290 superfluidic yeast medium and circulating yeast21 in k-carrageenan. The mixing data corresponds to a damping sinusoidal function from which the mixing duration and the circulation rate are calculated.
Осигурено е скоростно смесване в апарата със смукателна тръба и газова подемна сила, като времето за смесване е изчислено на по-малко от 200 секунди за трите вида имобилизирани носители. Времето за смесване леко намалява с увеличаването на повърхностната скорост на газа и при трите случая. При всички изследвани повърхностни скорости на газа (2mm/s до 6 mm/s), системата с LCC290 показва най-бързо време за смесване (между 100 s и 120 s). Продължителността на циркулация е подобна при трите вида носители независимо от повърхностната скорост на газа. Продължителността на циркулация също така намалява линейно при съответното увеличение на скоростта на газа. Пълно смесване в течността (98 % чувствителност на импулс) става в рамките на три до шест циркулационни цикли в реактора за всички изпитвани носители за имобилизиране. Тези резултати потвърждават, че изпитваната експериментална система с обем 50 L осигурява необходимотоSpeed mixing in the apparatus with suction tube and gas lift is ensured, with mixing time estimated in less than 200 seconds for the three types of immobilized media. Mixing time slightly decreases with increasing surface gas velocity in all three cases. For all surface gas velocities tested (2mm / s to 6mm / s), the LCC290 system shows the fastest mixing time (between 100 s and 120 s). The duration of the circulation is similar for the three types of carriers regardless of the surface velocity of the gas. The duration of circulation also decreases linearly with the corresponding increase in gas velocity. Complete mixing in the liquid (98% pulse sensitivity) occurs within three to six reactor cycles in the reactor for all immobilization media tested. These results confirm that the tested 50 L experimental system provided the necessary
188188
смесване за протичане на непрекъсната ферментация. Неподходящите продължителности на смесване са признак за възможни мъртви зони, които не са желани при провеждане на ферментацията на пиво.mixing for continuous fermentation. Inappropriate mixing durations are indicative of possible dead zones that are not desired during the fermentation of beer.
Тази изследователска работа ясно показва изпълнимостта на последващо увеличаване на мащабите на производствена система, проектирана, конструирана и работеща в експерименталната пивоварна на Labatt. Използването на биореактор със смукателна тръба и газова подемна сила, като се използват свръхфлокулиращи пивни дрожди LCC290 и разпръскващ газ азот, последвано от двудневно периодично задържане (задържане на порции) при 21°С, се препоръчва като предпочитана система.This research clearly demonstrates the feasibility of further scale-up of a production system designed, constructed and operating in Labatt's experimental brewery. The use of a suction tube bioreactor and gas lift using ultra-flocculent yeast LCC290 and nitrogen gas spraying followed by two-day batch retention at 21 ° C is recommended as a preferred system.
Подробно описание - Част 2:Detailed Description - Part 2:
ГЛАВА 4. МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИCHAPTER 4. MATERIALS AND METHODS
4.1 Щам дрожди и характеристики4.1 Yeast strain and characteristics
В тази експериментална работа се използва щам Saccharomyces cerevisiae за леко пиво от културалната колекция на Labatt (LCC) 3021. Saccharomyces cerevisia е синоним на Saccharomyces uvarum Beijerinck var. carlsbergensis Kudryavtsev, 1960 (Kurtzman, 1998). При температура 37°C LCC 3021 не се развива. Това спомага за разграничаването на дрождите за леко пиво LCC 3021 от повечето дрожди за английска бира. LCC 3021 е щам, принадлежащ към долноферментиращите пивни дрожди, каквито са повечето щамове за лека бира, но има и изключения. Също така този щам ферментира глюкоза, галактоза, захароза, малтоза, рафиноза и мелибиоза, но не нишесте. Способността да ферментира мелибиоза е един инструмент, използван от таксономистите за различаване на този щам от дрождите за английско пиво.In this experimental work, a strain of Saccharomyces cerevisiae is used for light beer from the Labatt Cultural Collection (LCC) 3021. Saccharomyces cerevisia is synonymous with Saccharomyces uvarum Beijerinck var. carlsbergensis Kudryavtsev, 1960 (Kurtzman, 1998). At 37 ° C, LCC 3021 does not develop. This helps to distinguish LCC 3021 light beer from most English beer. LCC 3021 is a strain belonging to lower-fermenting brewer's yeast, like most strains for light beer, but there are exceptions. Also, this strain ferments glucose, galactose, sucrose, maltose, raffinose and melibiosis, but not starch. The ability to ferment melibiosis is one tool used by taxonomists to distinguish this strain from yeast for English beer.
189189
Както повечето пивни дрожди, LCC 3021 е полиплоид и се репродуцира чрез митозно делене. При нормални условия дрождите за леко пиво не се репродуцират чрез мейозно делене. Това е свързано с предимството, че щам пивните дрожди са генетично стабилни, тъй като кръстосването на генетичнен материал е по-малко вероятно (Kreger-van Rij,1984).Like most yeast, LCC 3021 is a polyploid and reproduced by mitotic fission. Under normal conditions, light beer yeasts do not reproduce by meiosis. This is related to the advantage that brewer's yeast strain is genetically stable, since cross-breeding of genetic material is less likely (Kreger-van Rij, 1984).
4.2 Приготвяне на дрождевия инокулат.4.2 Preparation of the yeast inoculum.
Дрождите се взимат от флакони, съхранявани във фризер при криогенна температура от -80°С, и се прави посев на пептон хранителна среда от дрождев екстракт (PYN) агар ((пептон 3,5 g/L; дрождев екстракт - 3,0 g/L; КН2РО4 - 2,0 g/L; MgSO4.7Н2О -1,0 g/L; (NH4)2SO4 -1,0 g/L; глюкоза - 20,0 g/L; arap - 20,0 g/L в dH20), за да се получат добре разделени колонии. От развиващи се в продължение на 3-4 дни пивни дрожди се взема стерилен материал, състоящ се от няколко колонии, и с тях се инокулира 10 mL пивна мъст, налята в епруветка. Остава се да се развива при температура 21 °C за една нощ и след това този материал се добавя към пивна мъст с по-голям обем, обикновено 200 mL, за да се увеличи дрождевата биомаса. През следващите дни тази смес се прибавя към друг по-голям обем пивна мъст и т.н., докато се получи желаното количество дрождева биомаса. Обикновено се очаква да се получат приблизително 20 g на литър пивна мъст. Културата се подлага на центрофугиране при температура 4°С и 1,0 Х104 rpm (радиус = 0,06 т) за време 10 минути. В резултат на центрофугирането течността се отделя, а получената утайка от пивни дрожди с подходяща влажност се използва при ферментацията.Yeast is taken from vials stored in a freezer at a cryogenic temperature of -80 ° C and seeded on a peptone nutrient medium from yeast extract (PYN) agar ((peptone 3.5 g / L; yeast extract - 3.0 g / L; KH 2 PO 4 - 2.0 g / L; MgSO 4 .7H2O -1.0 g / L; (NH 4 ) 2 SO 4 -1.0 g / L; glucose - 20.0 g / L ; arap - 20.0 g / L in dH 2 0) to obtain well separated colonies A sterile material consisting of several colonies is taken from developing yeast over 3-4 days and inoculates 10 mL of wort poured into a tube, left to develop at 21 ° C overnight and then material is added to a larger volume of must, usually 200 mL, to increase the yeast biomass In the following days, this mixture is added to another larger volume of must, etc. until the desired amount of yeast is obtained Typically, approximately 20 g per liter of wort is expected to be obtained The culture is centrifuged at 4 ° C and 1.0 X 10 4 rpm (radius = 0.06 t) for 10 minutes. As a result of centrifugation, the liquid is separated and the resulting brewer's yeast sludge with appropriate humidity is used for fermentation.
4.3 Ферментационна среда от пивна мъст4.3 Fermentation medium of wort
В пивоварните на Labatt, Канада се подава пивна мъст с относително тегло 17,7 °Р. Концентрацията на ферментируемите въглехидрати, относителното тегло и свободен аминен азот в ливната мъст, използвана за ферментацията през цялата експерименталнаBeer musts weighing 17.7 ° P are fed to breweries in Labatt, Canada. The concentration of fermentable carbohydrates, relative weight and free amine nitrogen in the casting must used for fermentation throughout the experimental period
190190
работа, са дадени в Приложение А2.1. Допълнителни подробности за състава на пивната мъст са представени от Dale et al., 1986, Hoekstra, 1975, Hough et al., 1982, Klopper, 1974, и Taylor, 1989.work are given in Annex A2.1. Further details on the composition of the wort are provided by Dale et al., 1986, Hoekstra, 1975, Hough et al., 1982, Klopper, 1974, and Taylor, 1989.
Периодични ферментации: Пивната мъст се загрява в автоклави до температура 100°С за време 45 минути, след което се охлажда преди да се инокулира с гранули от имобилизирани клетки или свободно суспендирани пивни дрожди.Periodic fermentations: The wort is heated in an autoclave to 100 ° C for 45 minutes and then cooled before being inoculated with granules of immobilized cells or free-suspended brewer's yeast.
Непрекъснати ферментации: Използваната пивна мъст за непрекъснати ферментации се пастьоризира с използване на водна пара (използва се топлообменник Fisher, комбиниран поток, тип Eurocal 5FH) преди да се подаде в биореактора с газова подемна сила и тази пивна мъст се наблюдава непрекъснато за микробни замърсявания, както е описано в раздел 4.6. Ако се установят замърсявания в пивната мъст, тя незабавно се източва и инсталацията се зарежда с нова пивна мъст.Continuous fermentations: The wort used for continuous fermentation is pasteurized using water vapor (Fisher combined heat exchanger, Eurocal 5FH type is used) before being fed into the bioreactor with gas lift and this wort is continuously monitored for microbial contamination. as described in section 4.6. If dirt is detected in the beer must, it is immediately drained and the installation is charged with new beer must.
Парният пастьоризатор работи с обемна скорост от 0,8 m3/hr. Устройството е снабдено с тръбообразен участък за задържане, където пивната мъст се държи при средна температура 85°С, като минималната температура е 80°С. Обемът на участъка за задържане е 1,13 х 10’2 т3, който осигурява време на престой в този участък 51 секунди. След етапа на нагряване пивната мъст се подлага на рязко охлаждане до температура 2°С при изхода на устройството.The steam pasteurizer operates at a volume velocity of 0.8 m 3 / hr. The apparatus is provided with a tubular retention section where the wort is kept at an average temperature of 85 ° C with a minimum temperature of 80 ° C. The holding area volume is 1.13 x 10 ' 2 t 3 , which provides a residence time in this section for 51 seconds. After the heating step, the wort is quenched to 2 ° C at the outlet of the unit.
4.4 Метод на имобилизиране4.4 Method of immobilization
Гел от капа-карагенан Х-0909 ни беше предоставен от Copenhagen Pectin А/S. Гелните гранулите от капа-карагенан, съдържащи захванати клетки от дрожди за леко пиво, се получават в статичен смесител, както е описано подробно от Neufeld et al, (1996), при начална концентрация на клетки 107 - 108 клетки на 1 mL гел, която се определят точно за всеки експеримент. Както е показано на ФИГ. 15, процесът в статичния смесител се базира на образуване на емулсияX-0909 kappa carrageenan gel was provided to us by Copenhagen Pectin A / S. Kapa-carrageenan gel pellets containing trapped yeast yeast cells were prepared in a static mixer, as described in detail by Neufeld et al, (1996), at an initial cell concentration of 10 7 - 10 8 cells per 1 mL of gel , which are determined for each experiment. As shown in FIG. 15, the process in a static mixer is based on emulsion formation
191 между неводна непрекъсната фаза (еднородна фаза), растително масло (царевично масло Mazola) и водно- диспергирана фаза, разтвор на капа-карагенан (3% (тегл/об)) в KCI, инокулиран с пивни дрожди, като за целта се използват редови полиацетални статични смесители (ColeParmer Instrument Co.,САЩ). На схемата в участъка за нагряване, където пивните дрожди бързо се смесват с разтвора на карагенан, в резултат на което се образува емулсия, температурата е 37°С. Желирането на капчиците от капа-карагенан в емулсията се предизвиква от рязкото охлаждане в среда от лед и последващо втвърдяване в разтвор на калиев хлорид (22 g/L). Статичен смесител с диаметър 12,7 mm и 24 елемента се използва, за да се получи смес от пивни дрожди и карагенан. Втори смесител с 42 елемента и диаметър 12,7 mm се използва за образуване на емулсията. Използваните в експериментите гранули са 0.5 mm < (диаметър на гранулите) < 2.0 mm.191 between non-aqueous continuous phase (homogeneous phase), vegetable oil (Mazola maize oil) and water-dispersed phase, kappa-carrageenan solution (3% (w / v)) in KCI inoculated with brewer's yeast, using in-line polyacetal static mixers (ColeParmer Instrument Co., USA). In the scheme in the heating section where the yeast is rapidly mixed with the carrageenan solution, resulting in an emulsion, the temperature is 37 ° C. The gelation of the droplets of kappa-carrageenan in the emulsion is caused by the rapid cooling in ice medium and subsequent solidification in a solution of potassium chloride (22 g / L). A static mixer with a diameter of 12.7 mm and 24 elements is used to obtain a mixture of yeast and carrageenan. A second 42-element mixer with a diameter of 12.7 mm is used to form the emulsion. The pellets used in the experiments were 0.5 mm <(pellet diameter) <2.0 mm.
4.5 Кумулативно разпределение по размери на гелните гранули от капа-карагенан, съдържащи имобилизирани дрождеви клетки4.5 Cumulative size distribution of kappa-carrageenan gel granules containing immobilized yeast cells
На всеки 30 L продукция от гелни гранули се взема произволна проба от гранулите, за да се изчисли разпределението по размери на частиците на базата на утежнена с влага маса. Всяка проба е с тегло във влажно състояние приблизително 500 д. Използва се пресяване на масата, за да се определи разпределението на гранулираните частици по размери. Гранулите преминават през серия от сита с размери на отворите: 2,0, 1,7, 1,4 1,18, 1,0 и 0,5 mm. 4,5 L разтвор на KCI (22g/L) се използва за улесняване на пресяването на всяка проба гранули. Приемат се гелни гранули от капа-карагенан, които са с правилна сферична форма, така че диаметърът на ситата да се вземе за диаметър на частиците. Допуска се също, че плътността на частиците е еднаква и не зависи от размера на частиците.A sample of the granules is taken every 30 L of the production of gel pellets to calculate the particle size distribution on the basis of a moisture-weighted mass. Each sample has a wet weight of approximately 500 g. A mass screening is used to determine the particle size distribution of the granules. The granules pass through a series of sieves with mesh sizes of 2.0, 1.7, 1.4 1.18, 1.0 and 0.5 mm. A 4.5 L solution of KCI (22g / L) was used to facilitate the sieving of each pellet sample. Kappa-carrageenan gel pellets of regular spherical shape are accepted so that the sieve diameter is taken as the particle diameter. It is also assumed that the particle density is the same and does not depend on the particle size.
4.6 Изброяване на дрождевите клетки и жизнеспособност.4.6 Yeast cell counts and viability.
192192
Жизнеспособност на свободно суспендирани пивни дрожди и концентрация на клетките: За определяне на жизнеспособността на дрождевите клетки е използван метода на Американската асоциация на химиците-пивовари, при който се използва оцветяване с метиленово синьо (Technical Committee and Editorial Committee of the ASBC, 1992). Щамът се оценява, като се определя дали развитието на пивни дрожди е жизнеспособно или не е, като това определяне се извършва на базата на способността на живите клетки да окисляват оцветителя до безцветна форма. Мъртвите клетки нямат способността да окисляват оцветителя, включително оцветител в синьо. Буфериращият разтвор на метиленово синьо се приготвя чрез смесване на 500 mL от Разтвор А (0,1 g метиленово синьо/500 mL dH20) с 500 mL от Разтвор В (498.65 mL от 13.6 g КН2Р04/500 mL dH20, смесена с 1.25 mL от 2.5 g Na2HPO4 . 12Н2О/100 mL dH2O), за да се получи крайният буфериращ разтвор на метиленово синьо с pH 4,6. Разреденият дрождев разтвор се смесва с разтвора от метиленово синьо в епруветка до суспендиране приблизително на 100 дрождеви клетки в микроскопично поле. Малка капка от добре смесената суспензия се поставя на предметното стъкло на микроскоп. След една до пет минути контактуване с щама се изброяват оцветените в синьо клетки и клетките, останали безцветни. Процентното определяне на живите клетки се извършва на базата на общото количество изброени клетки. Концентрацията на клетки се определя, като се използва оптичен микроскоп и хемацитометьр (Hauser Scientific Company).Viability of freely suspended brewer's yeast and cell concentration: The method of the American Brewing Chemists Association, using methylene blue staining, was used to determine the viability of the yeast cells (Technical Committee and Editorial Committee of the ASBC, 1992). The strain is evaluated by determining whether the development of the yeast is viable or not, and this determination is made on the basis of the ability of the living cells to oxidize the colorant to a colorless form. Dead cells do not have the ability to oxidize the dye, including the dye in blue. Buffering a solution of methylene blue was prepared by mixing 500 mL of Solution A (0,1 g methylene blue / 500 mL dH 2 0) in 500 mL of Solution B (498.65 mL of 13.6 g CN 2 P0 4/500 mL dH 2 0 mixed with 1.25 mL of 2.5 g Na 2 HPO 4. 12H 2 O / 100 mL dH 2 O) to give the final buffer solution of methylene blue at pH 4.6. The diluted yeast solution was mixed with the solution of methylene blue in a tube until approximately 100 yeast cells were suspended in a microscopic field. A small drop of the well-mixed suspension was placed on a microscope slide. After one to five minutes of exposure to the strain, the cells stained in blue and the cells that remained colorless are listed. The percentage determination of living cells is based on the total number of cells listed. Cell concentration was determined using an optical microscope and a hemacytometer (Hauser Scientific Company).
Жизнеспособност на имобилизирани клетки и концентрация на клетки: Гелните гранули се сепарират от ферментната течност чрез преминаване на сместа през стерилно сито (500 pm размер на отворите) и промиване с 10 mL дестилирана вода. 1 mL гелни гранули, съдържащи захванати пивни дрожди, се прибавят към стерилен контейнер за с обем 50 mL, в който се съдържат 19 mL дестилиранаImmobilized Cell Viability and Cell Concentration: The gel pellets were separated from the enzyme liquid by passing the mixture through a sterile sieve (500 µm mesh size) and washing with 10 mL of distilled water. 1 mL gel pellets containing trapped brewer's yeast were added to a sterile 50 mL container containing 19 mL of distilled
193 вода. След това гранулите се разрушават, като за целта се използва апарат Poltron® (Brinkmann Instruments), за да се освободят клетките от гела. Жизнеспособността на клетките и тяхната концентрация след това се определят, както беше описано по-горе за свободно суспендираните клетки.193 water. The granules are then broken using a Poltron® apparatus (Brinkmann Instruments) to release the cells from the gel. The cell viability and their concentration were then determined as described above for the free-suspended cells.
4.6 Микробиологични анализи4.6 Microbiological assays
Анализи на течната фаза: Поне веднъж на седмица се вземат проби от непрекъснатите ферментации за провеждане на микробиологични анализи. Използваната в непрекъснатите ферментации пивна мъст също се изпитва за замърсявания преди да се подаде към биореактора. За изпитване присъствието на аеробни и анаеробни бактерии пробите се нанасят върху универсален агар за пивна мъст (UBA, Difco Laboratories), като се добавя 10 mg/L циклохексимид и се инкубира при температура 28°С за време 10 дни. Пластините, които се изпитват за анаеробни бактериални замърсявания, се поставят в анаеробна стъкленица с AnaeroGen® (оксосъединение), който поглъща останалия в стъкленицата кислород, създавайки анаеробна среда.Анаеробен индикатор (оксосъединение), което се оцветява в розово в присъствие на кислород, се използва за проверка на анаеробните условия в стъкленицата. Замърсявания от диви дрожди се изпитват чрез поставяне на проби в дрождева среда (arap YM, Difco Laboratories) плюс CuS04 (0,4 g/L), инкубирани при 25°С за време 7 дни. Пептон, дрождев екстракт, хранителна среда агар, описана по-горе, се използва за проверка за дрождеви замърсявания, които не са за леко пиво, като изпитването се провежда при температура 37°С за време 7 дни. Отсъствието на дрождево развитие в средата от пептон-агар при 37°С показва, че няма пивни дрожди за получаване на пиво тип английска бира, които се развиват при 37°С.Liquid Phase Analyzes: At least once a week, continuous fermentation samples are taken for microbiological analysis. The wort used in continuous fermentation is also tested for contamination before being fed to the bioreactor. For testing the presence of aerobic and anaerobic bacteria, the samples were applied to Universal Beer Mustard Agar (UBA, Difco Laboratories) by adding 10 mg / L cycloheximide and incubated at 28 ° C for 10 days. The plates tested for anaerobic bacterial contamination are placed in an anaerobic flask with AnaeroGen® (oxo compound), which absorbs the oxygen remaining in the flask, creating an anaerobic environment. Anaerobic indicator (oxo compound), which turns pink in the presence of pink, in the presence of used to check anaerobic conditions in the flask. Wild yeast contamination was tested by placing samples in yeast medium (arap YM, Difco Laboratories) plus CuS0 4 (0.4 g / L) incubated at 25 ° C for 7 days. Peptone, yeast extract, agar medium described above, is used to check for non-light yeast contamination by testing at 37 ° C for 7 days. The absence of yeast development in the peptone-agar medium at 37 ° C indicates that there are no brewer's yeast to produce English beer beer that develops at 37 ° C.
194194
Анализи на гелната фаза: Беше извършен анализ в нашата лаборатория, за да се потвърди, че имобилизираните клетки в гранулите, които ще се използват при ферментациите, не съдържат бактериални замърсявания преди да се подадат в биореактора. Основната грижа беше да се избегне замърсяването с организми, които развалят пивото, като например Pediococcus sp. и Lactobacillus sp. или диви дрожди. 3 mL гелни гранули от карагенан се инокулират в 100 mL от няколко различни течни среди, описани по-долу, поставят се в 250 mL колби при температура 25°С и се разклащат при 100 rpm в инкубаторна клатачка. Течна среда от NBB (Nachweis von Bierschadlichen Bacterien) (BBL cat.# 98139, на базата на течна среда οτΝΒΒ, съдържаща 0,02 g/L цикпохексамид) е полуселективна среда, която се използва за установяване на бактерии, които развалят пивото, като например Pediococcus sp. и Lactobacillus sp. Течна среда, съдържаща меден сулфат (16 g/L YM течна среда Difco; 0,4 g/L CuSO4) е полуселективна среда за изпитване за замърсявания от диви дрожди. Накрая стандартни методи (STA) + течна среда от цикпохексамид (16 g/L течна среда Standard Methods, Difco; 0,02 g/L cycloheximide) се използва за изпитване на бактериални замърсявания във водата, отпадната вода, млечните продукти и хранителните среди (Power и McCuen, 1988). Конкретната среда се избира така,че да се открият и идентифицират възможни организми, които могат да повредят пивото в рамките на три дни. Замърсените проби се измерват чрез определяне на помътняването в пробата и се прави предполагаема идентификация на замърсяванията.Gel Phase Analyzes: An analysis was performed in our laboratory to confirm that the immobilized cells in the granules to be used for fermentation did not contain bacterial contamination before being fed into the bioreactor. The primary concern was to avoid contamination with organisms that spoil the beer, such as Pediococcus sp. and Lactobacillus sp. or wild yeast. Carrageenan 3 mL gel pellets were inoculated into 100 mL of several different liquid media described below, placed in 250 mL flasks at 25 ° C and shaken at 100 rpm in an incubator shaker. NBB (Nachweis von Bierschadlichen Bacterien) fluid medium (BBL cat. # 98139, based on liquid medium οτΝΒΒ containing 0.02 g / L cyclohexamide) is a semi-selective medium used to detect bacteria that spoil beer, such as for example Pediococcus sp. and Lactobacillus sp. Liquid medium containing copper sulfate (16 g / L YM Difco fluid medium; 0.4 g / L CuSO 4 ) is a semi-selective test medium for wild yeast contamination. Finally, Standard Methods (STA) + cyclohexamide liquid medium (16 g / L Standard Methods, Difco liquid medium; 0.02 g / L cycloheximide) is used to test for bacterial contamination in water, waste water, dairy products and nutrients ( Power and McCuen, 1988). The specific environment is chosen to identify and identify possible organisms that can damage the beer within three days. The contaminated samples shall be measured by determining the turbidity in the sample and a presumed identification of the contamination shall be made.
Методология за установяване на респираторна недостатъчност на дрождевите клетки: Метод на наслояване с трифенилтетразолиев хлорид (ТТХ): Този метод се използва за определяне на респираторната недостатъчност на пивните дрожди от прекъсване на популацията и се основава на принципа, че ТТХ еMethodology for establishing respiratory failure of yeast cells: Method of staining with triphenyltetrazolium chloride (TTX): This method is used to determine the respiratory failure of brewer's yeast from interruption of the population and is based on the principle that TTX is
195 безцветна сол, която образува червен преципитат при редукция. Когато ТТХ се наслоява върху дрождевите колонии, развиващи се върху дрожди-пептон-декстроза- агар (дрождев екстракт - 10 10 g/L; пептон 20 g/L; декстроза - 20 g/L; агар - 20 g/L в dH20), респираторните повърхностни дрожди ще редуцират ТТХ и тези колонии ще станат тъмно розови до червени. Но дрождите с респираторна недостатъчност няма да редуцират оцветителя и той ще остане с оригиналния си цвят.195 a colorless salt that forms a red precipitate upon reduction. When TTX is deposited on yeast colonies developing on yeast-peptone-dextrose-agar (yeast extract - 10 10 g / L; peptone 20 g / L; dextrose - 20 g / L; agar - 20 g / L in dH 2 0), respiratory surface yeast will reduce TTX and these colonies will turn dark pink to red. But respiratory failure yeasts will not reduce the colorant and it will remain its original color.
Културалната среда периодично се разрежда до подходяща концентрация на микроорганизмите - -100 клетки/ 0,2 mL. Пластинката от пивни дрожди-пептон-декстроза след това се инкубира приблизително за 3 дни при температура 21 °C докато дрождевите колонии са видими в аеробна среда. Всяка пластинка след това се наслоява с 20 mL ТТХ с температура 50°С. След охлаждане на конкретните разтвори на 50°С горния слой от ТТХ-агар се нанася чрез смесване на Разтвор А (12,6 g/L NaH2P04; 11,6 g/L Na2HP04 ;30,0 g/L arap в dH20, обработен в автоклав при 121 °C, 15 min) с разтвор В (2,0 g/L 2,3,5-трифенилтетразолиев хлорид в dH20, обработен в автоклав при 121 °C, 15 min). Пластинките се изучават след 3 часа инкубиране при стайна температура. Процентът на респираторната недостатъчност се представя като процент на неоцветените колонии спрямо общото наблюдавано количество.The culture medium was periodically diluted to a suitable concentration of microorganisms -100 cells / 0.2 mL. The brewer's yeast-peptone-dextrose plate is then incubated for approximately 3 days at 21 ° C until the yeast colonies are visible in aerobic media. Each plate was then coated with 20 mL TTX at 50 ° C. After cooling the specific solutions at 50 ° C, the top layer of TTX agar was applied by mixing Solution A (12.6 g / L NaH 2 P04; 11.6 g / L Na 2 HP0 4 ; 30.0 g / L arap in dH20, autoclaved at 121 ° C, 15 min) with solution B (2.0 g / L 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride in dH20, autoclaved at 121 ° C, 15 min). The plates were studied after 3 hours of incubation at room temperature. The percentage of respiratory failure is represented as the percentage of unstained colonies relative to the total observed amount.
4.8 Сканираща електронна микроскопия на пивни дрожди, имобилизирани в гелни гранули от карагенан.4.8 Scanning electron microscopy of yeast immobilized in carrageenan gel pellets.
Гелни гранули от капа-карагенан, съдържащи имобилизирани пивни дрожди, се отвеждат от биореактора през отвор за вземане на проби и се поставят в стъклен флакон със завинтваща се капачка, като гранулите са потопени в малко количество ферментационна течна среда. Флаконът незабавно се покрива с лед и се пренася в изолиращ контейнер до сканиращия оптичен микроскоп. Гелните гранули от капакарагенан, съдържащи имобилизирани пивни дрожди, се фиксират в 2Kappa-carrageenan gel pellets containing immobilized brewer's yeast are removed from the bioreactor through a sampling port and placed in a glass vial with a screw cap, immersed in a small amount of fermentation liquid medium. The vial is immediately covered with ice and transported in an insulating container to the scanning optical microscope. Capacaragenan gel pellets containing immobilized brewer's yeast are fixed in 2
196196
% (об/об) глутаралдехид, приготвен от фосфатен разтвор на Sorensen, 0,07 М, pH 6,8 (Hayat, 1972). След това се провежда следващо фиксиране в 1 % (об/об) осмиев четириоксид, приготвен в същия буфер, и дехидратиране чрез серия алкохолни разтвори с различно съдържание на алкохол - 50, 70, 80, 90, 95,100 % (об/об) за 15 минути във всеки разтвор и след това 3 смени в 100 %. Преди критичната точка на изсушаване (Ladd Research Industries, Burlington, VT) чрез въглероден диоксид гранулите се замразяват в течен азот, разрушават се и се поставят в 100 % алкохол. Разрушаването в замразено състояние осигурява откриване на вътрешната повърхност с минимални разрушения. След изсушаване до критичната точка върху пробите се нанася покритие чрез разпрашаване (машина за нанасяне на покрития чрез разпрашаване Polaron SC500, Fison Instruments, Англия) с 30 nm злато/паладий. и след това се сканират с Hitachi S-4500 автоелектронна емисия Hitachi S-4500 на електронния микроскоп Nissei Sangyo, Токио, Япония.% (v / v) glutaraldehyde prepared from Sorensen phosphate solution, 0.07 M, pH 6.8 (Hayat, 1972). Thereafter, a further fixation of 1% (v / v) osmium tetroxide prepared in the same buffer is carried out and dehydration by a series of alcoholic solutions with different alcohol content - 50, 70, 80, 90, 95,100% (v / v) 15 minutes in each solution and then 3 shifts in 100%. Prior to the critical drying point (Ladd Research Industries, Burlington, VT), the carbon dioxide granules were frozen in liquid nitrogen, destroyed, and placed in 100% alcohol by carbon dioxide. Frozen destruction ensures the detection of the inner surface with minimal damage. After drying to the critical point, 30 nm gold / palladium-coated spray (Polaron SC500 powder coating machine, Fison Instruments, England) was applied to the samples. and then scanned with the Hitachi S-4500 auto-electron emission of the Hitachi S-4500 electron microscope Nissei Sangyo, Tokyo, Japan.
4.9 Протокол за вземане на проби от биореактора4.9 Bioreactor Sampling Protocol
Резервоарът за вземане на проби от биореактора има отвор, снабден с мембранен вентил (Scandi-Brew Type Т). Резервоарът е напълнен с разтвор на етанол - 70 % (об/об), за да се поддържат асептични условия около отвора между вземанията на проби. За да се вземе проба, се отстранява пробката, разположена в основата на резервоара с етанол, подсушава се и се промива старателно с етанол преди да се открие отвора. Пробите се поставят във флакон или стъкленица със завинтваща се капачка, като обемът варира от 5 до 60 mL в зависимост от изискванията на анализа. За да се проведат изпитания за микробиологични замърсявания, 10 mL от ферментационната течност преминава през мембранен филтър с помощта на вакуумна помпа. Мембраната с размери на отворите 0,45The bioreactor sampling tank has an opening fitted with a diaphragm valve (Scandi-Brew Type T). The tank is filled with a solution of ethanol - 70% (v / v) to maintain aseptic conditions around the aperture between sampling. To sample, remove the plug located at the base of the ethanol tank, dry and rinse thoroughly with ethanol before opening the opening. The samples are placed in a vial or bottle with a screw cap, the volume varies from 5 to 60 mL, depending on the requirements of the assay. In order to test microbiological contamination, 10 mL of the fermentation liquid was passed through a membrane filter using a vacuum pump. The diaphragm with apertures of 0.45
197 μίτι се поставя в подходящо избрана среда, както е описано в раздел 4.6.197 μίτι shall be placed in a suitably selected environment as described in section 4.6.
За провеждане на химически анализи през септума на флакон от 100 mL се източва проба от 60mL и се филтрува през филтър, снабден със спринцовка, FP-050, Schleicher and Schull, двуслойна система за филтруване с помощта на спринцовка. Необходимият обем на пробата след това се налива във флакон с обем 10 mL и се покрива със септум от тефлон и алуминиева капачка. Необходимите обеми на пробите са посочени в Таблица 4.1.For chemical analyzes, a sample of 60mL was drained through the septum of a 100 mL vial and filtered through a syringe-equipped filter FP-050, Schleicher and Schull, a two-layer syringe filtration system. The required sample volume is then poured into a 10 mL vial and covered with a septum of Teflon and an aluminum cap. The required sample volumes are given in Table 4.1.
Таблица 4.1 Изисквания към обема на пробите за различни химични анализиTable 4.1 Sampling volume requirements for various chemical analyzes
4.10 Измерване на разтворения кислород4.10 Measurement of dissolved oxygen
Анализаторът Digox 5 на Dr. Thiedig измерва разтворения във ферментиращата пивна мъст кислород в обхвата 0,001 - 19,99 mg/L (Anon, 1998). Vilacha и Uhlig, (1985) изпитват много апарати за измерване на разтворения кислород в пивото и намират, че анализаторът Digox осигурява верни и прецизни измервания.Dr. Digox 5 Analyzer Thiedig measures the oxygen dissolved in the fermented must in the range 0.001 - 19.99 mg / L (Anon, 1998). Vilacha and Uhlig, (1985) have tested many dissolved oxygen measuring instruments in beer and have found that the Digox analyzer provides accurate and accurate measurements.
Електрохимичният метод, използван в Digox 5, е на базата на три-електродна схема с потенциометър. Измервателната клетка се състои от измервателен електрод (катод) и електрод-брояч (анод). Тези електроди са потопени в течността, на която трябва да се измериThe electrochemical method used in Digox 5 is based on a three-electrode circuit with a potentiometer. The measuring cell consists of a measuring electrode (cathode) and an electrode counter (anode). These electrodes are immersed in the liquid to be measured
198 концентрацията на кислород. Наблюдава се реакция на измервателния електрод след фиксиране на определен измервателен потенциал. На големия сребърен измервателен електрод кислородните молекули се редуцират до хидроксилни йони. Две молекули вода реагират с една молекула кислород и абсорбирани четири електрони, в резултат на което се получават четири хидроксилни йони (реакция 4.1)198 oxygen concentration. The reaction of the measuring electrode is observed after fixing of a certain measuring potential. On the large silver measuring electrode, the oxygen molecules are reduced to hydroxyl ions. Two water molecules react with one molecule of oxygen and four electrons are absorbed, resulting in four hydroxyl ions (reaction 4.1)
02 + 2Н20 + 4е -ч· 40НГ (4.1)0 2 + 2H 2 0 + 4e -h · 40NG (4.1)
Анодът от неръждаема стомана абсорбира четирите електрони, освободени на катода, за да се осигури потокът от електрически ток.The stainless steel anode absorbs the four electrons released on the cathode to provide the flow of electrical current.
В уравнението 4.2 измерената сила на тока I е правопропорционална на концентрацията на кислород CLo:In Equation 4.2, the measured current I is directly proportional to the oxygen concentration C L o:
I =КхС(_о (4.2) където константата К се влияе от константата на фарадей, броя на конвертиралите електрони за молекула, площта на катодната повърхност и широчината на граничния слой на повърхността наI = KxC (_o (4.2) where the constant K is influenced by the faraday constant, the number of converted electrons per molecule, the surface area of the cathode surface and the width of the boundary layer on the surface of
измервателния електрод.the measuring electrode.
Константен измервателен потенциал е важен за селективността (по отношение на кислорода) и прецизността на измерването. Измерваното напрежение се стабилизира чрез сравнителен електрод, който не е натоварен с ел.ток. Това, заедно със стабилизатор на напрежението, който осигурява електронна обратна връзка, осигурява и константен измервателен потенциал. Повърхността на измервателния електрод е свързана електролитично със сравнителния електрод чрез диафрагма.Constant measurement potential is important for selectivity (with respect to oxygen) and precision of measurement. The measured voltage is stabilized by a reference electrode that is not loaded with current. This, together with a voltage regulator that provides electronic feedback, also provides a constant measuring potential. The surface of the measuring electrode is connected electrolytically to the reference electrode by means of a diaphragm.
Грешката, която е на база измерван обхват на крайната стойност на разтворения кислород, е 3 % (Anon, 1998).The error based on the measured range of the final value of dissolved oxygen is 3% (Anon, 1998).
Анализаторът за разтворен кислород се калибрира, като за целта се използва активно калибриране, при което Digox 5 произвежда определено количество кислород по закона на фарадей (0,500 mg/L) и след това прави двойна проверка с измерените стойности в матрицата.The dissolved oxygen analyzer is calibrated using active calibration, whereby Digox 5 produces a certain amount of Faraday (0.500 mg / L) oxygen and then performs a double check with the measured values in the matrix.
199199
Това позволява апаратът да се калибрира в условия на налягане, температура и движение на потока, съответстващи на тези от измерването, в продължение на една минута. Тъй като обменът на молекули в сензора е дифузионен процес, той се влияе от температурата, получена в резултат на по-големите реакционни скорости и увеличава измервания ток. Поради това Digox 5 е снабден също така със сензор, който измерва температурата и автоматично компенсира колебанията.This allows the apparatus to be calibrated under pressure, temperature and flow conditions corresponding to those of the measurement for one minute. Since the exchange of molecules in the sensor is a diffusion process, it is influenced by the temperature obtained as a result of the higher reaction rates and increases the current measured. The Digox 5 is therefore also equipped with a sensor that measures temperature and automatically compensates for fluctuations.
Digox 5 има и някои други предимства. Тъй като Digox 5 не използва електролит, загубата на чувствителност е относително малки и се наблюдават само малки отлагания върху измервателния електрод. Освен това чувствителността може да бъде определена по всяко време чрез провеждане на активно калибриране. Това е проста процедура за очистване на електрода и рекалибриране на апарата. При повечето мембрани-сензори на катода се отлага сребърен хлорид и електролитният разтвор се променя, в резултат на което се отчита прогресивно намаляване на стойностите. По тази причина се препоръчва мембраните и електролитите да се сменят на няколко седмици и след това да се извърши рекалибриране, една дълга и мудна работа. Калибрирането на мембранните сензори обикновено се извършва в лабораторията при нива на насищане с кислород, които могат да причинят значителни отклонения по-специално в пивната мъст и пивната матрица при много ниски нива на кислорода.Температурата има трикратно влияние върху кислородните сензори на базата на мембрана: пропускливостта на мембраната ще се промени, парциалното налягане на кислорода ще се промени и разтворимостта на кислорода в електролита ще се промени. Температурната компенсация за тези три фактора в мембранните сензори е затруднена.Digox 5 has some other advantages as well. Because Digox 5 does not use an electrolyte, the sensitivity loss is relatively small and only small deposits are observed on the measuring electrode. In addition, sensitivity can be determined at any time by performing active calibration. This is a simple procedure to clean the electrode and recalibrate the instrument. In most cathode membranes, silver chloride is deposited and the electrolyte solution is altered, resulting in a progressive decrease in values. For this reason, it is recommended that the membranes and electrolytes be replaced for a few weeks and then recalibrated, a long and slow operation. The calibration of membrane sensors is usually performed in the laboratory at oxygen saturation levels, which can cause significant variations, especially in beer must and beer matrix at very low oxygen levels. The temperature has a threefold effect on membrane-based oxygen sensors: the membrane permeability will change, the partial pressure of oxygen will change and the solubility of oxygen in the electrolyte will change. Temperature compensation for these three factors in the membrane sensors is difficult.
Измерване на разтворения кислород в пивната мъст в периода на съхранение: Гъвкава тръба Tygon® (вътрешен диаметърMeasurement of dissolved oxygen in beer must during storage: Flexible Tygon® pipe (inner diameter
200 1/inch), отговаряща по качество на изискванията за хранителни продукти, се свързва асептично към отвора за вземане на проби, разположен в близост до горния край на конусните основи на резервоарите за съхраняване на пивна мъстТ-1 и Т-2 (виж раздел 4.2.1). Перисталтична помпа с променлива скорост осигурява обемен дебит от 11 L/hr през блока на анализатора за разтворен кислород .((Masterflex® L/S™ Digital Standard Drive,Cole-Parmer cat.# P-07523-50)). Измерването на разтворения кислород в ливната мъст след това се отчита след 4-5 минути.200 1 / inch) meeting the food quality requirements aseptically connects to the sampling hole located near the upper end of the conical bases of the T-1 and T-2 beer storage tanks (see section 4.2.1). A variable speed peristaltic pump provides a volumetric flow rate of 11 L / hr through the dissolved oxygen analyzer unit ((Masterflex® L / S ™ Digital Standard Drive, Cole-Parmer cat. # P-07523-50)). Measurement of dissolved oxygen in the casting must is then recorded after 4-5 minutes.
Измерване на разтворения кислород в биореактора: Преди за се извършат измерванията за разтворен кислород в биореактора анализаторът Digox 5 се почиства. Входния отвор на сензора се свързва към стерилна тръба Tygon® (вътрешен диаметърMeasurement of dissolved oxygen in the bioreactor: Before the measurements of dissolved oxygen in the bioreactor are performed, the Digox 5 analyzer is cleaned. The sensor inlet is connected to a sterile Tygon® tube (inner diameter
%inch), отговаряща по качество на изискванията за хранителни продукти. 70 % (об/об) етанолов разтвор се нагнетява през анализатора с обемен дебит приблизително 10L/hr за 15 min. Анализаторът на разтворен кислород се свързва към кран за вода в лабораторията и в продължение на минимум два часа през сензора преминава гореща вода (70°С). Този метод се използва вместо стерилизиране с водна пара, тъй като материалите, от които са изготвени детайлите на анализатора, не могат да се подлагат на температура над 70°С. През следващия двучасов санитарен период тръбата и входния и изходния отвори на апарата се затягат, за да се поддържа стерилност в анализатора. Към входния и изходящия отвор на анализатора се свързва току-що стерилизирана тръба на смукателен чадър за ламинарен поток. Свободните краища на тръбата след това асептично се свързват към отворите от неръждаема стомана с вътрешен диаметър % на дъното на биореактора и се прави измерването. Когато отворите на биореактора не се използват, те се% inch) meeting the food requirements. 70% (v / v) ethanol solution was pumped through the analyzer at a volume flow rate of approximately 10L / hr for 15 min. The dissolved oxygen analyzer is connected to a laboratory water tap and hot water (70 ° C) is passed through the sensor for a minimum of two hours. This method is used instead of steam sterilization since the materials from which the analyzer parts are made cannot be subjected to temperatures above 70 ° C. During the next two-hour sanitation period, the tube and the inlet and outlet openings of the apparatus are tightened to maintain sterility in the analyzer. A freshly sterilized laminar flow suction tube is connected to the analyzer inlet and outlet. The free ends of the tube are then aseptically connected to stainless steel openings with an internal diameter% at the bottom of the bioreactor and measurement is made. When the openings of the bioreactor are not used, they open
201201
затварят херметично, като за целта се използва къса стерилизирана тръба тръба Tygon®.closed hermetically using a short sterilized Tygon® tube.
Разтвореният кислород в биореактора се измерва в режим онлайн чрез източване на ферментационна течност през отвор, разположен в дъното на биореактора. Течността се отвежда от биореактора и преминава през филтър от неръждаема стомана (виж раздел 4.1.2), свързан с 1/4 инчов тръбообразен елемент, който преминава през дъното на биореактора. След това течността преминава през гъвкава тръба Tygon® (вътрешен диаметър % inch), отговаряща по качество на изискванията за хранителни продукти, която е свързана с перисталтична помпа с променлива скорост, осигуряваща на анализатора за разтворен кислород обемен дебит от 11 L/hr (Masterflex® L/S™ Digital Standard Drive,Cole-Parmer cat.# P-07523-50). След това ферментационната течност рециклира през втора тръба от неръждаема стомана с вътрешен диаметър % inch, която преминава през дъното на биореактора. За свързване на сензора с биореактора се използва тръба Tygon®, отговаряща по качество на изискванията за хранителни продукти (Cole-Parmer, 1999), поради нейната ниска кислородна пропускливост от 30 cm3mm/(s-cm2-cmHg)x1O·10. Измерването се прави след 4-5 минути циркулация.The dissolved oxygen in the bioreactor is measured online by draining the fermentation fluid through an opening located at the bottom of the bioreactor. The fluid is withdrawn from the bioreactor and passed through a stainless steel filter (see Section 4.1.2) connected to a 1/4 inch tubular element that passes through the bottom of the bioreactor. The fluid is then passed through a Tygon® flexible tube (internal diameter% inch) to meet the food requirements, which is connected to a variable speed peristaltic pump, providing a dissolved oxygen analyzer with a volumetric flow rate of 11 L / hr (Masterflex ® L / S ™ Digital Standard Drive, Cole-Parmer cat. # P-07523-50). The fermentation liquid is then recycled through a second stainless steel tube of% inch internal diameter that passes through the bottom of the bioreactor. A Tygon® tube meeting the food quality requirements (Cole-Parmer, 1999) is used to connect the sensor to the bioreactor due to its low oxygen permeability of 30 cm 3 mm / (s-cm 2- cmHg) x1O · 10 . The measurement is made after 4-5 minutes of circulation.
4.11.2 Химични анализи4.11.2 Chemical analyzes
Калибрирането се извършва, като се използват подходящи стандартни реагенти. Всички използвани за анализ реагенти са с чистота >99%. Когато е необходимо, се извършва допълнително пречистване.Calibration is carried out using appropriate standard reagents. All reagents used for analysis are> 99% pure. Where necessary, further purification is carried out.
4.11.1 Етанол4.11.1 Ethanol
Концентрацията на етанол се определя, като се използва газова хроматография по вътрешен стандартизиран метод на Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992). Дегазираните проби се обработват директно с разтворEthanol concentration was determined using gas chromatography using an internal standardized method of the Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992). The degassed samples are treated directly with a solution
202202
на изопропанол, 5 % (об/об) и се инжектират в газов хроматограф Perkin Elmer 8500, снабден с детектор на принципа на пламъчна йонизация и автоматичен пробовземател Dynatech. Използва се колона с пречистен кизелгур за хроматографски цели, 80-100 mesh, като в качеството на газов носител се използва хелий. Условия на хроматографския анализ: дебит 20mL/min, температура на инжектора 175 °C, температура на детектора 250 °C и температура в колоната 185 °C.of isopropanol, 5% (v / v) and injected into a Perkin Elmer 8500 gas chromatograph equipped with a flame ionization detector and a Dynatech automatic sampler. A purified kieselguhr column is used for chromatographic purposes, 80-100 mesh, using helium as the gas carrier. Chromatographic analysis conditions: flow rate 20mL / min, injector temperature 175 ° C, detector temperature 250 ° C and column temperature 185 ° C.
4.11.2 Кратко описание на въглехидратите4.11.2 Brief description of carbohydrates
Определят се концентрациите на глюкоза, фруктоза, малтоза, малтотриоза, малтотетроза, поли-1 (пик 1 на полизахарид) и глицерин, като за целта се използва спектро-физичен (SP8100XR) течен хроматограф, снабден с колона за катионен обмен (Bio-Rad Aminex, НРХ-87К) и детектор с рефракционен индекс (Spectra-Physics, SP6040XR). Преносимата фаза е двуосновен калиев фосфат 0,01 М и системата е снабдена с автоматичен спектро-физичен пробовземател (SP8110). Приспособлението работи при противоналягане от 800 psi. Дебитът на пробата и елуиращият агент през колоната е 0,6 mL/min, температурата в колоната е 85 °C и температурата в детектора е 40 °C Инжектираният обем е μΙ_.The glucose, fructose, maltose, maltotriose, maltotetrose, poly-1 (polysaccharide peak) and glycerol concentrations were determined using a spectro-physical (SP8100XR) liquid chromatograph equipped with a cation exchange column (Bio-Rad Aminex, HPX-87K) and a refractive index detector (Spectra-Physics, SP6040XR). The portable phase is 0.01 M potassium phosphate and the system is equipped with an automatic spectro-physical sampler (SP8110). The device operates at a counter pressure of 800 psi. The flow rate of the sample and the elution agent through the column was 0.6 mL / min, the temperature in the column was 85 ° C and the temperature in the detector was 40 ° C. The injected volume was μΙ_.
4.11.3 Относително тегло4.11.3 Relative weight
Относителното тегло на ливната мъст и на ферментационната среда в това изследване е описано по отношение на действителния екстракт (степен на Плато, °Р), която е приета единица, използвана в пивоварната промишленост.ферментационните проби се филтрират, както е описано в раздел 4.8, и се анализират в уред за измерване на плътност (Anton Paar DMA-58), за да се определи относителното тегло на ливната мъст (степен на Плато). Ферментационните проби се поставят в стъклена U-образна тръбичка и се подлагат на електронно осцилиране за определяне на относителното тегло, като по този начин се определяThe relative weight of the must and fermentation medium in this study is described with respect to the actual extract (Plateau degree, ° P), which is the accepted unit used in the brewing industry. The fermentation samples are filtered as described in section 4.8, and analyzed in a density meter (Anton Paar DMA-58) to determine the relative weight of the must (Plateau degree). The fermentation samples are placed in a glass U-tube and subjected to electronic oscillation to determine the relative weight, thereby determining
203 степента на Плато индиректно. Степента на Плато е цифрова стойност, изразена в проценти (тег/об), на разтвор на захароза във вода при 20°С, чието относително тегло е същото, както на въпросната пивна мъст. Тъй като скалата на степента на Плато и получените таблици, отнасящи се до относителното тегло на разтвора, в който са разтворени веществата, се базират на воден разтвор на захароза, той е приблизително еднакъв с екстракта. Екстрактът се определя по отношение на общото количество разтворима маса в пивния материал, “каквото е” и/или потенциално по време на обработката (Hardwick, 1995), като например въглехидрати, протеини, танини. Понастоящем в203 plateau indirectly. The plateau degree is the numerical value, expressed as a percentage (w / v) of a sucrose solution in water at 20 ° C, whose relative weight is the same as that of the beer must in question. Since the scale of the Plateau scale and the resulting tables relating to the relative weight of the solution in which the substances are dissolved are based on an aqueous solution of sucrose, it is approximately the same as the extract. The extract is determined by the total amount of soluble mass in the beer material, "as is" and / or potentially during processing (Hardwick, 1995), such as carbohydrates, proteins, tannins. Currently in
пивоварната промишленост относителното тегло на екстракта се изразява като степен на Плато, тъй като няма по-подходяща и по-добра мярка, която се отнася до промените в състава на пивна мъст с различен произход.the brewing industry the relative weight of the extract is expressed as a Plateau degree, since there is no more appropriate and better measure relating to changes in the composition of beer musts of different origins.
4.11.4 Общо съдържание на диацетил4.11.4 Total diacetyl content
Общият диацетил (2,3-бутандион) в пивото и ферментационните проби се измерва, като за целта се използва капилярна сепарация (Hewlett-Packard 5890) и откриване присъствието на даден елемент чрез електронно захващане на базата на метода на Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992). Методът се прилага за определяне на общото количество диацетил, тъй като той прави измерване на количеството на диацетил и неговия прекурсор алфа-ацетолактат. Газовият носител е съставен от 5 % метан в аргон при 1,0 mL/min и се използва колона от вида J & W DB-Wax. Разделителното съотношение е 2:1, а допълнителният газ е хелии при 60 mL/min. Температурата на инжектиране е 105 °C, а температурата на детектора е 120 °C.Total diacetyl (2,3-butanedione) in beer and fermentation samples is measured using a capillary separation (Hewlett-Packard 5890) and detection of the presence of an element by electron capture using the method of the Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992). The method is used to determine the total amount of diacetyl, as it measures the amount of diacetyl and its precursor alpha-acetolactate. The gas carrier is made up of 5% methane in argon at 1.0 mL / min and a J&W DB-Wax column is used. The separation ratio is 2: 1 and the additional gas is helium at 60 mL / min. The injection temperature is 105 ° C and the temperature of the detector is 120 ° C.
Системата е снабдена с автоматично пробовземащо устройство Hewlett Packard 7694Е и като вътрешен стандарт се използва 2,3хександион. Продължителността на цикъла е 40 min с време заThe system is equipped with the Hewlett Packard 7694E automatic sampler and uses 2,3hexandione as the internal standard. The cycle duration is 40 min with time for
204 достигане на равновесно състояние на флакона 30 min при 65°С, време за компримиране - 2 min при 4.8 psig, време за запълване на контура 0,2 min, време за достигане на равновесно състояние в контура - 0,1 min и продължителност на инжектиране - 0,27 min. Налягането на газовия носител е 18,8 psig, температурата в тръбата за подаване на течността е 95°С, а температурата в контура е 65 °C.204 vial equilibration 30 min at 65 ° C, compression time - 2 min at 4.8 psig, contour fill time 0.2 min, equilibrium contour time - 0.1 min and duration of injection - 0.27 min. The pressure of the gas carrier is 18.8 psig, the temperature in the fluid conduit is 95 ° C, and the contour temperature is 65 ° C.
4.11.5 Летливи вещества в пивото4.11.5 Volatile substances in beer
Летливите вещества в пивото са ацеталдехид, етилацетат, изобутанол, 1 -пропанол, изоамилацетат, изоамилалкохол, етилхексаноат и етилоктаноат и се измерват като се използват вътрешен стандарт с използване на газов хроматограф (Hewlett Packard 5890) и пламъчно-йонизационен детектор. Газовият носител е хелий с дебит 6,0 mL/min, а газовият хроматограф е снабден с автоматичен пробовземател Hewlett Packard 7694.The volatile substances in beer are acetaldehyde, ethyl acetate, isobutanol, 1-propanol, isoamyl acetate, isoamyl alcohol, ethylhexanoate and ethyl octanoate and are measured using an internal standard using a gas chromatograph (Hewlett Packard 5890) and a flame detector. The gas carrier is helium at a flow rate of 6.0 mL / min and the gas chromatograph is equipped with a Hewlett Packard 7694 automatic sampler.
Температурата на инжектиране в газовия хроматограф е 200 °C, а температурата в детектора е 220 °C. Профил на температурата в нагревателната камера: 40 °C (5 min), 40-200 °C (10 °C/min), 200-220 °C (50 °C/min), 220 °C (5min). Газовете за пламъчно-йонизационния детектор j включват: носител с дебит 6,0 mL/min, добавка от хелий - 30 mL/min и ί 28 psig, Н2 - 50 mL/min и 25 psig и въздух - 300 mL/min и 35 psig.The injection temperature in the gas chromatograph is 200 ° C and the temperature in the detector is 220 ° C. Temperature profile of the heating chamber: 40 ° C (5 min), 40-200 ° C (10 ° C / min), 200-220 ° C (50 ° C / min), 220 ° C (5min). The gases for flame ionization detector j include: carrier with a flow rate of 6.0 mL / min, helium additive - 30 mL / min and ί 28 psig, H 2 - 50 mL / min and 25 psig and air - 300 mL / min and 35 psig.
ф Септумът се продухва с дебит 0,8 mL/min. Нагнетателното налягане е 4,0 psig. Когато автоматичният пробовземател е свързан чрез индикатор, разположен в отвора за инжектиране, налягането във флакона е 15,9 psig, налягането на газовия носител е 7,1 psig, нагнетателното налягане в колоната е 4 psig, дебитът на разклонения поток е 18 mL/min и дебитът на потока в колоната е 6 mL/min. Температурна зона: флаконът при 70 °C, контурът при 80 °C, преносимата тръба - при 150 °C.u The septum is purged with a flow rate of 0.8 mL / min. The discharge pressure is 4.0 psig. When the automatic sampler is connected via an indicator located in the injection port, the pressure in the vial is 15.9 psig, the pressure of the gas carrier is 7.1 psig, the discharge pressure in the column is 4 psig, the flow rate of the branch flow is 18 mL / min and the flow rate in the column was 6 mL / min. Temperature zone: vial at 70 ° C, contour at 80 ° C, portable tube - at 150 ° C.
Продължителността на цикъла на газовата хроматография е 40 min, като времето за привеждане в равновесно състояние във флакона е 35 min; време за създаване на налягане - 0,25 min, продължителност на пълнене на контура - 0,1 min, време за привеждане в равновесно състояние в контура - 0,1 min, продължителност на инжектиране - 3 min и обем на пробата в контура -1 mL.The duration of the gas chromatography cycle is 40 min, with the equilibration time in the vial being 35 min; pressure build-up time - 0.25 min, contour filling time - 0.1 min, equilibrium contouring time - 0.1 min, injection duration - 3 min, and contour sample volume -1 mL.
4.11.6 Свободен аминен азот (САА)4.11.6 Free amine nitrogen (CAA)
Определянето на концентрацията на свободния аминен азот във ферментационната проба се извършва съгласно метода на Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992), при който се използва спектрофотометър Perkin Elmer LS50B. Този спектрофотометричен метод показва цветна реакция между нинхидрин и присъстващия в пробата азот. Абсорбираното количество директно зависи от присъствието на свободен аминен азот.Determination of the concentration of free amine nitrogen in the fermentation sample was performed according to the method of the Technical Committee and Editorial Committee of the American Society of Brewing Chemists (1992), using a Perkin Elmer LS50B spectrophotometer. This spectrophotometric method shows a color reaction between ninhydrin and the nitrogen present in the sample. The amount absorbed depends directly on the presence of free amine nitrogen.
а) Цветен реагент: 19,83 g динатриев хидрогенфосфат (Na2HP04)a) Color reagent: 19.83 g disodium hydrogen phosphate (Na 2 HP0 4 )
30,00 g калиев дихидрогенфосфат (КН2РО4) 2,78 g нинхидрин монохидрат30.00 g potassium dihydrogen phosphate (KN 2 PO 4 ) 2.78 g ninhydrin monohydrate
1,50 g фруктоза1.50 g fructose
б) Реагент за разреждане: 2,00 g калиев йодат (КЮ3)b) Dilution reagent: 2,00 g potassium iodate (KYU 3 )
596 mL дестилирана дейонизирана вода596 mL of distilled deionized water
404 mL 95 % (об/об) етанол404 mL 95% (v / v) ethanol
Съхраняват се в хладилник и се използват при стайна температура.They are refrigerated and used at room temperature.
в) Изходен глицинов разтвор: 0,1072 g/100 mL дестилирана дейонизирана водаc) Glycine stock solution: 0.1072 g / 100 mL distilled deionized water
г) Глицинов стандартен разтвор: изходният глицинов разтвор се разрежда 1 :100 (об/об) с дестилирана дейонизирана вода. Този стандартен разтвор съдържа 2 mg/L свободен аминен азот.d) Glycine standard solution: dilute the glycine stock solution 1: 100 (v / v) with distilled deionized water. This standard solution contains 2 mg / L of free amine nitrogen.
Пробите се разреждат в съотношение 100:1 с дестилирана вода и по 2 mL от разредената проба се въвеждат в три епруветки. Контролната проба се приготвя чрез поставяне на 2 mL дестилирана дейонидирана вода във всяка от трите епруветки. Приготвят се същоSamples were diluted at 100: 1 with distilled water and 2 mL of the diluted sample was introduced into three tubes. The control sample was prepared by placing 2 mL of distilled deionidized water in each of the three tubes. They are also preparing
206206
три епруветки, всяка от които съдържа по 2 mL стандартен глицинов разтвор.three tubes, each containing 2 mL of standard glycine solution.
Към всички проби се прибавя по 1 mL цветен реагент и след това те се поставят на водна баня с температура 100 °C точно за 16 min. След това епруветките се охлаждат на водна баня с температура 20 °C за време 20 min. По пет mL от реагента за разреждане се добавят към всяка от епруветките и се смесва старателно. След това пробите се оставят да престоят 10-15 min. Измерва се абсорбцията при 570 nm, като за целта се използва спектрофотометър, и количеството свободен аминен азот се изчислява по формулата 4.3:To each sample was added 1 mL of color reagent and then placed in a water bath at 100 ° C for exactly 16 min. The tubes were then cooled in a water bath at 20 ° C for 20 min. Five mL of the dilution reagent was added to each tube and mixed thoroughly. The samples were then allowed to stand for 10-15 min. Measure the absorbance at 570 nm using a spectrophotometer and calculate the free amine nitrogen by the formula 4.3:
CAA (mg/L) = (А₽- Ав - Af) 2d/As (4.3), където САА е количеството свободен аминен азот в пробата в mg/L, Ар е средната стойност на съдържание на абсорбирано вещество от изпитвания разтвор, Ав - средната стойност на абсорбираното вещество в контролната проба; Af е средната стойност на абсорбираните вещества за коригиране вследствие помътняване на ливната мъст и пивото; 2 е количеството САА в стандартния глицинов разтвор; d - коефициент на разреждане на пробата; As е средната стойност на абсорбираното вещество за стандартния глицинов разтвор.CAA (mg / L) = (A $ - Av - Af) 2d / As (4.3), where CAA is the amount of free amine nitrogen in the sample in mg / L, Aβ is the average content of absorbed substance from the test solution, Av - the mean of the absorbed substance in the control; Af is the average value of the absorbents corrected for turbidity and beer opacity; 2 is the amount of CAA in standard glycine solution; d - sample dilution factor; As is the average value of the substance absorbed for the standard glycine solution.
ГЛАВА 5. НЕПРЕКЪСНАТА ФЕРМЕНТАЦИЯ В СИСТЕМА ОТCHAPTER 5. CONTINUOUS FERMENTATION IN THE SYSTEM OF
БИОРЕАКТОР С ГАЗОВА ПОДЕМНА СИЛАBRIEFACTOR WITH GAS POWER
За непрекъсната ферментация на пиво е избран биореактор, снабден със смукателна тръба, в който се използва газова подемна сила за осъществяване на непрекъсната циркулация на средата (биореактор от типа ГПСТ). Този тип биореактор е избран поради отличния масообмен (течност-твърда фаза) и високите показатели на смесителния процес. Масообменът течност-твърда фаза е особено важен, тъй като той включва пренос на хранителна среда от течната фаза към твърдата, представляваща биокатализатор от имобилизирани клетки, осигурявайки субстрати за капсулованите пивни дрожди. ТезиFor continuous fermentation of beer, a bioreactor equipped with a suction tube was selected, which utilizes a gas lift to effect continuous circulation of the medium (a GPST type bioreactor). This type of bioreactor was chosen because of its excellent mass transfer (liquid-solid phase) and high mixing process performance. Liquid-solid mass transfer is particularly important as it involves the transfer of the fluid from the liquid phase to the solid, which is a biocatalyst from immobilized cells, providing substrates for encapsulated brewer's yeast. These
207207
биореактори също така осигуряват добро аериране, нисък разход на енергия и са с опростена конструкция. Това прави биореакторните системи с газова подемна сила много атрактивни за работа в големи мащаби като тези, които се използват в промишлен мащаб за обработване на отпадъчни води (Driessen et al.,1997; Heijnen, 1993).bioreactors also provide good aeration, low energy consumption and are of simplified construction. This makes gas-lift bioreactor systems very attractive for large-scale operation such as those used on an industrial scale for wastewater treatment (Driessen et al., 1997; Heijnen, 1993).
5.1 Описание на биореактор, снабден със смукателна тръба, в който се използва газова подемна сила5.1 Description of a bioreactor fitted with a suction tube using gas lift
В този раздел подробно е описан биореакторът с газова подемна сила, използван в тази изследователска работа.This section describes in detail the gas lift bioreactor used in this research.
5.1.1 Корпус на биореакгора5.1.1 Bioreactor housing
Биореакторът с обем 13 L (8 L работен обем), снабден със смукателна тръба, в който се използва газова подемна сила (биореактор от типа ГПСТ), конструиран за целите на тази изследователска работа, работи с флуидизиран слой, съставен от три фази (течна/твърда/газова), при който имобилизираните клетки се поддържат в суспендирано състояние чрез въглероден диоксид, осигуряващ вътрешна циркулация на течността (Heijnen, 1996), както е показано на ФИГ. 16. Снимка на биореакгора е показана на ФИГ. 17, а подробен чертеж е даден на ФИГ. 18. Въглеродният диоксид и въздухът се подават откъм конусното дъно на биореакгора през разпръсквателно устройство от синтерована неръждаема стомана (дюза за разпръскване на СО2 Part#9222, Hagedorn & Gannon, USA), която е с дължина 0,11 ти външен диаметър 0,013 т. В качеството на флуидизиращ газ се използва въглероден диоксид, а въздухът се използва за доставяне на кислород на дрождевите клетки.A 13 L (8 L displacement) bioreactor equipped with a suction tube using a gas lift (GPST type bioreactor) designed for the purpose of this research works with a three phase fluidized bed (liquid (solid / gas), in which the immobilized cells are maintained in suspended state by carbon dioxide providing internal circulation of the liquid (Heijnen, 1996), as shown in FIG. 16. A photo of the bioreactor is shown in FIG. 17, and a detailed drawing is given in FIG. 18. Carbon dioxide and air are fed from the cone-bottom of the bioreactor through a sintered stainless steel spray device (CO 2 Part # 9222 spray nozzle, Hagedorn & Gannon, USA) with a length of 0.11 th outer diameter of 0.013 t. Carbon dioxide is used as the fluidizing gas and air is used to deliver oxygen to the yeast cells.
В колонкообразния биореактор е разположена концентрично смукателна тръба, която функционира като възходяща тръба (подемник) в тази флуидизирана система, докато външният пръстен действа като тръба за низходящ поток. Вътрешната смукателна тръба е окачена към цилиндричен сепаратор за твърдите частици, като е монтирана сIn the columnar bioreactor is a concentric suction tube that functions as an upstream tube (lift) in this fluidized system, while the outer ring acts as a downstream tube. The inner suction pipe is attached to a cylindrical particulate separator and is mounted with
208 помощта на 3 броя окачващи приспособления от неръждаема стомана в горния разширен участък на биореактора. Разполагането на смукателната тръба и сепаратора за твърди частици във вътрешността на биореактора свежда до минимум риска от микробни замърсявания от външната околна среда.208 using 3 stainless steel suspension fixtures in the upper expansion section of the bioreactor. The placement of the suction tube and the particulate separator inside the bioreactor minimizes the risk of microbial contamination from the external environment.
Обикновено биореакторът е снабден с решетка с отвори, за да се сепарират имобилизираните клетки от течността на изхода на биореактора. Но решетката има склонност да се запушва, поради което се използва цилиндър от неръждаема стомана за отделяне на гранулите от имобилизирани клетки от течната фаза, както се движат над горния край на смукателната тръба и се придвижват надолу в пръстена. Частиците по-скоро биха могли да се удрят в цилиндъра и да попаднат обратно в обема на течната фаза, отколкото да напуснат биореактора през отвора за изливане. Поради това в близост до изходящия отвор на биореактора има малък участък, в който липсват частици от имобилизирани клетки. Горният разширен участък на биореактора също така увеличава повърхностната площ за отделяне на газови мехури.Typically, the bioreactor is provided with a grid with openings to separate the immobilized cells from the liquid at the outlet of the bioreactor. But the grate tends to become clogged, which is why a stainless steel cylinder is used to separate the granules from immobilized cells from the liquid phase as they move above the upper end of the suction tube and move down into the ring. The particles could rather collide with the cylinder and fall back into the liquid phase volume than leave the bioreactor through the outlet. Therefore, there is a small area near the outlet of the bioreactor that lacks particles of immobilized cells. The upper expanded section of the bioreactor also enlarges the surface area for gas bubbles.
5.1.2 Челен капак на биореактора5.1.2 Front cover of the bioreactor
На ФИГ. 19 е показан схематично челният капак на биореактора. Отворите в челния капак на биореактора са оформени така, че да се намали до минимум риска от замърсявания. Отворите са или заварени директно към челния капак, или са използвани уплътнени фитинги (Swagelok®). В челния капак са монтирани отвор за инокулата, гилза за температурен сензор, термоизмервателен прибор, септум за газови проби и отвори за източване на течни проби за измерване на разтворения кислород и за връщане на пробите. В гилзата е монтиран температурен сензор, който има обратна връзка с контролна система за измерване на температурата. Тази контролна система дава обратен сигнал към соленоиден вентил, който отваря и затваря подаването на гликол към термичната риза на биореактора. Температурата сеIn FIG. 19 is a schematic view of the front cover of the bioreactor. The openings in the front cover of the bioreactor are designed to minimize the risk of contamination. The holes are either welded directly to the front cover or sealed fittings (Swagelok®) are used. An inoculum orifice, a temperature sensor sleeve, a thermometer, a gas sample septum and openings for the drainage of liquid samples to measure dissolved oxygen and return samples are installed in the front cover. A temperature sensor is mounted in the sleeve, which is inverse to a control system for measuring the temperature. This control system gives a feedback signal to a solenoid valve that opens and closes the glycol feed to the thermal jacket of the bioreactor. The temperature is up
209 наблюдава непрекъснато, като за целта се използва термометър (водонепропусклив термометър, снабден с термоелемент Cole-Parmer #90610-20) и вид Т-сонда, заварена към челния капак на биореактора. Разтвореният кислород се измерва, като за целта се използва анализатор (Dr. Theidig, Digox 5), изискващ дебит на потока от течна среда 9-11 L/hr, преминаващ през анализатора, за да се отчита прецизно съдържанието на кислород. Течността се източва от биореактора през тръба с вътрешен диаметър която преминава през корпуса на челния капак и достига течността. Както е показано на ФИГ. 20, в края на тръбата е монтиран филтър за отстраняване на поголеми частици от течността, която се нагнетява в анализатора за разтворен кислород. След това течността се връща обратно в биореактора през друга тръба с вътрешен диаметър разположена в челния капак.209 monitors continuously using a thermometer (a watertight thermometer equipped with a Cole-Parmer thermocouple # 90610-20) and a T-type probe welded to the front cover of the bioreactor. Dissolved oxygen was measured using an analyzer (Dr. Theidig, Digox 5) requiring a flow rate of 9-11 L / hr liquid flow through the analyzer to accurately measure oxygen content. The fluid is discharged from the bioreactor through an inner diameter tube that passes through the housing of the front cover and reaches the fluid. As shown in FIG. 20, a filter is installed at the end of the tube to remove large particles from the liquid which is pumped into the dissolved oxygen analyzer. The liquid is then returned to the bioreactor through another tube with an internal diameter located in the front cover.
5.1.3 Санитарни вентили за вземане на асептични проби5.1.3 Sanitary valves for aseptic sampling
Биореакторът е снабден с мембранен вентил за вземане на проби (Scandi-Brew®), заварен към стената на биореактора. Вентилът е конструиран за вземане на проби при асептични условия. Мембраната затваря директно към страната на ферментационната течност, коетоThe bioreactor is equipped with a diaphragm sampling valve (Scandi-Brew®) welded to the wall of the bioreactor. The valve is designed for sampling under aseptic conditions. The membrane closes directly to the side of the fermentation fluid, which
позволява подлагането на вентила на пълна стерелизация с водна пара и алкохол чрез два отвора (ФИГ. 18). Малък външен резервоар с етанол обхваща мембраната, за да поддържа стерилност между вземанията на проби. Този вентил се използва за вземане на всички проби и се приема, че съставът на течността в мястото на вземане на проба не е съществено различен в сравнение със състава на течността, изтичаща през изходящия отвор на биореактора. Както беше отбелязано в главата Материали и методи” на тази изследователска работа, пробите от биореактора се вземат чрез вентил, разположен на външната стена на биореактора. За да се потвърди предположението, че съставът на течността, изтичаща през изходящия отвор на биореактора, е същият вallows the valve to be subjected to full steam and alcohol sterilization through two openings (FIG. 18). A small outer ethanol tank encloses the membrane to maintain sterility between sampling. This valve is used for all sampling and it is assumed that the composition of the fluid at the sampling site is not significantly different from that of the fluid flowing through the outlet of the bioreactor. As noted in the Materials and Methods chapter of this research, samples of the bioreactor are taken through a valve located on the outer wall of the bioreactor. To confirm the assumption that the composition of the liquid flowing through the outlet of the bioreactor is the same in
210 сравнение с този на течността в пробите, взети от вътрешността на биореактора, е проведено изследване за продължителността на смесване.210 comparison with that of the fluid in the samples taken from inside the bioreactor, a mixing duration study was performed.
За определяне на продължителността на смесване в биореактор с газова подемна сила е използван импулсен индикатор (Chistie, 1989). 1 mL от 10 N HCI се инжектира бързо в пръстена на биореактора и се регистрира промяната на стойностите на pH. Чрез инжектиране на 10 N NaOH. pH се връща към началната си стойност. pH- електродът (ColeParmer, cat. #Р-05990-90) е дълъг 277 mm и е с диаметър 3,5 mm. За наблюдение на стойностите на pH се използва датчик за pH Ingold, модел 2300. Извършва се калибриране в две точки с конкретни стандартни буфери - зелен буфер с pH 7,0 на Beckman, Part#566002, и червен буфер с pH 4,0 на Beckman, Part#566000. Данните се регистрират при честота 3750 Hz за 300 секунди, като за целта се използва софтуерна програма на Cheryl Hudson и John Beltrano, създадена през 1999 г. (University of Western Ontairo, London, Ontario).A pulse indicator was used to determine the mixing time in a gas lift bioreactor (Chistie, 1989). 1 mL of 10 N HCl was rapidly injected into the bioreactor ring and the change in pH was recorded. By injecting 10 N NaOH. The pH returns to its original value. The pH electrode (ColeParmer, cat. # P-05990-90) is 277 mm long and 3.5 mm in diameter. A pH Ingold sensor, model 2300, is used to monitor the pH values. Two-point calibration is performed with specific standard buffers - Beckman pH 7.0 green buffer, Part # 566002, and pH 4.0 red buffer. Beckman, Part # 566000. Data are logged at 3750 Hz in 300 seconds using a software program from Cheryl Hudson and John Beltrano, established in 1999 (University of Western Ontairo, London, Ontario).
След това данните за стойностите на pH с помощта на алгоритъм Savitsky-Golay се обработват в Таблица на кривите 2D (Jandel Scientific Software, Labtronics, Guelph, Ontario). Алгоритъмът на Savitsky-Golay e метод за изравняване на временната област на базата на полиномно изравняване по метода на най-малките квадрати през движещ се прозорец в pH-метъра (Anon, 1996). След това изравнените данни се нормализират и се създава графика на ΔρΗ в зависимост от времето. Продължителността на смесване се взема до най-близката минута, когато pH достигне ~95 % от равновесните стойности. Продължителността на смесване се измерва при използване на три различни обемни дебита на въглеродния диоксид: 283 cm3/min, 472cm3/min (в тази изследователска работа навсякъде се използва обемен дебит) и 661 cm3/min. И при трите случая стойностите на pH в биореактора достигат равновесие (~95 %) за по-малко от 2 минути,The pH values were then processed using the Savitsky-Golay algorithm in the 2D Curve Table (Jandel Scientific Software, Labtronics, Guelph, Ontario). The Savitsky-Golay algorithm is a method of time domain equalization based on polynomial least squares alignment through a moving window in the pH meter (Anon, 1996). The leveled data is then normalized and a ΔρΗ plot is plotted against time. Mixing time is taken to the nearest minute when the pH reaches ~ 95% of equilibrium values. Mixing times are measured using three different carbon dioxide volume flows: 283 cm 3 / min, 472 cm 3 / min (volumetric flow rate is used throughout this research) and 661 cm 3 / min. In all three cases, the pH values in the bioreactor reach equilibrium (~ 95%) in less than 2 minutes,
211211
Ί както е показано в Приложение 1. Приема се, че продължителността на смесване е твърде кратка и доказва нашето първоначално предположение, че системата в биореактора е добре смесена. Това ни позволява да предположим, че съставът на пробите от течност, взети от биореактора, нямат съществено различие от състава на течността, която изтича от изпускателния отвор при средно време на престой в биореактора 24 часа. От приложените фигури се вижда, че към смесването чрез диспергиране се наслагва и смесване чрез определена циркулация на течността, което е типично за биореакторите с използване на газова подемна сила (Chisti, 1989).Ί as shown in Appendix 1. The mixing time is assumed to be too short and proves our initial assumption that the system in the bioreactor is well mixed. This allows us to assume that the composition of the fluid samples taken from the bioreactor do not differ significantly from the composition of the fluid flowing from the outlet at an average residence time of 24 hours in the bioreactor. The accompanying figures show that mixing by dispersion is also compounded by a particular fluid circulation, which is typical of bioreactors using gas lift (Chisti, 1989).
5.2 Технологична схема на системата за непрекъсната ферментация5.2 Flow chart of the continuous fermentation system
Технологична схема на системата за непрекъсната ферментация, която се намира в експерименталната малка пивоварна на Labatt Brewing Company Limited, London, Ontario, е дадена на ФИГ. 21. В Таблица 5.1 са описани отделните части на системата. Накратко, ливната мъст се получава от инсталацията на Labatt в Лондон, подлага се на стерилизация, като за целта се използва пастьоризатор с използване на мигновенно изпаряване (топлообменник от листов материал Fisher, комбиниран поток, тип Eurocal 5FH), и се съхранява в големи събирателни резервоари (Т-1 и Т-2). По време на непрекъснатата ферментация ливната мъст се пренася при регулиран дебит до биореактора (BR-1), съдържащ имобилизирани дрождеви клетки. Ферментиралата течност напуска биореактора, като прелива, и се събира в събирателен съд Т-3. В следващите раздели е описана подробно работата на системата за непрекъсната ферментация, дадена на ФИГ. 21.A flow chart of the continuous fermentation system, located in the experimental small brewery of Labatt Brewing Company Limited, London, Ontario, is given in FIG. 21. Table 5.1 describes the individual parts of the system. In short, the pouring must is obtained from the Labatt installation in London, sterilized using a pasteurizer using instant evaporation (Fisher sheet heat exchanger, combined flow, Eurocal 5FH type), and stored in large collection tanks tanks (T-1 and T-2). During continuous fermentation, the must must be transferred at regulated flow to a bioreactor (BR-1) containing immobilized yeast cells. The fermented liquid leaves the bioreactor as an overflow and is collected in a T-3 collection vessel. The following sections describe in detail the operation of the continuous fermentation system given in FIG. 21.
5.2.1 Получаване и съхраняване на ливна мъст5.2.1 Obtaining and storing must must
Пивна мъст, която не е обогатена на кислород, използвана за непрекъснатата ферментация, се получава по тръбопровод отNon-oxygenated beer must used for continuous fermentation is obtained by pipeline from
212 инсталацията на Labatt в Лондон и се подава към цилиндрично-коничен резервоар за съхраняване с обем 1600 L, в който предварително е разпръскван въглероден диоксид, за да се сведе до минимум повишаването на кислород в ливната мъст. Преди да се използват, всички съдове в тази схема, включително събирателните резервоари Т1 и Т-2, се почистват и подлагат на санитарни процедури съгласно установените правила на Labatt. След това ливната мъст се подлага на пастьоризиране с използване на водна пара и се подава при температура 2 °C към събирателния резервоар Т-1 или Т-2 (също предварително обработени чрез разпръскване на въглероден диоксид). Пивната мъст се държи до 2 седмици в тези резервоари при температура 2 °C, като от тях се подава течност към биореактора BR-1 за непрекъсната ферментация. В края на двуседмичния период захранването на биореактора се променя така, че пивната мъст се подава от втория резервоар, който съдържа свежа пивна мъст. Двата еднакви събирателни резервоара за пивна мъст Т-1 и Т-2 се използват, за да се сведе до минимум на престоя по време на превключването към свежата пивна мъст. Във всички случаи пивната мъст се изпитва за замърсявания минимум 2 дни преди да бъде подадена към биореактора (BR-1). Ако пивната мъст е замърсена, тя се извежда и незабавно се подава свежа пивна мъст, която се подлага на пастьоризиране.212 installation of the Labatt in London and fed to a cylindrical conical storage tank of 1600 L capacity, in which carbon dioxide is pre-dispersed to minimize the increase in oxygen in the must. Prior to use, all vessels in this scheme, including T1 and T-2 collection tanks, are cleaned and sanitized in accordance with Labatt's established rules. The cast must then be pasteurized using water vapor and fed at 2 ° C to the T-1 or T-2 collection tank (also pre-treated with carbon dioxide spray). The wort is kept in these tanks for up to 2 weeks at 2 ° C, supplying liquid to the BR-1 bioreactor for continuous fermentation. At the end of the two-week period, the bioreactor power is changed so that the wort is fed from the second tank containing fresh wort. Two identical T-1 and T-2 beer must tanks are used to minimize downtime while switching to fresh beer must. In all cases, the wort must be tested for contamination for at least 2 days before being fed to the bioreactor (BR-1). If the beer must is contaminated, it is removed and fresh beer must be fed immediately and pasteurized.
Минимизиране на разтворения кислород в пивната мъст по време на съхранението: Целта е пивната мъст да се съхранява с минимално константно съдържание на кислород и при ниска температура, без да се изстудява. Това изискване е свързано с предотвратяване на нежелани реакции с участие на кислород, които развалят пивната мъст (Narzip et al., 1993), за да се осигури консистентно подаване на пивна мъст към биореактора и се сведе до минимум риска от микробно замърсяване на пивната мъст по време на съхранението. Големите цилиндрично-конични съдове (Т-1 и Т-2) с обемMinimizing dissolved oxygen in beer must during storage: The purpose is to store the beer must with a minimum constant oxygen content and at a low temperature without cooling. This requirement is related to the prevention of side effects involving oxygen that break down the must (Narzip et al., 1993) to ensure consistent supply of the must to the bioreactor and minimize the risk of microbial contamination of the must. during storage. Large cylindrical conical vessels (T-1 and T-2) with volume
213213
1600 L (нето), използвани за съхранение на ливната мъст за последващите непрекъснати ферментации, първоначално са проектирани за периодични ферментации, а не като резервоари за съхранение на пивна мъст. Поради това охлаждането на тези съдове не е подходящо за поддържане на температура 2°С. След три дни съхранение на ливната мъст температурната разлика от един участък в друг варираше с 15°С (Таблица 5.2).The 1600 L (net) used for storing must must for subsequent continuous fermentations was originally designed for periodic fermentations rather than as reservoirs for storing must. Therefore, the cooling of these vessels is not suitable for maintaining a temperature of 2 ° C. After three days of storage of the must, the temperature difference from one section to another varied by 15 ° C (Table 5.2).
Тези топли участъци в резервоара увеличават риска от развитие на микроби. Поради това беше необходимо разбъркване в резервоарите, за да се осигури равномерно ниска температура във всички участъци.These warm areas in the tank increase the risk of developing germs. Mixing in the tanks was therefore necessary to ensure a uniformly low temperature in all sections.
По тези причини в конусната основа на всеки от резервоарите за съхранение на пивна мъст Т-1 и Т-2 беше монтиран тръбен разпръсквател. Експериментите са проведени, за да се определи найдобрият режим за запълване на резервоара с пивна мъст и поддържане на константно ниско ниво на разтворения кислород. При първия експеримент резервоарът се пълни с пивна мъст, която се подава без обогатяване с кислород и пастьоризиране. След като резервоарът за съхранение е напълнен с 1600 L пивна мъст, откъм основата му се разпръсква 0,113 m3/hr въглероден диоксид. При втория експеримент ливната мъст също се подава без обогатяване с кислород и пастьоризиране. Преди пълненето в резервоара се разпръсква въглероден диоксид (0,85 m3/hr) в продължение на 3 часа и малки количества СО2 (0,113 m3/hr) се разпръскват в резервоара при пълненето му. Този поток от въглероден диоксид с нисък дебит непрекъснато барботира в ливната мъст, съхранявана в резервоара, докато се подаде към непрекъснатата ферментация. I/Ι при двата експеримента по време на седмичното съхранение концентрацията на кислород в ливната мъст постоянно се наблюдава.For this reason, a tubular sprayer was installed in the conical base of each of the T-1 and T-2 beer must tanks. Experiments were conducted to determine the best regime for filling the beer must tank and maintaining a constant low dissolved oxygen level. In the first experiment, the tank is filled with beer must, which is fed without oxygen enrichment and pasteurization. After the storage tank is filled with 1600 L of wort, 0,113 m 3 / hr of carbon dioxide is sprayed from its base. In the second experiment, the must was also fed without oxygen enrichment and pasteurization. Before filling in the tank is sprayed carbon dioxide (0,85 m 3 / hr) for 3 hours, and small amounts of CO 2 (0,113 m 3 / hr) was sprayed into the tank during filling thereof. This low-flow carbon dioxide stream is bubbled continuously into the pouring must stored in the tank until it is fed to the continuous fermentation. I / Ι in both experiments during the weekly storage of oxygen concentration in the casting must is constantly observed.
214214
На фигура 5.7 е представена концентрацията на разтворения кислород в зависимост от продължителността на съхранение. Когато резервоарът за съхранение не е предварително продухан с въглероден диоксид, въздухът в обема на съда повишава кислорода в ливната мъст. Без предварително разпръскване в съда е необходим значително подълъг период от време за достигане на минимално и константно ниво на разтворения кислород в ливната мъст. Когато резервоарът е продухан предварително, концентрацията на разтворения кислород в ливната мъст остава на константно минимално ниво през цялото време на съхранение. Поради това за провеждане на непрекъснатите ферментации се възприема предварително разпръскване на въглероден диоксид в резервоарите за съхранение на пивна мъст (Т-1 и Т-2) и продухване с поток от въглероден диоксид с малък дебит по време на съхранението на ливната мъст, за да се поддържа минимално положително налягане в резервоара.Figure 5.7 shows the dissolved oxygen concentration as a function of storage time. When the storage tank is not pre-purged with carbon dioxide, the air in the vessel volume increases the oxygen in the must. Without preliminary spraying, a significantly long period of time is required to reach a minimum and constant level of dissolved oxygen in the must. When the tank has been purged, the concentration of dissolved oxygen in the must must remain at a constant minimum throughout the storage period. Therefore, continuous fermentation involves the pre-dispersion of carbon dioxide in the tanks for the storage of must (T-1 and T-2) and purging with a flow of low-carbon carbon dioxide during the storage of the must. maintain a minimum positive pressure in the tank.
Температурният профил в съдовете за съхранение също така се сравнява при разпръскване на 0,113 m3/hr въглероден диоксид и без разпръскване. Освен в пивна мъст, това се прави и във вода, като за целта се използва сонда за измерване на температурата, свързана с термометър (водонепропусклив термометър, снабден с термоелемент Cole-Parmer #90610-20). Вода от градската водопроводна мрежа (1600 L) се подава в резервоара за съхранение на пивна мъст, оставя се да се приведе в равновесие за време от три дни и температурата на водата се отчита в различни участъци на резервоара. След това водата от резервоара се разпръсква за време 24 часа с 0,113 m3/hr въглероден диоксид и температурата отново се отчита. Отчетена е температура на околната среда във всички случаи и температурата в зададена контролна точка в обема на резервоара е 2,0 °C.The temperature profile of the storage vessels is also compared when spraying with 0,113 m 3 / hr carbon dioxide and without spraying. In addition to beer must, this is also done in water, using a thermometer-related probe for this purpose (a watertight thermometer equipped with a Cole-Parmer thermocouple # 90610-20). Water from the city water supply network (1600 L) is fed into the beer must storage tank, allowed to equilibrate for three days, and the water temperature is recorded in different sections of the tank. The water from the tank was then sprayed for 24 hours with 0.113 m 3 / hr of carbon dioxide and the temperature was read again. The ambient temperature was recorded in all cases and the temperature at a set point in the tank volume was 2.0 ° C.
Както се вижда от Таблица 5.2, при разпръскване на въглероден диоксид температурата в резервоара за съхранение на пивна мъст еAs shown in Table 5.2, when carbon dioxide is sprayed, the temperature in the wort storage tank is
215215
по-равномерна - в обхвата между 0,1 и 4,1 °C в измервания участък, и съдържанието в резервоара не се подлага на изстудяване. Тази пониска температура спомага за предотвратяването на развитие на микроби в пивната мъст по време на съхраняването й.more even - in the range between 0.1 and 4.1 ° C in the measured area, and the contents in the tank are not cooled. This lower temperature helps prevent the development of germs in beer must during storage.
Отделеният от пивната мъст газ преминава през стерилен газов филтър, разположен в горната част на резервоара. След това пивната мъст се пренася с помощта на перисталтична помпа с променлива скорост (P-1) (Masterflex® L/S™ Digital Standard Drive, Cole-Parmer cat. #P-07523-50) до входния отвор на биореактор (BR-1) с обем 8 L, като за целта се използва гъвкав тръбопровод Norprene® L/S 16, отговарящ на изискванията за хранителни продукти.The gas extracted from the wort passes through a sterile gas filter located at the top of the tank. The wort is then transferred by a variable speed peristaltic pump (P-1) (Masterflex® L / S ™ Digital Standard Drive, Cole-Parmer cat. # P-07523-50) to the inlet of the bioreactor (BR- 1) with a volume of 8 L, using a flexible Norprene® L / S 16 pipeline that meets the food requirements.
5.2.2 Непрекъсната ферментация в система от биореактор със смукателна тръба и използване на газова подемна сила5.2.2 Continuous fermentation in a suction tube bioreactor system and use of gas lift
Пивната мъст се подава в биореактора през отвор от 1/4, разположен в конусното дъно на биореактора BR-1. Смес от въздух, стерилизиран през филтър (Millipore,Millex®-FG5o, 0.2 цт) и въглероден диоксид (99,99% чистота) се подава в биореактора чрез разпръсквател от синтерована неръждаема стомана. Използват се ротаметър (R-З) за контролиране на дебита на въглеродния диоксид при нормална температура и налягане и регулатор за прекалибриране на масата на потока (М-1) за регулиране на дебита на въздуха при нормална температура и налягане, ферментиралата течност се отвежда от биореактора, като прелива през изходящия отвор, и чрез армирана тръба от PVC с вътрешен диаметър 1” се подава в събирателен съд (Т3), който се охлажда с външна охлаждаща спирала, през която преминава гликол, като по този начин се поддържа температура от 4 °C.The wort is fed into the bioreactor through a 1/4 opening located in the conical bottom of the BR-1 bioreactor. A mixture of filter sterilized air (Millipore, Millex®-FG 5 o, 0.2 µm) and carbon dioxide (99.99% purity) was fed into the bioreactor via a sintered stainless steel sprayer. A rotometer (R-3) is used to control the flow of carbon dioxide at normal temperature and pressure and a regulator to recalibrate the mass flow (M-1) to regulate the air flow at normal temperature and pressure, the fermented liquid is removed from the The bioreactor, by pouring through the outlet and through a reinforced PVC pipe with an internal diameter of 1 ”is fed into a collecting vessel (T3), which is cooled by an external cooling coil through which glycol passes, thus maintaining a temperature of 4 ° C.
5.2.3 Събиране на продукта5.2.3 Collection of the product
Съдът за събиране на продукта (Т-3) е снабден с дълъг входен отвор (вътрешен диаметър 1”), който е проектиран така, че ферментиралата течност да тече надолу по стените на съда, за да сеThe collection vessel (T-3) is provided with a long inlet (inner diameter 1 ”) that is designed so that the fermented liquid flows down the walls of the vessel to
216216
сведе до минимум образуването на пяна. Този съд е снабден със стерилен газов филтър (Millipore,Millex®-FGso, 0.2 цт) за отделяне на газ от биореактора (BR-1). Събирателният съд периодично се изпразва с помощта на 1/4 вентил (V-12), разположен над основата на съда.minimize foam formation. This vessel is provided with a sterile gas filter (Millipore, Millex®-FG50, 0.2 µm) to separate gas from the bioreactor (BR-1). The collection vessel is periodically emptied using a 1/4 valve (V-12) located above the base of the vessel.
5.2.4 Гликолен охлаждащ контур5.2.4 Glycol cooling circuit
Гликолътсе пренася от пивоварната в Лондон до експерименталната инсталация при температура -23 °C и налягане 45 psig. Той циркулира през охлаждащите ризи на резервоарите за съхранение на пивна мъст (Т-1 и Т-2), биореактора с газова подемна сила (BR-1) и събирателния съд за продукта (Т-3). Двата резервоара за съхранение на ливната мъст и биореакторът са снабдени с температурни датчици, които осигуряват обратна връзка с терморегулаторите, които от своя страна регулират потока от охлаждащия гликол към охлаждащите ризи. Резервоарите съхраняват ливната мъст при температура 2 °C, докато температурата в биореактора се регулира в границите от 12 до 22 °C в зависимост от спецификата на експеримента. Съдът за събиране на продукта не разполага с автоматичен контрол на температурата, но се контролира ръчно потокът от гликол, за да се поддържа температура в съда приблизително 4 °C Не е необходим прецизен контрол на температурата в съда за събиране на продукта (Т-3), тъй като течността в този съд се отвежда и не се подлага на анализи или по-нататъшни процедури.The glycolate was transferred from the brewery in London to the experimental installation at -23 ° C and a pressure of 45 psig. It circulates through the cooling jackets of the beer must storage tanks (T-1 and T-2), the gas lift bioreactor (BR-1) and the product collecting vessel (T-3). Both the storage tanks and the bioreactor are equipped with temperature sensors that provide feedback to the thermostats, which in turn regulate the flow from the cooling glycol to the cooling jackets. The reservoirs store the must at 2 ° C, while the temperature in the bioreactor is adjusted from 12 to 22 ° C depending on the specifics of the experiment. The collection vessel does not have automatic temperature control, but the glycol flow is manually controlled to maintain a container temperature of approximately 4 ° C No precise temperature control is required in the collection vessel (T-3) since the fluid in this vessel is drained and not subjected to analysis or further procedures.
Гликолът също така се използва за изолиране и охлаждане на тръбите за пренасяне на ливната мъст от резервоарите за пивна мъст (Т-1 и Т-2) до биореактора (BR-1). След като гликолът циркулира през дадена риза, той се връща в главната тръба, разположена в експерименталната малка пивоварна, след което се връща към инсталацията в Лондон обикновено при температура 15 °C и налягане 40 psig.Glycol is also used to isolate and cool the pipes for transferring the must from the must tanks (T-1 and T-2) to the bioreactor (BR-1). After the glycol circulates through a shirt, it returns to the main tube located in the experimental small brewery and then returns to the London installation, usually at 15 ° C and 40 psig.
217217
5.2.5 Стерилизиране на биореактора5.2.5 Sterilization of the bioreactor
Биореакторът (BR-1) се напълва с 2 % (об/об) разтвор Diversol® СХ/А (Diversey Lever, Canada), който е детергент и през цялата нощ в него се разпръсква газ. След това течността се източва от реактора и той се промива със студена вода. Този цикъл на обработване с пречистващ препарат и промиване с вода се повтаря два пъти. За да се подготви биореакторът за стерилизиране с пара, тръбите за пивна мъст и за подаване на газ се изключват. Тръбата за подаване на пара се свързва към входния отвор на биореактора и се отварят следните вентили, съответно клапани: вентилите на тръбата за подаване на газ за разпръскване (V-7, V-6), вентилът (V-17) за подаване на газ, клапаните (V-9.V-11) на изходящата тръба за продукта, мембранните вентили (V-8, V-10) за вземане на проби и вентилът (V12) на отводнителния отвор на събирателния съд за продукта. След това вентилът за парата на инсталацията бавно се отваря и вентилите на биореактора се регулират така, че малка струя от пара може да се наблюдава на изхода на всеки външен отвор. След обработване с пара в продължение на 60 минути всички външни вентили на биореактора се затварят (V-17, V-8, V10, V-12) с изключение на вентилът на отклонителната тръба за пивна мъст (V-6). Когато вентилът за подаване на пара се затвори, вентилът на отклонителната тръба за пивна мъст (V-6) се затваря и стерилният филтър се свързва към събирателния резервоар, за да се предотврати замърсяването от нестерилен въздух, който навлиза в системата, когато тя се охлажда. Когато тръбата на инсталацията за пара се затвори, за да се установи свръхатмосферно налягане докато системата се охлажда, тръбата за подаване на газ към биореактора също се изключва чрез V-17.The bioreactor (BR-1) is filled with 2% (v / v) Diversol® CX / A (Diversey Lever, Canada) solution, which is a detergent and gas is sprayed overnight. The liquid is then drained from the reactor and washed with cold water. This cycle of treatment with a purifier and a wash with water is repeated twice. In order to prepare the bioreactor for steam sterilization, the wort and gas supply pipes are switched off. The steam supply pipe is connected to the inlet of the bioreactor and the following valves are opened, respectively: the valves of the gas supply pipe for the spray gas (V-7, V-6), the valve (V-17) for the gas supply , product outlet pipe valves (V-9.V-11), diaphragm sampling valves (V-8, V-10) and product drain valve (V12). The steam vent of the installation is then slowly opened and the bioreactor valves adjusted so that a small stream of steam can be observed at the outlet of each external opening. After steam treatment for 60 minutes, all external valves of the bioreactor are closed (V-17, V-8, V10, V-12) with the exception of the valve of the diversion pipe for must (V-6). When the steam supply valve is closed, the divert valve of the wort (V-6) is closed and the sterile filter is connected to the collecting tank to prevent contamination by non-sterile air entering the system when cooled. . When the pipe of the steam installation is closed to establish excess atmospheric pressure while the system is cooling, the gas supply pipe to the bioreactor is also shut off via V-17.
5.4 Пускане в ход на ферментационната система5.4 Starting the fermentation system
Пивната мъст се подава от инсталацията към съд под налягане, изработен от неръждаема стомана, с обем 20 L и се нагрява в автоклавThe wort is fed from the installation to a pressure vessel made of stainless steel of 20 L capacity and heated in an autoclave
218 за време 45 минути при температура 100 °C. Имобилизираните клетки се пренасят асептично в охладената пивна мъст (40 % (об/об)). Херметично затвореният съд се транспортира до експериментална инсталация на малката пивоварна, където е разположена системата на биореактора. Съдът с обем 20 L се свързва към бързодействащо приспособление (Cornelius Anoka, MN, USA), което е скачено към армиран тръбопровод от PVC, 3/8 (Cole-Parmer, USA). Другият край на тръбопровода от PVC е свързан с мембранния вентил (V-8) за вземане на проби на стената на биореактора. Към съда с обем 20 L се подава с 10 psig стерилизиран чрез филтър въглероден диоксид и мембранният отвор за взимане на проби се отваря така, че сместа от имобилизирани клетки се пренася от съда в биореактора, без инокулата да се излага на външната въздушна среда. Вътрешните компоненти на “бързодействащото” приспособление на съда с обем 20 L се отстраняват, за да се предотврати запушването с имобилизирани клетки по време на пренасянето в биореактора. Кумулативното разпределение на размера на частиците (по-малки от зададен размер) за гелни гранули от капа-карагенан е показано на Фигура 5.8.218 for 45 minutes at 100 ° C. The immobilized cells were aseptically transferred into the cooled beer must (40% (v / v)). The hermetically sealed container is transported to an experimental installation of the small brewery where the bioreactor system is located. The 20 L vessel is connected to a high-speed fixture (Cornelius Anoka, MN, USA), which is connected to a reinforced PVC pipeline 3/8 (Cole-Parmer, USA). The other end of the PVC pipeline is connected to the diaphragm valve (V-8) to sample the wall of the bioreactor. A 20 psig filter-sterilized carbon dioxide was fed to the 20 L tank and the membrane sampling port was opened so that the mixture of immobilized cells was transferred from the vessel into the bioreactor without inoculum being exposed to ambient air. The internal components of the 20 L fast-acting vessel device are removed to prevent clogging with immobilized cells during transfer to the bioreactor. The cumulative particle size distribution (smaller than the predetermined size) for kappa-carrageenan gel granules is shown in Figure 5.8.
Средноаритметичният размер на частиците Dpn е изчислен на 1,252 mm, а средният диаметър по Sauter DpSni е 1,17 mm. Средният диаметър на частиците е 1,255 mm. Експерименталните данни и изчисленията за средния диаметър на частиците са дадени в Приложение 1.The arithmetic mean particle size D pn was calculated to be 1.252 mm and the mean Sauter Dp Sni diameter was 1.17 mm. The average particle diameter is 1.255 mm. The experimental data and the average particle diameter calculations are given in Appendix 1.
След инокулиране с имобилизирани клетки биореакторът работи в периодичен режим, докато концентрациите на захари и диацетил достигнат зададените стойности - по-малко от 3°Плато по отношение на относителното тегло и по-малко от 1000 цд/L диацетил. След това системата се подготвя за непрекъсната работа. За да се промие с гореща вода и се стерилизира с водна пара, тръбата за пренасяне на пивна мъст, клапаните, съответно вентилите V-2 (или V-4 за Т-2), V-5, и V6 се отварят, a V-1 (или V-3 за Т-2) и V-7 се затварят, като се изолираAfter inoculation with immobilized cells, the bioreactor is in batch mode until sugar and diacetyl concentrations reach the setpoints - less than 3 ° Plateau relative to weight and less than 1000 µg / L diacetyl. The system is then prepared for continuous operation. To be flushed with hot water and sterilized with water vapor, the brew pipe, the valves, respectively the valves V-2 (or V-4 for T-2), V-5, and V6 are opened, and V -1 (or V-3 for T-2) and V-7 are closed by isolating
219 тръбата за подаване на пивна мъст. Тръбата за подаване на пивна мъст се промива с гореща вода при температура приблизително 80 °C, която се подава чрез V-2 (или V-4 за Т-2). След цикъла на промиване с гореща вода тръбата за водна пара на инсталацията се свързва на същото място и се провежда стерилизиране с водна пара на тръбата за подаване на пивна мъст за време минимум 30 минути. В същото време, когато тръбата за пара е изключена, вентилът (V-6) на обходната тръба също е затворен. След като системата се охлади, V-2 (или V-4 за Т-2) се затварят и тръбата за подаване на водна пара се изключва. Клапанът V1 (или V-3 за Т-2) на резервоара за пивна мъст се отварят и чрез помпата (Р-1) започва подаването на пивна мъст. Пивната мъст се изпраща към изпускателен канал чрез вентила (V-6) на обходната тръба докато кондензатът в тръбата се замени със свежа студена пивна мъст. След това вентилът на обходната тръба се затваря и се отваря вентилът (V-6) на входния отвор на биореактора, с което се слага началото на непрекъснатата ферментация.219 wort feed pipe. The wort feed pipe is flushed with hot water at approximately 80 ° C, which is supplied by V-2 (or V-4 for T-2). After the hot-water wash cycle, the water vapor pipe of the installation is connected to the same place and steam sterilization is performed with the wort to supply the wort for a minimum of 30 minutes. At the same time, when the steam pipe is off, the bypass valve (V-6) is also closed. After the system has cooled, the V-2 (or V-4 for T-2) is closed and the steam supply pipe is switched off. The valve V1 (or V-3 for T-2) of the beer must reservoir is opened and the supply of beer must begins via the pump (P-1). The wort is sent to the outlet through the bypass valve (V-6) until the condensate in the pipe is replaced with fresh cold wort. The bypass valve is then closed and the valve (V-6) of the inlet opening of the bioreactor is opened, giving rise to continuous fermentation.
На всеки две седмици резервоарът, от който се подава пивнаEvery two weeks, the tank from which the beer is fed
I мъст, се редува с единия от резервоарите за съхранение на пивна мъст (Т-1 и Т-2). След подаване на пивна мъст от Т-1 в продължение на две седмици захранващата помпа Р-1 се спира и вентилът (V-5) на входа на биореактора се затваря. След това тръбата за пренасяне на пивна мъст се свързва към втория резервоар за съхранение на пивна мъст (Т-2) и тръбата се промива и стерилизира, както е описано в предидущия параграф. След това непрекъснатата ферментация продължава само след кратко прекъсване за по-малко от 1 час.I must alternate with one of the beer must storage tanks (T-1 and T-2). After supplying T-1 beer must for two weeks, the feed pump P-1 is stopped and the valve (V-5) at the inlet of the bioreactor is closed. The wort transfer tube is then connected to the second wort storage tank (T-2) and the tube is flushed and sterilized as described in the previous paragraph. The continuous fermentation is then continued only after a short interruption of less than 1 hour.
220220
ο. φ Σ co <0 0_ο. φ Σ co <0 0_
clcl
φ ο COφ ο CO
X οX ο
филтър за газ на изходящия отвор на Т-3 <2 bar полипропилен, ПТФЕ мембрана,T-3 gas outlet filter <2 bar polypropylene, PTFE membrane,
0,2 микрометра0.2 micrometer
CDCD
221221
М-1 Регулатор на масовия дебит на въздух към BR-1 <500 seem 316 НСт, полиамид, Viton®, ограден в кръгM-1 Mass Air Flow Controller to BR-1 <500 seem 316 HCt, polyamide, Viton®, enclosed in a circle
R-1 Ротаметър за въглероден диоксид към Т-1 <10scfh 316 НСт, акрилен блокR-1 Carbon dioxide rotometer to T-1 <10scfh 316 HCt, acrylic block
ЯЛ лмLLL
Q. Q. ее ффQ. Q. her ff
SS ялSS ate
I- ΙΟоI- ΙΟо
0_θ-0_θ-
α. Q.α. Q.
О О сб сбО О Sat Sat
Ф Ф 0_ CLФ Ф 0_ CL
CM CO I I сс осCM CO I I ss axis
л £ ф X Е (X с; Л I л Xl £ f X E (X c; L I l X
CLCL
ф Q.ф Q.
I ос mI axis m
Л ЛL L
55
т— CMCOt— CMCO
ОС ОС ОСтOS OS OSt
О_ 0- 0_ >>O_ 0-0_ >>
co чЮ co > ± co <з> > :> :>co hJ co> ± co <c>>:>:>
V-10 Вентил (мембранен) за изх. отвор за пивна мъст на BR-1 12 mm 316 НСт, силиконово леглоV-10 Valve (diaphragm) for outlet BR-1 beer must opening 12 mm 316 HCt, silicone bed
V-11 Клапан (дроселен), резервен, на изх.отвор за пиво на BR-1 1 ” 316 НСт, витоново леглоV-11 Valve (throttle), spare, outlet for BR-1 1 ”316 NSt beer, viton bed
222222
V-12 Вентил (сачмен) за изливане на течността отТ-3 1/4 316 НСт, силиконово леглоV-12 Valve (ball) for pouring liquid from T-3 1/4 316 NSt, silicone bed
й сand p
X COX CO., LTD
Ф qФ q
CO 2CO 2
co 't U) to S ооco 't U) to S oo
223223
Използвани символи във ФИГ. 21Symbols used in FIG. 21
Гъвкав съединител и нипелFlexible clutch and nipple
Газов филтърGas filter
Регулатор на наляганетоPressure regulator
ПомпаPump
X КлапанX Valve
224224
Кумулативен процент на подситовия продуктCumulative percentage of the sieve product
100Х % тегл./тегл.100X% w / w
Диаметър на частиците D mmParticle diameter D mm
Фигура 5.8 Кумулативно разпределение по размери на гелните гранули от капа-карагенан, съдържащи имобилизирани дрождеви клетки (п = 5)Figure 5.8 Cumulative size distribution of kappa-carrageenan gel pellets containing immobilized yeast cells (n = 5)
225225
Таблица 5.2 Температурен профил на водата в резервоара за съхранение на пивна мъст (Т-1 или Т-2) след привеждане в равновесие в продължение на 3 дни без разпръскване на въглероден диоксид и след часово разпръскване на въглероден диоксид с дебит 0,113 m3/hTable 5.2 Water temperature profile of the beer must storage tank (T-1 or T-2) after equilibration for 3 days without carbon dioxide spraying and after hourly carbon dioxide spraying with a flow rate of 0,113 m 3 / h
226226
Концентрация на разтворен кислород (mg/L)Dissolved oxygen concentration (mg / L)
Продължителност на задържане на ливната мъст (d)The duration of the holding of the must (d)
Фигура 5.7 Концентрация на разтворения кислород в пивната мъст в зависимост от продължителността на задържане в резервоарите за съхранение на пивна мъст (Т-1 и Т-2) и при различни условия на пълнене на резервоарите.Figure 5.7 Concentration of dissolved oxygen in the wort depending on the retention time in the wort storage tanks (T-1 and T-2) and under different filling conditions of the tanks.
227227
1 ГЛАВА 6. ИМОБИЛИЗИРАНЕ НА ПИВНИ ДРОЖДИ В ГЕЛ ОТ КАПА- КАРАГЕНАН ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА ПИВО ОТ ВИДА ЛЕКА БИРА Изследователите са изучавали различни матрици за физическо захващане на здрави клетки, включително калциев алгинат (Bejar et al., 1992; Curin et al., 1987; Masschelein and RamosJeunehomme, 1985; Nedovic et al., 1996; Shindo et al., 1994; White and Portno, 1978), arapoca (Hooijmans et al., 1990; Lundberg and Kuchel, 1997) и телове от карагенан (Norton et al., 1995; Wang et al., 1982). Карагенанът е материал, отговарящ по качество на изискванията за хранителни продукти, и той е предпочитан за капсуловането на клетките поради много добрата си здравина в сравнение с другите гелове (Biiyukgiingor, 1992). 1 CHAPTER 6. IMMOBILIZATION OF BEER Yeast IN CAPA-CARAGENAN GEL TO OBTAIN LIGHT BEER Beer Researchers have studied various matrices for the physical capture of healthy cells, including calcium alginate, 1992; 1987; Masschelein and RamosJeunehomme, 1985; Nedovic et al., 1996; Shindo et al., 1994; White and Portno, 1978), arapoca (Hooijmans et al., 1990; Lundberg and Kuchel, 1997) and carrageenan bodies (Norton et al., 1995; Wang et al., 1982). Carrageenan is a food grade material and is preferred for cell encapsulation because of its very good strength compared to other gels (Biiyukgiingor, 1992).
В първата част на тази глава е описано наблюдението на три цикъла от повтаряща се периодична ферментация с дрождеви клетки, имобилизирани в гелни гранули от капа-карагенан. Изследвани са жизнеспособността на имобилизираните клетки и отделянето на клетки в течната фаза. Параметрите на ферментационния процес, включващи етанол, малтоза, маптотриоза, фруктоза и глюкоза, са наблюдавани през целия процес на периодичните ферментации и след това са сравнени с параметрите на контролни ферментации, при които са използвани само свободно суспендирани дрождеви клетки при едни и същи условия по отношение на хранителната среда.The first part of this chapter describes the observation of three cycles of repetitive fermentation with yeast cells immobilized in gel capsules of kappa-carrageenan. The viability of the immobilized cells and the release of cells in the liquid phase were investigated. The fermentation process parameters, including ethanol, maltose, maptotriose, fructose and glucose, were monitored throughout the periodic fermentation process and then compared to control fermentation parameters using only free-yeast cells under the same conditions under the same conditions. relation to the nutrient medium.
Има малко публикувана информация за физичните въздействия върху клетките след дълъг период на имобилизиране (Virkajarvi и Kronlof, 1998) и продължително подлагане на въздействието на външни напрежения и на ферментационните продукти. Във втората част на тази глава са изследвани жизнеспособността, разпределението на клетъчната популация и 1 Изложението от глава 6.0 е публикувано (Pilkington at al., 1999)There is little published information on the physical effects on cells after a long period of immobilization (Virkajarvi and Kronlof, 1998) and prolonged exposure to external stresses and fermentation products. The second part of this chapter examines the viability, distribution of the cell population and 1 The presentation of Chapter 6.0 is published (Pilkington at al., 1999).
228 външния вид на дрождевите клетки, имобилизирани в гелни гранули от карагенан, за един по-дълъг период на непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила. Също така са изследвани за продължителен период от време относителното процентно съдържание на дрождите с респираторна недостатъчност при популацията на имобилизираните и свободно суспендирани клетки в биореактора.228 the appearance of yeast cells immobilized in carrageenan gel pellets for a longer period of continuous fermentation in a gas lift bioreactor. The relative percentages of yeast with respiratory failure in the population of immobilized and freely suspended cells in the bioreactor have also been examined over a long period of time.
Карагенанът се приготвя от повтарящи се 3-6 анхидрогалактозни единици и подбрани карагенани, различни по число и позиция на групите на сулфатни естери в повтарящите се Сгалактозни единици. На ФИГ. 22 може да се види схематично механизмът на желиране на карагенан. Когато карагенанът е в золно състояние, полизахаридните му вериги представляват спирали с произволна конфигурация. Когато се образуват достатъчно спирали за осигуряване на напречни връзки за непрекъсната верига, се наблюдава гелиране. Колкото повече спирали се образуват или когато спиралите образуват агрегати, гелът става по-здрав и поустойчив (Rees, 1972).The carrageenan is prepared from repeating 3-6 anhydrogalactose units and selected carrageenans, different in number and position of the sulfate ester groups in the recurrent galactose units. In FIG. 22 shows schematically the mechanism of carrageenan gelation. When carrageenan is in the asyl state, its polysaccharide chains are helices of arbitrary configuration. When enough spirals are formed to provide cross-links for a continuous chain, gelling is observed. The more spirals form or when the spirals form aggregates, the gel becomes healthier and more resistant (Rees, 1972).
Трите разпространени вида карагенан са ламбда, йота и капа.The three common types of carrageenan are lambda, jota and kappa.
Както е илюстрирано на Фигура 6.2, те се различават по ф съдържанието на сулфатни естери и количеството на сулфатки естери оказва влияние върху разтворимостта на полизахаридната верига. Ламбда-карагенан е с високо сулфатно съдържание и няма склонност към образуване на гел (Marrs, 1998). Йота-карагенан образува високоеластичен разреден гел в присъствие на калциеви йони и не показва съществен синерезис. Синерезис се наблюдава, когато склонността на гела към образуване на спирали или агрегати е толкова силна, че веригата се уплътнява, в резултат на което на повърхността излизат капки от течността (Rees, 1972). Капакарагенанът е с умерено съдържание на сулфатни групи, порадиAs illustrated in Figure 6.2, they differ in the content of sulfate esters and the amount of sulfate esters influences the solubility of the polysaccharide chain. Lambda-carrageenan is high in sulfate content and does not tend to form gel (Marrs, 1998). Iota-carrageenan forms a highly elastic dilute gel in the presence of calcium ions and shows no significant syneresis. Syneresis is observed when the tendency of the gel to form spirals or aggregates is so strong that the chain tightens, resulting in drops of liquid coming out of the surface (Rees, 1972). Capacarragenan has a moderate content of sulfate groups due to
229 което образува по-здрав и по-устойчив гел в присъствие на калиеви йони, и се подлага на известен синерезис. Увеличаването на здравината на гела, което се осигурява от капа-карагенана, го прави подходящ за имобилизиране на здравите дрождеви клетки.229 which forms a stronger and more stable gel in the presence of potassium ions and undergoes a certain syneresis. The increase in gel strength provided by kappa-carrageenan makes it suitable for immobilizing healthy yeast cells.
Фиг. 6.2. Химическа структура на ламбда, йота и капа карагенанFIG. 6.2. Chemical structure of lambda, jota and kappa carrageenan
Важна характеристика на карагенана е свойството му за реверсивно терможелиране. При охлаждане на разтвора от карагенан вискозитетът се увеличава и се наблюдава желиране. При нагряване на разтвора вискозитетът намалява и карагенанът се връща обратно в золното си състояние. Чрез регулиране на композицията от желиращи катиони в разтвора може да се променя температурата, при която карагенанът се превръща от зол в гел. Температурата на желиране на капа-карагенана се увеличава с увеличаването на концентрацията на калиев хлорид в разтвора. Тази зависимост се използва за проектиране на процеса на имобилизиране на клетки, тъй като могат да бъдат избегнати строгите изисквания по отношение на температурни колебания (Neufeld et al., 1996). Температурата на желиране на карагенана може да се регулира по такъв начин, че тя да е достатъчно висока, за може карагенанът да е под формата на гел при ферментационните условия,An important characteristic of carrageenan is its reversible thermogelling property. As the solution of carrageenan cools, the viscosity increases and gelling is observed. As the solution is heated, the viscosity decreases and the carrageenan returns to its ash state. By adjusting the composition of the gelling cations in the solution, the temperature at which the carrageenan is converted from sol to gel can be changed. The gelation temperature of kappa-carrageenan increases as the concentration of potassium chloride in the solution increases. This dependence is used to design the process of cell immobilization, since strict requirements regarding temperature fluctuations can be avoided (Neufeld et al., 1996). The gelling temperature of the carrageenan may be adjusted in such a way that it is sufficiently high for the carrageenan to gel in fermentation conditions,
230 и достатъчно ниска, че дрождевите клетки да могат да се смесват с карагенана, когато са в золно състояние, без да има вредни ефекти върху жизнеспособността на клетките преди желирането на гранулите.230 and low enough that the yeast cells can be mixed with carrageenan when in ash state without having adverse effects on cell viability prior to gelation of the granules.
Въпреки това има много фактори, които налагат необходимостта от по-нататъшно изучаване на ефектите от имобилизирането в гелните матрици върху метаболизма и физиологията на дрождевите клетки. Имобилизираните клетки не са изложени на същата микросреда, както свободните клетки в течната фаза, тъй като има допълнителни бариери от гелната матрица и други захванати дрождеви клетки, които трябва да се преодолеят преди ©However, there are many factors that necessitate further study of the effects of immobilization in gel matrices on metabolism and physiology of yeast cells. The immobilized cells are not exposed to the same microenvironment as the free cells in the liquid phase, as there are additional barriers from the gel matrix and other trapped yeast cells that must be overcome before ©
субстратите да могат да се придвижат до техните повърхности (ФИГ. 23). Има много изследвания относно скоростите на масопренасяне в гелните матрици (Estape et al., 1992;Hannoun и Stephanopoulos, 1986; Korgel et al., 1992; Kurosawa etal., 1989; Merchant et al., 1987; Qyaas et al., 1995; Venancio и Tiexiera, 1997), c цел да се изяснят възможните негативни въздействия, които може да има ограничението на хранителната среда върху имобилизираните клетки при провеждането на ферментацията. Действителните коефициенти на дифузия на малките молекули в гела от карагенан са сравними с ф коефициентите на дифузия на същите молекули във вода, поради което гелът дава възможност за молекулна дифузия на малки молекули, като например тези на глюкозата и етанола. Но в типичната ферментация с използване на имобилизирани клетки хранителните вещества бързо се пренасят до гранулите с имобилизирани клетки главно чрез конвективно пренасяне в допълнение на молекулната дифузия (Hannoun and Stephanopoulos, 1986). След като хранителните вещества навлезат в гранулите, придвижването е относително бавно, тъй като доминира молекулната дифузия. Това означава, че дрождевите клетки в периферията наsubstrates can be moved to their surfaces (FIG. 23). There are many studies on the rates of mass transfer in gel matrices (Estape et al., 1992; Hannoun and Stephanopoulos, 1986; Korgel et al., 1992; Kurosawa et al., 1989; Merchant et al., 1987; Qyaas et al., 1995 ; Venancio and Tiexiera, 1997) in order to clarify the possible negative effects that the restriction of the culture medium may have on immobilized cells during fermentation. The actual diffusion coefficients of small molecules in the carrageenan gel are comparable to the diffusion coefficients of the same molecules in water, which makes the gel possible for molecular diffusion of small molecules such as glucose and ethanol. However, in typical fermentation using immobilized cells, nutrients are rapidly transferred to the immobilized cell granules mainly by convective transport in addition to molecular diffusion (Hannoun and Stephanopoulos, 1986). Once the nutrients enter the granules, the movement is relatively slow as molecular diffusion dominates. This means that the yeast cells in the periphery of
231 гелните гранули могат да имат явно предимство по отношение доставянето на хранителни вещества в сравнение с теЗи, които са в центъра на гранулите.Gel granules may have a distinct advantage in nutrient delivery over those at the center of the granules.
Стареенето на имобилизираните дрожди също трябва да се вземе под внимание. Захванатите клетки стареят по време на протичането на непрекъснатата ферментация за период от месеци и те ферментират при дефинирани условия на псевдо-устойчиво състояние. Но по време на периодичната ферментация дрождевите клетки са изложени на въздействието на външната среда, която се променя с времето, и клетките се използват повторно само за ограничен брой ферментации преди да се депонират. Повече w изследвания са необходими, за да се изучи продължителното въздействие на непрекъснатата ферментация върху жизнеността на дрождевите клетки по отношение на показателите на ферментацията.The aging of immobilized yeast should also be taken into account. The trapped cells age during continuous fermentation for months, and they ferment under defined pseudo-steady-state conditions. But during periodic fermentation, the yeast cells are exposed to the external environment, which changes over time, and the cells are reused for only a limited number of fermentations before being deposited. More w research is needed to study the long-term effect of continuous fermentation on the viability of yeast cells in terms of fermentation rates.
В част А на тази глава са изследвани кинетиките на заселванеPart A of this chapter examines the kinetics of settlement
на дрождите в гелните гранули от капа-карагенан по време на три цикъла на повтаряща се периодична ферментация. Наблюдавани са жизнеспособността и концентрациите на клетки в имобилизирани и свободно суспендирани дрожди, заедно с концентрацията на етанол и захари, както и градусите на Плато. В част Б са изследвани въздействието на продължителността на ферментацията върху местоположението на клетките и тяхното разпределение в гранулите и морфологията на дрождевите клетки. Използван е сканиращ електронен микроскоп за изследване на имобилизирани дрожди в различни участъци на гранулата от капа-карагенан при четири различни състояния: 1) веднага след производството на гранули; 2) след двудневна периодична ферментация; 3) след тримесечна непрекъсната ферментация в експериментален биореактор с използване на газова подемна сила; 4) след шестмесечна непрекъсната ферментация в експериментален биореактор сof yeast in kappa-carrageenan gel pellets during three cycles of repetitive fermentation. The viability and concentrations of cells in immobilized and freely suspended yeast were monitored, along with the concentration of ethanol and sugars, as well as plateau degrees. Part B investigates the effect of fermentation duration on the location of cells and their distribution in granules and the morphology of yeast cells. A scanning electron microscope was used to examine immobilized yeast in different portions of kappa-carrageenan granules under four different conditions: 1) immediately after granule production; 2) after two days of fermentation; 3) after three months of continuous fermentation in an experimental bioreactor using gas lift; 4) after six months of continuous fermentation in an experimental bioreactor with
232 използване на газова подемна сила. Измервани са също живите дрожди и тяхната концентрация както при имобилизираните клетки, така и свободните клетки в течната фаза. Също така е изследвано относителното процентно съдържание на дрождите с респираторна недостатъчност (имобилизирани и свободни клетки в течната фаза) след четири месеца непрекъсната ферментация в биореактор с използване на газова подемна сила. Получените данни са сравнени с тези от традиционната периодична ферментация на пиво. При всички изследвания е използван щам дрожди за производство на пиво от вида лека бира.232 use of gas lift. Live yeast and their concentration in both immobilized cells and free cells in the liquid phase were also measured. The relative percentages of respiratory failure yeast (immobilized and free cells in the liquid phase) after four months of continuous fermentation in a bioreactor using gas lift were also examined. The data obtained are compared with those of traditional periodic fermentation of beer. Yeast strain was used in all studies to produce light beer.
6.1 Експериментална методика6.1 Experimental methodology
Получаване на гелни гранули от капа-карагенан: гел от капа-карагенан Х-0909 ни беше предоставен от Copenhagen Pectin А/S. Гелни гранули от капа-карагенан, съдържащи имобилизирани дрождеви клетки за производство на леко пиво, бяха произведени с използване на статичен смесител с начално зареждане с клетки 2,6 х107 клетки/mL гел (Патентна заявка 2133789 (Neufeld et al., 1996) и диаметър на гранулите от 0,5 до 2,0 mm.Preparation of kappa-carrageenan gel pellets: X-0909 kappa-carrageenan gel was provided to us by Copenhagen Pectin A / S. Kappa-carrageenan gel pellets containing immobilized yeast cells for light beer production were produced using a 2.6 x 10 7 cell / mL gel initial static mixer (Patent Application 2133789 (Neufeld et al., 1996) and a granule diameter of 0.5 to 2.0 mm.
ферментационна среда: От пивоварните на Labatt, Канада се доставяше пивна мъст с относително тегло 17,5 °Р, както е описано подробно в раздела Материали и методи.fermentation medium: Beer musts with a relative weight of 17.5 ° P were supplied from Labatt breweries in Canada, as described in detail in the Materials and methods section.
Част А: Кинетика на процеса при повтарящи се партиди с използване на имобилизирани дрожди в гелни гранули от капа-карагенанPart A: Process kinetics for repeated batches using immobilized yeast in kappa-carrageenan gel pellets
Ферментациите се проведоха в ерленмайерови колби с обем 2 L при температура 21 °C с разклащане при 150 rpm. Зареждането с носител е 40 % (об/об) гранули с имобилизирани клетки, а общият ферментационен обем е 1 L. Продължителността на всяка ферментация е седем дни. При ферментацията R1 ливната мъст се заквасва със свежи гранули с имобилизирани клетки и в края наThe ferments were carried out in 2 L Erlenmeyer flasks at 21 ° C with shaking at 150 rpm. The loading of the carrier is 40% (v / v) of granules with immobilized cells, and the total fermentation volume is 1 L. The duration of each fermentation is seven days. During fermentation, R1 must be fermented with fresh granules with immobilized cells and at the end of
233 ферментацията тези гранули се отделят от ферментационната течност чрез преминаване на сместа през стерилно сито от неръждаема стомана (размер на отворите 500 цт). След това с гранулите се заквасва свежа стерилна пивна мъст при същите пропорции във втора (R2) и след това в трета (R3) периодична ферментация. Вземат се проби два пъти на ден през първите три дни, след това веднъж на ден през четвъртия и петия ден за всяка ферментация. Ферментациите се извършват с две или три паралелни проби. Всички ферментации се провеждат с паралелни контролни ферментации, при които се използват свободно суспендирани клетки, като условията са едни и същи с изключение на заквасването със свободни клетки в количество 4 g/L. Пробите се анализират за жизнеспособност на свободните и имобилизирани клетки, тяхната концентрация, както и концентрация на въглехидрати и етанол в течната фаза.233 fermentation these granules are separated from the fermentation liquid by passing the mixture through a sterile stainless steel sieve (mesh size 500 µm). The granules are then fermented with fresh sterile wort at the same proportions in a second (R2) and then in a third (R3) periodic fermentation. Samples are taken twice daily for the first three days, then once a day for the fourth and fifth days for each fermentation. The fermentations are carried out with two or three parallel samples. All fermentations were carried out in parallel control fermentations using free-suspended cells, the conditions being the same except for free-cell fermentation at 4 g / L. Samples are analyzed for viability of free and immobilized cells, their concentration as well as the concentration of carbohydrates and ethanol in the liquid phase.
Коефициентите на производителност Yp/S на етанол и общото количество на ферментируема глюкоза се изчисляват с помощта на уравнението 3.20 за трите ферментационни цикъла с имобилизирани клетки и трите контролни ферментации със свободни клетки. За всички ферментации коефициентите на производителност се изчисляват със започването на ферментацията до времето, когато е завършило изразходването на малтозата.The productivity ratios Y p / S of ethanol and total fermentable glucose were calculated using equation 3.20 for the three immobilized cell fermentation cycles and the three free cell control fermentations. For all fermentations, productivity factors are calculated from the start of fermentation until the time when maltose is consumed.
Продуктивността на етанол УеТанол , т.е. количеството етанол, произведено в общия работен обем на биореактора за единица ферментационно време, се изчислява с помощта на уравнение 3.25 за R1, R2 и R3 и за контролите със свободни клетки за период от започването на ферментацията до времето, когато е завършило изразходването на малтозата. При коефициентите на производителност и продуктивността на етанол приносът наEthanol Y eT anol productivity , i. E. the amount of ethanol produced in the total working volume of the bioreactor per unit fermentation time is calculated using equation 3.25 for R1, R2 and R3 and for the free cell controls for the period from the start of fermentation to the time when the maltose consumption is complete. For ethanol productivity and productivity ratios, the contribution of
234234
имобилизирани и свободно суспендирани дрождеви клетки не се различава.immobilized and freely suspended yeast cells are no different.
Локалната максимална специфична скорост на растеж цтах и времето за удвояване на клетките е изчислено за контролата със свободни клетки, като са използвани уравненията 3.3 и 3.4.The local maximum specific growth rate max and doubling time of the cells is calculated for the control of free cells, using equations 3.3 and 3.4.
Част Б. Жизнеспособност и морфологични характеристики на имобилизираните дрожди в зависимост от удължаване на времето за ферментацияPart B. Viability and morphological characteristics of immobilized yeast as a function of prolongation of fermentation time
Условия на периодичната ферментация: Периодичната ферментация е проведена в ерленмайерови колби с обем 2 L при температура 21 °C при разклащане със 150 rpm. Зареждането с носител е 40 % (об/об), а общият ферментационен обем е1 L.Periodic fermentation conditions: Periodic fermentation was carried out in 2 L Erlenmeyer flasks at 21 ° C with shaking at 150 rpm. The loading of the carrier is 40% (v / v) and the total fermentation volume is 1 L.
Условияна непрекъснатата ферментация: За провеждане на непрекъснатата ферментация се използват експериментални биореактори с газова подемна сила. Всички събрани показатели са от биореактор с работен обем 8 L с изключение на микроснимките от сканиращ електронен микроскоп на проби от двумесечна ферментация, взети от биореактор с обем 50 L, като е използвана същата ферментационна среда и метод на имобилизиране. Гранулите с имобилизирани клетки (40 % (об/об)) се флуидизират в обема на реакторите, като за целта се използва смес от въздух и въглероден диоксид. Реакторите работят при различни условия - ферментационните температури се регулират при 12,17 и 22 °C, а времето на престой е между 0,9 и 1,8 дни. Реакторът с газова подемна сила достига максимална концентрация на етанол от 73 kg/m3 през шестмесечния експеримент със средна концентрация от 58 kg/m3.Continuous fermentation conditions: Experimental gas lift bioreactors are used to carry out continuous fermentation. All collected data are from a 8 L displacement bioreactor with the exception of scanning electron microscope images of bi-monthly fermentation samples taken from a 50 L bioreactor using the same fermentation medium and immobilization method. Immobilized cell granules (40% (v / v)) were fluidized in the reactor volume using a mixture of air and carbon dioxide. The reactors operate under different conditions - the fermentation temperatures are regulated at 12.17 and 22 ° C and the residence time is between 0.9 and 1.8 days. The gas lift reactor reached a maximum ethanol concentration of 73 kg / m 3 during the six-month experiment with an average concentration of 58 kg / m 3 .
Микробиологични анализи: Пробите се вземат от течната фаза на биореактора с газова подемна сила поне веднъж на седмица, за да се изследват за замърсявания, включително за дивиMicrobiological assays: Samples are taken from the liquid phase of the gas lift bioreactor at least once a week to be tested for contamination, including for wild
235235
дрожди, дрожди, които не са за ферментация на леко пиво, и аеробни и анаеробни развалени пивни бактерии. След четири месеца дрождевите клетки от течната фаза се подлагат на анализ за промяна в респираторната недостатъчност.yeast, non-fermented yeast and yeast aerobic and anaerobic bacteria. After four months, the yeast cells from the liquid phase were subjected to analysis for change in respiratory failure.
Сканиращ електронен микроскоп (СЕМ): Гелни гранули от капа-карагенан (диаметър 1,0-1,5 mm), съдържащи имобилизирани дрождеви клетки за ферментация на леко пиво, се вземат за анализ със СЕМ при четири различни момента: 1) след получаването на гранули с имобилизирани клетки и преди инокулирането на гранулите във ферментационната среда; 2) след два дни периодична ферментация; 3) след 2 месеца непрекъсната ферментация в експериментален биореактор, снабден със смукателна тръба и с използване на газова подемна сила; 4) след 6 месеца непрекъсната ферментация в експериментален биореактор, снабден със смукателна тръба и с използване на газова подемна сила. Методиката за анализ със СЕМ и приготвянето на съответните проби е описано в раздел 4.7. Използвайки методите, описани в раздел 4.6, са определени концентрацията на дрождеви клетки и тяхната жизнеспособност (имобилизирани и свободно суспендирани) по едно и също време с анализите на СЕМ.Scanning Electron Microscope (SEM): Kappa-carrageenan gel pellets (1.0-1.5 mm in diameter) containing immobilized yeast cells for light beer fermentation are taken for analysis with SEM at four different times: 1) after receipt of granules with immobilized cells and before inoculation of the granules in the fermentation medium; 2) periodic fermentation after two days; 3) continuous fermentation after 2 months in an experimental bioreactor equipped with a suction tube and using gas lift; 4) continuous fermentation after 6 months in an experimental bioreactor equipped with a suction tube and using gas lift. The methodology for analysis with SEM and the preparation of the relevant samples is described in section 4.7. Using the methods described in section 4.6, the concentration of yeast cells and their viability (immobilized and freely suspended) were determined at the same time as the CEM analyzes.
6.2 Резултати и обсъждане6.2 Results and Discussion
Част А: Кинетика на процеса при многократно използване на дрожди, имобилизирани В капа-карагенан ферментационното време значително се намалява всеки път, когато към свежа пивна мъст се подават вече използвани имобилизирани клетки, което се вижда от Фигури 6.4 (а), (Ь) и (с), показващи съдържанието на малтоза, малтотриоза, глюкоза, фруктоза и етанол в зависимост от продължителността наPart A: Kinetics of the Immobilized Yeast Reprocessing Process In kappa-carrageenan, the fermentation time is significantly reduced each time freshly used wort is fed to the already used immobilized cells, as shown in Figures 6.4 (a), (b) and (c) showing the content of maltose, maltotriose, glucose, fructose and ethanol depending on the duration of the
236 ферментацията за три повтарящите се периодични ферментационни цикъла. От тези фигури може да се види, че времето за пълното изразходване на захарите е 64 часа за R1,44 часа за R2 и 26 часа за R3. Свободно суспендираните клетки при контролната ферментация, която не съдържа гранули с имобилизирани клетки, показана на фигура 6.5, изискват 82 часа за пълното изразходване на захарите. От графиката, представена на фигура 6.4, може също да се види, че крайните концентрации на етанол са най-високи в третата от трите повтарящи се периодични ферментации с имобилизирани клетки. Тъй като капа-карагенанът е хидро-гел, известни количества етанол се пренасят с гранулите, когато те повторно се подават към свежа пивна мъст. Поради това при време нула за R2 и R3 във ферментационната течност присъства известно количество етанол и236 fermentation for three repeated periodic fermentation cycles. From these figures it can be seen that the time for complete consumption of sugars is 64 hours for R1,44 hours for R2 and 26 hours for R3. Free-suspended cells in control fermentation containing no immobilized cell granules, shown in Figure 6.5, require 82 hours for complete consumption of sugars. From the graph presented in Figure 6.4, it can also be seen that the final ethanol concentrations are highest in the third of the three recurrent fermentations with immobilized cells. Since kappa-carrageenan is hydro-gel, certain amounts of ethanol are transferred to the granules when they are re-fed to fresh wort. Therefore, at times zero for R2 and R3, some ethanol and i are present in the fermentation liquid
началната концентрация на глюкоза, малтоза, малтотриоза и фруктоза е по-ниска при ферментациите с имобилизирани клетки (фигура 6.4) в сравнение с контролната ферментация със свободни клетки (фигура 6.5). Коефициентите на производителност са изчислени за ферментациите така, че добивът g на етанол на g изразходвана захар може да се установи на базата на сравняване.the initial concentration of glucose, maltose, maltotriose and fructose is lower in fermentations with immobilized cells (Figure 6.4) compared to the control fermentation with free cells (Figure 6.5). Productivity ratios have been calculated for fermentations such that the yield of g of ethanol per g of sugar consumed can be established on the basis of comparison.
На фигури 6.6 (а) и (Ь) са сравнени концентрациите на малтоза и етанол в зависимост от продължителността на ферментацията за R1, R2 и R3. По време на R1 малтозата се повишава чрез дрождевите клетки почти веднага след като те се въведат в свежите пивни дрожди. Концентрациите на етанол достигат пикови стойности порани в R1, а също така достига по-високи концентрации в сравнение с първите две периодични ферментации. Както е показано на фигура 6.6.(Ь), началното забавяне при получаването на етанол при R1 драстично се намалява, когато тези имобилизирани клетки отново се въведат в R2, и намалява още повече при използването на същите клетки в R3.Figures 6.6 (a) and (b) compare the concentrations of maltose and ethanol, depending on the fermentation time for R1, R2 and R3. During R1, maltose is raised by yeast cells almost as soon as they are introduced into fresh brewer's yeast. Ethanol concentrations peaked in R1, and also reached higher concentrations than the first two periodic ferments. As shown in Figure 6.6 (b), the initial delay in ethanol production at R1 is dramatically reduced when these immobilized cells are reintroduced into R2, and further reduced by the use of the same cells in R3.
237237
На фигура 6.7 (а) е показана концентрацията на имобилизирани клетки на единица от общия обем на биореактора в зависимост от продължителността на ферментацията за R1, R2 и R3. Свободните клетки, които са се отделили от матрицата на имобилизираните клетки и Са преминали в течната фаза при тези ферментации, в зависимост от продължителността са показани на фигура 6.7 (Ь). На фигура 6.7 (с) е показано общото количество на имобилизираните и свободни дрождеви клетки на единица от общия обем на реактора за трите периодични ферментации. Данните от фигура 6.7 (а) показват, че концентрацията на имобилизирани клетки в гела от капа-карагенан продължава да се увеличава след началната си инокулация в пивните дрожди при R1, Когато същите гранули се въведат в свежа пивна мъст за ферментация в R2, развитието в гелните гранули продължава. При третата продължителност, при която капсулованите клетки отново се въвеждат в свежа пивна мъст, скоростта на увеличаване на концентрацията на имобилизирани клетки се забавя. Концентрационният профил на свободните клетки, които се отделят от гелната матрица от капа-карагенан и преминават в течната фаза, имобилизираните клетки и общото количество клетки във ферментацията R1 е показана на фигура 6.8Figure 6.7 (a) shows the concentration of immobilized cells per unit of total bioreactor volume depending on the fermentation time for R1, R2, and R3. The free cells that separated from the immobilized cell matrix and passed into the liquid phase in these fermentations are shown in Figure 6.7 (b) as a function of duration. Figure 6.7 (c) shows the total amount of immobilized and free yeast cells per unit of total reactor volume for the three batch fermentations. The data in Figure 6.7 (a) show that the concentration of immobilized cells in the kappa-carrageenan gel continues to increase after its initial inoculation in the yeast at R1, When the same granules are introduced into fresh beer must for fermentation in R2, the development in the gel pellets continues. In the third duration, during which the encapsulated cells are reintroduced into fresh beer must, the rate of increase in the concentration of immobilized cells slows down. The concentration profile of the free cells that are separated from the gel matrix by capa-carrageenan and pass into the liquid phase, the immobilized cells and the total amount of cells in fermentation R1 is shown in Figure 6.8
При R1 концентрацията на имобилизирани клетки в гелни гранули от капа-карагенан се увеличава със скорост, подобна на тази при контролната ферментация, в която се съдържат клетки само в течната фаза. Това се потвърждава при сравняването на кривата на средно нарастване на свободните клетки при контролната ферментация от фигура 6.9 със същата крива на нарастване на имобилизирани в гелни гранули от капа-карагенан клетки при R1 на фигура 6.10. По време на провеждането на R1 гелните гранули все още не са постигнали пълна колонизация и гелната матрица неAt R1, the concentration of immobilized cells in kappa-carrageenan gel pellets increased at a rate similar to that of control fermentation, which contained cells in the liquid phase only. This is confirmed by comparing the average growth curve of free cells in the control fermentation of Figure 6.9 with the same growth curve of immobilized capsule carrageenan cells in gel granules at R1 in Figure 6.10. During the course of R1, the gel granules have not yet achieved complete colonization and the gel matrix has not yet reached
238238
показва инхибиторен ефект върху растежа на дрождевите клетки вътре в гранулите. При R2 матрицата ограничава растежа на клетките в обема на гранулите, за което свидетелства по-малкото увеличаване на броя на клетките по време на този ферментационен цикъл. Това би могло да се дължи на вида на гела или на натрупването на дрождеви клетки в гранулите, или липса на подаване на хранителни вещества към клетките.shows an inhibitory effect on the growth of yeast cells inside the granules. In R2, the matrix limits the cell growth in the volume of the granules, as evidenced by the smaller increase in the number of cells during this fermentation cycle. This could be due to the type of gel or the accumulation of yeast cells in the granules or the lack of nutrient supply to the cells.
В Таблица 6.1 са показани добивът на етанол от ферментируемите захари на субстрата и Yp/s за трите периодични ферментации и за контролната ферментация. В Таблица 6.2 са показани обемната продуктивност на етанол, която е изчислена на базата на данните от Таблица 6.1. Добивите на етанол от захари при ферментациите не се различават съществено един от друг или от контролата. Всички добиви са над 90 % от теоретичния добив от 0,51, прогнозиран от уравнението на Guy-Lussac. Както беше отбелязано по-рано, получаването на биомаса и други вторични продукти, образувани от дрождевиге клетки, възпрепятстват производителности над 95 % от теоретичните (Hardwick, 1995). Обемната продуктивност на етанол в биореактора в трите повтарящи се периодични ферментации се различава съществено една от друга. Продуктивността на етанол се увеличава със всеки цикъл от повтарящата се периодична ферментация и при R3 имобилизираните клетки са по-продуктивни в сравнение с контролната ферментация. Общото количество етанол, получено в R2, не е много по-голямо от това, което е получено в R1, но продължителността на ферментацията е по-малка от половината на R1 и от контролната ферментация. Има много фактори, които могат да способстват за това увеличение на скоростта на ферментацията с имобилизирани клетки с всяко повторение на използването им, като например адаптирането на дрождевите клетки към условията на ферментация иTable 6.1 shows the ethanol yield of the fermentable sugars of the substrate and Yp / s for the three periodic ferments and the control fermentation. Table 6.2 shows the volumetric productivity of ethanol, which is calculated on the basis of the data in Table 6.1. Sugar ethanol yields during fermentations do not differ significantly from each other or from controls. All yields are above 90% of the theoretical yield of 0.51 predicted by the Guy-Lussac equation. As noted earlier, the production of biomass and other byproducts formed by yeast cells impedes productivity over 95% of theoretical (Hardwick, 1995). The volumetric productivity of ethanol in the bioreactor in the three recurrent fermentations differs significantly from each other. Ethanol productivity increases with each cycle of repetitive fermentation, and in R3 immobilized cells are more productive than control fermentation. The total amount of ethanol obtained in R2 is not much higher than that obtained in R1, but the duration of fermentation is less than half of R1 and the control fermentation. There are many factors that can contribute to this increase in the rate of fermentation with immobilized cells with each recurrence of their use, such as the adaptation of yeast cells to fermentation conditions and
239239
прогресивното увеличаване на концентрацията на клетки. Общото количество клетки на единица обем от биореактора при R3 става значително по-голямо в сравнение с това на контролата. На фигура 6.7. (Ь) кривата на концентрацията на свободно суспендираните клетки (отделени от гелната матрица) в течната фаза в зависимост от продължителността на ферментацията показва, че броят на клетките, отделени от гелните гранули, се увеличава с всеки периодичен стадии. След като гранулите се запълнят в по-голяма степен с дрождеви клетки, се наблюдава отделяне на повече клетки в течната фаза. Hiisken et al. (1996) са провели изследвания, при които са изпитвали разширяването на колониите от бактериални клетки и ерупция/отделяне на клетки от гела от капа-карагенан. Vives и др. (1993 г.) съобщават, че максималната концентрация на дрождеви клетки, които те са достигнали в гелните гранули от капа-карагенан, е 109 клетки на един грам гел, което отговаря на концентрацията, която се постига в гелните частици при R2. Подобна максимална концентрация на клетки е установена при непрекъснатите ферментации, описани в част В. Но максимално натоварване с клетки на гелната матрица ще зависи от началното натоварване с клетки, съставът на гела и от други фактори.the progressive increase in cell concentration. The total cell volume per unit volume of the bioreactor at R3 becomes significantly larger than that of the control. In Figure 6.7. (B) The concentration curve of the freely suspended cells (separated from the gel matrix) in the liquid phase depending on the duration of the fermentation indicates that the number of cells separated from the gel granules increases with each batch stage. As the granules are more fully filled with yeast cells, more cells are released in the liquid phase. Hiisken et al. (1996) conducted studies examining bacterial cell colonies expansion and eruption / cell separation from capo-carrageenan gel. Vives et al. (1993) reported that the maximum concentration of yeast cells they reached in kappa-carrageenan gel pellets was 10 9 cells per gram of gel, which corresponds to the concentration attained in the gel particles at R2. A similar maximum cell concentration has been found in the continuous fermentations described in Part B. But the maximum cell load of the gel matrix will depend on the initial cell load, gel composition and other factors.
240240
Фигура 6.4. a) R1, концентрация на малтоза, малтотриоза, глюкоза и етанол в зависимост от продължителността на ферментацията при повтарящи се периодични ферментации с използване на дрождеви клетки за леко пиво, имобилизирани в капа-карагенан.Figure 6.4. a) R1, concentration of maltose, maltotriose, glucose and ethanol depending on the duration of fermentation in repeated batch fermentations using yeast cells for light beer immobilized in cap-carrageenan.
241241
Концентрация на малтоза, малтотриоза, глюкоза, фруктоза, етанол (kg/m3)Concentration of maltose, maltotriose, glucose, fructose, ethanol (kg / m 3 )
Продължителност на ферментация (h)Duration of fermentation (h)
Малтоза Глюкоза Фруктоза Етанол -Ж- МалтотриозаMaltose Glucose Fructose Ethanol -G- Maltotriose
Фигура 6.4. b) R2, концентрация на малтоза, малтотриоза, глюкоза и етанол в зависимост от продължителността на ферментацията при повтарящи се периодични ферментации с използване на дрождеви клетки за леко пиво, имобилизирани в капа-карагенан.Figure 6.4. b) R2, concentration of maltose, maltotriose, glucose and ethanol depending on the duration of fermentation in repeated batch fermentations using yeast light beer cells immobilized in cap-carrageenan.
242242
Концентрация на малтоза, малтотриоза, глюкоза, фруктоза, етанол (kg/m3)Concentration of maltose, maltotriose, glucose, fructose, ethanol (kg / m 3 )
Продължителност на ферментация (h)Duration of fermentation (h)
Фигура 6.4. с) R3, концентрация на малтоза, малтотриоза, глюкоза и етанол в зависимост от продължителността на ферментацията при повтарящи се периодични ферментации с използване на дрождеви клетки за леко пиво, имобилизирани в капа-карагенан.Figure 6.4. c) R3, concentration of maltose, maltotriose, glucose and ethanol depending on the duration of fermentation in repeated batch fermentations using yeast cells for light beer immobilized in cap-carrageenan.
243243
Концентрация на малтоза, малтопзиоза, глюкоза, фруктоза, етанол (kg/m3)Concentration of maltose, maltopsiosis, glucose, fructose, ethanol (kg / m 3 )
-е- Малтоза Глюкоза Фруктоза-e- Maltose Glucose Fructose
-Ж- Малтотриоза Етанол-G- Maltotriose Ethanol
Фигура 6.5. Концентрация на малтоза, малтотриоза, глюкоза и етанол в зависимост от продължителността на ферментацията при контролните ферментации, при които се използват свободно суспендирани пивни дрожди за леко пиво (няма имобилизирани клетки).Figure 6.5. Concentration of maltose, maltotriose, glucose and ethanol depending on the duration of fermentation in control fermentations using free-brewed yeast for light beer (no immobilized cells).
244244
Концентрация на малтоза (kg/mMaltose concentration (kg / m
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
-f-R1 -«-R2-f-R1 - «- R2
-A—R3-A-R3
Фигура 6.6. а) Концентрация на малтоза в зависимост от продължителността на ферментацията при повтарящи се периодични ферментации R1, R2 и R3, при които се използват дрождеви клетки, имобилизирани в гелни гранули от капа-карагенан.Figure 6.6. a) Concentration of maltose, depending on the duration of fermentation in repeated batch fermentations R1, R2 and R3, using yeast cells immobilized in gel capsules of kappa-carrageenan.
245245
-4-R1 -T-R2 -*-R3-4-R1 -T-R2 - * - R3
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
Фигура 6.6. b) Концентрация на етанол в зависимост от продължителността на ферментацията при повтарящи се периодични ферментации R1, R2 и R3, при които се използват дрождеви клетки, имобилизирани в гелни гранули от капа-карагенан.Figure 6.6. b) Ethanol concentration depending on the duration of fermentation in repeated batch fermentations R1, R2 and R3, using yeast cells immobilized in gel capsules of kappa-carrageenan.
246246
Концентрация на имобилизирани клетки на единица от общия обем на биореактора (клетки/mL)Concentration of immobilized cells per unit of total volume of the bioreactor (cells / mL)
-4-R1 -«-R2 --i—R3-4-R1 - «- R2 - and - R3
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
Фигура 6.7. а) Средна концентрация на имобилизирани дрождеви клетки за леко пиво на единица от общия обем на реактора в зависимост от продължителността на ферментациите при R1, R2 и R3. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 6.7. a) Average concentration of immobilized yeast cells for light beer per unit of total reactor volume, depending on the duration of the fermentations at R1, R2 and R3. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
247247
Концентрация на клетки в течната фаза на единица от общия обем на биореактора (клетки/mL)Concentration of cells in the liquid phase per unit volume of the bioreactor (cells / mL)
-♦-М -•-R2 -i-R3- ♦ -M - • -R2 -i-R3
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
Фигура 6.7. Ь) Концентрация на дрождеви клетки за леко пиво, които са се отделили в основната маса на течна фаза, на единица от общия обем на реактора в зависимост от продължителността на ферментациите при R1, R2 и R3. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 6.7. B) Concentration of light beer yeast cells that have separated into the bulk of the liquid phase per unit of total reactor volume depending on the duration of the fermentations at R1, R2 and R3. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
248248
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
Фигура 6.7. с) Обща концентрация на дрождеви клетки за леко пиво (имобилизирани и в течната фаза) на единица от общия обем на реактора в зависимост от продължителността на ферментациите при R1, R2 и R3. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 6.7. c) Total concentration of light beer yeast cells (immobilized and in the liquid phase) per unit of total reactor volume depending on the duration of the fermentations at R1, R2 and R3. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
249249
Профил на концентрацията на дрождеви клетки на единица от общия обем на биореактора(клетки/т1_)Yeast cell concentration profile per unit of total bioreactor volume (cells / m1)
Продължителност на ферментацията (h)Duration of fermentation (h)
Клетки в течната фаза Имобилизирани клетки Общо клеткиLiquid Phase Cells Immobilized Cells Total Cells
Фигура 6.8. Концентрация на клетките - имобилизирани, в течната фаза и общо количество, в зависимост от продължителността на ферментацията за R1 - първата от трите повтарящи се периодични ферментации, при която се използват дрожди за леко пиво, имобилизирани в гелни гранули от капа-карагенан.Figure 6.8. Cell concentration - immobilized, in liquid phase and total, depending on the duration of fermentation for R1 - the first of the three recurrent fermentations using light beer yeast immobilized in capo-carrageenan gel pellets.
250250
Концентрация на клетки в течната фаза на единица от общия обем на биореактора (клетки/mL)Concentration of cells in the liquid phase per unit volume of the bioreactor (cells / mL)
фигура 6.9 Средна концентрация на свободно суспендирани дрождеви клетки за леко пиво в контролната ферментация (п=3) на единица общ обем на реактора в зависимост от продължителността на ферментацията. По време на тези ферментации не присъстват имобилизирани клетки.Figure 6.9 Average concentration of freely suspended yeast cells for light beer in control fermentation (n = 3) per unit total reactor volume depending on the duration of fermentation. No immobilized cells are present during these fermentations.
251251
Концентрация на имобилизирани клетки наConcentration of immobilized cells of
фигура 6.10 Концентрация на имобилизирани дрождеви клетки за леко пиво на 1 mL гелни гранули в зависимост от продължителността на ферментациите при Rl, R2, и R3. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 6.10 Concentration of immobilized yeast light beer cells per 1 mL of gel pellets depending on the duration of the fermentations at R1, R2, and R3. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
252252
Таблица 6.1. Добив Y P/s на продукт Р, етанол от субстрата, глюкоза (Гл), фруктоза (Фр), малтоза (Мал) и малтотриоза (МТЗ) за R1, R2, R3 и контролната ферментация със свободно суспендирани клеткиTable 6.1. Y P / s yield of product P, substrate ethanol, glucose (Gl), fructose (Fr), maltose (Mal) and maltotriose (MT3) for R1, R2, R3 and control fermentation with free-suspended cells
253253
Таблица 6,2 Продуктивност на етанол в биореактора [VeTaHOn= (kg произведен етанол) / (т3 обем на биореактора. h)] за периодични ферментации с имобилизирани клетки (R1, R2 и R3), сравнена с периодични ферментации със свободно суспендирани клетки.Table 6.2 Ethanol productivity in bioreactor [V eTaHO n = (kg ethanol produced) / (t 3 volume of bioreactor. H)] for periodic fermentations with immobilized cells (R1, R2 and R3) compared to periodic fermentations with free suspended cells.
* Стойността е изчислена, когато малтозата е изразходвана напълно.* The value is calculated when the maltose is completely consumed.
Друг фактор, който въздейства на увеличаването на обемната продуктивност в биореактора, наблюдавана при всяка повтаряща се периодична ферментация, е адаптирането на дрождевите клетки. В края на първата ферментация дрождевите клетки са адаптирали своя метаболитен механизъм към дадените ферментационни условия. Това може да има за резултат намаляване на периода на закъснение при започването на следващите периодични ферментации, като с това се повишават скоростите на ферментацията. По време на тези изследвания всички контролни ферментации бяха извършени със свежо приготвени дрожди за леко пиво. Би било интересно свободно суспендираните дрожди от контролата да се внесат отново заедно с повторно използвани имобилизирани клетки за по-нататъшно изследване на този ефект по отношение на въздействието върху концентрацията на клетки.Another factor that contributes to the increase in volume productivity in the bioreactor observed with each repetitive batch fermentation is the adaptation of the yeast cells. At the end of the first fermentation, the yeast cells have adapted their metabolic mechanism to the given fermentation conditions. This may result in a reduction in the delay period at the start of subsequent periodic fermentations, thereby increasing the fermentation rates. During these studies, all control fermentations were performed with freshly brewed yeast for light beer. It would be interesting for the freely suspended yeast from the control to be reintroduced together with reused immobilized cells to further investigate this effect in terms of effects on cell concentration.
фигура 6.11 показва, че жизнеспособността на имобилизираните клетки (за целта се използва метода с метиленово синьо като индикатор) е ниска ( < 50%), когато в началото имобилизираните клетки са въведени в ливната мъст приFigure 6.11 shows that the viability of immobilized cells (using the methylene blue method as an indicator) is low (<50%) when initially immobilized cells are introduced into the pouring must at
254 ферментацията R1, но жизнеспособността на имобилизираните клетки е над 90 % след 48 часа ферментация. Дрождевите клетки бързо се заселват в гранулите и жизнеспособността им остава висока през целия период на провеждане на ферментацията R3. Но при R3 жизнеспособността леко намалява към края на ферментацията. По време на трите повтарящи се периодични ферментации свободните клетки, които преминават в течната среда, имат по-висока жизнеспособност в сравнение с имобилизираните. Матрицата за имобилизиране може да има негативен ефект върху жизнеспособността на дрождевите клетки (ограничения на масопреноса и/или пространствени ограничения) или живите дрождеви клетки могат преференциално да се отделят от имобилизационната матрица в течната среда в сравнение с мъртвите клетки. Като се използват средните данни за три отделни контролни ферментации със свободно суспендирани дрожди, съдържащи се в Приложение 1, е построена диаграма на Ln(X/Xo) в зависимост от продължителността на ферментацията, която е представена на фигура 6.12. Наклонът е равен на локалната максимална специфична скорост на растеж на клетките при температура 21 °C в пивна мъст с разклащане при 150 rpm. Установена е локална максимална специфична скорост на растеж на дрождите 0,096 hr'1 , а времето за удвояване на клетките е 7,22 часа. цтах, която е намерена в това изследване, е дефинирана като локална тъй като, както е отбелязано в теоретичната част, действителната цтах, използвана в уравнението на Monod, се достига само когато S има значително поголяма стойност в сравнение с константата на Monod Ks. Необходими са повече изследвания за изчисляване на константата на Monod Ks за определен субстрат при тези ферментации, за да се потвърди, че изчислената локална цтах е действителната максимална стойност, както е дефинирана от уравнението на Monod.254 fermentation R1, but the viability of the immobilized cells is over 90% after 48 hours of fermentation. Yeast cells rapidly settle in the granules and their viability remains high throughout the R3 fermentation period. But at R3, viability slightly declines towards the end of fermentation. During the three recurrent fermentations, the free cells that pass into the liquid medium have a higher viability than the immobilized ones. The immobilization matrix may have a negative effect on the viability of the yeast cells (mass transfer restrictions and / or space constraints) or the live yeast cells may preferentially separate from the immobilization matrix in the liquid medium over dead cells. Using the mean data for the three separate control ferments with free-suspended yeast contained in Appendix 1, a plot of Ln (X / Xo) was plotted against the duration of the fermentation presented in Figure 6.12. The slope is equal to the local maximum specific cell growth rate at 21 ° C in wort with shaking at 150 rpm. The local maximum specific yeast growth rate was found to be 0.096 hr ' 1 , and the cell doubling time was 7.22 hours. w max, which is found in this study, is defined as a local area since, as noted in the theoretical, actual mu max used in equation Monod, is reached only when S is significantly greater value compared to the constant Monod K s . More studies are needed to calculate the Monod K s constant for a given substrate in these fermentations to confirm that the calculated local max is the true maximum value, as defined by the Monod equation.
255255
Жизнеспособност на имобилизираните клетки,%Immobilized cell viability,%
-4-М-4-M
Фигура 6.11 Жизнеспособност на имобилизирани дрождеви клетки за леко пиво (метиленово синьо) в зависимост от продължителността на ферментациите R1, R2 и R3.Figure 6.11 Viability of immobilized yeast cells for light beer (methylene blue) depending on the duration of the fermentations R1, R2 and R3.
256256
Фигура 6.12 Ln(X/Xo) в зависимост от продължителността на периодичната ферментация по време на фазата на експоненциалния растеж на свободно суспендираните дрожди при контролните ферментации; X е концентрацията на клетки при време t, а Хо е концентрацията на клетки при t=0 (п=3).Figure 6.12 Ln (X / Xo) depending on the duration of the periodic fermentation during the exponential growth phase of the freely suspended yeast in control fermentations; X is the concentration of cells at time t, and X0 is the concentration of cells at t = 0 (n = 3).
257257
Част В. Жизнеспособност и морфологични характеристики на имобилизираните дрожди в зависимост от удължената продължителност на ферментациятаPart C. Viability and morphological characteristics of immobilized yeasts depending on the prolonged duration of fermentation
След получаването на гранули с имобилизирани клетки, при което се използват статични смесители, и преди гелните гранули да бъдат изложени на въздействието на ферментационната среда концентрацията на клетки е 2,6 х107 клетки/mL гелни гранули (Таблица 6.3, в която стойностите са усреднени от две проби). Изображението от сканиращ електронен микроскоп показва, че клетките са отделно една от друга и са разпределени равномерно в обема на гелните гранули (ФИГ. 24).After obtaining immobilized cell granules using static mixers, and before the gel granules are exposed to the fermentation medium, the cell concentration is 2.6 x 10 7 cells / mL gel granules (Table 6.3, where values are averaged of two samples). The scanning electron microscope image shows that the cells are separate from each other and are evenly distributed in the volume of the gel pellets (FIG. 24).
Таблица 6.3. Жизнеспособност (метиленово синьо) и концентрация на свободно суспендирани и имобилизирани клетки от дрожди за леко пиво, захванати в гелни гранули от капа-карагенан, в зависимост от продължителността на ферментациятаTable 6.3. Viability (methylene blue) and concentration of freely suspended and immobilized yeast yeast cells trapped in capa-carrageenan gel pellets, depending on the duration of fermentation
*На базата на една проба.* Based on one sample.
Жизнеспособността е >90% след 2 дни периодична ферментация, а концентрацията на клетки в обема на гелните гранули се е увеличила десет пъти (Таблица 6.3). Клетките (> 90% жизнеспособни) също така започват да се отделят от гела и да преминават в основния обем на течна фаза на ферментационния процес, като се осигурява концентрация от 107 клетки/mL отViability was> 90% after 2 days of periodic fermentation, and the concentration of cells in the volume of gel pellets increased tenfold (Table 6.3). Cells (> 90% viable) also begin to separate from the gel and move into the bulk volume of the liquid phase of the fermentation process, providing a concentration of 10 7 cells / mL of
258 течността. В обема на гелните гранули се образуват малки колонии от дрожди, които са с много белези върху всяка клетка, което се вижда на ФИГ. 25.258 liquid. In the volume of the gel pellets small colonies of yeast are formed, with many marks on each cell, as shown in FIG. 25.
Жизнеспособността на имобилизираните клетки намалява след 2 месеца непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила (Таблица 6.3), но клетките в основния обем на течна фаза остават с висока жизнеспособност ( > 90%) и тази констатация важи за няколко различни непрекъснати ферментации в експериментални биореактори с газова подемна сила. Снимката на ФИГ. 26 от сканиращ електронен микроскоп показва, че след два месеца в близост до периферната част на гранулите се образуват големи колонии от дрожди, потвърждавайки резултатите на други изследователи (Bancel and Hu, 1996;Gdia et al., 1987; Wada et al., 1979; Wang et al., 1982). Направено е сравнение на морфологията на дрождите, намиращи се към външния край на гранулите с имобилизирани клетки, с морфологията на клетките, разположени вThe viability of the immobilized cells decreased after 2 months of continuous fermentation in a bioreactor with gas lift (Table 6.3), but the cells in the bulk liquid phase remained high viability (> 90%) and this finding applies to several different continuous fermentations in experimental bioreactors with gas lift. The photo of FIG. 26 from a scanning electron microscope shows that after two months, large yeast colonies form near the peripheral part of the granules, confirming the results of other researchers (Bancel and Hu, 1996; Gdia et al., 1987; Wada et al., 1979 Wang et al., 1982). The morphology of the yeast located at the outer end of the granules with immobilized cells was compared with the morphology of the cells located in
центъра на гелните гранули, като това сравнение е направено за няколко проби и са използвани снимки от сканиращ електронен микроскоп. Разположените в периферната част на гранулите клетки са с яйцевидна форма и гладки с много белези на пъпки (ФИГ. 27), което е показател за размножаване на дрождите (Smart, 1995). Клетките, които са изобразени в центъра на гранулата (ФИГ. 28) се виждат деформирани и проявяват малка склонност към образуване на белези от пъпкуване. Липсата на белези от пъпкуване може да бъде индикация за възможно ограничение на хранителни вещества в центъра на гранулите, като например кислород. Повърхностните неравности, наблюдавани на повърхността на дрождите на ФИГ. 28, може също да са индикатор за стареенето на клетките (Barker и Smart, 1996; Smart, 1999).the center of the gel pellets, this comparison was made for several samples and images from a scanning electron microscope were used. The cells located in the peripheral part of the granules are ovate and smooth with many pimple marks (FIG. 27), which is an indicator of yeast multiplication (Smart, 1995). The cells depicted in the center of the granule (FIG. 28) appear to be deformed and exhibit little tendency to form puncture marks. The lack of budding scars may indicate a possible restriction of nutrients at the center of the granules, such as oxygen. The surface irregularities observed on the yeast surface of FIG. 28, may also be an indicator of cell aging (Barker and Smart, 1996; Smart, 1999).
259259
Жизнеспособността на дрождите, имобилизирани в обема на гел от карагенан, пада под 50 % след шест месеца непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила (Таблица 6.3). Би следвало да се отбележи, че за шестия месец са събрани данни за концентрацията на имобилизирани клетки и жизнеспособност само в една точка, а отбелязаните данни за четвъртия месец са подобни концентрация на имобилизираните клетки 1,14 хЮ9 клетки/mL гел и жизнеспособност <50%. Докато постепенното намаляване на жизнеспособността на имобилизираните клетки се наблюдава за подълго време, жизнеспособността на клетките в основната течна фаза остава сравнително висока. В допълнение към казаното, дори като цяло жизнеспособността на имобилизираните клетки в гранулите да е ниска, за шест месеца непрекъсната работа в биореактора се произвежда напълно ферментирало пиво. Възможни причини за това са същественият принос за ферментационния процес на свободно суспендираните дрождеви клетки, които са с висока жизнеспособност. Също така имат потенциален принос и жизнеспособните имобилизирани клетки, разположени в периферията на гелните гранули, където има по-малки бариери за масопренасяне в сравнение с клетките, разположени в центъра на гранулите. Не е ясно дали имобилизираните клетки имат склонност към преразпределение в обема на гелната матрица или остават в статично положение, където първоначално са разположени. През шестмесечния период на ферментация в обема на тези гранули се достига максимална концентрация от 109 клетки/mL гелни гранули.The viability of the yeast immobilized in the volume of carrageenan gel drops below 50% after six months of continuous fermentation in a bioreactor with gas lift (Table 6.3). It should be noted that for the sixth month, data on the concentration of immobilized cells and viability were collected at one point only, and the reported data for the fourth month were similar concentrations of immobilized cells 1.14 x 10 9 cells / mL gel and viability <50 %. While the gradual decrease in the viability of immobilized cells has been observed for a long time, the viability of the cells in the basic liquid phase remains relatively high. In addition, even though the overall viability of the immobilized cells in the granules is low, a continuous fermentation of the brewery is made over six months of continuous operation in the bioreactor. Possible reasons for this are the significant contribution to the fermentation process of the freely suspended yeast cells, which are of high viability. Also viable immobilized cells located at the periphery of the gel pellets, where there are smaller barriers to mass transfer, than the cells located in the center of the pellets also have a potential contribution. It is unclear whether the immobilized cells tend to redistribute in the volume of the gel matrix or remain in the static position where they were originally located. During the six-month fermentation period, a maximum concentration of 10 9 cells / mL gel pellets is reached in the volume of these granules.
На ΦΙ/ΙΓ. 29 е дадено изображение на цяла гранула, направено на сканиращ електронен микроскоп. Тази гранула има кух център и при много изследвани гранули приблизително половина показват такава структура. Тази кухина може да е резултат от структурно разграждане, за което по-нататък е спомогнало и приготвянето наOn ΦΙ / ΙΓ. 29 is an image of an entire granule taken on a scanning electron microscope. This pellet has a hollow center and, with many pellets tested, approximately half show such a structure. This cavity may be the result of structural degradation, which was further aided by the preparation of
260260
образци за СЕМ. Тази кухина не е наблюдавана при приготвянето на свежи гранули. Предишни изследвания, направени от други изследователи (Bancel et al., 1996), са показали, че растежът на клетките индуцира отслабване на гелната мрежа. Audet et al. (1988) съобщават, че добавянето на лепило от плод на рожков към капакарагенана изменя механичната здравина на гелните гранули за имобилизиране на бактерии.samples for SEM. This cavity has not been observed in the preparation of fresh granules. Previous studies by other researchers (Bancel et al., 1996) have shown that cell growth induces a weakening of the gel network. Audet et al. (1988) reported that the addition of hornbill adhesive to capacarragenan alters the mechanical strength of gel pellets to immobilize bacteria.
През целия шестмесечен експеримент за ферментация на пиво биореакторът с газова подемна сила се тестуваше минимум веднъж на седмица за замърсявания. Не са открити бактериални замърсявания по време на целия експеримент. През последните два месеца на опита са открити замърсяващи дрожди в концентрация между 1 и 5 единици, образуващи колонии, на 1 mL. Тези дрожди могат да растат в среда от PYN при температура 37°С, но не могат да растат аеробно или анаеробно в среда от DUBA, не ферментират декстрин и не показват растеж в среда от CuS04 (селективна за диви дрожди).Throughout the six-month beer fermentation experiment, the gas-lift bioreactor was tested for contamination at least once a week. No bacterial contamination was detected throughout the experiment. During the last two months of the experiment, contaminating yeasts were detected at a concentration of between 1 and 5 colony forming units per 1 mL. These yeasts can grow in a medium of PYN at 37 ° C, but they cannot grow aerobically or anaerobically in a medium of DUBA, do not ferment dextrin and do not show growth in a medium of CuS0 4 (selective for wild yeast).
След пет месечен експеримент за ферментация на пиво средният процент респираторна недостатъчност на дрождевите клетки е 7 %, който е по-висок от този, който обикновено е установен при използване на щам по време на промишлена периодична ферментация (средно 2 %). Други изследователи съобщават подобни данни (Norton и D'Amore, 1995 г.). Респираторната недостатъчност на дрождите е резултат от промяната, която е причина дрождите да не са способни да преработват глюкоза до въглероден диоксид и вода. Тези дрожди имат митохондрия с перманентно понижаване на активността, която обикновено възниква поради изменение в митохондрията на ДНК (Hardwick, 1995 г.).After a five-month beer fermentation experiment, the average percentage of yeast cell respiratory failure is 7%, which is higher than that typically found using a strain during industrial batch fermentation (average 2%). Other researchers have reported similar data (Norton and D'Amore, 1995). Yeast respiratory failure is the result of a change that causes the yeast to be unable to process glucose to carbon dioxide and water. These yeasts have mitochondria with a permanent decrease in activity, which usually results from a change in the mitochondria of DNA (Hardwick, 1995).
261261
Артефактите (структурите, които са получени вследствие на обработка) при приготвяне на проби за СЕМ могат да доведат до недоразумения. Технологии, като например ядрен магнитен резонанс (ЯМР), спектроскопия (Fernandez, 1996 г.) и конфокална микроскопия (Bancel и Hu, 1996 г.) са използвани за изпитване на липсата на инвазия. Изображенията от ЯМР позволиха да се проведат изследвания за изучаване на преноса, движението и пространственото разпределение на клетките и биохимията в биослоевете. Изследванията (Bancel иНи, 1996 г.) показват също, че за наблюдение на клетки, имобилизирани в пористи желатинови микроносители, може да се използва конфокална лазарна сканираща микроскопия чрез серийно оптично секциониране.Artifacts (structures resulting from processing) in the preparation of SEM samples may lead to misunderstandings. Technologies such as nuclear magnetic resonance (NMR), spectroscopy (Fernandez, 1996) and confocal microscopy (Bancel and Hu, 1996) have been used to test for invasion. The MRI images allowed studies to be carried out to study the transfer, movement and spatial distribution of cells and biochemistry in biolayers. Studies (Bancel and Nee, 1996) also show that confocal laser scanning microscopy by serial optical sectioning can be used to monitor cells immobilized in porous gelatin microcarriers.
Въпреки че в пивоварната промишленост се използва метиленово синьо като стандартен индикатор за жизнеспособността на клетките, този метод има много недостатъци (Mochaba et al., 1998 г.). Чрез него се измерва дали дрождевата популация е жизнеспособна или не на базата на способността на живите клетки да окисляват оцветителя и го превръщат в безцветна форма. Мъртвите клетки нямат способността да окисляват оцветителя и той остава син (O'Connor-Cox et al.,1997 г.). Методите на определяне на количеството на микроорганизмите чрез посявка в блюдо на Петри и култура на предметно стъкло се базират на способността на клетките да растат и произвеждат макроколонии върху пластинки от агар или микроколонии върху предметно стъкло на микроскоп (Technical Committee and Editorial Committee of the ASBC, 1992). При текущата работа по изследване на жизнеспособността на дрождите, имобилизирани в матрици, за по-големи периоди от време понастоящем в Labatt се използва не само методът с метиленово синьо, но също и споменатите по-горе методи, както и изследването с конфокалнаAlthough methylene blue is used in the brewing industry as a standard indicator of cell viability, this method has many drawbacks (Mochaba et al., 1998). It measures whether the yeast population is viable or not based on the ability of living cells to oxidize the dye and convert it to a colorless form. Dead cells lack the ability to oxidize the dye and it remains blue (O'Connor-Cox et al., 1997). Methods for determining the amount of micro-organisms by Petri dish and glass culture are based on the ability of cells to grow and produce macro-colonies on agar plates or micro-colonies on a microscope slide (Technical Committee and Editorial Committee of the ASBC, 1992). In the ongoing work on the viability of yeast immobilized in matrices for large periods of time, Labatt is currently using not only the methylene blue method but also the methods mentioned above, as well as the confocal study
262 микроскопия с използване на витално оцветяване. В допълнение към темата за определяне на жизнеспособността на клетките следва да се отбележи, че проблемът с “жизнеспособността” на имобилизираните клетки трябва също да се изследва в бъдеща работа. Когато се използва жизнеспособността, за да се разкрие способността на клетките да растат и се репродуцират, жизнеността определя параметрите на ферментацията, активността или способността на дрождите да се възстановяват от стрес (Smart et al., 1999 г.).262 microscopy using vital staining. In addition to the topic of determining cell viability, it should be noted that the problem of "viability" of immobilized cells should also be explored in future work. When viability is used to reveal the ability of cells to grow and reproduce, vitality determines the parameters of fermentation, activity or ability of the yeast to recover from stress (Smart et al., 1999).
ГЛАВА 7. ВКУСОВИ КАЧЕСТВА НА ПИВО, ПОЛУЧЕНО ЧРЕЗ ® НЕПРЕКЪСНАТА ФЕРМЕНТАЦИЯ В СИСТЕМА С ГАЗОВА ПОДЕМНАCHAPTER 7. TASTE QUALITIES OF BEER OBTAINED THROUGH CONTINUOUS FERMENTATION IN A GAS LIFTING SYSTEM
СИЛАPOWER
7.1 Експериментална процедура7.1. Experimental procedure
Използването на непрекъсната ферментация за производствоThe use of continuous fermentation for production
на пиво е много различно от други методи с използване на имобилизирани клетки, тъй като полученият продукт не се измерва само по отношение на един компонент, който представлява интерес, например съдържание на етанол. По-скоро трябва да има баланс на няколко химични съединения, за да може да се получи качествен краен продукт. Изследвано е въздействието на кислорода върху дрождите за получаване на метаболити, придаващи вкусовите качества, по време на непрекъснатата ферментация и по време на спомагателния периодичен стадий на съхраняване. Ефектът от продължителността на престой върху вкусовите метаболити също е изследван на две нива. Накрая, при непрекъснатата ферментация към ливната мъст е добавен промишлено получен ензим декарбоксилаза алфа-ацетолактат, и е наблюдавана общата концентрация на диацетил в течната фаза.Beer is very different from other methods using immobilized cells, since the product obtained is not measured with respect to only one component of interest, such as ethanol content. Rather, there must be a balance of several compounds in order to produce a quality final product. The effect of oxygen on the yeast has been investigated to produce metabolites conferring taste during continuous fermentation and during the auxiliary periodic storage. The effect of residence time on taste metabolites was also examined at two levels. Finally, by continuous fermentation, industrially produced enzyme decarboxylase alpha-acetolactate was added to the casting must, and the total concentration of diacetyl in the liquid phase was observed.
7.1.1 Влияние на относителното съдържание на въздух във подавания към биореакгора флуидизиращ газ върху7.1.1 Effect of the relative air content of the fluidised gas fed to the bioreactor on the bioreactor
263 дрождевите метаболити по време на главната непрекъсната ферментация263 yeast metabolites during major continuous fermentation
Количеството на въздух, а следователно и на кислород във флуидизиращия газ, подаван в биореактора, се изменя, докато времето за престой, температурата и всички други параметри, регулиращи процеса, остават константни. Общият обемен дебит на газа се поддържа константна величина и е 472 mL/min при нормална температура и налягане, температурата е 15°С, а гелните гранули от капа-карагенан съдържат имобилизирани дрожди LCC 3021, които се използват през целия период на провеждане на опита с начална концентрация на клетки 1 х108 клетки/mL гел. По време на опита в системата са използвани четири различни обемни дебити на въздуха (Таблица 7.1), а средната продължителност на престой Rt в биореактора е 1,18 дни.The amount of air, and therefore oxygen, in the fluidized gas supplied to the bioreactor changes, while the residence time, temperature and all other process control parameters remain constant. The total volume flow rate of the gas is kept constant at 472 mL / min at normal temperature and pressure, the temperature is 15 ° C, and the kappa-carrageenan gel granules contain immobilized yeast LCC 3021, which are used throughout the test period. with an initial cell concentration of 1 x 10 8 cells / mL gel. Four different volumetric air flow rates were used in the system experiment (Table 7.1) and the average residence time R t in the bioreactor was 1.18 days.
Таблица 7.1 Обемен дебит на въздуха, подаван към биореактора по време на разпръскването на газ при непрекъсната ферментация. Общият обемен дебит, подаван към биореактора, е 472 mL/min при нормални температура и налягане, а останалата част от газа е въглероден диоксид.Table 7.1 Volumetric flow rate of air supplied to the bioreactor during gas spraying during continuous fermentation. The total volume flow rate supplied to the bioreactor is 472 mL / min at normal temperature and pressure and the rest of the gas is carbon dioxide.
264264
По време на експеримента са извършени многократно следните анализи: свободен аминен азот, общо количество на ферментируем въглехидрат (като глюкоза), етанол, общо количество диацетил, летливи вещества в пивото (избрани естери и алкохоли), концентрация на дрождевите клетки в течната фаза и жизнеспособност.Биореакторът също така се изпитва за замърсявания минимум веднъж на седмица.The following assays were performed repeatedly during the experiment: free amine nitrogen, total amount of fermentable carbohydrate (such as glucose), ethanol, total amount of diacetyl, volatile substances in beer (selected esters and alcohols), concentration of yeast cells in the liquid phase and viability .The bioreactor is also tested for contamination at least once a week.
Измерва се концентрацията на разтворен кислород в основния обем на течната фаза, когато непрекъснатата ферментация се приеме, че е в псевдо-устойчиво състояние за всеки обемен дебит на въздуха (минимум три оборота на биореактора).The dissolved oxygen concentration in the bulk volume of the liquid phase is measured when the continuous fermentation is assumed to be in a pseudo-steady state for each volumetric air flow rate (minimum three revolutions of the bioreactor).
7.1.2 Период на съхранение на продукта на партиди след непрекъснатата ферментация: Ефекти от въздействието на кислорода върху дрождевите метаболити.7.1.2 Batch storage period after continuous fermentation: Effects of oxygen on yeast metabolites.
Дори когато количеството на кислород във флуидизиращия газ, подаван в реактора, е относително ниско (34 ml_/min при нормално налягане и температура), концентрациите на ацеталдехид и общ диацетил, установени по време на експеримента и проведени, както е описано в раздел 7.1.2, са неприемливо високи за пазара на пиво от вида североамериканска лека бира. Поради това е приложен нов подход, при който след непрекъснатата главна ферментация в биореактора течността се съхранява на партиди за 48 часа при леко повишена температура от 21 °C, за да се намали концентрацията на тези две вещества. Също резултатите в предидущия раздел 7.1.2 сочат значителен ефект, състоящ се в това, че количеството въздух във флуидизиращия газ оказва влияние на измерените количества съединения, придаващи вкусовите качества. Поради това е изследвано въздействието на дрождевите вкусови метаболити приEven when the amount of oxygen in the fluidised gas flowing into the reactor is relatively low (34 ml / min at normal pressure and temperature), the concentrations of acetaldehyde and total diacetyl detected during the experiment and conducted as described in section 7.1. 2, are unacceptably high for the beer market in North American beer. Therefore, a new approach is applied in which, after continuous main fermentation in the bioreactor, the liquid is stored in batches for 48 hours at a slightly elevated temperature of 21 ° C to reduce the concentration of these two substances. Also, the results in the previous section 7.1.2 indicate a significant effect, in that the amount of air in the fluidised gas influences the measured quantities of compounds that impart taste. Therefore, the effect of yeast taste metabolites on the
265 аеробни в сравнение с анаеробни условия при допълнителното периодично задържане, провеждано след главната ферментация.265 aerobic compared to anaerobic conditions under additional periodic retention after the main fermentation.
Непрекъснатата главна ферментация се проведе в биореактор с газова подемна сила и обем 50 L, като за целта в опита е използван високофлокулиращ вариант на дрождев щам LCC3021, тъй като изискванията за обема на пробите за изследване са твърде големи в сравнение с биореактор с обем от 8 L. Работните условия са следните: 1180 mL/min СО2 и 189 mL/min въздух във флуидизиращияContinuous main fermentation was carried out in a bioreactor with a gas lift and a volume of 50 L, using the highly flocculent variant of the yeast strain LCC3021 in the experiment, as the volume requirements for the test samples were too large compared to a bioreactor with a volume of 8 L. The operating conditions are as follows: 1180 mL / min CO 2 and 189 mL / min air in the fluid
газ при нормални температура и налягане, средна продължителност на престой R, в биореактора -1,0 ден, температура 15 °C и пивна мъст с високо относително тегло от 17,5 °Р.gas at normal temperature and pressure, average stay R in the bioreactor -1.0 day, temperature 15 ° C and beer must with high relative weight of 17.5 ° P.
Взети са общо 4 проби (флакони от 100 mL), като две от тях се държат в анаеробни условия, а другите две се излагат на въздействието на аеробна среда.A total of 4 samples (100 mL vials) were taken, two being held under anaerobic conditions and the other two exposed to an aerobic environment.
Процедурата с анаеробните проби е както следва: два флакона с обем 100 mL и 6 флакона с обем 25 mL се подлагат на обработка в автоклав и след това се поставят в анаеробен шкаф (Labmaster 100, mbraun, USA) с разпръскващ газ аргон. Флаконите от 100 mL се оставят за 45 минути за привеждане в равновесие и след това се запечатват с алуминиеви капачки и преградки от Teflon®. Спринцовка от 50 mL, снабдена с игла от 3 inch, калибър 16, и стерилизирана с разтвор на етанол - 70 % (об/об), се използва за вземане на проби от биореактора чрез пробождане на преградката на мембраната на клапана за проби. След това пробата се инжектира в предварително продухан анаеробен флакон с обем 100 mL. Необходимо е да се осигури канал във флакона чрез допълнителна стерилна игла със спринцовка, за да може да се освободи налягането в обема на флакона по време на пълненето му. След като се вземат от биореактора аеробните проби се излагат на атмосферата чрез пълно отваряне на мембранния вентил за вземанеThe procedure with anaerobic samples is as follows: two 100 mL vials and 6 25 mL vials are autoclaved and then placed in an anaerobic cabinet (Labmaster 100, mbraun, USA) with argon gas. The 100 mL vials were allowed to equilibrate for 45 minutes and then sealed with Teflon® aluminum caps and compartments. A 50 mL syringe equipped with a 3 inch needle, gauge 16, and sterilized with 70% (v / v) ethanol solution is used to sample the bioreactor by piercing the membrane of the sample valve membrane. The sample was then injected into a 100 mL pre-purged anaerobic vial. It is necessary to provide a groove in the vial with an additional sterile syringe needle to release pressure in the volume of the vial as it is being filled. After being taken from the bioreactor, aerobic samples are exposed to the atmosphere by fully opening the diaphragm sampling valve.
266 на проби и наливане в незатворен флакон за проби с обем 100 mL, без да се използват спринцовка и игла.266 samples and pouring into an unopened 100 mL sample bottle without the use of a syringe and needle.
Течността на пробите се остава да престои 2 часа при стайна температура, за утаяване на клетките от разтвора, като в основната течна фаза остават клетки с концентрация приблизително 106 клетки/mL. След утаяване течността от всеки флакон с обем 100 mL се отдекантира в три флакона от по 25 mL, за да може да се проведат анализите без да се променя хода на ферментационния процес поради вземането на проби. След като аеробните проби се пренесат в по-малки флакони, те се инкубират при температура 21 °C без да им се поставят капачки. Анаеробните проби се пренасят в три помалки флакона и се затворят с алуминиеви капачки и преградки от Teflon®. За да се избегне създаване на налягане поради отделяне наThe sample fluid was left to stand for 2 hours at room temperature to precipitate the cells from the solution, leaving cells with a concentration of approximately 10 6 cells / mL in the basic liquid phase. After precipitation, the liquid from each 100 mL vial was decanted into three 25 mL vials to allow analyzes to be made without altering the course of the fermentation process due to sampling. After aerobic samples were transferred to smaller vials, they were incubated at 21 ° C without caps. The anaerobic samples were transferred to three smaller vials and closed with Teflon® aluminum caps and compartments. To avoid creating pressure due to separation of
въглероден диоксид в обема на флаконите, докато се предотвратява излагането на пробите на въздействието на аеробната околна среда, преградката се пробива с игла. Краят на иглата, изложен на външната среда, се потапя в етанол (по-малко от 1 cm от притискащата глава), като с това се предотвратява обратното навлизане на въздух в пробите. Пробите за анализ се вземат на 2, 24 и 48 часа: Също се взема проба директно от биореактора и незабавно се анализира, за да се определи състоянието на ферментационния процес в обема на биореактора за съответната продължителност. Пробите се анализират за общо съдържание на ферментируеми въглехидрати (като глюкоза), етанол, общо съдържание на диацетил и летливи вещества в пивото (избрани естери и алкохоли).carbon dioxide in the volume of the vials, whilst preventing exposure of the samples to the aerobic environment, the barrier is punctured with a needle. The end of the needle exposed to the external environment is immersed in ethanol (less than 1 cm from the presser head), thus preventing air from entering the samples. Samples for analysis are taken at 2, 24 and 48 hours: A sample is also taken directly from the bioreactor and immediately analyzed to determine the state of the fermentation process in the volume of the bioreactor for the appropriate duration. Samples are analyzed for total fermentable carbohydrate content (such as glucose), ethanol, total diacetyl content and volatile substances in beer (selected esters and alcohols).
7.1.3 Влияние на продължителността на престой на течността върху дрождевите метаболити по време на непрекъсната главна ферментация7.1.3 Effect of residence time of the fluid on the yeast metabolites during continuous main fermentation
267267
За да се изследва влиянието на продължителността на престой на течността върху метаболититната активност на дрождите, е проведен експеримент, при който по време на непрекъснатата главна ферментация се прилага стъпаловидна промяна на обемния дебит на ливната мъст, подавана към биореактора. При ферментацията се използват дрождеви клетки LCC3021, имобилизирани в гелни гранули от капа-карагенан. Температурата в биореактора се поддържа константна,!7 °C, през целия опит. Обемният дебит на газа, подаван към биореактора, също е константна величина и е 472 mL/min при нормално налягане и температура. Газът е смес от въздух (11 mL/min при нормална температура и налягане) и въглероден диоксид (461 mL/min при нормална температура и налягане). Началната концентрация на дрождеви клетки в гела от капа-карагенан е 2.6 хЮ7 клетки/mL гелни гранули и биореакторът съдържа 40 % (об/об) гранули.In order to investigate the effect of the residence time of the liquid on the metabolic activity of the yeast, an experiment was conducted in which, during continuous main fermentation, a stepwise change in the volume flow of the must must be fed to the bioreactor. Fermentation utilizes LCC3021 yeast cells immobilized in kappa-carrageenan gel pellets. The temperature in the bioreactor was kept constant,! 7 ° C, throughout the test. The volume flow rate of the gas supplied to the bioreactor is also constant and is 472 mL / min at normal pressure and temperature. The gas is a mixture of air (11 mL / min at normal temperature and pressure) and carbon dioxide (461 mL / min at normal temperature and pressure). The initial concentration of yeast cells in the capo-carrageenan gel is 2.6 x 10 7 cells / mL gel pellets and the bioreactor contains 40% (v / v) granules.
По време на опита са проведени многократно следните анализи: въглехидрати, свободен аминен азот, общо количество на ферментируем въглехидрати (като глюкоза), етанол, общо количество диацетил, летливи вещества в пивото (избрани естери и алкохоли) и концентрация на дрождеви клетки в течната фаза и жизнеспособност. Също така биореакторът е изследван за замърсявания минимум веднъж на седмица.The following analyzes were performed repeatedly during the experiment: carbohydrates, free amine nitrogen, total amount of fermentable carbohydrates (such as glucose), ethanol, total diacetyl, volatile substances in beer (selected esters and alcohols) and concentration of yeast cells in the liquid phase and viability. The bioreactor was also tested for contamination at least once a week.
7.1.4 Използване на промишлено приготвена декарбоксилаза алфа-ацетолактат за намаляване на общото количество диацетил по време на непрекъснатата главна ферментация на пиво7.1.4 Use of industrially prepared decarboxylase alpha-acetolactate to reduce the total amount of diacetyl during continuous main fermentation of beer
От повечето пивовари от Северна Америка се счита, че високи концентрации на диацетил са нежелан вкусов дефект на пивото. При провежданите досега непрекъснати главни ферментации общите концентрации на диацетил по принцип са над пределнитеMost breweries in North America believe that high concentrations of diacetyl are an undesirable taste defect in beer. In continuous main fermentations carried out so far, total concentrations of diacetyl are generally above the limit
268268
нива за традиционните периодични ферментации (70-150 цд/L) в североамериканската лека бира. По време на периодичната ферментация диацетильт намалява през по-късните етапи на ферментацията, когато кислородът не е в големи количества и не са въведени допълнителни захари. При непрекъсната ферментация по време на разпръскването на газ в биореактора в непрекъснат режим се подава константно ниско ниво кислород, както и свежа пивна мъст. Поради това е изследвана нова стратегия, при която се използва промишлено приготвен ензим, за да се регулира концентрацията на диацетил в биореактора с непрекъснато действие.levels for traditional batch fermentations (70-150 µg / L) in North American light beer. During the periodic fermentation, diacetylt decreases in the later stages of fermentation when oxygen is not in large quantities and no additional sugars are introduced. In the case of continuous fermentation, a constant low level of oxygen and fresh beer must be supplied in the bioreactor during continuous spraying. Therefore, a novel strategy is explored using an industrially prepared enzyme to regulate the concentration of diacetyl in a continuous bioreactor.
При ферментацията на пивна мъст диацетилът се образува, когато алфа-ацетолактат, междинен продукт при синтеза на валин, окислително декарбоксилира извън дрождевата клетка. Дрождевата клетка след това реабсорбира диацетила и го превръща в по-малко вкусово активен ацетоин. Това окислително декарбоксилиране на алфа-ацетолактата до диацетил е с ограничена скорост при периодичните ферментации на пивна мъст. При непрекъснатите ферментации общият диацетил на изхода на биореактора е с неприемливи концентрации (300-400 цд/L). Промишлено приготвеният ензим - декарбоксилаза алфа-ацетолактат на фирмата Novo-Nordisk А/S може да се превърне директно в ацетоин, като по този начин се избегне нежеланото междинно съединение диацетил (Фигура 7.1) (Jepsen, 1993 г.).In fermentation of wort, diacetyl is formed when alpha-acetolactate, an intermediate of valine synthesis, oxidizes decarboxylates outside the yeast cell. The yeast cell then reabsorbs the diacetyl and turns it into a less flavourful acetoin. This oxidative decarboxylation of alpha-acetolactate to diacetyl is limited at periodic fermentations of beer must. In continuous fermentations, total diacetyl at the outlet of the bioreactor is at unacceptable concentrations (300-400 µg / L). The industrially prepared enzyme-decarboxylase alpha-acetolactate of Novo-Nordisk A / S can be converted directly to acetoin, thus avoiding the undesirable diacetyl intermediate (Figure 7.1) (Jepsen, 1993).
269269
Алфа-ацетолактатAlpha-acetolactate
COz + pH]COz + pH]
Фигура 7.1 Влияние на декарбоксилазата алфа-ацетолактатFigure 7.1 Effect of decarboxylase alpha-acetolactate
270270
Декарбоксилаза алфа-ацетолактат се добавя в биореактора, за да се изследва неговото сумарно въздействие (краен ефект) върху общата концентрация на диацетил. Изследвани са и други стратегии за намаляването на диацетила, които включват периодично задържане в загрято състояние за период от 48 часа след ферментацията и системи с втори стадии на ферментация с имобилизирани клетки, технологии от Alpha-Laval (Anon, 1997 г.). Тези две стратегии са показали успех по отношение намаляването на нивото на диацетила на изхода на биореактора. Чрез използване на декарбоксилаза алфа-ацетолактат (ДКАА) в ливната мъст, за да се намали съдържанието на диацетил в продукта, отвеждан от биореактора, могат да се сведат до минимум или да се елиминират периодите на следферментационната обработка.Decarboxylase alpha-acetolactate is added to the bioreactor to investigate its total effect (end effect) on the total concentration of diacetyl. Other strategies for diacetyl reduction have been explored, which include periodic retention for 48 hours after fermentation and second-stage immobilized cell fermentation systems using Alpha-Laval technologies (Anon, 1997). These two strategies have shown success in reducing diacetyl levels at the output of the bioreactor. By using decarboxylase alpha-acetolactate (DKAA) in the casting must to reduce the diacetyl content of the product discharged from the bioreactor, the post-fermentation treatment periods can be minimized or eliminated.
Активността на декарбоксилазата алфа-ацетолактат е оптимална при стойност на pH 6,0 при температура 10 °C за пивна мъст за производство на лека бира, което е типично за промишлената пивна мъст. Активността на алфа-ацетолактата се повишава в максимална степен при 35 °C (Anon, 1994 г.).При типичните условия за ферментация, при които температурата и pH са по-ниски, активността на алфа-ацетолактата е по-малка от оптималната.Decarboxylase activity of alpha-acetolactate is optimal at a pH of 6.0 at 10 ° C for light beer, which is typical of industrial beer must. Alpha-acetolactate activity is maximized at 35 ° C (Anon, 1994) Under typical fermentation conditions where the temperature and pH are lower, alpha-acetolactate activity is less than optimal.
През 1997 г. Health Canada направи промяна на нормативните актове на Канада (SOR/97-81) за хранителни продукти и лекарства, за да позволи използването на декарбоксилаза алфа-ацетолактат в алкохолните напитки, което е отворена врата за неговото използване в пивоварните на Канада. Bacillus subtilis, носещ генния код на декарбоксилаза алфа-ацетолактат от Bacillus brevis, произвежда този ензим. Тъй като алфа-ацетолактата е ензим, получен чрез генетично модифициран организъм, има публичноIn 1997, Health Canada amended the Food and Drug Administration (SOR / 97-81) of Canada to allow the use of alpha-acetolactate decarboxylase in alcoholic beverages, which is an open door for its use in Canadian breweries . Bacillus subtilis, carrying the decarboxylase alpha-acetolactate gene code from Bacillus brevis, produces this enzyme. Since alpha-acetolactate is an enzyme produced by a genetically modified organism, it is publicly available.
271 схващане, че е необходимо да се изследва неговото поведение271 understanding that it was necessary to examine his behavior
преди този ензим да се използва като търговски продукт.before it is used as a commercial product.
За провеждане на експериментите се използват дрожди LCC3021 за получаване на лека бира. От Labatt в Лондон се доставя пивна мъст с високо относително тегло -17,5 °Р. Измерват се концентрациите на етанол, общото количество на ферментируеми въглехидрати (като глюкоза), общ диацетил и концентрацията на клетки в течната фаза. Дрождевите клетки са имобилизирани в гелни гранули от капа-карагенан, както беше описано в Глава 4. Биоректорът прави три оборота преди да се приеме, че е достигнал псевдо-устойчиво състояние. Както беше отбелязано по-рано, диацетилния метод, използван в тази разработка, се отнася до “общия диацетил”, тъй като при този метод се измерва количеството на диацетил и неговият прекурсор алфа-ацетолактат. Така, наблюдаваното намаление на общия диацетил по време на експеримента би могло да се дължи на комбинирания ефект от превръщането на ензима алфа-ацетолактат директно в ацетоин и последващо понижаване на концентрацията на неговото производно съединение диацетил.For the experiments, yeast LCC3021 was used to prepare light beer. Beer musts with a relative weight of -17.5 ° P are delivered from Labatt in London. Ethanol concentrations, total fermentable carbohydrates (such as glucose), total diacetyl, and cell concentration in the liquid phase are measured. The yeast cells were immobilized in kappa-carrageenan gel pellets as described in Chapter 4. The bioreactor made three turns before being assumed to have reached a pseudo-steady state. As noted earlier, the diacetyl method used in this development refers to "total diacetyl" as this method measures the amount of diacetyl and its precursor alpha-acetolactate. Thus, the observed decrease in total diacetyl during the course of the experiment could be due to the combined effect of converting the alpha-acetolactate enzyme directly to acetoin and a subsequent decrease in the concentration of its diacetyl derivative.
Декарбоксилаза алфа-ацетолактат е предоставена за лабораторни цели от Novo Nordisk A/S, Denmark като Matures® L. Активността на ензима е 1500 ADU/g, където ADU е количеството ензим, от което при стандартни условия, чрез декарбоксилиране на алфа-ацетолактат се получават 1 μ mole ацетоин на минута, което е описано в Метод AF27 на Novo Nordisk (Anon, 1994 г.).Alpha-acetolactate decarboxylase was provided for laboratory use by Novo Nordisk A / S, Denmark as Matures® L. The enzyme activity is 1500 ADU / g, where ADU is the amount of enzyme from which, under standard conditions, decarboxylation of alpha-acetolactate is receive 1 μ mole of acetoin per minute as described in Novo Nordisk Method AF27 (Anon, 1994).
Условия на непрекъснатата ферментация: Непрекъснатата ферментация се провежда в биореактор с обем 8 L, снабден със смукателна тръба, при който се използва газова подемна сила. В него се подават гелни гранули от капа-карагенан, в които са имобилизирани дрождеви клетки за производство на лекаContinuous fermentation conditions: Continuous fermentation is carried out in an 8 L volume bioreactor equipped with a suction tube using gas lift. It supplies gel capsules of kappa-carrageenan, which immobilize yeast cells for the production of light
272 бира в количество 40 % (об/об). В биореактора се разпръсква газова смес от въглероден диоксид (438 mL/min при нормални температура и налягане) и въздух (34 ml_/ min при нормални температура и налягане). Температурата на ферментацията се регулира на 15 °C през целия период на опитите, а времето на престой Rt в биореактора е 1,5 дни. При тези условия се наблюдава общата концентрация на диацетил и се достига средна стойност на концентрацията на диацетил при псевдо-устойчиво състояние. След това към пивната мъст се прибавя декарбоксилазата алфаацетолактат с концентрация 72 gg/L (108 ADU/L) и се наблюдава концентрацията на диацетил в биореактора.272 beers in the amount of 40% (v / v). A gas mixture of carbon dioxide (438 mL / min at normal temperature and pressure) and air (34 ml / min at normal temperature and pressure) is sprayed into the bioreactor. The fermentation temperature was adjusted to 15 ° C throughout the test period and the residence time of R t in the bioreactor was 1.5 days. Under these conditions, the total concentration of diacetyl is monitored and an average value of the pseudo-steady state diacetyl concentration is reached. The decarboxylase alfaacetolactate 72 gg / L (108 ADU / L) was then added to the must and the concentration of diacetyl was observed in the bioreactor.
Експеримент 1: Пивната мъст се взема от пивоварната в съдове от неръждаема стомана с обем 20 L и се нагрява в автоклав за време 45 минути при 100 °C. Пивната мъст се държи при температура 2 °C на водна баня с контролирана температура, докато се подаде към биорекатора. Когато в биореактора се достигне концентрация на диацетил в условия на псевдо-устойчиво състояние, към пивна мъст в съда с обем 20 L се добавят 72 gg/L (108 ADU/L) от ДКАА. Началната концентрация на биомаса в гелните гранули от капа-карагенан е 3 х 107 клетки/mL гел.Experiment 1: The wort is taken from the brewery in 20 L stainless steel vessels and heated in an autoclave for 45 minutes at 100 ° C. The wort is kept at 2 ° C in a controlled water bath until fed to the bioreactor. When a pseudo-steady state concentration of diacetyl is reached in the bioreactor, 72 gg / L (108 ADU / L) of DKAA is added to the must in a 20 L container. The initial biomass concentration in the kappa carrageenan gel pellets was 3 x 10 7 cells / mL gel.
Експеримент 2: За да се сведе до минимум рискът от замърсявания, системата е в затворен контур при изходящия отвор, а също така към системата са предвидени и други предпазни средства, както е описано в Глава 4. Както при Експеримент 1, пивната мъст се взема от пивоварната в съдове от неръждаема стомана с обем 20 L и се нагрява в автоклав за време 45 минути при 100 °C. Пивната мъст се държи при температура 2 °C на водна баня с контролирана температура, докато се подаде към биорекатора. Началната концентрация на биомаса в гелните гранули от капакарагенан е 3 х 107 клетки/mL гел. Когато в биореактора се достигнеExperiment 2: In order to minimize the risk of contamination, the system is closed in at the outlet and other safeguards are also provided to the system, as described in Chapter 4. As in Experiment 1, beer must is taken. from the brewery in 20 L stainless steel vessels and heated in an autoclave for 45 minutes at 100 ° C. The wort is kept at 2 ° C in a controlled water bath until fed to the bioreactor. The initial biomass concentration in the capacaragenan gel pellets was 3 x 10 7 cells / mL gel. When in the bioreactor is reached
273273
концентрация на диацетил в условия на псевдо-устойчиво състояние, към пивна мъст в съда с обем 20 L се добавят 72 gg/L (108 ADU/L) отДКАА.concentration of diacetyl under pseudo-steady state conditions, 72 gg / L (108 ADU / L) ODKAA was added to the must in a 20 L container.
Експеримент 3; Необогатена с кислород пивна мъст със 17,5 °Р (14 hL) се подава в голям съд за съхранение на пивна мъст (Т-1) в експерименталната инсталация. След това пивната мъст се пастьоризира с използване на пара и са съхранява, като в нея се разпръсква въглероден диоксид, за да се поддържа константна концентрация на разтворения кислород, < 0.10 mg/L, както е описано в Глава 5. От този резервоар пивната мъст се подава в биореактора до достигне на обща концентрация на диацетил в условия на псевдо-устойчиво състояние. След това при асептични условия към пивната мъст се добавя алфа-ацетолактат в количество 72 gg/L за провеждане на останалата част от опита. Добавянето на алфа-ацетолактат се осъществява чрез измерване на количеството пивна мъст, останала в резервоара за съхранение, и като се изчисли количеството на алфа-ацетолактата, което е необходимо за достигане на концентрацията на ензима до зададената стойност от 72 gg/L (108 ADU/L). Съответното количество ензим след това се разтваря в 10 L стерилна пивна мъст. Този разтвор се пренася в 20 L съд под налягане от неръждаема стомана, който е свързан чрез стерилна тръба с отвора за взимане на проби на резервоара за съхранение на пивна мъст (Т-1). След това разтворът на алфаацетолактат се вкарва под налягане в резервоара за съхранение на пивна мъст, като за целта се използва стерилен въглероден диоксид. За да се осигури необходимото смесване на алфа-ацетолактатния разтвор с пивната мъст в резервоара, дебитът на въглеродния диоксид, разпръскван в съда, се повишава до 4720 mL/min при нормална температура и налягане за време 1 час, след което се връща нормалният дебит. В резервоарът за съхранение се съдържаExperiment 3; Oxygen-free beer must at 17.5 ° P (14 hL) was fed into a large beer must (T-1) storage vessel in the experimental installation. The wort must then be pasteurized using steam and stored, spraying carbon dioxide in it to maintain a constant dissolved oxygen concentration of <0.10 mg / L, as described in Chapter 5. From this tank, the wort must is fed into the bioreactor to reach a total concentration of diacetyl under pseudo-steady state conditions. Then, under aseptic conditions, alpha-acetolactate 72 gg / L was added to the wort to conduct the remainder of the experiment. Addition of alpha-acetolactate is accomplished by measuring the amount of wort remaining in the storage tank and by calculating the amount of alpha-acetolactate required to reach an enzyme concentration of 72 gg / L (108 ADU) / L). The appropriate amount of enzyme is then dissolved in 10 L of sterile beer must. This solution is transferred to a 20 L stainless steel pressure vessel, which is connected via a sterile tube to the sampling hole of the beer must storage tank (T-1). The alpha-acetolactate solution is then introduced under pressure into a beer must storage tank using sterile carbon dioxide for this purpose. To ensure the proper mixing of the alpha-acetolactate solution with the must in the tank, the flow rate of carbon dioxide sprayed into the vessel is raised to 4720 mL / min at normal temperature and pressure for 1 hour, after which normal flow is restored. The storage tank is contained
274 пивна мъст, към която е добавено достатъчно количество алфаацетолактат, за да се завърши опита. Началната биомаса в гелните гранули от капа-карагенан е 108 клетки/mL гел.274 wort to which sufficient alpha-acetolactate was added to complete the experiment. The initial biomass in the kappa-carrageenan gel pellets was 10 8 cells / mL gel.
Резултати и дискусияResults and discussion
7.2.1 Ефект от относителното количество въздух във флуидизиращия газ, подаван в биореактора, върху дрождевите метаболити по време на главната непрекъсната ферментация7.2.1 Effect of the relative amount of air in the fluidised gas supplied to the bioreactor on the yeast metabolites during the main continuous fermentation
На фигури 7.2 - 7.11 са изобразени графично жизнеспособността на дрождите в течната фаза и концентрацията на клетки, както и концентрациите на свободния аминен азот (САА), общо ферментируеми въглехидрати (като глюкоза), етанол, общ диацетил, ацеталдехид, етилацетат, 1-пропанол, изобутанол,Figures 7.2 - 7.11 graphically depict the viability of the yeast in the liquid phase and the cell concentration, as well as the concentrations of free amine nitrogen (CAA), total fermentable carbohydrates (such as glucose), ethanol, total diacetyl, acetaldehyde, ethyl acetate, 1-propanolate , isobutanol,
изоамилацетат, изоамилалкохол, етилхексаноат и етилокганоат в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Всички работни параметри на биореактора се поддържат константни по време на опита с изключение на процентното съдържание на въздух в разпръсквания в биореактора газ, което е отбелязано директно на фигурите. В Таблица 7.2 са дадени средните стойности за всеки анализ при псевдо-устойчиво състояние (след минимум три оборота на реактора).isoamyl acetate, isoamyl alcohol, ethylhexanoate and ethylchanoate depending on the duration of continuous fermentation. All operating parameters of the bioreactor are kept constant throughout the test except for the percentage of air in the gas sprayed into the bioreactor, which is indicated directly in the figures. Table 7.2 gives the mean values for each pseudo-steady state analysis (after a minimum of three reactor revolutions).
275275
Таблица 7.2 Сумарна таблица, отразяваща въздействието на дебита на въздуха, подаван през разпръсквателя в биореактора, върху концентрациите на дрождите в течната фаза и ключовите дрождеви метаболити в биореактора при продължителност на престой Rt 1,18 дни, като са дадени средните стойности при псевдоустойчиво състояние.Table 7.2 Summary table showing the effect of air flow through the sprayer in the bioreactor on the concentrations of the yeast in the liquid phase and the key yeast metabolites in the bioreactor over a residence time of R t of 1.18 days, giving the mean values at the pseudostable condition .
*Средна стойност за крайните четири дни при всеки работен параметър* Average for the last four days for each operating parameter
Фигури 7.2 и 7.3 показват, че при този експеримент дрождевата популация в течната фаза не достига нула. Съединенията, придаващи вкусови качества, които са изследвани в тази разработка, се получават чрез комбиниране на свободни и имобилизирани дрождеви клетки и не е определян относителния принос на всеки източник. Има повече от един източник на свободноFigures 7.2 and 7.3 show that in this experiment the yeast population in the liquid phase did not reach zero. The flavoring compounds investigated in this development were prepared by combining free and immobilized yeast cells and the relative contribution of each source was not determined. There is more than one source available
276276
суспендирани дрождеви клетки: растежа на биомасата и клетките, които са се отделили от гелните гранули и са преминали в основната течна среда. Изследването със съставни модели от отделени и култивирани клетки е показало, че когато клетките са отделени от повърхностните слоеве на биомасата, дори ако биореакторът работи с висока степен на разреждане, все още има популация на клетки в течността (Karamanev, 1991).suspended yeast cells: the growth of biomass and cells that have separated from the gel pellets and passed into the basic liquid medium. Studies with composite models of separated and cultured cells have shown that when cells are separated from the surface layers of biomass, even if the bioreactor operates at a high dilution rate, there is still a population of cells in the fluid (Karamanev, 1991).
На фигура 7.4 е посочена концентрацията на свободен аминен азот (САА) в течната фаза. Интересно е да се отбележи, че минималната концентрация на свободния аминен азот се наблюдава при дебит на въздуха 34 mL/min при нормална температура и налягане. Това не съвпада с максималната концентрация на етанол или минималните концентрации на общия ферментируем въглехидрат (като глюкоза).Figure 7.4 shows the concentration of free amine nitrogen (CAA) in the liquid phase. It is interesting to note that the minimum concentration of free amine nitrogen is observed at an air flow of 34 mL / min at normal temperature and pressure. This does not coincide with the maximum concentration of ethanol or the minimum concentrations of total fermentable carbohydrate (such as glucose).
Концентрацията на етанол в течната фаза в реактора намалява, докато общият ферментируем карбохидрат (като глюкоза) се увеличава, когато обемният дебит на въздуха в разпръсквания газ се увеличи от 94 на 354 mL/min, което се вижда от фигура 7.5. Това може да показва, че има дишане на клетките в по-голяма степен, а не ферментация, поради увеличаването на наличния кислород. Когато обемният дебит отново се намали от 354 mL/min до 34 mL/min при нормална температура и налягане, концентрацията на етанол отново се увеличава, но не достига концентрацията, наблюдавана при обемен дебит от 94 mL/min, тъй като други фактори оказват влияние върху системата, което има за резултат стареене на клетките, ефекти от продължителното въздействие на относително високо количество кислород по времето, когато дебитът е 354 mL/min и промени в популацията на имобилизираните клетки. На фигура 2.4 White и Portno (1978 г.) са отбелязали промени в концентрациите на дрождевите метаболити, свързани с вкусовитеThe concentration of ethanol in the liquid phase in the reactor decreases while the total fermentable carbohydrate (such as glucose) increases when the volume flow rate of air in the spray gas increases from 94 to 354 mL / min, as can be seen from Figure 7.5. This may indicate that there is more cell respiration rather than fermentation due to the increase in oxygen available. When the volume flow rate is again reduced from 354 mL / min to 34 mL / min at normal temperature and pressure, the ethanol concentration again increases but does not reach the concentration observed at a volume flow rate of 94 mL / min, as other factors influence on the system resulting in cell aging, the effects of prolonged exposure to a relatively high amount of oxygen at a time when the flow rate is 354 mL / min, and changes in the population of immobilized cells. Figure 2.4 White and Portno (1978) noted changes in concentrations of yeast metabolites associated with taste.
277277
качества, в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация, провеждана в техния вертикален ферментатор.properties, depending on the duration of continuous fermentation carried out in their vertical fermenter.
На фигура 7.6 е показано ясно изразеното въздействие на кислорода върху получаването на общ диацетил, Тъй като обикновено диацетилът се счита за нежелано вкусово вещество в пивото, една от главните причини за оптимизиране на количеството кислород в биореактора е да се регулират нивата на вкусовите вещества. След периода на продухване на въздух с дебит 354 mL/min дебитът пада на 34 mL/min при нормална температура и налягане и общият диацетил намалява. Известно е, че по време на периодична ферментация увеличаването на кислород води до образуване на алфа-ацетолактат, който е прекурсор на диацетила (Kunze, 1996).Figure 7.6 shows the pronounced effect of oxygen on the production of total diacetyl, since diacetyl is generally considered an undesirable flavoring substance in beer, one of the main reasons for optimizing the amount of oxygen in the bioreactor is to regulate flavoring levels. After a purge period of 354 mL / min, the flow rate drops to 34 mL / min at normal temperature and pressure and the total diacetyl decreases. During periodic fermentation, it is known that an increase in oxygen leads to the formation of alpha-acetolactate, which is a precursor of diacetyl (Kunze, 1996).
На фигура 7.7 е показана ясно изразена зависимост между количеството на въздух в разпръсквания газ и концентрацията на ацеталдехид. Когато процентното съдържание на въздух в разпръсквания газ се увеличи, количеството на ацеталдехид също се увеличава. Ацеталдехидът придава на пивото вкус на зелена ябълка и обикновено присъства в промишлено произвежданото пиво на нива, по-малки от 20 mg/L.Figure 7.7 shows a clear relationship between the amount of air in the spray gas and the concentration of acetaldehyde. As the percentage of air in the spray gas increases, the amount of acetaldehyde also increases. Acetaldehyde gives the beer a green apple flavor and is usually present in commercially produced beer at levels less than 20 mg / L.
278278
1.00Е+10Концентрация на клетки в течната фаза (клетки/mL)1.00E + 10Concentration of cells in the liquid phase (cells / mL)
1.оое+о01.oooo + o0
1.00Е+08·1.00E + 08 ·
1.00Е+071.00Е+061.00E + 071.00E + 06
1.00Е+05· ♦1.00E + 05 · ♦
1.оое+о+1.oooo + o +
1.00Ε+ΟΉ1.00Ε + ΟΉ
1.00Е+021.00E + 02
1.QOE+O11.QOE + O1
1.00Е+00 *1.00E + 00 *
I, ;Г *I,; r *
Продължителност на непрекъснатата ферментация (h)Continuous fermentation duration (h)
Фигура 7.2 Концентрация на дрождеви клетки в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.2 Concentration of yeast cells in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation. The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
279279
Фигура 7.3 Жизнеспособност на дрождите в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.3 Viability of the yeast in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation. The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
••
280280
фигура 7.4 Концентрация на останалия в ливната мъст свободен аминен азот в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.4 Concentration of free amine nitrogen remaining in the must, depending on the duration of continuous fermentation. The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
281281
7.007.00
Концентрация на етанол и ферментируема глюкоза (g/100mL)Concentration of ethanol and fermentable glucose (g / 100mL)
6.006.00
5.005.00
4.004.00
3.00·3.00 ·
200200
1.001.00
0.00 > ♦0.00> ♦
·. ♦·. ♦
TTTTTT
Й , . f! 'u '·· · - ! k't-M jnL/min—r—►' /·· V +.And,. f! 'u' ·· · -! k't-M jnL / min — r — ► '/ ·· V +.
!' ‘ ,J. >·.'r! ' ', J. > · .'R
Д ' Ш» : .·. \ *D 'W': ·. \ *
ί Λ ^3.· №>* ·»·’ ♦ ♦♦♦ •t ’ί Λ ^ 3. · No.> * · »· '♦ ♦♦♦ • t'
Г., .•••I *··/. 4 ?'G.,. ••• I * ·· /. 4? '
I tI t
Ί|< v;1'r Ί | <v; 1 ' r
• ‘ ! I I i r i i-------------, I......• '! I I i r i i -------------, I ......
5 10 15 20 25 30 36 40 ч5 10 15 20 25 30 36 40 h
♦ ♦♦ ♦ Етанол♦ ♦♦ ♦ Ethanol
Ферм.гпюкозаFarm.pucosa
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.5 Концентрация на етанол и общ ферментируем въглехидрат (като глюкоза) в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.5 Concentration of ethanol and total fermentable carbohydrate (such as glucose) depending on the duration of continuous fermentation. The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
282282
Фигура 7.6 Обща концентрация на диацетил в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. . Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.6 Total concentration of diacetyl depending on the duration of continuous fermentation. . The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
283283
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.7 Концентрация на ацеталдехид в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.7 Concentration of acetaldehyde in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation. The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
284284
В Таблица 7.2 и фигури 7.8 - 7.9 са дадени концентрациите на етилацетат, изоамилацетат, етилхексаноат и етилоктаноат при псевдо-устойчиво състояние на системата в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. За всички измервани естери стъпаловидната промяна на дебита на аерацията от 94 на 354 ml_/min при нормална температура и налягане води до намаляване на концентрацията. Когато аерационният дебит се намали от 354 mL/min на 34 mL/min при нормална температура и налягане, концентрациите на изоамилацетат, етилхексаноат и етилоктаноат се увеличават. Но те не се увеличават до стойностите, наблюдавани при аерационен дебит от 94 mL/min. Диаграмите на характеристиките на тези съединения са много близко една до друга, като етилхексаноатьт и етилоктаноатът показват в по-голяма степенTable 7.2 and Figures 7.8 - 7.9 give the concentrations of ethyl acetate, isoamyl acetate, ethylhexanoate and ethyl octanoate in a pseudorandom state of the system depending on the duration of continuous fermentation. For all esters measured, a stepwise change of aeration flow from 94 to 354 ml / min at normal temperature and pressure results in a decrease in concentration. When the aeration flow is reduced from 354 mL / min to 34 mL / min at normal temperature and pressure, the concentrations of isoamyl acetate, ethyl hexanoate and ethyl octanoate increase. However, they do not increase to the values observed at aeration flow rate of 94 mL / min. The performance diagrams of these compounds are very close together, with ethylhexanoate and ethyl octanoate showing more
относително изменение в сравнение с изоамилацетата. Концентрацията на етилацетата намалява, когато обемният дебит на въздуха се понижи на 34 mL/min при нормална температура и налягане.relative change compared to isoamyl acetate. The ethyl acetate concentration decreases when the volume flow rate of air is reduced to 34 mL / min at normal temperature and pressure.
При всички тези естери, измервани по време на изследването, концентрацията им се увеличава, когато въздухът се елиминира напълно от флуидизиращия газ. Концентрацията на всеки естер нараства и след това кривата на диаграмата придобива конусообразна форма, когато концентрацията на клетки в течната фаза на биореактора намалее рязко.For all these esters measured during the study, their concentration increases when the air is completely eliminated from the fluidizing gas. The concentration of each ester increases and then the curve of the diagram takes on a cone shape when the concentration of cells in the liquid phase of the bioreactor decreases sharply.
На фигури 7.10 и 7.11 са дадени съдържанията на висши алкохоли, изоамилапкохол, изобутанол и 1-пропанол в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. За измерените алкохоли концентрацията се увеличава в резултат на стъпалообразното увеличение на аерацията от 94 на 354mL/min при нормална температура и налягане. Изобуганолът показва най-голямо относително изменение при промяната на аерационния дебит.Figures 7.10 and 7.11 give the contents of higher alcohols, isoamylapacol, isobutanol and 1-propanol depending on the duration of continuous fermentation. For the alcohols measured, the concentration increases as a result of a stepwise aeration increase from 94 to 354mL / min at normal temperature and pressure. Isogoganol shows the largest relative change in change in aeration flow.
285285
Концентрациите на 1-пропанол са много под стойностите на пределните граници за вещества, определящи вкусовите качества на продукта, които са 600-800 mg/L, но по време на експерименталната непрекъсната ферментация, концентрацията беше доста над тази, която е установена за обикновеното промишлено получено пиво чрез периодична ферментация, при което концентрацията обикновено е под 16 mg/L. Това не се отнася за изоамилалкохола или изобутанола, които са в нормални граници. Съединението 1пропанол се предполага, че се получава при редукцията на кисел пропионат. (Gee и Ramirez, 1994 г.). Други изследователи (Hough et al., 1982 г.; Yamauchi et al., 1995 г.) също отнасят образуването на 1пропанол на метаболизма на амино киселините а-аминомаслена киселина и треонин със съответната оксикиселина и алдехид, съответно α-бутанова киселина и проприоналдехид.Concentrations of 1-propanol are well below the limit values for flavoring agents, which are 600-800 mg / L, but during the experimental continuous fermentation, the concentration was well above that found for conventional industry beer obtained by periodic fermentation at which the concentration is usually below 16 mg / L. This is not the case for isoamyl alcohol or isobutanol which are within the normal range. The compound 1 propanol is supposed to be produced by the reduction of acidic propionate. (Gee and Ramirez, 1994). Other researchers (Hough et al., 1982; Yamauchi et al., 1995) also reported the formation of 1-propanol of the amino acid metabolism of α-aminobutyric acid and threonine with the corresponding oxyacid and aldehyde, respectively α-butanoic acid and propionaldehyde .
Тъй като излишъци на диацетил, ацеталдехид и фузелови алкохоли не са желани в пивото, за да се ограничи тяхното получаване, е важно да се регулира кислородът. Както се дискутира в литературата, когато подаването на кислород към дрождевите клетки се увеличи, се увеличава анаболното образуване на прекурсори на аминокиселини и по този начин се наблюдава по-високо съдържание на алкохоли, окси-киселини и диацетил. Известно е, че концентрацията на естери намалява с увеличаването на количеството на кислорода, тъй като образуването на естери се катализира от пренасянето на ацетил. Това пренасяне на ацетил се инхибира от ненаситени масни киселини и ергостерин, които на свой ред се увеличават от присъствието на кислород (Norton и D'Amore, 1994 г.).Because excess diacetyl, acetaldehyde, and fusel alcohols are not desired in beer to limit their production, it is important to regulate oxygen. As discussed in the literature, when oxygen uptake into yeast cells increases, the anabolic formation of amino acid precursors increases and thus a higher content of alcohols, oxyacids and diacetyl is observed. It is known that the concentration of esters decreases with the increase of oxygen, since the formation of esters is catalyzed by the transfer of acetyl. This acetyl transfer is inhibited by unsaturated fatty acids and ergosterol, which in turn are increased by the presence of oxygen (Norton and D'Amore, 1994).
За условията на биореактора, използван в този експеримент, при псевдо-устойчивото състояние (след минимум три оборота наUnder the conditions of the bioreactor used in this experiment under pseudo-steady state (after a minimum of three revolutions per
286 биоректора) измерените концентрации на разтворен кислород в течната фаза в биореактора са по-близко до нула (по-малко от 0,03 mg/L).286 bioreactors) the measured concentrations of dissolved oxygen in the liquid phase in the bioreactor are closer to zero (less than 0.03 mg / L).
Този експеримент не дава възможност за директно сравняване на данните от 94mLymin и 34mL/min дебит на въздуха във флуидизиращия газ при нормална температура и налягане, тъй като те са отделени от дебита с най-висока стойност (354 mL/min). Това е така поради физиологичното състояние на дрождите в резултат на излагането им на въздействие на предишните условия в биореактора. Имобилизиращата матрица и непрекъснататаThis experiment did not allow a direct comparison of data from 94mLymin and 34mL / min air flow rate in the fluidized gas at normal temperature and pressure, as they were separated from the highest flow rate (354 mL / min). This is because of the physiological state of the yeast as a result of exposure to the previous conditions in the bioreactor. The immobilizing matrix and the continuous one
ферментация могат също да доведат до други промени във вкусовите качества на продукта.fermentation can also lead to other changes in the taste of the product.
Не са установени замърсявания в която и да е точка на биореактора по време на експеримента.No contamination was detected at any point of the bioreactor during the experiment.
За да се балансират изискванията към определено количество кислород за поддържане жизнеспособността на дрождите и необходимостта от свеждане до минимум на количеството кислород, за да се получи пиво с необходимите вкусови качества, би могло да се проучат други стратегии, като например добавянето на хранителни вещества като цинк, магнезий или осигуряване на други екзогенни вещества, които са необходими за дрождевите клетки за поддържане на тяхната жизнеспособност. Добавянето на такива вещества дава възможност за намаляване на изискванията за съдържание на кислород за дрождите. Друга възможност е да се работи с много ниски концентрации на кислород през по-голямата част от времето, като периодично в определени участъци се подава кислород на импулси, за да се поддържа жизнеспособността на клетките.Other strategies, such as the addition of nutrients such as zinc, could be explored to balance the requirements for a certain amount of oxygen to maintain the viability of the yeast and the need to minimize the amount of oxygen to produce beer with the necessary flavors. , magnesium or the provision of other exogenous substances necessary for the yeast cells to maintain their viability. The addition of such substances makes it possible to reduce the oxygen content requirements of the yeast. Alternatively, very low oxygen concentrations can be used for most of the time, with pulses being oxygenated periodically at certain sites to maintain cell viability.
287287
б 10 15 20 25 30 36 40 46 60 65 60 66 70b 10 15 20 25 30 36 40 46 60 65 60 66 70
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.8 Концентрация на етилацетат в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. . Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.8 Concentration of ethyl acetate as a function of the duration of continuous fermentation. . The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
288288
Концентрация на изоамилацетат (mg/L)Isoamyl acetate concentration (mg / L)
Фигура 7.9 Концентрация на изоамилацетат, етилхексаноат и етилоктаноат в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. . Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.9 Concentration of isoamyl acetate, ethylhexanoate and ethyl octanoate in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation. . The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
z £ оz £ o
S ь « оS 'oh
Изоамилацетат Етилхексаноат ЕтилоктаноатIsoamyl acetate Ethylhexanoate Ethyl octanoate
289289
Концентрация на изоамилалкохол (mg/L)Isoamyl alcohol concentration (mg / L)
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.10 Концентрация на изоамилалкохол и изобутанол в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.10 Concentration of isoamyl alcohol and isobutanol in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation. The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
Изоамилалкохол ИзобутанолIsoamyl alcohol Isobutanol
290290
Фигура 7.11 Концентрация на 1-пропанол в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация. Обемният дебит на въздуха при нормална температура и налягане, подаван в биореактора чрез разпръсквателно устройство, е посочен на графиката. Останалата част от газа е въглероден диоксид и по време на експеримента общият обемен дебит на газа е константна величина, равняваща се на 472 mL/min при нормална температура и налягане.Figure 7.11 Concentration of 1-propanol in the liquid phase as a function of the duration of continuous fermentation. The volumetric air flow rate at normal temperature and pressure supplied to the bioreactor via a spray device is shown in the graph. The remainder of the gas is carbon dioxide and during the experiment the total gas flow rate is a constant of 472 mL / min at normal temperature and pressure.
291291
7.2.2 Следферментационен период на задържане на продукта на партиди: Ефекти от въздействието на кислорода върху дрождевите метаболити.7.2.2 Post-fermentation period of product retention in batches: Effects of oxygen action on yeast metabolites.
Тъй като в края на периодичната ферментация общият диацетил не е в необходимите граници за промишлено произведено пиво, се използват няколко подхода, за да се намали концентрацията на това съединение до приемливи граници. ЕдинSince total diacetyl is not within the required range for industrially produced beer at the end of periodic fermentation, several approaches are used to reduce the concentration of this compound to acceptable limits. One
такъв подход е използването на период на задържане в затоплено състояние веднага след непрекъснатата главна ферментация.this approach is to use a warmed-up retention period immediately after continuous main fermentation.
На фигури 7.12 - 7.21 са изобразени графично концентрациите на общ ферментируем въглехидрат (като глюкоза), етанол, общ диацетил, ацеталдехид, етилацетат, 1-пропанол, изобутанол, изоамилацетат, изоамилалкохол и етилхексаноат в течната фаза в зависимост от продължителността на следферментационното задържане. Взетите проби от ферментатора за непрекъсната ферментация при псевдо-устойчиво състояние се държат в аеробно или анаеробно състояние, както е показано на легендата на всяка от фигурите.Figures 7.12 - 7.21 graphically depict the concentrations of total fermentable carbohydrate (such as glucose), ethanol, total diacetyl, acetaldehyde, ethyl acetate, 1-propanol, isobutanol, isoamyl acetate, isoamyl alcohol and ethylhexanoate in the liquid phase dependence. Samples taken from the fermenter for continuous fermentation in the pseudostable condition are kept in aerobic or anaerobic state, as shown in the legend of each of the figures.
На фигура 7.12 концентрацията на общия ферментируем въглехидрат (като глюкоза) спада бързо през първите два часа, а след това през останалото време на периода на задържане намалява с по-малка скорост както при аеробните, така и при анаеробните проби. Възможна причина за това наблюдение е, че през първите два часа преди декантацията присъстват повече дрожди и концентрацията на захари е по-висока в началото на периода на задържане. Няма съществена разлика между аеробните и анаеробни проби по отношение намаляването на ферментируемата глюкоза, въпреки че в началото могат да се установят известни различия.In Figure 7.12, the concentration of total fermentable carbohydrate (such as glucose) decreases rapidly during the first two hours and then decreases at a slower rate during both the retention period at both aerobic and anaerobic samples. A possible reason for this observation is that in the first two hours before decantation more yeast is present and the sugar concentration is higher at the beginning of the retention period. There is no significant difference between aerobic and anaerobic samples with respect to the reduction of fermentable glucose, although some differences may be observed initially.
292292
Концентрацията на етанол на фигура 7.13 нараства бързо при започването на периода на задържане и след това аеробните и анаеробни проби увеличават концентрацията на етанол over time паралелно. Началното увеличение на концентрацията на етанол за анаеробната проба съвпада с периода, в който най-много намалява съдържанието на захари. В края на периода на задържане концентрацията на етанол е по-висока в анаеробно обработените проби.The ethanol concentration of Figure 7.13 increases rapidly at the start of the retention period and then aerobic and anaerobic samples increase the ethanol concentration over time in parallel. The initial increase in ethanol concentration for the anaerobic sample coincides with the period during which the sugars content is most reduced. At the end of the retention period, the ethanol concentration was higher in the anaerobically treated samples.
От фигура 7.14 се вижда, че аеробните проби показват още в началото увеличение на ацеталдехида при въздействието на аеробни условия извън биореактора. Комбинацията от аеробни условия с изразходване на захари и получаване на етанол би могла да обясни този резултат. В края на 48-часовия период на задържане концентрацията на ацеталдехид пада от 17 mg/L на 9 mg/L при анаеробната проба, което осигурява концентрация в границите на нормативите за качествена североамериканска лека бира (по-малко от 10 mg/L).It can be seen from Figure 7.14 that aerobic samples show an increase in acetaldehyde at the outset when exposed to aerobic conditions outside the bioreactor. The combination of aerobic conditions with sugar consumption and ethanol production could explain this result. At the end of the 48-hour retention period, the acetaldehyde concentration drops from 17 mg / L to 9 mg / L in the anaerobic sample, providing a concentration within the range of quality North American light beer (less than 10 mg / L).
Концентрацията на общ диацетил в зависимост от продължителността на задържане е дадена на фигура 7.15. Резултатите показват, че елиминирането на кислород от системата по време На този период на задържане осигурява по-благоприятни условия за намаляването на диацетил. Формата на кривата на общия диацетил може да се обясни с изчерпване на свободния аминен азот и последващото междуклетъчно получаване на валин, на който диацетилът е страничен продукт (Nakatani et al., 1984а ; Nakatani et al., 1984b). Общата концентрация на диацетил в края на главната непрекъсната ферментация е 326 цд/L, а в края на анаеробния период на задържане е 33 цд/L, което е доста под границата за промишлено произведено пиво.The concentration of total diacetyl depending on the retention time is given in Figure 7.15. The results show that the elimination of oxygen from the system during this retention period provides more favorable conditions for the reduction of diacetyl. The shape of the curve of total diacetyl can be explained by the depletion of free amine nitrogen and the subsequent intracellular production of valine to which diacetyl is a by-product (Nakatani et al., 1984a; Nakatani et al., 1984b). The total concentration of diacetyl at the end of the main continuous fermentation is 326 µg / L and at the end of the anaerobic retention period is 33 µg / L, which is well below the limit for industrially produced beer.
293293
На фигури 7.16 - 7.18 са представени диаграмите на концентрациите на естерите етилацетат, изоамилацетат и етилхексаноат в зависимост от продължителността на следферментационното задържане. Същите образци за аеробни и анаеробни проби са наблюдавани за всички естери. Концентрацията на естери в аеробните и анаеробните проби не се различава, докато по-късно през периода на задържане концентрацията на естери в аеробните проби намалява, а на анаеробните се повишава. Тъй като концентрацията на естери при непрекъснатата ферментация до известна степен е ниска в сравнение с концентрацията на естери, установена в промишлено полученото пиво, е желателно да се подберат условия, които благоприятстват получаването на естери.Figures 7.16 - 7.18 show diagrams of the concentrations of ethyl acetate, isoamyl acetate and ethyl hexanoate esters depending on the duration of post-fermentation retention. The same aerobic and anaerobic samples were observed for all esters. The concentration of esters in aerobic and anaerobic samples does not differ, whereas later during the retention period, the concentration of esters in aerobic samples decreases and anaerobic increases. Since the concentration of esters in continuous fermentation is somewhat low compared to the concentration of esters found in commercially produced beer, it is desirable to select conditions that favor the production of esters.
На фигури 7.19 - 7.21 са показани концентрациите на изоамилалкохол, 1-пропанол и изобутанол в зависимост от продължителността на следферментационното задържане. В края на 48 часовия период на задържане няма съществена разлика при тези алкохоли за аеробно и анаеробно обработените проби. Но на 24-тия час аеробно обработените проби при всички случаи показват повисока концентрация.Figures 7.19 - 7.21 show the concentrations of isoamyl alcohol, 1-propanol and isobutanol depending on the duration of post-fermentation retention. At the end of the 48 hour retention period, there was no significant difference in these alcohols for aerobically and anaerobically treated samples. However, at 24 hours the aerobically treated samples in all cases showed a high concentration.
На фигура 7.22 е представена радарна графика, която позволява сравнение на няколко вещества, придаващи вкусови качества, след 48 часов аеробен и анаеробен период на задържане с промишлено получено пиво. Радарните графики обикновено се използват в пивоварната промишленост, тъй като дават възможност за сравняване на различни характеристики на пивото, данните за които са нанесени на една графика (Sharpe, 1988). На тази фигура може да се види, че пивото, получено при непрекъсната ферментация и след това задържано при анаеробни условия, е найблизко до обикновеното пазарно пиво. От Приложение 6 може да се види, че анаеробната течност е в нормалните граници, характерни заFigure 7.22 presents radar graphs that allow comparison of several flavoring substances after a 48 hour aerobic and anaerobic retention period with industrially produced beer. Radar graphics are commonly used in the brewing industry as they allow the comparison of different characteristics of beer, the data of which is plotted (Sharpe, 1988). In this figure, it can be seen that the beer obtained by continuous fermentation and then retained under anaerobic conditions is closest to ordinary market beer. It can be seen from Appendix 6 that the anaerobic fluid is within the normal range of
294294
пазарно пиво с изключение на съдържанието на 1 -пропанол, което е значително по-високо в сравнение с периодично ферментирало пиво. Това по-високо от нормалното съдържание на 1 -пропанол се наблюдава при всички продукти, получени при непрекъсната ферментация в рамките на това изследване.market beer with the exception of the content of 1-propanol, which is significantly higher than the periodically fermented beer. This higher than normal content of 1-propanol was observed in all products obtained by continuous fermentation in this study.
Образуването на 1-пропанол се наблюдава в етапа на главната непрекъсната ферментация и неговото съдържание не намалява съществено по време на периода на задържане, където условията са аеробни и анаеробни. Kunze (1996 г.) установява, че по време на периодичната ферментация следните фактори увеличават висшите алкохоли като 1-пропанол: смесване, интензивно аериране на пивната мъст и повторно прибавяне на свежа пивна мъст към наличните дрожди.The formation of 1-propanol is observed during the main continuous fermentation stage and its content does not decrease significantly during the retention period, where the conditions are aerobic and anaerobic. Kunze (1996) found that during periodic fermentation, the following factors increase higher alcohols such as 1-propanol: mixing, intense aeration of beer must and re-adding fresh beer must to available yeast.
В крайна сметка идеалният случай би бил напълно да се елиминира вторичният период на задържане чрез оптимизиране на условията в биоректора при главната непрекъсната ферментация. Но друга изгода би могла да се получи като се използва периода на задържане чрез оптимизиране на температурата при задържането (отстраняване на диацетила чрез дрождите е силно зависимо от температурата), количеството на ферментируемите захари, които са останали в течността при започването на периода на задържане, оптимизиране на концентрацията на присъстващите дрожди, хидродинамичните характеристики на съда за задържане (отстраняването на диацетил би могло да се подобри чрез подобряване на контакта между дрождите и пивото) и предприемане на мерки за елиминиране на кислорода в този етап.Ultimately, the ideal case would be to completely eliminate the secondary retention period by optimizing the conditions in the bioreactor in the main continuous fermentation. But another benefit could be gained by using the retention period by optimizing the retention temperature (the removal of diacetyls by the yeast is highly temperature dependent), the amount of fermentable sugars remaining in the liquid at the start of the retention period, optimizing the concentration of yeast present, the hydrodynamic characteristics of the retention vessel (diacetyl removal could be improved by improving the contact between the yeast and beer) and undertaking no measures to eliminate oxygen at this stage.
Изчисленията за обемната производителност на пиво са дадени в Приложение 3. Описаният в този раздел процес, включващ непрекъсната работа на биореактора с 24 часово време на престой и последващо периодично задържане за време 48 часа, е 1,8 пъти по295The calculations for the volumetric capacity of beer are given in Appendix 3. The process described in this section, which involves continuous operation of the bioreactor with a 24-hour standby time and subsequent periodic holding for 48 hours, is 1.8 times 295.
продуктивно в сравнение с общоприетия промишлен периодичен процес. Относително бързият промишлен периодичен процес с цикъл от 7,5 дни има обемна производителност на пиво 0,093 т3 (обемът на съда в т3 х ден), докато описаният тук непрекъснат процес има производителност на пиво 0,165 т3 (обемът на съда в т3 х ден). Ако по-нататъшни изследвания позволят периодът на задържане да бъде съкратен на 24 часа, производителността на пиво ще стане 2,3 пъти по-висока в сравнение с промишления норматив за периодична работа. Ако се постигне идеалният случай от 24 часа непрекъснат процес без последващо задържане на партиди, обемната производителност на пиво ще бъде 7,5 пъти по-висока от промишления норматив за периодична работа. Освен увеличаване на обемната производителност, се постигат и допълнителни изгоди при преминаване от периодичен към непрекъснат процес, като например по-кратко време до пазара, намаляване на размерите на пивоварното помещение и по-малка честота на размножаване на дрождите, което би трябвало да се балансира с внимателни анализи на относителните разходи за работа.productive compared to the conventional industrial batch process. The relatively fast industrial batch process with a cycle of 7.5 days has a volume production of beer of 0.093 t 3 (the volume of the vessel in t 3 x day), while the continuous process described here has a productivity of beer of 0.165 t 3 (the volume of the vessel in t 3 x day). If further studies allow the retention period to be shortened to 24 hours, beer productivity will be 2.3 times higher than the industry benchmark. If the ideal case of a 24-hour continuous process without subsequent batch retention is achieved, the volumetric productivity of beer will be 7.5 times higher than the industry standard for recurring work. In addition to the increase in volume productivity, additional benefits are also gained from going from a batch to a continuous process, such as a shorter time to market, a reduction in the size of the brewery and a lower breeding frequency of yeast, which should be balanced with careful analyzes of the relative costs of labor.
Други изследователи (Kronlof и Virkajarvi, 1996 г.; Nakanishi et al., 1993 г.; Yamauchi et al., 1995 г.) насочват вниманието си към изследване на многостадийни непрекъснати ферментации, при които първият стадий на непрекъснатата ферментация (аеробна) има за резултат само частично изразходване на ферментируемите захари в пивната мъст. Докато този подход е показал известен успех по отношение на получаването на вкусови качества, тези системи са сложни. През първия аеробен стадий от такава система се създава среда, която е по-податлива на микробни замърсявания (т.е. висока концентрация на захари, температура и кислород с ниска концентрация на етанол). В системата от биореактор с газова подемна сила, която се използва в това изследване, в биореактораOther researchers (Kronlof and Virkajarvi, 1996; Nakanishi et al., 1993; Yamauchi et al., 1995) focus their attention on the study of multi-stage continuous fermentations in which the first stage of continuous fermentation (aerobic) has as a result only partial consumption of fermentable sugars in beer must. While this approach has shown some success in obtaining flavors, these systems are complex. During the first aerobic stage of such a system, an environment that is more susceptible to microbial contamination (ie, high concentrations of sugars, temperature and oxygen with low ethanol concentration) is created. In the gas lift bioreactor system used in this study, in the bioreactor
296 има ниска концентрация на ферментируеми захари, ниска стойност на pH, висока концентрация на етанол и ниска концентрация на кислород, което прави средата неподходяща за възможни замърсявания.296 has a low concentration of fermentable sugars, a low pH value, a high ethanol concentration and a low oxygen concentration, which makes the environment unsuitable for possible contamination.
297297
Фигура 7.12 Средна концентрация на ферментируема гяюкоза в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след непрекъсната главна ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници наFigure 7.12 Average concentration of fermentable gyukosis as a function of the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after continuous main fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of
Продължителност на задържане след ферментацията (h) “*·· Аеробно ·*- АнаеробноRetention time after fermentation (h) “* ·· Aerobic · * - Anaerobic
Фигура 7.13 Средна концентрация на етанол в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след непрекъсната главна ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 7.13 Average ethanol concentration as a function of the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after continuous main fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
298298
Аеробно -*· АнаеробноAerobic - * · Anaerobic
Продължителност на задержане след ферментация (h)Retention time after fermentation (h)
фигура 7.14 Средна концентрация на ацеталдехид в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след непрекъсната главна ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 7.14 Average concentration of acetaldehyde depending on the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after continuous main fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
299299
Продължителност на задържане след ферментацията (h)Retention time after fermentation (h)
Фигура 7.15 Средна концентрация на диацетил в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след непрекъсната главна ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 7.15 Average concentration of diacetyl as a function of the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after continuous main fermentation in a gas lift bioreactor. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
300300
Продължителност на задържане след ферментацията (h)Retention time after fermentation (h)
Фигура 7.16. Средна концентрация на етилацетат в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след главната непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на АИППАПИЯЯАНТЯПМИТА ПЯММИ =Figure 7.16. Average concentration of ethyl acetate as a function of the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after the main continuous fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of AIPPAPYAANTYAPMITA PAMMI =
Продължителност на задържане след ферментацията (h)Retention time after fermentation (h)
Фигура 7.17. Средна концентрация на изоамилацетат в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след главната непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 7.17. Average concentration of isoamyl acetate as a function of the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after the main continuous fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
301301
Продължителност на задържане след ферментацията (h) фигура 7.18. Средна концентрация на етилхексаноат в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след главната непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Retention time after fermentation (h) Figure 7.18. Average concentration of ethylhexanoate depending on the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after the main continuous fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
302302
Продължителност на задържане след ферментацията (h)Retention time after fermentation (h)
Фигура 7.19. Средна концентрация на изоамилалкохол в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след главната непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 7.19. Average concentration of isoamylalcohol depending on the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after the main continuous fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
фигура 7.20. Средна концентрация на 1-пропанол в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след главната непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 7.20. Average concentration of 1-propanol as a function of the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after the main continuous fermentation in a gas lift bioreactor. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
303303
Продължителност на задържане след ферментацията (h)Retention time after fermentation (h)
Фигура 7.21. Средна концентрация на изобутанол в зависимост от продължителността на задържане на аеробно и анаеробно обработени проби след главната непрекъсната ферментация в биореактор с газова подемна сила. Отклоненията по линиите, пресичащи кривите, представляват горната и долната граници на експерименталните данни (п=2).Figure 7.21. Average isobutanol concentration as a function of the retention time of aerobically and anaerobically treated samples after the main continuous fermentation in a bioreactor with gas lift. The deviations along the lines intersecting the curves represent the upper and lower bounds of the experimental data (n = 2).
304304
фигура 7.22. Радарна графика на данните за нормални концентрации, получени след 48 часа аеробно и анаеробно задържане след непрекъснатата главна ферментация в биореактор с газова подемна сила. Данните за нормалните концентрации са на базата на средните стойности на удвоени проби, а данните за промишлено произведеното пиво са взети като средна стойност от данните, дадени в Приложение 6.Figure 7.22. Radar graph of normal concentration data obtained after 48 hours of aerobic and anaerobic retention following continuous main fermentation in a gas lift bioreactor. Data on normal concentrations are based on the averages of duplicate samples and data on industrial beer are taken as the average of the data given in Annex 6.
305305
7.2.3 Въздействие на продължителността на престой на течността върху ключовите дрождеви метаболити по време на непрекъснатата главна ферментация7.2.3 Effect of the residence time of the liquid on key yeast metabolites during continuous main fermentation
На фигури 7.23 - 7,28 са представени резултатите от анализите на течната фаза, получена в биореактора. В Таблица 7.3 са посочени средните концентрации и дебитите при псевдо-устойчиво състояние (след минимум три оборота на биореактора). При експеримента са използвани две продължителности на престой. Докато жизнеспособността на дрождите в течната фаза не се променя съществено при увеличаване на дебита на подаваната към биореактора пивна мъст, концентрацията на дрождеви клетки се променя, което се вижда от фигура 7.23.Figures 7.23 - 7.28 show the results of the liquid phase assays obtained in the bioreactor. Table 7.3 lists the mean concentrations and flow rates at the pseudorandom state (after a minimum of three turns of the bioreactor). Two downtime were used in the experiment. While the viability of the yeast in the liquid phase does not change significantly as the flow rate of the wort fed to the bioreactor increases, the concentration of yeast cells changes, as can be seen from Figure 7.23.
Таблица 7.3 (а) Въздействие на продължителността на престой в биореактора върху дрождите в течната фаза и концентрациите на ключовите дрождеви метаболити, представени като средни стойности при псевдо-устойчиво състояние; (Ь) Въздействие на продължителността на престой в биореактора върху дрождите в течната фаза и концентрациите на ключовите дрождеви метаболити на изхода на биореактора, представени като средни стойности при псевдо-устойчиво състояние.Table 7.3 (a) Effect of residence time in the bioreactor on the yeast in the liquid phase and concentrations of key yeast metabolites, presented as mean values at the pseudo-steady state; (B) Effect of residence time in the bioreactor on the yeast in the liquid phase and concentrations of key yeast metabolites at the bioreactor outlet, presented as mean values at the pseudo-steady state.
(а) Средна концентрация Продължителност на престой в биореактора(a) Average concentration Duration of stay in the bioreactor
1,8 дни 0,9 дни1.8 days 0.9 days
На фигури 7.24 и 7.25 са представени концентрациите на свободния аминен азот (САА) в субстратите от пивна мъст и общия ферментируем въглехидрат (като глюкоза), като и двете концентрации се увеличават, когато времето на престой се намали от 1,8 на 0,9 дни. От масовия баланс, представен в Таблица 7.4, се вижда, че скоростта на изчерпване на общия ферментируем въглехидрат (като глюкоза) се увеличава, докато скоростта на изразходването на свободния аминен азот намалява с намаляването на времето на престой в биореактора. Коефициентът на производителност Yp/S на ферментационния продукт етанол от ферментируемия глюкозен субстрат се увеличава от 0,3 до 0,5 сFigures 7.24 and 7.25 show the concentrations of free amine nitrogen (CAA) in beer must substrates and total fermentable carbohydrate (such as glucose), both of which increase when the residence time decreases from 1.8 to 0.9. days. From the mass balance presented in Table 7.4, it can be seen that the rate of depletion of total fermentable carbohydrate (such as glucose) increases while the rate of free amine nitrogen depletion decreases with decreasing residence time in the bioreactor. The productivity factor Y p / S of the fermentation product ethanol from the fermentable glucose substrate increases from 0.3 to 0.5 s
307307
намаляването на времето на престой. Тъй като в системата се разпръсква възсух и въглероден диоксид, вероятно има минимални загуби на етанол в газовата фаза, което би имало въздействие върху коефициента на производителност Yp/S чрез въздействие върху баланса на етанола. Изследването, извършено в сътрудничество с Budac и Margaritis (1999), доказва, че летливите вещества, придаващи вкусовите качества на пивото, включващи етанол, ацеталдехид, етилацетат и изоамилацетат, са установени в главното пространство на биореактора с газова подемна сила по време на непрекъснатата ферментация За целта е използвана хроматограф-масова спектроскопия.reducing downtime. Since drought and carbon dioxide are dispersed in the system, there are likely to be minimal losses of ethanol in the gas phase, which would have an impact on the Y p / S productivity factor by affecting the ethanol balance. A study conducted in collaboration with Budac and Margaritis (1999) demonstrates that volatile beer flavors, including ethanol, acetaldehyde, ethyl acetate and isoamyl acetate, are established in the main space of the bioreactor with gas lift during continuous fermentation. Chromatography-mass spectroscopy was used for this purpose.
Таблица 7.4. Масов баланс на свободния аминен азот и общия ферментируем въглехидрат (като глюкоза), като са използвани средните данни от Таблица 7.3, въздействие на времето за престой.Table 7.4. Mass balance of free amine nitrogen and total fermentable carbohydrate (such as glucose) using the mean of Table 7.3, effect of residence time.
Време на престой 1,8 дни 0,9 дни 1,8 дни 0,9 дниDowntime 1.8 days 0.9 days 1.8 days 0.9 days
Свободен аминен азот Общо ферм.глюкоза (g/min)(g/min)Free amine nitrogen Total farm glucose (g / min) (g / min)
(Yp/s)_____________________________________________________________________ * Концентрацията на входния отвор е от Приложение 1.(Yp / s) _____________________________________________________________________ * The concentration of the inlet is given in Appendix 1.
Концентрацията на ферментационният продукт етанол в течната фаза намалява с промяната на времето на престой. Но системата като цяло произвежда повече етанол на базата на масов дебит при по-краткото време на престой на течността. Тъй като целта на тази изследователска работа е да се получи не само етанол, ноThe concentration of the fermentation product ethanol in the liquid phase decreases as the residence time changes. But the system as a whole produces more ethanol based on the mass flow rate in the shorter residence time of the liquid. Because the purpose of this research is to produce not only ethanol, but
308308
пиво, в което има баланс на много компоненти, като при това трябва да се максимизира продуктивността на етанол в баланс с други фактори. В края на главната ферментация на търговско пиво поголямата част от ферментируемия глюкозен субстрат трябва да бъде изразходвана.beer that has many components in balance while maximizing ethanol productivity in balance with other factors. At the end of the main fermentation of commercial beer, most of the fermentable glucose substrate must be consumed.
На фигура 7.26 е представено изменението на концентрацията на ацеталдехида и общия диацетил в зависимост от промяната на дебита на пивната мъст. И при двата анализа концентрацията при съответния дебит се увеличава, когато времето на престой на течността намалява.. По време на периодичните ферментации на пиво през първите дни от дрождите се отделя ацеталдехид (Kunze, 1996).Figure 7.26 shows the change in the concentration of acetaldehyde and total diacetyl depending on the change in the flow of beer must. In both analyzes, the concentration at the corresponding flow rate increases as the residence time of the liquid decreases. Acetaldehyde is released from the yeast during the first fermentations of beer during the first days (Kunze, 1996).
На фигури 7.25 и 7.27 е показан ефектът от намаляване на времето за престой върху концентрациите на висшите алкохоли, 1пропанол, изобутанол и изоамилалкохол в течната фаза в биореактора. Концентрациите на трите висши алкохоли намаляват, когато намалява времето на престой в биореактора.Figures 7.25 and 7.27 show the effect of reducing the residence time on the concentrations of higher alcohols, 1-propanol, isobutanol and isoamyl alcohol in the liquid phase in the bioreactor. The concentrations of the three higher alcohols decrease as the residence time in the bioreactor decreases.
Дадените в Таблица 7.3 (Ь) масови дебити на етилацетат и изомилацетат се увеличават в съответствие с намаляването на времето на престой на течната фаза. От фигура 7.28 се вижда, че концентрацията на етилацетат в течната фаза намалява, докато концентрацията на изомилацетат се увеличава. Тъй като този експеримент осигурява увеличаване на растежа на клетките в течната фаза без да се увеличава подаването на кислород към системата, условията в биореактора способстват за получаването на естери. Hough et al. (1982) изказват мнение, че в условия на увеличаване на растежа на клетките и намаляването на кислорода водят до образуване на естери.The mass flow rates of ethyl acetate and isomyl acetate given in Table 7.3 (b) increase in accordance with the decrease in the residence time of the liquid phase. It can be seen from Figure 7.28 that the concentration of ethyl acetate in the liquid phase decreases while the concentration of isomyl acetate increases. Because this experiment provides an increase in cell growth in the liquid phase without increasing oxygen supply to the system, conditions in the bioreactor contribute to the production of esters. Hough et al. (1982) argue that under conditions of increased cell growth and decreased oxygen, esters are formed.
309 ffl309 ffl
3.00E+08 абОЕ+ое 3.00E + 08 OBE + OE
♦ ♦ ♦ ♦♦ ♦ ♦ ♦
2.00E+O82.00E + O8
1.60ЕКЮ <1.60ECU <
R,“U дни >i ♦R, “In days> and ♦
♦ ♦♦ ♦♦ ♦♦ ♦
100100
К т ₽ я 5 « м Я а* £ 2 = 1K m ₽ January 5 «m Z A * £ 2 = 1
1.00E+086.00Е-Ю7O.OOE+OO1.00E + 086.00E-Y7O.OOE + OO
Rt-ОЛдни ♦Rt-Old дни
T ~r “τΐβT ~ r “τΐβ
-+o « m a •e· s- + o «m a • e · s
z Twith T
Φ m s §Φ m s §
&&
ш o 0 z vo o o ow o 0 z vo o o o
--T----1— I I--T ---- 1— I I
2 4 8 8 10 122 4 8 8 10 12
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни) * Концентрация на клеткиDuration of continuous fermentation (days) * Concentration of cells
Жизнеспособност на клетките фигура 7.23. Концентрация на дрождеви клетки в течната фаза в зависимост от относителната продължителност на непрекъснатата ферментация, ефект от продължителността на престой на течността в биореактора. Rt е продължителността на престой на течната фаза в биореактора, изразена в дни.Cell viability Figure 7.23. Concentration of yeast cells in the liquid phase, depending on the relative duration of continuous fermentation, effect of the residence time of the liquid in the bioreactor. Rt is the residence time of the liquid phase in the bioreactor, expressed in days.
310310
♦ Етанол а Ферм. глюкозаТа Ethanol a Ferm. glucose
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.24. Концентрация на етанол и ферментируема глюкоза в течната фаза в зависимост от относителната продължителност на непрекъснатата ферментация, ефект от продължителността на престой на течността в биореактора. Rt е продължителността на престой на течната фаза в биореактора, изразена в дни.Figure 7.24. Concentration of ethanol and fermentable glucose in the liquid phase, depending on the relative duration of continuous fermentation, effect of the residence time of the liquid in the bioreactor. Rt is the residence time of the liquid phase in the bioreactor, expressed in days.
311311
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.25. Концентрация на свободен аминен азот и 1-пропанол в течната фаза в зависимост от относителната продължителност на непрекъснатата ферментация, ефект от продължителността на престой на течността в биореактора. Rt е продължителността на престой на течната фаза в биореактора, изразена в дни.Figure 7.25. Concentration of free amine nitrogen and 1-propanol in the liquid phase depending on the relative duration of continuous fermentation, effect of the residence time of the liquid in the bioreactor. Rt is the residence time of the liquid phase in the bioreactor, expressed in days.
♦ CAA♦ CAA
1-пропанол1-propanol
312312
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.26. Концентрация на общ диацетил и ацеталдехид в течната фаза в зависимост от относителната продължителност на непрекъснатата ферментация, ефект от продължителността на престой на течността в биореактора. Rt е продължителността на престой на течната фаза в биореактора, изразена в дни.Figure 7.26. Concentration of total diacetyl and acetaldehyde in the liquid phase, depending on the relative duration of continuous fermentation, effect of the residence time of the liquid in the bioreactor. Rt is the residence time of the liquid phase in the bioreactor, expressed in days.
♦ Диацетил♦ Diacetyl
АцеталдехидAcetaldehyde
313 so313 so
c 0 X £ \0 o wc 0 X £ \ 0 o w
Л XL X
X S 3· CO ο. IX S X ο * <X S 3 · CO ο. IX S X ο * <
Β,-Ι.Ι дниΒ, -Ι.Ι days
-ΓΙΟ ♦♦♦-ΓΙΟ ♦♦♦
R,—0.9 ДНИR, -0.9 DAYS
-r14 ιβ • •10 >-r14 ιβ • • 10>
4o q Ο X ο χ q ш q s Е <о ο co (0 X4o q Ο X ο χ q w q s E <o ο co (0 X
K s σ <8 a E § X o * ♦ Изобутанол 11 ИзоамилалкохолK s σ <8 a E § X o * ♦ Isobutanol 11 Isoamyl alcohol
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.27. Концентрация на изобутанол и изоамилалкохол в течната фаза в зависимост от относителната продължителност на непрекъснатата ферментация, ефект от продължителността на престой на течността в биореактора. Rt е продължителността на престой на течната фаза в биореактора, изразена в дни.Figure 7.27. Concentration of isobutanol and isoamyl alcohol in the liquid phase depending on the relative duration of continuous fermentation, effect on the residence time of the liquid in the bioreactor. Rt is the residence time of the liquid phase in the bioreactor, expressed in days.
314314
Продължителност на непрекъснатата ферментация (дни)Duration of continuous fermentation (days)
Фигура 7.28. Концентрация на етилацетат и изомилацетат в течната фаза в зависимост от относителната продължителност на непрекъснатата ферментация, ефект от продължителността на престой на течността в биореактора. Rt е продължителността на престой на течната фаза в биореактора, изразена в дни.Figure 7.28. Concentration of ethyl acetate and isomyl acetate in the liquid phase, depending on the relative duration of continuous fermentation, effect of the residence time of the liquid in the bioreactor. Rt is the residence time of the liquid phase in the bioreactor, expressed in days.
♦ Етилацетат♦ Ethyl acetate
ИзоамилацетатIsoamyl acetate
315315
7.2.4. Използване на промишлено произведена декарбоксилаза алфа-ацетолактат за намаляване на общия диацетил по време на непрекъсната главна ферментация на пиво7.2.4. Use of industrially produced decarboxylase alpha-acetolactate to reduce total diacetyl during continuous main beer fermentation
Експеримент 1: Биореакторът беше замърсен с аеробно развиващи се грам позитивни коки преди завършването на опита. Установи се, че самият биореактор е замърсен, тъй като микробиологичните изпитания на подаваната пивна мъст не показаха замърсявания. Това показва необходимостта от подобряване на предпазните мерки срещу замърсявания на биореактора. Преди системата да прекрати работа, се наблюдава намаляване на концентрацията на диацетил, когато към подаваната пивна мъст се добави декарбоксилаза алфа-ацетолактат (ДКАА). За съжаление, не беше възможно да се направят каквито и да било заключения от тези данни поради объркващите ефекти вследствие замърсяването на биореактора.Experiment 1: The bioreactor was contaminated with aerobically developing gram positive cocci prior to completion of the experiment. The bioreactor itself was found to be contaminated because the microbiological testing of the wort applied showed no contamination. This demonstrates the need to improve precautions against contamination of the bioreactor. A decrease in the concentration of diacetyl is observed before the system stops operating when decarboxylase alpha-acetolactate (DKAA) is added to the feed. Unfortunately, it was not possible to draw any conclusions from these data due to the confounding effects due to contamination of the bioreactor.
Експеримент 2: В резултат на няколко предпазни мерки по отношение на биореактора системата работи без замърсявания през време на провеждането на Експеримент 2. Данните за този експеримент са дадени на фигури 7.29 - 7.31. В Таблица 7.5 са обобщени концентрациите при псевдо-устойчиво състояние на общ диацетил преди и след добавянето на ДКАА към пивната мъст. Концентрацията на общ диацетил пада с 47 % с прибавянето на ДКАА към пивната мъст, което прави обещаващо използването на този ензим за вбъдеще (средни стойности, взети след три оборота). Както се вижда от фигури 7.30 и 7.31, общият ферментируем карбонитрат (като глюкоза) и концентрацията на клетки имат слабо отклонение по време на този опит, което би могло да се дължи на малките разлики в пивната мъст, подавана към биоректора преди и след добавянето на ДКАА.Experiment 2: As a result of several precautionary measures with respect to the bioreactor, the system operated without contamination during the course of Experiment 2. Data for this experiment are given in Figures 7.29 - 7.31. Table 7.5 summarizes the pseudo-steady-state concentrations of total diacetyl before and after the addition of DKAA to beer must. The concentration of total diacetyl decreased by 47% with the addition of DKAA to beer must, which makes it promising to use this enzyme in the future (average values taken after three turns). As can be seen from Figures 7.30 and 7.31, the total fermentable carbonitrate (such as glucose) and the cell concentration had a slight deviation during this experiment, which could be due to small differences in the wort applied to the bioreactor before and after the addition of SCA.
316316
600600
600.600.
400300400300
200-200-
100.100.
Добавяне на ДКАА ----►Adding DKAA ---- ►
04------------------>------------------<-----------------------------------1------------------>-------------------1-----------------0 50 100 150 200 2S0 300 350 0 4 ------------------> ------------------ <---------- ------------------------- 1 ------------------> ----- -------------- 1 ----------------- 0 50 100 150 200 2S0 300 350
Продължителност на непрекъснатата ферментация (h)Continuous fermentation duration (h)
Фигура 7.29. Концентрация на общ диацетил в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация, ефект от добавянето на ДКАА във Феоментаиионната соеда на ливната мъст. Експеоимент 2.Figure 7.29. Concentration of total diacetyl in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation, the effect of adding DKAA to the fermentation soybean of casting must. Experiment 2.
7· !7 ·!
I !And!
I I ή,I I ή,
6·6 ·
5'5 '
43-----►43 ----- ►
Добавяне наAdding
ДКААSCA
-----► * Етанол А Ферм. глюкоза , -I II | ·,Ί | I...... , ............ || II I I----- ► * Ethanol A Farm. glucose, -I II | ·, Ί | I ......, ............ || II II
100 150 200 250 300 350100 150 200 250 300 350
Продължителност на непрекъснатата ферментация (h)Continuous fermentation duration (h)
Фигура 7.30. Концентрация на ферментируем въглехидрат (като глюкоза) и етанол в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация, ефект от добавянето на ДКАА във ферментационната среда на ливната мъст, Експеримент 2.Figure 7.30. Concentration of fermentable carbohydrate (such as glucose) and ethanol in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation, effect of adding DKAA to the fermentation medium of the must, Experiment 2.
317317
1.00Е+101.00E + 10
Концентрация на клетки в течната фаза (клетки/mL)Concentration of cells in the liquid phase (cells / mL)
1.00Е+09♦1.00E + 09 ♦
1.00Е+08·1.00E + 08 ·
1.00Е+071.00Е+06·1.00E + 071.00E + 06 ·
1.00Е+051.00Е+041.00Е+03.1.00E + 051.00E + 041.00E + 03.
1.00Е+021.00E + 02
1.00Е+011.00E + 01
1.00Е+00+01.00E + 00 + 0
SOSO
100100
Добавяне на ДКААAdding DKAA
------>------>
—!--------------1-------------г150 200 250-! -------------- 1 ------------- r150 200 250
300300
350350
Продължителност на непрекъснатата ферментация (h)Continuous fermentation duration (h)
Фигура 7.31. Концентрация на клетки в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация, ефект от добавянето на ДКАА във ферментационната среда на ливната мъст, Експеримент 2.Figure 7.31. Concentration of cells in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation, effect of the addition of DKAA to the fermentation medium of the must, Experiment 2.
318318
За да се избегне възможно объркване, свързано с различията в ливната мъст, по време на Експеримент 3, от пивоварната е взето голямо количество пивна мъст (14 hL) и ДКАА е добавен директно към ливната мъст, останала в този съд за съхранение, след като се достигне началната фаза на псевдо-устойчиво състояние. С това се избягват възможни различия в ливната мъст, които биха могли да окажат въздействие на провеждането на ферментацията съгласно Експеримент 2. Този съд за съхранение на ливната мъст също е снабден с устройство за разпръскване на въглероден диоксид, за да може да се поддържа на консистентно ниско ниво разтвореният кислород в подаваната пивна мъст. На фигури 7.32 - 7.34 е илюстриран ефектът от добавянето на ДКАА към ливната мъст върху концентрациите на общия диацетил, общия ферментируем въглехидрат (като глюкоза), етанола и свободно суспендираните клетки по време на непрекъснатата ферментация.In order to avoid possible confusion related to differences in the must during the experiment 3, a large amount of beer must (14 hL) was taken from the brewery and DKAA was added directly to the must remaining in this storage vessel after the initial phase of the pseudo-steady state is reached. This avoids possible differences in the must must which may have an effect on the fermentation process according to Experiment 2. This canister is also provided with a carbon dioxide spray device to maintain it consistently. low dissolved oxygen in the wort. Figures 7.32 to 7.34 illustrate the effect of adding DKAA to the casting must on concentrations of total diacetyl, total fermentable carbohydrate (such as glucose), ethanol and free-suspended cells during continuous fermentation.
В Таблица 7.6 също е дадена средната стойност на концентрацията на общ диацетил преди и след добавянето на ДКАА към подаваната пивна мъст (средни стойности, взети след три оборота).Table 7.6 also gives the average concentration of total diacetyl before and after the addition of DKAA to the fed wort (average values taken after three turns).
Не е установено замърсяване по време на целия експеримент. Концентрацията на общ диацетил намалява с 45 % при добавянето на ДКАА. Не се наблюдават съществени разлики при концентрациите на етанола, ферментируемия въглехидрат (като глюкоза) и свободно суспендираните клетки, което съответства на констатациите на Aschengreen и Jepsen (1992).No contamination was detected throughout the experiment. The concentration of total diacetyl decreased by 45% with the addition of DKAA. No significant differences were observed in the concentrations of ethanol, fermentable carbohydrate (such as glucose) and free-suspended cells, which is consistent with the findings of Aschengreen and Jepsen (1992).
319319
500500
450450
400400
350350
300300
250250
200200
150150
100100
100100
150150
200200
250250
300300
350350
Продължителност на непрекъснатата ферментация (h) фигура 7.32. Концентрация на диацетил в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация, ефект от добавянето на ДКАА във ферментационната среда на ливната мъст, Експеримент 3.Duration of continuous fermentation (h) Figure 7.32. Concentration of diacetyl in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation, effect of the addition of DKAA to the fermentation medium of the must, Experiment 3.
320320
60 100 160 200 260 300 35060 100 160 200 260 300 350
Продължителност на непрекъснатата ферментация (h) фигура 7.33. Концентрация на етанол и обща ферментируема захар (като глюкоза) в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация, ефект от добавянето на ДКАА във ферментационната среда на пивната мъст, Експеримент 3.Continuous fermentation duration (h) Figure 7.33. Concentration of ethanol and total fermentable sugar (such as glucose) in the liquid phase, depending on the duration of continuous fermentation, effect of adding DKAA to the fermentation medium of the must, Experiment 3.
Добавяне на ДКААAdding DKAA
-----►----- ►
I I · · ' 'I I · · ''
50 100 160 200 250 300 35050 100 160 200 250 300 350
Продължителност на непрекъснатата ферментация (h) фигура 7.34. Концентрация на клетки в течната фаза в зависимост от продължителността на непрекъснатата ферментация, ефект от добавянето на ДКАА във ферментационната среда на пивната мъст, Експеримент 3.Duration of continuous fermentation (h) Figure 7.34. Concentration of cells in the liquid phase depending on the duration of continuous fermentation, effect of adding DKAA to the fermentation medium of the must, Experiment 3.
321321
Резултатите от Експерименти 2 и 3 показват, че ДКАА има съществен ефект върху концентрацията на общия диацетил по време на непрекъснатата ферментация в биореактори с газова подемна сила, като спомага за намаляване на средната концентрация на диацетил с 46 %. Това дава възможност за намаляване илиThe results of Experiments 2 and 3 show that DKAA has a significant effect on the concentration of total diacetyl during continuous fermentation in bioreactors with gas lift, helping to reduce the average diacetyl concentration by 46%. This makes it possible to reduce or
елиминиране на вторичното третиране, провеждано с цел намаляване на диацетил в непрекъснатите системи с газова подемна сила. В тези начални експерименти се използва относително висока дозировка на ДКАА и това е необходимо, за да се оптимизира количеството, методът и времето на дозиране в пивната мъст, ако се възприеме този ензим да се използва в процеса. Могат да се реализират допълнителни икономии, ако се използва ензим, който е достъпен и с по-високи нива на активност в условията на ферментацията на пиво, или самият ензим е имобилизиран, като по този начин се осигурява неговото повторно използване (Dulieu et al.,1996). Друго съображение ще бъде свързано с публично приемане на ензимни добавки, които са произведени с използване на генетично модифицирани организми.elimination of secondary treatment carried out to reduce diacetyl in continuous gas lift systems. In these initial experiments, a relatively high dosage of DKAA is used and this is necessary to optimize the amount, method and timing of dosing in the must, if this enzyme is to be used in the process. Additional savings can be made if an enzyme that is accessible and with higher levels of activity under the conditions of beer fermentation is used, or the enzyme itself is immobilized, thereby ensuring its reuse (Dulieu et al. , 1996). Another consideration will be related to the public acceptance of enzyme supplements that are produced using genetically modified organisms.
Препоръчвана от доставчика дозировка е 2 kg/1OOO hL и при цена на промишлено получен ензим от$ 131,05/kg към материалните разходи за ферментацията ще се добавят $ 0,26/hL. Използваната дозировка при провеждането на експериментите е 72 цд/L (108 ADU/L) или 7,2 kg/1000 hL ДКАА, което представлява допълнителни разходи от $ 0,94/hL. Икономиите от използването на ДКАА за намаляване на диацетила по време на непрекъснатите ферментации с използване на газова подемна сила ще зависят от оптималната дозировка на ензима в условията на биореактора и времето, което се икономисва от неговото използване.The dosage recommended by the supplier is 2 kg / 1OOO hL and at a cost of an industrially obtained enzyme of $ 131.05 / kg, $ 0.26 / hL will be added to the fermentation material costs. The dosage used in the experiments was 72 µg / L (108 ADU / L) or 7.2 kg / 1000 hL DKAA, which represents an additional cost of $ 0.94 / hL. The savings from the use of DKAA for reducing diacetyls during continuous fermentations using gas lift will depend on the optimal dosage of the enzyme under the conditions of the bioreactor and the time saved by its use.
322322
Таблица 7.5 Ефект от добавянето на ДКАА в условия на псевдо-устойчиво състояние на ферментационната среда от ливната мъст върху концентрацията на общия диацетил по време на непрекъснатата ферментация на пиво в биореактор с газова подемна силаTable 7.5 Effect of the addition of DKAA under pseudo-steady-state conditions of the fermentation medium from the must on the concentration of total diacetyl during the continuous fermentation of beer in a bioreactor with gas lift
Експеримент Средна обща концентрация Процентно на диацетил (pg/L) намаление на (Без ДКАА) (ДКАА, 60 pg/L) диацетил Експеримент II 495 260 47Experiment Average overall concentration Percentage of diacetyl (pg / L) decrease in (DKAA-free) (DKAA, 60 pg / L) diacetyl Experiment II 495 260 47
Експеримент III 445 245 45 * средни стойности при псевдо-устойчиво състояние след три оборота.Experiment III 445 245 45 * pseudo-steady-state averages after three revolutions.
Казаното по-горе подкрепя твърдението, че непрекъснатата ферментация с използване на имобилизирани дрожди и съпътстващите ги свободни клетки в биореактор със смукателна тръба и използване на газова подемна сила е възможна алтернатива на периодичната ферментация на пиво, която се базира на следните критерии:The above supports the contention that continuous fermentation using immobilized yeast and associated free cells in a suction tube bioreactor and using gas lift is a possible alternative to periodic beer fermentation based on the following criteria:
- постигане на съответните вкусови качества- attainment of appropriate taste
- по-висока обемна производителност на биореактора- higher volume capacity of the bioreactor
- минимални усложнения- minimal complications
- демонстриране на непрекъсната работа за дълъг период от време- demonstration of continuous work over a long period of time
- регулиране на въздуха (кислорода) във флуидизиращия газ, за да се регулират вкусовите качества- regulation of air (oxygen) in the fluidizing gas to regulate the taste
- добавка на ензим декарбоксилаза α-ацетолактат за контролиране съдържанието на диацетил- addition of α-acetolactate decarboxylase enzyme to control diacetyl content
- липсва бактериално замърсяване- no bacterial contamination
- икономически предимства.- economic advantages.
323323
Все още има въпроси, които изискват допълнителни изследвания, но технологията е готова за изпитване в по-големи мащаби. Биореакторите с газова подемна сила вече се използват в промишлен мащаб за обработка на отпадъчни води, което увеличава перспективите за техническа осъществимост на системите за непрекъсната ферментация. Пивоварната Grolsch в Холандия съобщава за използване на биореактор с газова подемна сила и обем 230 т3 за обработване на отпадъчни води от пивоварната (Driessen et al., 1997). Едно от най-големите препятствия за използване на непрекъснатата ферментация в промишлен мащаб в пивоварната индустрия може да бъде приемането на новия процес от пивоварите в индустрия, която е дълбоко привързана към традициите.There are still issues that require further research, but the technology is ready for larger scale testing. Gas lift bioreactors are already being used on an industrial scale for wastewater treatment, which increases the prospects for the technical feasibility of continuous fermentation systems. Brewery Grolsch in Netherlands reported the use of a bioreactor with a gas lift and volume 230 t 3 for the treatment of wastewater from the brewery (Driessen et al., 1997). One of the biggest obstacles to utilizing continuous fermentation on an industrial scale in the brewing industry may be the adoption of the new process by brewers in an industry that is deeply attached to tradition.
В това изследване са събрани данни за вторични дрождени метаболити, получени по време на непрекъснатата ферментация, което е направено, за да се подчертае важността от регулирането на кислорода във флуидизиращия газ за формиране на вкусовите качества на пивото. Констатациите показват, че при дадени работни условия увеличаването на въздуха във флуидизиращия газ в биореактора води до увеличение на ацеталдехида, диацетила и висшите алкохоли (изоамилалкохол и изобутанол), докато концентрациите на естерите (изоамилацетат, етилхексаноат, етилоктаноат) и етанола намаляват. Тези данни потвърждават, че има възможност за контролиране на вкусовите качества на пивото чрез състава на флуидизиращия газ в биореактора, което позволява получаването на уникални продукти.This study gathers data on secondary yeast metabolites obtained during continuous fermentation, which was done to highlight the importance of regulating oxygen in the fluidizing gas to shape the taste of the beer. The findings show that, under certain operating conditions, an increase in the fluid in the fluidised gas in the bioreactor results in an increase in acetaldehyde, diacetyl and higher alcohols (isoamyl alcohol and isobutanol), while ester concentrations (isoamyl acetate, ethylhexanoate and ethyl hexanoate, ethyloctanoate, and ethylacetate. These data confirm that it is possible to control the taste of beer by the composition of the fluidizing gas in the bioreactor, which allows the production of unique products.
С изключение на случая, когато се елиминира присъствието на въздух във флуидизиращия газ, в течната фаза на биореактора се регулира концентрация на свободно суспендирани клетки да е поголяма от 108 клетки/mL. По този начин системата има повече отUnless the presence of air in the fluidizing gas is eliminated, the liquid phase of the bioreactor adjusts the concentration of free-suspended cells to be greater than 10 8 cells / mL. This way the system has more than
324 една популация на дрождени клетки, съвместно съществуващи в биореактора - имобилизирани дрожди и суспендирани в течната фаза дрожди. Поради голямата степен на растеж на жизнеспособни клетки в течната фаза на биореактора, съществува възможност за използване на непрекъснатия процес в биореактора като култиватор на дрожди.324 one population of yeast cells coexisting in the bioreactor - immobilized yeast and suspended in the liquid phase of yeast. Due to the high growth rate of viable cells in the liquid phase of the bioreactor, it is possible to use the continuous process in the bioreactor as a yeast cultivator.
Когато вторичният 48-часов период на задържане на продукта на партиди се добави допълнително към непрекъснатата главна ферментация, се осигурява вкусовият профил в границите на търговските видове пиво. Температурата на този период на задържане е 21 °C и е демонстрирана експериментално важността от минимално излагане на течността на въздействието на кислород по време на периода на задържане върху формирането на вкусовите качества. Периодът на задържане добавя два дни към процеса, както и допълнителни усложнения, но той е значително по-бърз в сравнение с промишлено използваните периодични ферментации, които са с продължителност между седем и четиринадесет дни.When the secondary 48-hour batch retention period is added to the continuous main fermentation, a flavor profile is provided within the commercial beer range. The temperature of this retention period is 21 ° C and the importance of minimally exposing the liquid to oxygen during the retention period on the taste formation has been demonstrated experimentally. The retention period adds two days to the process, as well as additional complications, but it is significantly faster than the commercially used periodic ferments, which last between seven and fourteen days.
В крайна сметка идеалният случай е да се елиминира вторичният период на задържане чрез оптимизиране на условията през първия непрекъснат процес в биореактора. Но допълнително намаляване на времето на вторичното задържане може да се постигне за кратък период чрез оптимизиране на температурата на задържане (отстраняването на диацетила чрез дрождите е силно зависимо от температурата), количеството на фермунтируемите захари, останали в течността в началото на периода на задържане, концентрацията на присъстващи дрожди, хидродинамичните характеристики на съда за задържане (отстраняването на диацетил може да се подобри чрез подобряване на контакта между дрождите и пивото) и като се вземат други мерки за елиминиране на кислорода от този стадий.Ultimately, the ideal case is to eliminate the secondary retention period by optimizing the conditions during the first continuous process in the bioreactor. However, further reduction of the secondary retention time can be achieved in a short period by optimizing the retention temperature (diacetyl removal by yeast is highly temperature dependent), the amount of fermentable sugars remaining in the liquid at the beginning of the retention period, the concentration of yeast present, the hydrodynamic characteristics of the retention vessel (diacetyl removal can be improved by improving the contact between yeast and beer) and by taking other measures for eliminating oxygen from this stage.
325325
Други изследователи (Kronlof и Virkajarvi, 1996; Nakanishi et al., 1993; Yamauchi et al., 1995) са се насочили към изследване на многостадийни непрекъснати ферментации, при които първият стадий на непрекъсната ферментация (аеробна) има за резултат само частично изразходване на на ферментируемите захари, присъстващи в пивната мъст. Докато този подход показва известен успех по отношение на вкусовите качества, тези системи са сложни. Първият аеробен стадий при такива системи създава среда, която е по-податлива на микробно замърсяване (т.е. висока концентрация на захари, температура и кислород при ниска концентрация на етанол). В биореактора с газова подемна сила, използван в тази изследователска работа, има ниска концентрацията на фермунтируеми захари при псевдо-устойчиво състояние, ниска стойност на pH, висока концентрация на етанол и ниска концентрация на кислород, което прави средата неблагоприятна за възможни замърсявания. За по-малки пивоварни минимални усложнения и разработване на стабилен и устойчив на замърсявания процес е важен фактор за успех.Other researchers (Kronlof and Virkajarvi, 1996; Nakanishi et al., 1993; Yamauchi et al., 1995) have focused on the study of multi-stage continuous fermentations, in which the first stage of continuous fermentation (aerobic) results in only partial consumption of of fermentable sugars present in the must. While this approach has shown some success in taste, these systems are complex. The first aerobic step in such systems creates an environment that is more susceptible to microbial contamination (ie, high concentrations of sugars, temperature and oxygen at low ethanol concentrations). In the gas lift bioreactor used in this research, there is a low concentration of fermentable sugars in a pseudo-steady state, a low pH value, a high ethanol concentration, and a low oxygen concentration, making the environment unfavorable to possible contamination. For smaller breweries, minimal complications and the development of a stable and resilient pollution process is an important success factor.
Добавянето на промишлено получена декарбоксилаза алфаацетолактат (ДКАА) към пивната мъст, подавана за непрекъсната ферментация, показва средно намаление на диацетил от 46 %. Но тъй като ДКАА е ензим, който се получава от генетично модифициран организъм, има публично схващане, че са необходими изследвания преди използването на такъв ензим в търговски продукт. В допълнение към казаното, наличните търговски ензими за регулиране на диацетила нямат оптимална активност при ферментационните условия.The addition of industrially produced decarboxylase alfaacetolactate (DKAA) to the wort fed for continuous fermentation shows an average diacetyl reduction of 46%. But since DKAA is an enzyme derived from a genetically modified organism, there is a public perception that research is needed before using such an enzyme in a commercial product. In addition, the commercially available diacetyl regulatory enzymes do not have optimal fermentation activity.
При повече от шест месечна непрекъсната ферментация, при която е използван капа-карагенан за имобилизиране на клетки, повече от 90 % от свободно суспендираните клетки в течната фазаIn more than six months of continuous fermentation using cap-carrageenan to immobilize cells, more than 90% of the free-suspended cells in the liquid phase
326326
остават жизнеспособни, докато жизнеспособността на имобилизираните клетки намалява до по-малко от 60 %. Микроснимки от сканиращ електронен микроскоп показват, че клетките, разположени в близост до периферията на гелните гранули, имат множество белези на пъпки и правилна морфология, докато тези, които са близко до сърцевината на гранулите, имат неправилна форма и по-малки белези на пъпки, доказващо намаляване на растежа. Микрофотографиите показват също, че дрождите, които са разположени в близост до сърцевината на гранулите, показват белези на стареене. Както беше дискутирано в Глава 5, капа-карагенанът има много характеристики, които го правят желан за използване като матрица за имобилизиране. Но понастоящем няма промишлен метод за производство на гранули, тъй като задържането на дрождите в матрицата е част от процеса на производство на гранулите и манипулациите с гранулите в една промишлена инсталация увеличават усложненията и разходите. Други методи за имобилизиране като самоагрегиране или флокулация биха могли да се изследват в бъдеще. Това би отстранило усложненията при манипулирането с гранулите в условията на инсталациите и, ако дрождевите флокулати сеremain viable while the viability of the immobilized cells decreases to less than 60%. Scanning electron microscope images show that cells located near the periphery of the gel pellets have multiple pimple marks and correct morphology, while those close to the pellet core have irregular shape and smaller pimple marks, demonstrating a decrease in growth. The micrographs also show that the yeast, which is located near the core of the granules, shows signs of aging. As discussed in Chapter 5, kappa carrageenan has many characteristics that make it desirable for use as an immobilization matrix. However, there is currently no industrial method for granule production, as yeast retention in the matrix is part of the granule production process and the handling of the granules in an industrial installation increases complications and costs. Other methods of immobilization such as self-aggregation or flocculation could be explored in the future. This would eliminate the complications of handling the granules under plant conditions and if the yeast flocculates
разрушават регулярно, може да се осигури редовно отстраняване на възрастните клетки от биореактора.disrupted regularly, regular removal of adult cells from the bioreactor may be ensured.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG108556A BG108556A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | One-side mechanical safe lock |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG108556A BG108556A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | One-side mechanical safe lock |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG108556A true BG108556A (en) | 2004-10-29 |
Family
ID=34120475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG108556A BG108556A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | One-side mechanical safe lock |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BG (1) | BG108556A (en) |
-
2004
- 2004-01-30 BG BG108556A patent/BG108556A/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1397481B1 (en) | Combined continuous/batch fermentation process | |
Brányik et al. | Continuous beer fermentation using immobilized yeast cell bioreactor systems | |
Masschelein et al. | Immobilized cell technology in beer production | |
Mensour et al. | New developments in the brewing industry using immobilised yeast cell bioreactor systems | |
Tata et al. | Immobilized yeast bioreactor systems for continuous beer fermentation | |
Zheng et al. | Scaling up of ethanol production from sugar molasses using yeast immobilized with alginate-based MCM-41 mesoporous zeolite composite carrier | |
Mensour et al. | Application of immobilized yeast cells in the brewing industry | |
Bekatorou et al. | Cell immobilization technologies for applications in alcoholic beverages | |
JP2009296949A (en) | Fermentation apparatus | |
CA2367919A1 (en) | Method and apparatus for the continuous biocatalytic conversion of aqueous solutions, having one or more degassing stages | |
Silva et al. | High gravity batch and continuous processes for beer production: Evaluation of fermentation performance and beer quality | |
CN100560708C (en) | Associativity zymotechnique continuously and in batches | |
Araujo et al. | Yeast immobilisation for brewery fermentation | |
US20090130256A1 (en) | Decomposition of fermentation-inhibiting substances from a fluid | |
CA2642370C (en) | A method and device for subsiding/ controlling foaming without using antifoaming agent /defoamer evolving during industrial process | |
Nedović et al. | Beer production using immobilised cells | |
BG108556A (en) | One-side mechanical safe lock | |
US20150056326A1 (en) | Apparatus and method for continuous fermentation | |
Willaert | Beer production using immobilized cell technology | |
AU2002317081A1 (en) | Combination continuous/batch fermentation processes | |
Leskošek-Čukalović et al. | Immobilized cell technology in beer brewing: Current experience and results | |
Masschelein et al. | State of the Art Developments in Immobilised Yeast Technology for Brewing | |
Zhang | Investigation and utilization of lactic acid bacteria for cider maturation processes | |
Pires | Reduction of startup time and maintenance periods in continuous beer fermentation using immobilized yeast onto brewer's spent grains | |
de Oliveira et al. | Eduardo José Valença Cordeiro Pires |