Устройство получения лизатов дрожжевых культур
Полезная модель может найти применение в винодельческой, пивоваренной, ликероводочной, микробиологической и спиртовой промышленности при изготовлении пищевой добавки для напитков брожения, детского и диетического питания и кормов. Техническим результатом полезной модели является улучшение гемогенности и дисперсности лизатов, возможность регулирования свойств лизатов, повышение производительности, безопасность процесса, интенсификация процесса и получение продукта более высокого качества. Устройство снабжено дозатором активатора, узлом аэрации дрожжевых культур, системой подачи и/или удаления газа, нейтрального для рабочей смеси. Ультразвуковые излучатели, натекатель и дозатор активатора расположены, на рабочей крышке рабочей камеры. Рабочая камера снабжена холодильным аппаратом и термостатом, на входе сливного патрубка установлен подвижный фильтр, а на выходе - запорный механизм, к нагнетательному патрубку подсоединен компрессор.
Полезная модель может найти применение в винодельческой, пивоваренной, ликероводочной, микробиологической и спиртовой промышленности при изготовлении пищевой добавки для напитков брожения, детского и диетического питания и кормов.
Известно ультразвуковое устройство для диспергирования материалов и получения пищевых добавок, в котором три ультразвуковых преобразователя равномерно разнесены вокруг цилиндрического реактора и закреплены в стальных втулках, приваренных к наружной стенке реактора. Ультразвук передается через буферную жидкость, в частности оливковое масло, и стенку к жидкости, находящейся в реакторе. Патент Великобритании №22433092, В 01 Л 1/10, 1991г.
Известен диспергатор, содержащий ультразвуковой источник колебаний, смесительную камеру с подводящим и отводящим патрубками, насадкой с цилиндроконическими отверстиями. На выходе из насадки формируется турбулентное вращательное движение потоков с кавитационными пузырьками. Патент России №1599075, В 01 J 11/10, 1988.
К недостаткам известных изобретений следует отнести то, что они не обеспечивают возможность получения микрокапель, однородных по размеру.
Известно устройство для диспергирования, содержащее реактор с ультразвуковыми излучающими системами, работающими синхронно, и генератор. Реактор состоит из двух камер - верхней и нижней с обратным клапаном на нагнетательном патрубке, каждая из камер снабжена ультразвуковой пьезоэлектрической колебательной системой. Между камерами установлен трековый фильтр, заключенный в крупноячеистую сетку, выполненную из нержавеющей стали.
Патент Российской Федерации №2096074, В 01 J 11/02, 1997 г. Прототип.
Недостатком прототипа является низкий уровень диспергирования и гомогенизации суспензий, так как конструктивные элементы устройства не обеспечивают создание гидродинамических процессов в обрабатываемой среде, в том числе обширной зоны кавитации.
Задачей полезной модели является создание устройства для проведения интенсивного процесса лизиса дрожжевых культур, повышение дисперсности и гомогенизации суспензий, создание обширной зоны кавитации, повышение биологической ценности лизатов.
Техническим результатом полезной модели является улучшение гомогенности и дисперсности лизатов, возможность регулирования свойств лизатов, повышение производительности, безопасность процесса, интенсификация процесса и получение продукта более высокого качества.
Технический результат достигается тем, что устройство получения лизатов дрожжевых культур, содержащее рабочую камеру, ультразвуковые излучатели, нагнетательный патрубок с обратным клапаном, соединенный с люком загрузки материала и сливным патрубком, снабжено дозатором активатора и узлом аэрации дрожжевых культур, рабочая камера снабжена сменной крышкой и через натекатель соединена с системой подачи и/или удаления газа, нейтрального для рабочей смеси, ультразвуковые излучатели, натекатель и дозатор активатора дрожжевых культур расположены на рабочей крышке рабочей камеры, выход узла аэрации дрожжевых культур соединен с выходом сливного патрубка через запорный механизм, рабочая камера снабжена съемными холодильным агрегатом и термостатом, на входе сливного патрубка установлен подвижный фильтр, а на выходе - запорный механизм, к нагнетательному патрубку подсоединен компрессор. Сменная крышка выполнена из теплоизоляционного материала.
Сущность полезной модели схематично поясняется на чертеже, где:
1 - рабочая камера, выполненная из нержавеющей стали, 2 - преобразователи акустических колебаний пьезоэлектрические и/или магнитострикционные, 3 -
нагнетательный патрубок, 4 - обратный клапан, 5 - люк загрузки рабочей жидкости, 6 - сливной патрубок, 7 - натекатель, 8 - система подачи и/или удаления газа нейтрального для рабочей смеси: N 2, Аr, 9 - подвижный фильтр, 10 - запорный механизм, 11 - компрессор, 12 - резервуар с рабочей жидкостью, 13 - крышка рабочей камеры, 14 - узел подачи активатора, 15 - дозатор активатора, 16 - узел (подачи воздуха) аэрации дрожжевых культур, 17 - холодильный агрегат, 18 - термостат.
Важным фактором дрожжевой культуры в исходном состоянии является её текучесть и жидкостная составляющая, без которой невозможно применение ультразвука. Для получения высоких концентраций проводят центрифугирование. Границей концентрации дрожжевых клеток в рабочей жидкости является 10 10 кл./см3. Дальнейшее увеличение количества клеток дрожжевых культур приводит к тестообразной массе, гасящей распространение ультразвука по объёму. Рабочую жидкость (дрожжевую суспензия) из резервуара 12 по нагнетательному патрубку 3 подают под давлением, создаваемым компрессором 11 через люк загрузки рабочей жидкости 5 в рабочую камеру 1.
В рабочей камере 1 создают атмосферу газа, нейтрального по отношению к рабочей жидкости, например, азота или воздуха, или смеси азота и воздуха, или аргона, или смеси аргона и воздуха. Эти газы не являются взрывоопасным материалом. В рабочую камеру 1 под давлением газы поступают через натекатель 7 от системы подачи и/или удаления газа нейтрального для рабочей смеси (N 2, Аr) 8. Для подачи воздуха используют узел аэрации (подачи воздуха) дрожжевых культур 16, от которого через запорный механизм 10 и подвижный фильтр 9 воздух поступает в рабочую камеру 1 под давлением.
Для создания смешанной атмосферы в рабочей камере 1 сначала очищают объём рабочей камеры от воздуха. Удаление воздуха можно вести различными путями: подачей азота или аргона от системы 8 через натекатель или вакуумированием рабочей камеры 1 и последующим её заполнением азотом или аргоном через натекатель 7.
В процессе заполнения рабочей камеры 1 дрожжевой культурой обратный клапан 4, установленный над люком загрузки 5, натекатель 7 и запорный механизм 10 не позволяют ни рабочей жидкости, ни азоту покинуть рабочую камеру 1.
Затем включают ультразвуковой генератор, преобразователи акустических колебаний 2 которого, расположенные на рабочей крышке 13, возбуждают ультразвуковое поле. Для изменения параметров исходной центрифугированной культуры дрожжей в рабочую камеру 1 через узел подачи активатора 14 и дозатор активатора 15 добавляют сахарный сироп или ликер, или от узла аэрации (подачи воздуха) дрожжевых культур 16 подают воздух.
Для изменения температурных параметров и их сохранения во времени используют холодильный агрегат 17 и термостат 18, которые выполнены в виде сменных рубашек для рабочей камеры 1. При термостатировании используют сменную крышку, выполненную из теплоизоляционного материала (на чертеже не показана). В случае больших производственных объемов используют автономные холодильники и термостаты.
В результате воздействия акустическим полем на жидкую разводку дрожжей высокой концентрации и низких температур возникает обширная область кавитации, приводящая к стремительному лизису дрожжевой культуры. Различные режимы позволяют регулировать деструкцию дрожжевых клеток. Для каждой дрожжевой культуры и разной ее концентрации подбирают рабочие параметры изменением давления в рабочей камере 1, времени воздействия и рабочую температуру.
В общем случае спустя 10-20 минут после отключения генератора ультразвука обработанный субстрат транспортируют по сливному патрубку 6 под действием повышенного давления через открытый подвижный фильтр 9 к выходу.
В результате действия акустического поля и повышенного давления возникает обширная зона кавитационных пузырьков, увеличивается проницаемость клеточных мембран, изменяется структура внутриклеточных
органелл, повышается выход ферментов и других биологически активных веществ. При контакте внутриклеточных соединений с веществами, содержащимися в вине или пиве, возникает индуцированный синтез ферментных систем дрожжей на внутриклеточных структурах.
Увеличивается активность ферментов дрожжей под действием субстратов вина, а также интенсификация биохимических превращений соединений вина под действием внутриклеточных компонентов дрожжей с образованием продуктов, характерных для выдержанных вин.
Устройство позволяет направленно регулировать деструкцию дрожжевых клеток от частичного изменения проницаемости мембран клетки до полного разрушения клеточных структур при этом не позволяет инактивировать ферментные системы дрожжевых клеток, сохраняя нативность биологически активных веществ.
Ниже приведены различные режимы обработки суспензии.
Пример 1. В качестве субстрата используют винные дрожжи и виноградный виноматериал. Препарат активных сухих дрожжей регидратируют и активируют в течение 30 часов путем внесения навески препарата в виноматериал из расчета требуемой конечной концентрации дрожжевых клеток в суспензии 109 кл./см3 . Равномерно перемешивают материал для получения однородной массы, вносят в нее водный раствора аммиака из расчета содержания аммиачного азота 40 мг/дм3 среды, вносят сахарный сироп из расчета содержания сахара 2,0%, термостатируют материал при температуре 20°С, в течение 10 часов. Затем суспензию охлаждают до 10°С и воздействуют на нее акустическим полем с частотой колебаний 30 кГц, интенсивностью 20 Вт/см 2 при температуре 10°С в течение 5 минут.
Полученный лизат хранят до использования при температуре 5°С в течение не более 30 суток, затем используют в промышленности для приготовления виноградных столовых и крепленых вин; шампанских, игристых, шипучих и специальных вин, а также для приготовления коньячных виноматериалов с последующей их перекуркой и приготовлением винных
дистиллятов, а также купажей бренди или ликероводочной продукции; или спиртуют до крепости не менее 17% и хранят в течение не более 12 месяцев, а затем используют в промышленности, для приготовления виноградных крепленых и специальных вин, а также купажей бренди или ликероводочной продукции. В примерах 2-7 подготовка дрожжевого субстрата осуществляется по примеру 1. На дрожжевую разводку воздействуют акустическим полем частотой 22 кГц, с интенсивностью 40 Вт/сек, время обработки 20 мин. Пример 2. при температуре 20°С, количество полученных деструктированных дрожжевых клеток составило ˜ 5-7%.
Пример 3. при температуре 15°С, количество полученных деструктированных дрожжевых клеток составило ˜65-70%.
Пример 4. при температуре 5°С, количество полученных деструктированных дрожжевых клеток составило ˜100%.
В следующих примерах перед обработкой дрожжевой разводки рабочую камеру аппарата герметизируют и создают в ней различное рабочее давление.
Пример 5. при атмосферном давлении количество полученных деструктированных дрожжевых клеток составило ˜52%. Пример 6. при давлении 2,0 атмосферы количество полученных деструктированных дрожжевых клеток составило ˜74%. Пример 7. при давлении 4,0 атмосферы количество полученных деструктированных дрожжевых клеток составило ˜100%.
Полезная модель позволяет интенсифицировать процесс и получить лизат более высокого качества. Эксперименты показали, что количество деструктированных дрожжевых клеток при давлении выше 4 атмосфер не изменяется.
1. Устройство получения лизатов дрожжевых культур, содержащее рабочую камеру, ультразвуковые излучатели, нагнетательный патрубок с обратным клапаном, соединенный с люком загрузки материала и сливным патрубком, отличающееся тем, что устройство снабжено дозатором активатора и узлом аэрации дрожжевых культур, рабочая камера снабжена сменной крышкой и через натекатель соединена с системой подачи и/или удаления газа, нейтрального для рабочей смеси, ультразвуковые излучатели, натекатель и дозатор активатора дрожжевых культур расположены на рабочей крышке рабочей камеры, выход узла аэрации дрожжевых культур соединен с выходом сливного патрубка через запорный механизм, рабочая камера снабжена холодильным агрегатом и термостатом, на входе сливного патрубка установлен подвижный фильтр, а на выходе - запорный механизм, к нагнетательному патрубку подсоединен компрессор.
2. Устройство получения лизатов дрожжевых культур по п.1, отличающееся тем, что сменная крышка рабочей камеры выполнена из теплоизоляционного материала.
