Моделирование и оптимизация производства дрожжей с учетом фазовой гетерогенности культуры

• Автор: Андреев, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.18.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 219 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. Содержание диссертации, основные положения, выносимые

на защиту, научная новизна и практическая значимость

Глава 1. Анализ технологии производства, структуры клеточного цикла и методов моделирования процессов ферментации микроорганизмов

1.1. Основные технологические стадии микробиологических производств

1.1.1. Методы культивирования микроорганизмов

1.1.2. Питательные среды и условия для выращивания дрожжей

1.1.3. Подготовка чистой культуры

1.1.4. Ферментаторы

1.2. Трудности, возникающие в процессах производства дрожжей

1.3. Существующие подходы к моделированию кинетики процессов дрожжегенерации

1.3.1. Модель Моно и модели, основанные на аналогичных принципах построения
1.3.2. Модели физиологической и биохимической гетерогенности популяции.
1.3.3. Модели, учитывающие фазы кинетики роста популяции лагфазу, экспоненциальную и
1.3.4. Модели возрастной структуры популяции
1.4. Структура клеточного цикла микроорганизмов
1.4.1. Методы изучения структуры клеточного цикла
1.4.2. Структура клеточного цикла прокариот
1.4.3. Структура клеточного цикла эукариот дрожжи
Выводы по первой главе
Глава 2. Экспериментальные исследования
2.1. Технология производства хлебопекарных дрожжей и этанола.
2.2. Материалы и методы исследования
2.2.1. Объект исследования
2.2.2. Методы исследования
Выводы по второй главе
Глава 3. Математическая модель фазовой гетерогенности роста клеток и микроорганизмов
3.1. Сравнительный анализ применимости существующих молелен кинетики роста микроорганизмов
3.1.1. Возможность использования основных кинетических моделей в узких диапазонах концен
траций .
3.1.2. Возможность использования моделей при раз
личных начальных концентрациях субстрата и биомассы
3.1.3. Моделирование режимов работы биохимических реакторов при использовании моделей
схожих с моделью Моно.
3.1.4. Применение запаздывания при построении моделей микробиологического синтеза
3.2. Математическая модель фазовой гетерогенности кинетики роста микроорганизмов
3.2.1. Прокариоты
3.2.2. Эукариоты.
3.3. Проверка адекватности математической модели
3.3.1. Прокариоты.
3.3.2. Эукариоты
Выводы по третьей главе.
Глава 4. Оптимизация технологического процесса производства хлебопекарных дрожжей на основе математической модели фазовой гетерогенности
4.1. Общая постановка задачи оптимизации
4.2. Основные предпосылки к оптимизации технологического производства дрожжей на ОАО Биохим
4.3. Описание метода и алгоритма оптимизации
4.4. Расчет экономической эффективности и практические
рекомендации
Выводы по четвертой главе.
Выводы по диссертации.
Библиографический список используемой литературы
Приложение. Результаты экспериментов.
Приложение II. Листинг программ и комментарии к ним.
Приложение III. Проверка адекватности математической модели
Приложение IV. Зависимость кинетики роста культуры дрожжей от начального распределения по фазам клеточного цикла
Приложение V Основные обозначения.
ВВЕДЕНИЕ
Содержание диссертации, основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость
Актуальность


Под засевными дрожжами в технологическом процессе дрожжевого производства принято понимать начальный или дополнительный приток чистой культуры в основные производственные дрожжерастильные аппараты. Для получения посевного материала используется исходная музейная культура продуцента, поступающая в заводскую лабораторию из научноисследовательского института или с посевной станции. Посевной материал, содержащий молодые, растущие клегки микроорганизмов из начальной стадии спорообразования споры, конидии, поступает в пробирках на скошенных агаризованных средах или в виде чистых культур в ампулах. Каждая производственная культура сопровождается паспортом, в котором указаны продуцент и его коллекционный номер, серия и дата изготовления, средняя активность серии и срок годности, характеристика среды для выращивания и хранения культуры. В зависимости от вида продуцента, его физиологобиохимических особенностей приготовление посевного материала до стадии производственной ферментации проходит в несколько этапов исходная культура скошенная агаризованная среда выращивание на качалке в колбах на жидкой питательной среде однадве стадии посевные аппараты однанесколько стадий стадия производственной ферментации , , 4, 0, 8, 8. Рассмотрим обобщенно каждую стадию немного подробнее. Первоначально исходную культуру при оптимальных температурах выращивают в пробирках на скошенной агаризованной питательной среде для микроскопических грибов, актиномицетов до наступления обильного 0 ч спорообразования, для бактериальных культур наиболее благоприятный возраст устанавливается экспериментально. Затем выращенную таким образом культуру к объему смывают стерильно водой с поверхности скошенной агаризованной среды и переносят в колбы Эрленмейера на 0 мл, содержащие 0 мл жидкой питательной среды. В колбах культуру микроорганизмов выращивают на качалке обмин при температуре С в течение ч. Перемешивание встряхивание необходимо для увеличения скорости роста культуры, что связано с интенсификацией массообмена. Данную стадию контролируют с помощью морфологических показателей микроорганизма. Для увеличения количества посевного материала культуру выращивают в несколько стадий. Готовую культуру стерильно переносят в посевной аппарат малый инокулятор, 0,1 м3, оснащенный мешалкой, аэрирующим устройством, контрольноизмерительной аппаратурой для регулирования температуры, среды, уровня пенообразования и т. Питательную среду в аппарате предварительно стерилизуют. Количество стадий выращивания определяется объемом производства и нормой расхода посевного материала для каждого продуцента. Следует отметить, что специфика сырья, культуры дрожжей, мощность предприятия и ряд других обстоятельств могут изменить схему, режим и состав оборудования установки по подготовке засевных дрожжей чистой культуры. Если установка чистой культуры дрожжей работает непрерывно, то это указывает на неустойчивость внедряемой в производственных условиях культуры. Первостепенной задачей микробиологов научных и производственных лабораторий является подбор к конкретным условиям среды необходимой устойчивой культуры , , 7, 5,8. Большинство схем классификаций ферментаторов строятся в соответствии с этим принципом , , 5, 6. Следует отметить, что перечисленные группы процессов не равноценны по влиянию на конструкции именно ферментаторов и классификация, основанная только на них невозможна. Рассмотрим некоторые предложенные авторами классификации подробнее. Ферментаторы с вводом энергии только аэрирующим газом. Аппараты данного вида давно используются для выращивания кормовых и хлебопекарных дрожжей, при очистке сточных вод и др. Бариотажные ферментаторы. Для данного типа ферментаторов характерной особенностью является отсутствие специальных диффузоров, перегородок и т. Недостатком таких аппаратов являются неравномерное распределение биомассы по высоте аппарата, причинами которой являются низкая интенсивность массообмена по кислороду и невысокая
кратность вертикальной циркуляции. Данные факторы становятся особенно существенными при использовании сильно пенящихся сред , .