RU2813992C1

RU2813992C1 - Vacuum apparatus for growing bakery yeast

Info

Publication number: RU2813992C1
Application number: RU2023105953A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Дмитриев; Михаил Сергеевич Дубодел; Борис Николаевич Федоренко
Original assignee: Сергей Александрович Дмитриев; Михаил Сергеевич Дубодел; Борис Николаевич Федоренко
Filing date: 2023-03-14
Publication date: 2024-02-21

Abstract

FIELD: microbiology.

SUBSTANCE: apparatus for growing bakery yeast consists of a vertical tank with a central circulation cylinder, with an aeration system, water and nutrient supply nozzles, washing head nozzles, a reseeding pipe and a biomass discharge line, as well as an upper air discharge pipe, wherein housing of apparatus is made of corrugated steel, connected by stiffeners with central circulation cylinder, and the aeration system is made of radially arranged dispersing elements by its rigid connection with the circulation cylinder in the horizontal plane, and in the vertical plane are located at level of 70 % of the upper edge of the circulation cylinder, the pipe for air discharge and creation of vacuum is made with possibility of connection to a vacuum pump.

EFFECT: invention makes it possible to enhance strength characteristics of walls of yeast-growing apparatus to ensure operation under vacuum, as well as to intensify process of mass exchange with minimum air consumption.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к аппаратам для выращивания хлебопекарных дрожжей. Цель изобретения - усиление прочностных характеристик стенок дрожжерастильного аппарата для обеспечения работы под вакуумом, а также интенсификация процесса массообмена при минимальном расходе воздуха и сокращение теплоэнергозатрат.The invention relates to the food industry, in particular to devices for growing baker's yeast. The purpose of the invention is to enhance the strength characteristics of the walls of the yeast-stirring apparatus to ensure operation under vacuum, as well as intensify the mass transfer process with minimal air consumption and reduce heat and energy consumption.

Известен большой класс аппаратов для выращивания микроорганизмов, выполненных в виде цилиндрической емкости, например, аппарат (патент РФ №2021346 от 15.10.1994), содержащий вертикальную емкость с расширенной верхней частью, циркуляционные трубы, расположенные вне емкости и подключенные к верхней и нижней частям емкости, теплообменные устройства, совмещенные с циркуляционными трубами, аэрирующее устройство, расположенное в нижней части емкости, а внутри емкости по ее оси установлена циркуляционная труба с равномерно расположенными по всей высоте ее стенки отверстиями для прохода среды, над которыми с внутренней стороны трубы укреплены отражательные щитки, отогнутые вниз, а в образованном кольцевом промежутке с внешней стороны циркуляционной трубы размещены дополнительные теплообменные устройства, под которыми расположено аэрирующее устройство в виде кольца.A large class of devices for growing microorganisms is known, made in the form of a cylindrical container, for example, an apparatus (RF patent No. 2021346 dated October 15, 1994) containing a vertical container with an expanded upper part, circulation pipes located outside the container and connected to the upper and lower parts of the container , heat exchange devices combined with circulation pipes, an aerating device located in the lower part of the container, and inside the container along its axis there is a circulation pipe with holes evenly spaced along the entire height of its wall for the passage of the medium, above which reflective shields are mounted on the inside of the pipe, bent down, and in the formed annular gap on the outside of the circulation pipe there are additional heat exchange devices, under which there is an aerating device in the form of a ring.

Недостатком цилиндрических стенок дрожжерастильных аппаратов является их недостаточная прочность и слабое сопротивление на втягивание при создании вакуума внутри аппарата с помощью водокольцевого вакуум насоса. Особенно это касается аппаратов с большим диаметром товарной стадии выращивания дрожжей.The disadvantage of the cylindrical walls of yeast-stirring devices is their insufficient strength and weak resistance to retraction when creating a vacuum inside the device using a liquid ring vacuum pump. This is especially true for devices with a large diameter for the commercial stage of yeast cultivation.

В предлагаемой конструкции вакуумного дрожжерастильного аппарата этот недостаток устраняется путем использования гофрированной стенки, соединенной ребрами жесткости с центральным циркуляционным цилиндром, а также расположением аэрационной системы на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра, усиливающей внутреннюю гофрированную стенку аппарата (1), путем жесткого соединения с циркуляционным цилиндром (2) в горизонтальной плоскости.In the proposed design of a vacuum yeast-stirring apparatus, this drawback is eliminated by using a corrugated wall connected by stiffening ribs to the central circulation cylinder, as well as by locating the aeration system at 70% of the upper edge of the circulation cylinder, reinforcing the internal corrugated wall of the apparatus (1), by rigidly connecting to circulation cylinder (2) in a horizontal plane.

Засасывание атмосферного воздуха проводят без применения воздухораспределительного лежака, а его дросселирование проводят в каждом диспергирующем элементе аэрационной системы самостоятельно, изолированно друг от друга. Такое конструктивное решение позволяет контролировать работоспособность каждого диспергирующего элемента с помощью приборов контроля расхода воздуха.Atmospheric air is sucked in without the use of an air distribution bed, and its throttling is carried out in each dispersing element of the aeration system independently, isolated from each other. This design solution allows you to monitor the performance of each dispersing element using air flow control devices.

В практике промышленного культивирования дрожжей выход из строя одного из элементов аэрационной системы, случай не редкий. Это приводит к тому, что 60% технологического воздуха выходит через поврежденный элемент, т.е. значительная часть воздуха идет транзитом, никак не насыщая кислородом культуральную жидкость. Такой факт напрямую связан с потерей выхода дрожжей, и не представляется возможным исправить аварийную обстановку во время интенсивного роста дрожжей до окончания технологического процесса.In the practice of industrial yeast cultivation, failure of one of the elements of the aeration system is not a rare occurrence. This results in 60% of the process air escaping through the damaged element, i.e. a significant part of the air is in transit, without saturating the culture liquid with oxygen. This fact is directly related to the loss of yeast yield, and it is not possible to correct the emergency situation during intensive yeast growth before the end of the technological process.

Иное дело в представленной конструкции вакуумного дрожжерастильного аппарата, все элементы аэрационной системы выполнены взаимозаменяемыми, одинакового размера, и с индивидуальной регулировкой расхода воздуха. Во время аварийной ситуации всегда можно заглушить и вывести элемент из рабочего состояния, не останавливая технологический процесс и не теряя выход дрожжей по стадии выращивания.The presented design of a vacuum yeast-stimulating apparatus is a different matter; all elements of the aeration system are made interchangeable, of the same size, and with individual adjustment of air flow. During an emergency, you can always shut down and remove the element from its working state without stopping the technological process and without losing the yield of yeast during the cultivation stage.

Благодаря создаваемому вакууму над поверхностью культуральной жидкости с помощью вакуум насоса, создаются благоприятные условия для извлечения растворенного углекислого газа и смещения градиента растворимости в сторону кислорода воздуха. Это происходит из-за того, что растворимость углекислого газа в 10 раз выше, чем у кислорода, поэтому извлечение его из культуральной жидкости также будет легче. Таким образом, появляется возможность повышения концентрации дрожжей в культуральной жидкости и переработки концентрированных сред, что приведет к увеличению величины сухих веществ в дрожжевой клетке до 33-35% и содержанию трегалозы до 16%.Thanks to the vacuum created above the surface of the culture liquid using a vacuum pump, favorable conditions are created for the extraction of dissolved carbon dioxide and a shift in the solubility gradient towards atmospheric oxygen. This is due to the fact that the solubility of carbon dioxide is 10 times higher than that of oxygen, so its extraction from the culture fluid will also be easier. Thus, it becomes possible to increase the concentration of yeast in the culture liquid and process concentrated media, which will lead to an increase in the amount of dry matter in the yeast cell to 33-35% and the trehalose content to 16%.

Благодаря создаваемому вакууму над поверхностью культуральной жидкости с помощью вакуум насоса за счет испарения влаги с поверхности культуральной жидкости и извлечения углекислого газа происходит температурная стабилизация процесса выращивания дрожжей. В момент интенсивного роста культуры выделяется большое количество тепла, которое необходимо отвести, чтобы обеспечить оптимальную температуру в 33-34°С. В промышленности наибольшее распространение получили циркуляционные контуры с использованием теплообменников. Однако такие системы громоздки, быстро засоряются, трудоемки в обслуживании, требуют постоянной чистки, создают неблагоприятные микробиологические условия из-за множества непромываемых зон, требуют дополнительных затрат на электроэнергию.Thanks to the vacuum created above the surface of the culture liquid with the help of a vacuum pump, temperature stabilization of the process of growing yeast occurs due to the evaporation of moisture from the surface of the culture liquid and the extraction of carbon dioxide. At the time of intensive crop growth, a large amount of heat is released, which must be removed to ensure an optimal temperature of 33-34°C. In industry, circulation circuits using heat exchangers are most widespread. However, such systems are bulky, quickly become clogged, labor-intensive to maintain, require constant cleaning, create unfavorable microbiological conditions due to many unwashed zones, and require additional energy costs.

Все эти недостатки исключаются за счет применения вакуума и интенсивного испарения влаги над поверхностью культуральной жидкости и подачи дополнительного количества холодной воды. Дросселированием воздушного потока регулируют уровень вакуума и интенсивность испарения влаги. Таким образом, стабилизируют температурный режим выращивания дрожжей.All these disadvantages are eliminated through the use of vacuum and intensive evaporation of moisture above the surface of the culture liquid and the supply of additional cold water. By throttling the air flow, the vacuum level and the intensity of moisture evaporation are regulated. Thus, the temperature regime for growing yeast is stabilized.

Минимальный расход воздуха, идущий на обеспечение культуральной жидкости растворенным кислородом, является следствием оптимального расположения аэрационной системы на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра. Это позволяет экономить 30% энергозатрат, идущих на аэрацию культуральной жидкости.The minimum air flow used to provide the culture liquid with dissolved oxygen is a consequence of the optimal location of the aeration system at 70% of the upper edge of the circulation cylinder. This allows you to save 30% of the energy costs spent on aeration of the culture liquid.

Дрожжерастильный аппарат (см. на чертежах) содержит вертикальную емкость, внутренняя стенка (1) которого выполнена из гофрированной стали. Емкость снабжена патрубками (7) для подачи питательных ингредиентов и воды, моечной головкой (12) для промывки аппарата, линией для отвода биомассы (9), штуцером (10) для отвода промывной воды, трубой пересевов (11), патрубками (4) засасывания воздуха и ввода его в диспергирующие элементы, трубой (8) для отвода отработанного воздуха, внутренним циркуляционным цилиндром (2), закрепленным ребрами жесткости (6), и аэрационной системой, расположенной на внешней стороне циркуляционного цилиндра, с диспергирующими элементами (3).The yeast-raising apparatus (see the drawings) contains a vertical container, the inner wall (1) of which is made of corrugated steel. The container is equipped with pipes (7) for supplying nutrient ingredients and water, a washing head (12) for washing the apparatus, a line for discharging biomass (9), a fitting (10) for draining wash water, a reseeding pipe (11), and suction pipes (4). air and introducing it into the dispersing elements, a pipe (8) for removing exhaust air, an internal circulation cylinder (2) secured by stiffening ribs (6), and an aeration system located on the outside of the circulation cylinder with dispersing elements (3).

Аэрационная система выполнена из радиально расположенных диспергирующих элементов (3), усиливающих внутреннюю гофрированную стенку аппарата (1), путем жесткого соединения с циркуляционным цилиндром (2) в горизонтальной плоскости, а в вертикальной плоскости закреплены на уровне 70% от верхней кромки циркуляционного цилиндра.The aeration system is made of radially located dispersing elements (3), reinforcing the internal corrugated wall of the apparatus (1), by rigidly connecting to the circulation cylinder (2) in the horizontal plane, and in the vertical plane they are fixed at 70% of the upper edge of the circulation cylinder.

Вакуумный дрожжерастильный аппарат работает следующим образом.A vacuum yeast-raising apparatus works as follows.

Перед пуском аппарата в работу внутреннюю полость его промывают моющими растворами и горячей водой с помощью моечной головки через патрубок (12), расположенной в верхней части аппарата. После мойки через трубу (8) в верхней части аппарата, с помощью водокольцевого вакуум насоса типа ВВН создается разрежение внутри аппарата с 10%-м вакуумом. Через трубу пересевов (11), в течение нескольких секунд без использования перекачивающих насосов, засасывается засевной материал с предыдущей стадии выращивания дрожжей, открываются патрубки (7) для подачи питательных ингредиентов и воды, осуществляют подачу воздуха в аэрационную систему, а уровень вакуума повышают до 30%. Таким образом, начинается новый цикл выращивания дрожжей, поскольку передача засевного материала происходит в генеративно-активном состоянии, продолжение выращивания дрожжей происходит в вакуумном аппарате без лаг-фазы.Before putting the device into operation, its internal cavity is washed with washing solutions and hot water using a washing head through the pipe (12) located in the upper part of the device. After washing through the pipe (8) in the upper part of the apparatus, a vacuum is created inside the apparatus with a 10% vacuum using a water-ring vacuum pump type VVN. Through the reseeding pipe (11), within a few seconds without the use of transfer pumps, the seed material from the previous stage of yeast cultivation is sucked in, the pipes (7) for supplying nutrient ingredients and water are opened, air is supplied to the aeration system, and the vacuum level is increased to 30 %. Thus, a new cycle of yeast cultivation begins, since the transfer of seed material occurs in a generative active state, and the continuation of yeast cultivation occurs in a vacuum apparatus without a lag phase.

После перекачки в дрожжерастильный аппарат всего объема засевного материала и подачи питания, происходит интенсивный рост дрожжевой биомассы с выделением большого количества тепла, которое необходимо непрерывно отводить. Контроль температуры осуществляют непрерывно, на протяжении всего процесса выращивания, чтобы обеспечить оптимальную температуру в 33-34°С за счет дросселирования воздушного потока и создания более высокого вакуума, например, до 50%.After the entire volume of seeding material is pumped into the yeast-growing apparatus and power is supplied, intensive growth of yeast biomass occurs with the release of a large amount of heat, which must be continuously removed. Temperature control is carried out continuously throughout the growing process to ensure an optimal temperature of 33-34 ° C by throttling the air flow and creating a higher vacuum, for example, up to 50%.

Пузырьки воздуха, выходя из диспергирующих элементов (3) аэрационной системы, поднимаются по кольцевому промежутку между гофрированной стенкой емкости (1) и циркуляционной трубой (2) и создают восходящий поток культуральной жидкости. Весь объем жидкости, находящейся над аэрационной системой поднимается вверх, а весь объем жидкости, находящийся в циркуляционном цилиндре устремляется вниз. Таким образом, происходит организованное и непрерывное движение культуральной жидкости внутри вакуумного аппарата.Air bubbles, emerging from the dispersing elements (3) of the aeration system, rise along the annular gap between the corrugated wall of the container (1) and the circulation pipe (2) and create an upward flow of the culture liquid. The entire volume of liquid located above the aeration system rises up, and the entire volume of liquid located in the circulation cylinder rushes down. Thus, there is an organized and continuous movement of the culture fluid inside the vacuum apparatus.

Технологический воздух, попадая в диспергирующие элементы аэрационной системы на уровне 70%, обеспечивает оптимальный уровень массообмена. Объем культуральной жидкости, находящейся в кольце между стенкой аппарата и циркуляционным цилиндром в шесть раз превышает объем циркуляционного цилиндра, что обеспечивает необходимую скорость обратного потока культуральной жидкости внутри цилиндра, чтобы обеспечить захват газожидкостной смеси для усиления растворимости кислорода воздуха. Соотношение уровня элементов аэрационной системы в 70% выбрано опытным путем, как оптимальное по отношению к 100% высоты циркуляционного цилиндра, обеспечивающее максимальную величину прочности гофрированной стенки аппарата и скорости обратного потока культуральной жидкости. При таком соотношении экономится 30% энергозатрат на аэрацию культуральной жидкости.Process air, entering the dispersing elements of the aeration system at a level of 70%, ensures an optimal level of mass transfer. The volume of the culture liquid located in the ring between the wall of the apparatus and the circulation cylinder is six times greater than the volume of the circulation cylinder, which provides the necessary rate of reverse flow of the culture liquid inside the cylinder to ensure the capture of the gas-liquid mixture to enhance the solubility of air oxygen. The ratio of the level of the elements of the aeration system of 70% was chosen experimentally as optimal in relation to 100% of the height of the circulation cylinder, providing the maximum strength of the corrugated wall of the apparatus and the rate of reverse flow of the culture fluid. With this ratio, 30% of energy costs for aeration of the culture liquid are saved.

При завершении процесса выращивания дрожжей в аппарате накапливается биомасса с накоплением в 330 г/л, закрывается линия подачи питания (7), снижается уровень вакуума и в течение часа происходит процесс дозревания. Далее снижается уровень вакуума до нуля и открывается линия для отвода биомассы (9). Весь объем выращенных дрожжей направляется на сепарацию.When the process of growing yeast is completed, biomass accumulates in the apparatus with an accumulation of 330 g/l, the power supply line (7) is closed, the vacuum level is reduced and the ripening process occurs within an hour. Next, the vacuum level is reduced to zero and the line for biomass removal (9) is opened. The entire volume of grown yeast is sent for separation.

Предлагаемый вакуумный дрожжерастильный аппарат создает все условия для интенсивного роста хлебопекарных дрожжей в концентрированных средах с накоплением биомассы до 330 г/л, получения товарной продукции с величиной сухих веществ в дрожжевой клетке до 33-35% и содержанию трегалозы до 16%.The proposed vacuum yeast-growing apparatus creates all the conditions for the intensive growth of baker's yeast in concentrated media with the accumulation of biomass up to 330 g/l, obtaining commercial products with the amount of dry matter in the yeast cell up to 33-35% and trehalose content up to 16%.

Claims

An apparatus for growing baker's yeast, consisting of a vertical container with a central circulation cylinder, with an aeration system, water and nutrient supply pipes, washing head pipes, reseeding pipes and a biomass drain line, as well as an upper pipe for air removal, characterized in that with In order to enhance the strength characteristics of the walls of the yeast-staging apparatus, the body of the apparatus is made of corrugated steel, connected by stiffening ribs to the central circulation cylinder, and the aeration system is made of radially located dispersing elements that strengthen the corrugated body of the apparatus by rigidly connecting it to the circulation cylinder in the horizontal plane, and in vertical plane are located at the level of 70% from the upper edge of the circulation cylinder, while atmospheric air is sucked in directly through the pipes of the dispersing elements passing through the corrugated body of the apparatus, and air throttling is carried out in each dispersing element of the aeration system independently, isolated from each other, and the pipe for removing air and creating a vacuum, it is designed with the ability to connect to a vacuum pump.