Перевод чистых культур в производство

Чистую культуру пивных дрожжей для перевода в производство следует размножать в стерильном сусле. В лаборатории, как правило, размножают от 5 до 10 л. Для дальнейшего размножения используют специальное оборудование, размещаемое в соответствующем помещении вблизи бродильного отделения. В простых устройствах, состоящих только из нескольких резервуаров, лабораторную чистую культуру можно размножать периодически, а в более сложных аппаратах для разведения чистой культуры после посева можно работать непрерывно с большим количеством циклов.

Поскольку количество дрожжей, полученных в этих аппаратах, часто недостаточно для сбраживания объема обычного производственного чана, культуру размножают дальше в открытых бродильных чанах в производственном сусле.

Размноженную культуру обычно переводят в четырехкратный объем сусла, так что результирующий объем - пятикратный.

При размножении чистой культуры независимо от применяемого оборудования выбирают, как правило, условия, поддерживающие быстрое размножение дрожжей. Поэтому бродящее сусло переводят в следующий, больший объем всегда при наиболее бурном брожении, т. е. в завитках. Для дальнейшего размножения культуры в бродильных чанах ее переводят в чаны, наполненные только на ¹/₄-¹/₃ суслом, и по достижении начинающихся белых завитков постепенно дополняют следующей порцией сусла. По Вейнфуртнеру [3], объем нестерильного сусла не должен превышать более чем в 5-7 раз объем завитков из аппарата для разведения чистых культур.

Важным фактором при размножении чистых культур является температура. От нее в значительной мере зависит деятельность дрожжей, которые отрицательно реагируют на любое резкое отклонение. Чистую культуру обычно отбирают при температуре 25°С. Размножение культуры в лаборатории лучше всего начинать при температуре 18-20°С, чтобы перевести ее в аппарат для разведения с температурой 12-15°С. При дальнейшем размножении температуру постепенно снижают до 8-10°С.

Размножение без аппарата для разведения чистой культуры

Устройство для простейшего размножения чистых культур состоит из двух цилиндрических резервуаров, закрываемых крышкой, с полезным пространством от 30 до 50 л и от 2 до 3 гл, а так-же бродильного чана емкостью 30 гл. Резервуары могут быть алюминиевые или из нержавеющей стали и по конструкции аналогичны медным резервуарам Стокхаусена и Коблитца. Перед использованием резервуары стерилизуют кипячением. Сусло заливают в них или горячим, или стерилизуют непосредственно кипячением. Охлаждают сусло снаружи холодной водой до температуры 12-15°С.

Чистую культуру, размноженную в лабораторных колбах емкостью 3 л, переводят в завитки к 50 л сусла, потом снова в завитки к 3 гл сусла. Затем их переводят в бродильные чаны (к 10-15 гл сусла), которые в два или три приема через 24 ч дополняют суслом до 30 гл. Температурный режим постепенно изменяют так, чтобы конечная температура была 8-10°С.

По Вейнфуртнеру [3], для размножения чистой культуры достаточно одного резервуара емкостью 2 гл и бродильного чана емкостью 30 гл. В лаборатории культуру сначала размножают до 200 мл в шести колбах, из которых после перевода в последующие шесть колб получают по 5 л культуры. Содержимое этих колб (в целом 30 л) переводят в сусло количеством 2 гл и далее в сусло количеством 10 гл в бродильном чане, объем которого доводят до объема 30 гл.

Современные зарубежные авторы считают этот простой способ размножения чистой культуры очень целесообразным. Поддержание хороших технических свойств дрожжей обеспечивается главным образом тем, что всегда используют свежеприготовленные чистые культуры. Тот факт, что при описанном процессе даже при наиболее благоприятных условиях получается только практически чистая культура, по мнению Вейнфуртнера, не имеет значения, поскольку практически при работе с абсолютно чистой культурой, полученной из аппарата для разведения чистой культуры, в производстве нельзя обеспечить асептических условий.

Размножение в аппарате для разведения чистой культуры

В аппарате чистую культуру размножают в стерильном сусле непрерывно при асептических условиях.

Размножение чистых культур в аппарате для разведения по сравнению с простейшим процессом более выгодно в первую очередь потому, что из одной лабораторной культуры можно получить большое число генераций, так что нет необходимости в постоянном поддержании вирулентной чистой культуры в лаборатории. Другим преимуществом является непрерывность производства, которая гарантирует обеспечение бродильного отделения в нужное время необходимым количеством пивоваренных дрожжей соответствующего типа. Наконец, при правильном обслуживании аппарата исключается инфицирование чистой культуры.

Некоторым недостатком является то, что необходима определенная сложность установки, которую должен обслуживать квалифицированный работник, имеющий хотя бы основные знания по биологии.

Конструкции всех аппаратов для разведения чистых культур имеют следующие элементы:

стерилизатор (цилиндр для сусла), в котором производственное сусло стерилизуется, охлаждается и аэрируется;

резервуар предварительного брожения, в который переводится чистая культура из лаборатории и сохраняется в нем в течение работы аппарата;

бродильный цилиндр, в котором культура размножается и из которого берут маточные дрожжи.

Для работы аппарата по разведению чистых культур необходимо обеспечить следующее:

подвод пара для стерилизации сусла, аппаратуры, соединительных трубопроводов и арматуры,

стерильный сжатый воздух для аэрации стерилизованного сусла, для перемещения бродящего сусла, перекачки сусла из резервуара в резервуар и для отбора дрожжей;

вода для охлаждения стерилизованного сусла и для очистки всего оборудования.

Из многих конструкций установок для чистой культуры дрожжей наибольшее распространение получили аппараты, первоначально изготовленные по Хансену и Кюле и аппараты конструкции Грейнера или подобный тип аппаратов, поставляемых машиностроительным заводом ЗВУ в Градце Кралове (рис. 63).

Рис. 63. Аппарат для разведения чистой культуры дрожжей (ЗВУ)

Установка для разведения чистой культуры по Хансену-Кюле состоит из стерилизатора и из одной или нескольких бродильных цилиндров одинакового объема.

Стерилизатор снабжен реактором, иногда также спиралью для обогрева паром (0,5 МПа) или для охлаждения. Он имеет подачу воздуха (через фильтр) снизу в змеевик над дном и сверху над поверхностью сусла. Из крышки выводится вытяжная S-образная труба, погруженная своей нижней частью в сосуд с водой. В верхней части стерилизатора имеется указатель уровня или контрольный кран. Сусло поступает снизу и стерилизованное после охлаждения отводится в нескольких сантиметрах над дном, для полного опоражнивания стерилизатора служит кран, расположенный в самом низком месте дна. Стерилизатор снабжен также термометром (110°С) и манометром. Стерилизатор не должен находиться в помещении, где происходит разведение культуры.

Бродильный цилиндр чаще всего имеет объем 170 л. Воздух подается в него сверху и снизу. Он имеет трубку для отвода углекислого газа и воздуха (форма S), нижним концом погруженную в сосуд с водой; тубус для ввода чистой культуры типа ЗВУ в Градце Кралове в основном аналогичен аппарату системы Грейнера; стерилизатор как и в конструкции типа Хансена - Кюле отделен от бродильных цилиндров и его оборудование дополнено одним или несколькими цилиндрами предварительного брожения, которые используются также в системе Линднера. Цилиндр предварительного брожения имеет емкость от 30 до 50 л. Конструкция этого цилиндра аналогична конструкции бродильного цилиндра.

Такой комбинированный аппарат для разведения чистых культур иногда соединен с металлическими бродильными чанами емкостью от 30 до 100 гл, в которые из бродильного цилиндра подаются дрожжи и сусло для дальнейшего размножения и накопления массы дрожжей. В результате значительно повышается производительность аппарата для разведения чистых культур.

Раньше аппараты для разведения чистой культуры изготовляли из медного листа, луженного с внутренней стороны оловом, поскольку ионы меди вызывают дегенерацию дрожжей. Однако в производстве слой олова очень быстро разрушается, и поэтому его следует постоянно обновлять. В настоящее время резервуары установки чистой культуры изготовляют из алюминия или нержавеющей стали. При очистке (механической и химической) нельзя нарушав гладкую внутреннюю поверхность резервуаров.

Рабочий процесс при размножении дрожжей в аппаратах всех типов в принципе одинаков. Поэтому мы приводим только рабочий процесс на установке типа Хансен-Кюле.

Перед пуском установки ее следует тщательно вычистить с разборкой и сборкой отдельных деталей и устранением всех неполадок. После сборки и проверки герметичности всего оборудования сначала, как правило, в течение 0,5 ч стерилизуют паром бродильные цилиндры. Пар давлением 0,05 МПа (0,5.атм) поступает в бродильные цилиндры через суслопровод и выходив через все открытые клапаны, тубус, проводы, трубы для сжатого; воздуха и вытяжную трубку. Через 0,5 ч сначала закрывают кран для выпуска пива, а потом тубус, при этом в насаженную на него резиновую трубочку вводят стеклянную палочку, вымытую спиртом (70%-ным) и обожженную пламенем. На воздушные трубки перед закрытием навинчивают ватные фильтры, предварительно стерилизованные в сушилке 4 ч при температуре 120°С, иногда 2 ч при температуре 150°С. Сначала присоединяют конец более близкий к бродильному цилиндру; при этом одновременно закрывают кран на трубке между цилиндром и фильтром, чтобы вата не увлажнилась. Непосредственно после этого присоединяют также другой конец и тотчас открывают подачу стерильного воздуха, чтобы охладилась внутренность цилиндра. Кран вытяжной трубки должен быть постоянно открыт, чтобы обечайка цилиндра не коробилась при вакууме, возникающем при его охлаждении. В цилиндре поддерживается умеренное избыточное давление от 0,02 до 0,03 МПа (от 0,2 до 0,3 атм).

Стерилизатор (цилиндр для сусла) стерилизуется паром или одновременно с бродильными цилиндрами, или позднее таким образом, что в нем кипячением стерилизуется сусло и образовавшиеся пары стерилизуют арматуру цилиндра. Стерилизатор наполняется (чаще всего снизу) или холодным суслом с холодильных тарелок (иногда мутным), или горячим из варочного котла, а именно наиболее подходит сусло 10 мас.%. Нагревается сусло или паровой рубашкой, или змеевиком, или обоими вместе. Спустя 0,5 ч кипячения, постепенно закрывают все краны кроме клапана вытяжной трубы, насаживают ватный фильтр, выпускают сжатый воздух и открывают подачу охлаждающей воды. При охлаждении сусло обычно вентилируется воздухом, пропускаемым через сусло, до температуры 40°С; потом воздух оставляют только над поверхностью, чтобы не мешать седиментации взвесей. Сусло охлаждается до температуры 15°С.

Охлажденное сусло тотчас перекачивают в бродильный цилиндр, при этом временно прекращают подачу воздуха. Поверхность сусла не должна доходить до тубуса цилиндра. Сусло в цилиндре предварительного брожения сбраживают культурой, приготовленной в лаборатории (от 1 до 5 л), для этого в цилиндр асептически через тубус вводят содержимое колбы, после чего тубус после протирки спиртом снова закрывают. Сброженное сусло перемешивают мешалкой и аэрируют около 15 мин. После разбраживания цилиндр дополняют остатком стерильного сусла и снова аэрируют.

Из стерилизатора выпускают остаток сусла и муть, снимают ватный фильтр, открывают все краны, стерилизатор прополаскивают водой и подготавливают к следующему наполнению.

После сбраживания сусла в бродильном цилиндре температуру медленно снижают до 10°С. Брожение заканчивается через 10-14 дней. Молодое пиво из цилиндра выпускают через кран, расположенный у дна, осевшие дрожжи перемешивают с остатком пива и отводят через трехходовой кран в дне цилиндра.

Чистые культуры пивоваренных дрожжей из бродильного цилиндра можно использовать только для сбраживания небольших чанов бродильного отделения. Однако чаще всего культуры размножают в разбраживающем чане. Сброженное сусло иногда пекачивают из бродильного цилиндра в разбраживающий чан в стадии белых завитков. Таким образом за короткое время можно получать утроенное количество маточных дрожжей.

Аппараты описанных типов можно использовать для непрерывного производства маточных дрожжей, за счет того, что в бродильный цилиндр после устранения дрожжей тотчас напускают новое стерильное сусло, для сбраживания которого достаточно дрожжей, оставшихся на дне цилиндра.

При брожении по методу Натана используются аппараты для разведения чистых культур, которые состоят из цилиндра предварительного брожения емкостью 150 л и бродильного цилиндра емкостью 750 л (рис. 64). Резервуары изготовлены из нержавеющей стали, внутри гладкие; имеют обогреваемое коническое дно и рубашку для охлаждения, по которой протекает охлажденная вода. Цилиндр предварительного брожения работает обычным способом. После разбраживания содержимое перекачивают в бродильный цилиндр, в котором между тем было простерилизовано сусло. После перемешивания определенную часть возвращают обратно в цилиндр предварительного брожения, в котором было простерилизовано свежее сусло, сбраживаемое с помощью поступивших с возвратом дрожжей. Сусло из бродильного цилиндра в стадии завитков переводят в бродильный резервуар для сбраживания производственного сусла и повторяют процесс перекачки в бродильный цилиндр. Для стерилизации и охлаждения сусла в небольшом цилиндре требуется 4 ч, в большом - от 7 до 8 ч. Для разведения чистой культуры известны также аппараты с емкостью в 2 раза большей; операции при этом могут быть различны.

Рис. 64. Аппарат для разведения чистой культуры дрожжей по Натану

Эксплуатация каждого аппарата должна быть индивидуально приспособлена к условиям производства и одновременно отрегулирована так, чтобы как можно меньше страдали физиологические свойства размножаемых дрожжей. Известно, что хотя в аппаратах для разведения можно размножать дрожжевые культуры при асептических условиях непрерывно, однако условия, при которых культура размножается, не гарантируют сохранение хорошего физиологического состояния дрожжей. С этой точки зрения важно отбирать дрожжи из бродильного цилиндра не позднее чем через 14 дней, чтобы ограничить явления дегенерации, отражающиеся на сбраживающих свойствах. Отбором сброженного сусла из бродильного цилиндра в завитках легче сохранить хорошее состояние культуры. Важен также состав и экстрактивность сусла. Положительно действует более сильное охмеление сусла концентрацией от 10 до 12 мас.%.

По Вейнфуртнеру [3], одним из важных условий жизнеспособности высокой энергии размножения и сбраживающей способности производственных дрожжей является также достаточный аэробный обмен веществ (дыхание), который поддерживается хорошим аэрированием.

Аппарат для разведения теоретически можно использовать довольно долго. Однако, чтобы сохранить хорошее физиологическое состояние получаемых дрожжей, культуру заменяют не позже чем через 2 года. В условиях ЧССР культуру обычно заменяют через 20-25 генераций. В период производственной остановки проводят капитальный ремонт всего аппарата для разведения.

Контроль за дрожжами из аппарата для разведения чистой культуры

У каждой генерации дрожжей, выходящих из аппарата для разведения, микроскопически проверяются морфологические признаки, физиологическое состояние и случайное присутствие посторонних микроорганизмов. Необходима также проверка биологическим методом не вполне ясных результатов микроскопических показаний. Кроме того, два параллельные образца сброженного сусла из бродильного цилиндра подвергаются испытанию на размножение (от 5 до 6 дней при 25°С с ватной пробкой и бродильным краном).

Если обнаруживаются недостатки в биологическом состоянии, то культура должна быть исключена и заменена новой.