4. Podaj bezciśnieniowe metody zacierania z technologią parową w gorzelnictwie

Technologia etanolu z parowaniem surowców skrobiowych

Skrobia występująca w postaci natywnej (granulek) jest zbita i dostęp enzymów do niej jest utrudniony. W komórkach surowca skrobiowego jest jeszcze dodatkowa bariera - ściana komórkowa. Żeby skrobię zhydrolizować należy:

• uwolnić skrobię z komórki

• poddać ją klepkowaniu - części skrobi ulegają uwodnieniu i odsuwają się od siebie, dostęp enzymów zostaje znacznie ułatwiony i zachodzi hydroliza

parowanie surowców skrobiowych - parnik Henze'go

Od góry wprowadza się surowiec, w trakcie procesu mieszadło ułatwia otrzymanie homogennej masy. Należy dodać wody, by zaszło kleikowanie. Stężenie skrobi powinno wynosić po procesie 18-20% (trzeba rozcieńczyć surowiec, bo ziarno zawiera ok.60% skrobi). W przypadku ziemniaków niekonieczne jest dodawanie wody, ponieważ występuje ona w dużej ilości w ziemniakach. Do parnika doprowadzana jest para wodna, temperaturę stopniowo się podnosi do 145°C, ciśnienie 0,4 MPa.

Warunki parowania surowców skrobiowych:

a) załadowanie parnika ziemniakami, ogrzewanie parą wodną do temperatury 145°C, ciśnienie ok. 0,4MPa przez 30-40 minut

b) załadowanie parnika ziarnem zbóż, dodatek wody w stosunku wagowym 1:3, ogrzewanie jak wyżej

c) zachodzące procesy: klepkowanie skrobi, częściowe jej upłynnienie (częściowa degradacja skrobi), degradacja ścian komórkowych, reakcja Mailarda (między białkami i cukrami)

kadź zacierna

Surowiec ma postać gęstej i płynnej masy. Wyparowana masa znajduje się pod ciśnieniem. Po otwarciu zaworu para rozrywa komórki. Wszystko „idzie” do kadzi zaciernej - zbiornik z mieszadłem i wężownicą zasilaną zimną wodą. Do kadzi wprowadzana jest rozparzona masa i dodawane się enzymy.

Warunki zacierania:

a) rozparzona masa z parnika jest chłodzona do temperatury 52-56°C, dodawany jest preparat enzymatyczny, w starszych technologiach mleczko otrzymane ze słodu gorzelniczego, w nowszych technologiach α-amylaza (ma wyższą optymalną temperaturę działania 60-65°C)

b) po opróżnieniu parnika i dodatku enzymu zacier przetrzymuje się ok.0,5 godziny (by amylaza dalej hydrolizowała skrobię), a następnie koryguje pH do 4,5-5,0 i dodaje glukoamylazy

Warunki bezciśnieniowego zacierania („zimne” zacieranie)

Stosując parnik zużywamy dużą ilość pary wodnej. Część produktów reaguje ze sobą np.

białka z cukrami i wydajność procesu jest mniejsza. Stosuje się więc bezciśnieniowe

zacieranie w niższej temperaturze. Kleikowanie skrobi w zależności od rodzaju zachodzi

w temperaturze 55-70°C (dotyczy to głównej frakcji - amylopektyny)

a) I etap - dodatek termostabilnej α-amylazy pH=6,0-6,5, a temperatura do 100°C, zachodzą procesy kleikowania i upłynniania skrobi, degradacja skrobi. α-amylazę można wprowadzić bezpośrednio i skrobia jest od razu hydrolizowana, gdy temperatura kleikowania wynosi ok.65°C, a enzym jest termostabilny. 65°C - następuje kleikowanie amylopektyny, a amyloza w wyższej temperaturze. Bezciśnieniowe zacieranie - surowiec poddaje się bardzo drobnemu rozdrabnianiu np. w homogenizatorze, by rozbić ściany komórkowe i wydobyć skrobię. Do rozdrobnionego surowca skrobiowego

dodaje się termostabilnej α-amylazy i w przypadku zbóż wodę.

b) II etap - dodatek glukoamylazy, ewentualnie pullulanazy pH=4,5, temperatura 55-60°C

Amylopektyna α-amylaza

pH=6 upłynnienie

95-105^oC

90 min glukoamylaza

Mełe cząsteczki oligosacharydów pullulanaza

pH=4,5

60-62^oC scukrzanie

12-96h

Glukoza

Produkcja etanolu ze skrobi

termostabilna glukoamylaza drożdże odzysk alkoholu

amylaza

upłynnianie scukrzania fermentacja destylacja i

odwodnienie

Można połączyć hydrolizę oligosacharydów do glukozy z fermentacją glukozy (co

zapobiega hamowaniu glukoamylazy przez produkt glukozę, bo jest ona fermentowana

od razu do alkoholu)

6. Technologia kwasu cytrynowego

Fermentacja Cytrynowa

- Przed rokiem 1920 kwas cytrynowy produkowany był tylko z soku cytrynowego lub limonowego

- obecnie jest produkowany na drodze fermentacji z użyciem szczepów gatunku Aspergillus niger

Drobnoustroje, surowce kw. cytrynowego

- Yarrowia lipolitica - kwas izocytrynowy

- Surowce - węglowodany (melasa buraczana lub trzcinowa, sacharoza, hydrolizat skrobi, glukoza techniczna), źródła azotu (mocznik), źródła fosforu (kwas fosforowy i jego sole), woda pitna zawierająca mikroelementy

Enzymy cyklu kwasu cytrynowego zostały znalezione w matriks mitochondriów.

Podłoże:

Jeżeli Aspergillus niger ma możliwości namnażania się maksymalnie, tylko małe ilości kwasu cytrynowego są wytwarzane - cała energia jest wykorzystywana do produkcji grzybni.

Jeżeli wzrost jest ograniczony, duże ilości kwasu są produkowane.

W uzupełnieniu do węglowodanów Aspergillus niger wymaga N, fosforanów, K, Mg i siarczanów.

By akumulować kwas cytrynowy wzrost jest ograniczany przez limitowanie dodatku N, P lub większości metali śladowych, które regulują cykl kwasów trójkarboksylowych.

Fazy produkcji kwasu cytrynowego:

Fazy produkcji kw. cytrynowego:

- kiełkowanie spor poprzedzające fazę ekspotencjalną

- okres wzrostu powodujący wyczerpywanie się źródeł N i P

- faza produkcji kwasu cytrynowego

- faza akumulacji kwasu cytrynowego

- faza zahamowania

Czynniki wpływające na produkcję kw. cytrynowego:

- Morfologia grzybni i stan morfologiczny zależy od stężenia jonów Mn²⁺, korzystne jest, gdy grzybnia tworzy małe pelletes.

- pH, natlenienie, mieszanie, stężenie Mn²⁺, Fe²⁺ (…)

- źródło N - ograniczone stężenie źródła N jest wymagane w produkcji kwasu cytrynowego 1-4 g/l

- fosforany - optymalne stężenie 1-4 g/l, nie mają tak istotnego wpływu jaki inne składniki

- pH- najlepszą wydajność uzyskuje się przy pH poniżej 2,0, przy wyższych wartościach gromadzi się kwas (...)

- temperatura optymalna 28-30ºC zarówno dla produkcji grzybni jak i kwasu cytrynowego

- napowietrzanie - proces jest aerobowy nawet krótkotrwały brak natlenienia powoduje negatywne nieodwracalne skutki

- pierwiastki śladowe: Fe²⁺ niewielki ilości są wymagane dla wysokiej wydajności

Biosynteza kw. cytrynowego:

- fermentacja powierzchniowa na podłożu płynnym - grubość warstwy 10-16 cm, stężenie cukru 12-16%, czas fermentacji 9-12 dób, wydajność 50-80%

- fermentacja powierzchniowa na podłożu stałym

- fermentacja wgłębna - temperatura 30-32ºC, intensywne napowietrzanie, czas fermentacji: 15% roztwór cukru - 120-130 h; 140-160 h - podłoże melasowe (w tym namnażanie grzybni 40-60 h), pH końcowe 1,5-2,0, wydajność fermentacji 75-90 %

Metody produkcji

hodowla powierzchniowa

Aspergillus niger rośnie na powierzchni stalowych tac wypełnionych pożywką:

fermentacja w złożu stałym:

Podłoże fermentacji z cukrem składnikami mineralnymi jest nanoszone na porowaty stały nośnik

hodowla wgłębna:

Jest to proces najczęściej stosowany w produkcji kwasu cytrynowego. Grzybnia rośnie w postaci pelletów, co umożliwia oddzielenie jej od cieczy.

Porównanie fermentacji powierzchniowej i wgłębnej kw. cytrynowego:

Fermentacja wgłębna - równomierne natlenienie i dopływ składników do grzybni, mniej pracochłonna i uciążliwa w obsłudze, łatwiej utrzymać sterylność, łatwiej regulować procesy, automatyzacja produkcji i komputeryzacja

Fermentacja powierzchniowa - mniej inwestycji o 20-30%, mniejsze zużycie energii

Zastosowanie kw. cytrynowego:

- produkcja roczna w skali światowej 400 tys. ton

- dodatek do żywności, napojów, jako środek kwaszący poprawiający smakowitość,

- ułatwiający utrwalanie żywności

- dodatek do środków piorących, kosmetyków

- w procesach przemysłowych jako środek wiążący jony metali

1. Technologia serów

Proces przygotowania twarogu polega na skwaszeniu mleka, a następnie stopniowym jego podgrzewaniu bez osiągnięcia temperatury wrzenia, ostudzeniu i odcedzeniu.

Mleko

↓

Normalizacja

↓

Obróbka termiczna

↓

Homogenizacja

↓

Schłodzenie

Zakwas→

Fermentacja (kilka-kilkanaście h)

↓

Krojenie skrzepu

↓

Dogrzewanie

↓

Ociekanie

↓

Prasowanie

↓

Twaróg

Obróbka termiczna: 72° C 15 sekund

92° C 30 sekund

92° C 60 sekund

Chłodzenie: do 28 - 30° C

Fermentacja: 15h, 22 - 28° C

Ultrafiltracja: 40° C, 2-3,5 razy (zagęszczanie)

Nowsza technologia

Mleko wstępnie podgęszcza się przy pomocy nanofiltracji ( przechodzi tylko woda i niektóre jony). Nanofiltracja zatrzymuje wapń, więc ser zawiera więcej wapnia.

1) obróbka termiczna

2) chłodzenie

3) wstępna fermentacja

4) koagulacja

5) fermentacja

6) ultrafiltracja

7) gotowy ser

Obróbka termiczna: 72° C, 15 sekund - niszczy bakterie chorobotwórcze i przetrwalnikujące; 90-95° C, 1-3minuty - denaturacja białek serwatkowych

Inna technologia

Dodawanie białek serwatkowych z serwatki odzyskanych przez ultrafiltrację do mleka serwatkowego. Powstaje ser o większej zawartości mleka serwatkowego.

Technologia serów

koagulacja koagulacja koagulacja

kwasowa mieszana podpuszczkowa

serwatka kwaśna serwatka słodka

sery twarogowe sery miękki sery prasowane

Sery twarogowe

1) standaryzacja

2) pasteryzacja 72° C 15 sekund ( niszczy 100% bakterii chorobotwórczych)

3) wanny serowarskie (3-6 tys. litrów)

4) dodawanie zakwasu (dziesiąte części % do 1%) lub zakwasy skoncentrowane 0,1%

5) dodawanie podpuszczki (pH= 6,4-6,5, temp. 32° C), podpuszczka jako wyciąg z młodych cieląt lub dziś podpuszczka mikrobiologiczna otrzymywana metodami inżynierii genetycznej

6) koagulacja 10 minut+5 minut od momentu jej rozpoczęcia

7) skrzep kroi się i miesza

8) usuwa się połowę serwatki

9) skrzep wypływa na powierzchnię ze względu na zawartość tłuszczu

10) dodanie wody w ilości równej ilości usuniętej serwatki, aby zmniejszyć ilości laktozy, a przez to kwasu mlekowego

11) usuwa się całą serwatkę, zostaje skrzep, który kroi się na kawałki

12) prasowanie ok. 2 h, nacisk 2 kg na 1 kg sera

13) uformowane sery soli się w solance (20%), temp. 10-13° C, pH sera 5,0-5,1, sól w serze ok. 1,5%

14) osuszanie sera i poddawanie go dojrzewaniu w temp. 10-12°C

15) sery prowadzi się na mokrą skórkę (maź), wilgotność 90%, rozwija się mikroflora nadająca serom pikantny smak i zapach

Sery twarde

Różnią się od miękkich czasem dojrzewania.

1) Standaryzacja

2) Koagulacja

3) Po 25 minutach krojenie sera, mieszanie, rozdrabnianie na kawałki wielkości ziaren ryżu

4) Dogrzewanie do 34° C, a potem do 45° C w ciągu 20 minut, a potem szybko do 55° C. Pozostają tylko bakterie termofilne Lactobacillus, propionowe i przetrwalnikujące Bacillus subtilis.

5) Mikrofiltracja aby usunąć mikroflorę przetrwalnikującą

6) Prasowanie

7) Solenie powierzchniowe, a potem sól (1,2-2%) wnika do sera

8) Dojrzewanie początkowe 10-12° C, a potem 12-18° C

Sery miękkie (np. Camembert)

1) Standaryzacja

2) Dodawanie zakwasu (10⁹ bakterii/ g, mleko zakwasza się zanim doda się podpuszczki)

3) Dodawanie podpuszczki

4) Koagulacja 20 minut

5) Dalsze ukwaszanie 2h, masa dochodzi do pH= 4,6

6) Krojenie sera, oddzielenie serwatki i poddawanie prasowaniu sera pod własnym ciężarem, a nie pod ciśnieniem, temp. 25° C. Dużo wody jest zatrzymane w masie serowej. Formy z serem obraca się co 24h (2razy), ser nabiera kształtu płaskich cylindrów

7) Ser o konsystencji twarogu napyla się zawiesiną pleśni Penicillium caseicolum

8) Solenie do 1,8% (powierzchniowo lub przez zanurzenie w solance)

9) Dojrzewanie 8 dni w temp. 10-13° C na deskach, które odwraca się 2-3 razy co 2-3 dni

10) Zmiana temp na 7-8° C, dojrzewanie w ciągu 15 dni

11) Pakowanie

I Sery twarogowe

- sery kwasowe

- sery kwasowo - podpuszczkowe

II Sery podpuszczkowe

- sery twarde

- sery miękkie

Technologia serów podpuszczkowych

Proces produkcji serów podpuszczkowych dojrzewających składa się z następujących operacji

- przygotowanie mleka do przerobu (pasteryzacja i normalizacja)

- wprowadzenie do mleka dodatków (barwiących i wspomagających krzepniecie)

- zaprawienie mleka podpuszczką

- obróbki skrzepu (krajanie i rozdrabnianie skrzepu, osuszanie ziarna, odebranie części serwatki, dogrzewanie i dosuszanie gęstwy serowej)

- formowanie masy serowej

- solenie

- dojrzewanie i pielęgnacja serów

- oceny i przygotowania serów do wysyłki

- przechowywanie serów

Podstawowe etapy produkcji sera:

1) Dostawa mleka

2) wirowanie mleka

3) standaryzacja mleka

4) dodawanie kultur starterowych

5) dodawanie reniny

6) cięcie skrzepu

7) ogrzewanie skrzepu

8) oddzielenie skrzepu od serwatki

9) solenie skrzepu

10) formowanie skrzepu

11) prasowanie skrzepu

12) pakowanie sera

13) ser dojrzewający

2. Efekt Pastera i Cabtree a warunki hodowli drożdży piekarskich

Warunki tlenowe i beztlenowe

- warunki tlenowe oznaczają obecność tlenu

- warunki beztlenowe oznaczają brak tlenu

- metabolizm drożdży może przebiegać w warunkach tlenowych i beztlenowych

*metabolizm tlenowy powoduje powstawanie CO₂ i H₂O

*metabolizm beztlenowy powoduje powstawanie CO₂ i etanolu

- metabolizm aerobowy powoduje powstawanie więcej energii niż anaerobowy

Reakcja biochemiczna w drożdżach

Oddychanie i fermentacja

pirogronian:

- cykl Krebsa - 2CO₂+ 3 NADH+1FADH₂

- fermentacja - biosynteza etanol+ CO₂+ ATP+ H₂O

Metabolizm drożdży

- S. cerevisiae wykorzystuje 3 szlaki metaboliczne podczas wzrostu na glukozie

a) fermentacja glukozy

b) utlenianie glukozy

c) utlenianie etanolu

Fermentacja glukozy

Zachodzi, gdy stężenie glukozy jest wysokie i/ lub dostarczanie tlenu jest limitowane

C₆H₁₂O₆ => 2C₂H₅OH + 2 CO₂+ energia

μmax = 0,45

Y _x/s = 0,15

RQ jest wysokie

Energia = 2 ATP/ mol glukozy

Maksymalne stężenie etanolu

- w piwie wynosi na ogół 4-5%

- w winach dochodzi do 15%

- w brzeczce fermentacyjnej w dużej mierze zależy od stężenia cukru

- wyższe stężenie etanolu w napojach alkoholowych uzyskuje się na drodze destylacji

- kilkunasto% stężenie etanolu jest stężeniem maksymalnym, jakie można uzyskać na drodze fermentacji

- jest to związane z toksycznością etanolu w działaniu na komórki drożdżowe ( już od 4-5% zaczyna się toksyczne działanie etanolu)

Utlenianie glukozy

Zachodzi gdy stężenie glukozy jest niskie a dostarczana ilość tlenu jest wystarczająca

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ => 6H₂O + CO₂ + energia

μmax = 0,5

Y _x/s = 0,5

RQ = 1

Energia = 16-28 ATP

Utlenianie etanolu

Zachodzi, gdy stężenie glukozy jest bliskie lub zerowe oraz obecny jest tlen w środowisku.

C₂H₅OH => 2H₂O + 2 CO₂ + energia

μmax = 0,2

Y _x/s = 0,6 - 0,7

RQ = 0,7

Energia = 6-11 ATP

Glukoza i etanol

- wiele gatunków drożdży będzie produkowało etanol w warunkach tlenowych

- w praktyce ma to miejsce, gdy:

*stężenie cukrów jest wysokie (glukoza)

*jest szybki wzrost

*stężenie rozpuszczonego tlenu jest niskie

- w przypadku produkcji drożdży piekarskich tego zjawiska należy unikać

Efekt Pasteura

- szybkość glikolizy w warunkach anaerobowych ( niskie stężenie tlenu ) jest wyższa niż w warunkach aerobowych ( wysokie stężenie tlenu )

- konsumpcja węglowodanów jest 7 razy wyższa w warunkach anaerobowych

- powodowana przez inhibicję PFK, przez cytrynian i ATP

Efekt Crabtree

- polega na tworzeniu etanolu przez drożdże Crabtree, pozytywne w warunkach tlenowych, gdy stężenie glukozy jest wysokie ( np. powyżej 5%), jest więc efektem odwrotnym do efektu Pasteura

- jest on związany z hamowaniem oddychania tlenowego w mitochondriach związanego z obecnością znacznych ilości cukru w podłożu hodowlanym

6. Czynniki wpływające na wzrost drobnoustrojów

1) Temperatura adaptacji - drobnoustroje nie mogą kontrolować swojej temperatury, żyją w temperaturze otoczenia . Zakres temperatur, który pozwala na ich wzrost można wyrazić przez tzw. temperatury kardynalne:

a) minimalna temperatura - najniższa temperatura, która pozwala na kontynuowanie wzrostu i metabolizmu, poniżej tej temperatury wzrost ustaje

b) maksymalna temperatura - najwyższa temperatura, która pozwala na kontynuowanie wzrostu i metabolizmu, powyżej tej temperatury wzrost ustaje, zbyt wysoka temperatura - enzymy, DNA, RNA ulegają destrukcji, komórka zamiera

c) optymalna temperatura - promuje największą szybkość wzrostu i możliwość metabolizowania, zawsze jest bliższa maksymalnej niż minimalnej

Nie zawsze optymalna temperatura wzrostu odpowiada optymalnej temperaturze metabolizowania np. Saccharomyces cerevisiae - optymalna temp. wzrostu to 28°C, a

metabolizowania i fermentacji 35-38°C

Niektóre drobnoustroje mają węższe zakresy temperatur niż inne

• pewne bakterie mogą tolerować temp. 0-44°C, żyją w środowiskach otwartych

• pewne pasożyty mogą tolerować temp. w zakresie kilku stopni - temp. ciała gospodarza jest utrzymywana

• psychrofile - optymalna temp. wzrostu poniżej 15°C i zdolne są do wzrostu 0°C, typowe środowiska życia - pole pod śniegiem, lód polarny, głęboki ocean

• fakultatywne psychrofile - mogą tolerować i rosnąć powoli w zimnie, lecz optymalna temp. jest powyżej 20°C, mogą zanieczyszczać żywność w chłodziarkach (tj. przy 4°C) np. Listeria

• mezofile - rosną w umiarkowanych temp., optymalna temp. wzrostu to 20-40°C, zasiedlają rośliny, zwierzęta, gleby, wody w temp. regionów subtropikalnych, umiarkowanych tropikalnych

• termofile - optymalna temp. wzrostu to ≥ 45°C

• hipertermofile - optymalna temp. wzrostu to ≥ 80°C, duże zainteresowanie enzymami pochodzącymi z hipertermofili (są termostabilne)

2) Wymagania gazowe - tlen i dwutlenek węgla mają największy wpływ na wzrost drobnoustrojów. Tlen ma największy wpływ na wzrost i adaptację (jest ważny w oddychaniu i jest silnym środkiem utleniającym).

3 klasy drobnoustrojów wymagających tlenu:

a) wykorzystują i detoksykują go: aeroby, fakultatywne anaeroby, mikroaerofile

b) nie mogą wykorzystywać lub detoksykować go: ścisłe aeroby

c) nie wykorzystują lecz mogą go detoksykować: aerotolerancyjne

Tlen jest toksyczny

Kiedy tlen reaguje w komórce pewne toksyczne produkty są tworzone

• singletowy ¹O₂ jest bardzo reaktywny

- fagocyty wykorzystują go do zabijania bakterii

- utlenia membranowe lipidy i inne cząsteczki

• innymi destrukcyjnymi pochodnymi tlenu są: nadtlenki (O₂^-), nadtlenek wodoru (H₂O₂), hydroksyl (OH^-)

Enzymy niszczące toksyczne właściwości tlenu:

a) katalaza H₂O₂ + H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

b) peroksydaza H₂O₂ + NADH + H⁺ → 2 H₂O + NAD⁺

c) dysmutaza ponadtlenkowa O₂^- + O₂^- + 2H⁺ → H₂O₂ + O₂

d) dysmutaza ponadtlenkowa / katalaza w kombinacji 4O₂^- + 4H⁺ → 2H₂O₂ + 3O₂

e) reduktaza ponadtlenkowa O₂^- + 2H⁺ + cyt c _red → H₂O₂ + cyt c _utl

Dwutlenek węgla

- wszystkie drobnoustroje wymagają jego niewielkich ilości

- capnofiles rosną najlepiej w podwyższonym stężeniu CO₂

3) Wpływ pH

• większość organizmów preferuje zakres 6-8, bo kwasy i zasady niszczą biologiczne

cząsteczki

• pewne mikroorganizmy żyją w ekstremalnych wartościach pH np. Euglena mutabilus w pH≤1, Thermplasma 1-2, która ulega lizie w pH=7

• pewne pleśnie i drożdże tolerują środowisko kwaśne (żywność fermentowana)

• wewnątrz komórki panuje pH=7

Optymalne pH:

acidofile - 3

neutrofile - 7

alkalofile - 10

4) Ciśnienie osmotyczne - większość drobnoustrojów preferuje warunki izotoniczne (fizjologiczna moc jonowa) lub hipotoniczne (niższa niż fizjologiczna). Wysoka zewnątrzkomórkowa moc jonowa powoduje wydzielanie wody komórki.

a) halofile - żyją w warunkach wysokiego stężenia soli (hipertoniczne)

b) obligatoryjne halofile - wymagają wysokiego stężenia soli np. Halobacterium i Halococcus rosną optymalnie przy 25% NaCl (bliskie nasycenia), wymagają minimum 15% NaCl

c) fakultatywne halofile - niw wymagają lecz są bardzo tolerancyjne na wysokie zasolenie np. Staphylococcus aureus może rosnąć w podłożu o zakresie 0,1-20% NaCl

Aktywność wodna a szybkość wzrostu drobnoustrojów

Im wyższe stężenia substancji, tym mniejsza prężność pary tego roztworu.

_{prężność pary na roztworem}

A_w = ---------------------------------------

^{prężność pary nad czystym rozpuszczalnikiem}

Jeżeli do tej samej ilości rozpuszczalnika dodamy 100g NaCl to drobnoustroje nie będą rosnąć, a jeśli 100g białka wykażą wzrost (1mol NaCl=58,5, 1mol białka=100tys). Aktywność wodna zależy od stężenia molowego. Im dany związek ma mniejszą masę cząsteczkową, tym taka sama ilość tego związku będzie powodowała niższą aktywność wodną. A_w podajemy w zakresie 0 - 1.

A_w = 1 gdy produkt jest całkowicie suchy lub woda jest tak silnie związana, że nie ma prężności pary.

Pleśnie tolerują niską A_w.

5) Inne czynniki środowiskowe wpływające na wzrost drobnoustrojów:

- radiacja

- promieniowanie UV

- promieniowanie jonizujące

- wysokie ciśnienie itp.

Technologia etanolu z surowców skrobiowych

Surowce

Mycie, ważenie

Parowanie lub rozdrabnianie

Enzymy-> zacieranie

Drożdże-> zaszczepianie drożdżami

Fermentacja

Zacier odfermentowany-> CO2

Odpęd i rektyfikacja-> wywar

Spirytus gorzelniczy

Fermentacja cytrynowa

W praktyce przemysłowej stosuje się dwie metody fermentacji

-Proces klasyczny polegający na hodowli powierzchniowej grzyba Aspergillus Niger na tacach fermentacyjnych wyposażonych w systemy sterylizacyjne (nawiei jałowego powietrza) oraz urządzenia do regulacji napowietrzania i temperatury. Wypełnione odpowiednim podłożem tace szczepi się konidiami grzyba. Następuje pęcznienie konidiów, zachodzi aktywacja enzymów, uwolnienie materiałów zapasowych i transportu wody. Konidia kiełkuja dając początek grzybni. W ciągu 48h następuje rozwój grzybni na powierzchni roztworu a cały proces hodowli prowadzi się 9-11 dni. Optymalna temp 30C. Następnie odfermentowany roztwór melasowy odciąga się i poddaje obróbce (usuwanie kwasu szczawiowego poprzez dodatek CaO, wytrącanie na gorąco kw. Cytrynowego stosując Ca(OH)2, odzysk czystego kw. Cytrynowego za pomocą H2SO4, zagęszczanie na wyparkach, krystalizacja.)

- stosuje się bioreaktory wyposażone m.in. w mieszadła lub inne systemy napowietrzania oraz systemy regulujące służące do kontroli procesu. W tym procesie rozwój grzybni w postaci drobnych kuleczek następuj na całej objętości podłoża. Do fermentacji pożądane są kuleczki o średnicy nie mniejszej niż 1 mm i strukturze dosyć luźnej aby zachodziła prawidłowa wymiana substratów i metabolitów ale jednocześnie na tyle zwartej by nie powodowały zwiększania lepkości środowiska. Rozwój grzybnie trwa ok. 48h a po nim następuje faza produkcji kw. Cytrynowego. Zwykle czas fermentacji jest krószy niż powierzchniowej 5-7 dni, temp 28-30C a proces jest bardziej wydajny. Po zakończeniu fermentacji grzybnię oddziela się a płyn pohodowlany poddaje obróbce.

Fermentacja mlekowa

Bakterie fermentacji mlekowej należą do rodziny Lactobacillaceae i są bardzo zróżnicowane pod względem morfologicznym. Wykorzystanie bakterii fermentacji mlekowej jest bardzo szerokie i wiąże się przede wszystkim z przemysłem spożywczym. W ulepszaniu i konwersji materiału roślinnego wykorzystuje się fermentacje mlekową przy sporządzaniu kiszonek warzywnych a także kiszonek paszowych dla bydła. W procesie tym często prowadzonym z użyciem mikroflory autochtonicznej ujawniają się bakterie mlekowe z rodzaju Lactococcus, Leuconostoc, a także pałeczki Lactobacillus brevis, L. plantarum, L. fermenti. Drugą gałęzią przemysłu spożywczego której stosuje siębakt ferm mlekowej jest przemysł mleczarski i serowarski. Przywyrobie serów, masła , napojów mlecznych stosowane są czyste kultury bakterii ferm mlekowej: Lactococcus lactis, L.diacetalis, L.cremoris, L.thermophilus, Leuconostoc i inne.. Również w produkcji fermentowanych wyrobów wędliniarskich stosowana jest mieszana mikroflora, w skłąd której wchodzą bakterie ferm mlekowej. Poza tym znalazły zastosowanie w produkcji dekstranu, nizyny- antybiotyku polipeptydowego a także wytwarzaniu preparatów leczniczych.

Do produkcji przemysłowej kw. Mlekowego stosuje się zazwyczaj melasę, często sacharozę lub hydrolizaty skrobiowe. Wytworzony kwas mlekowy jest neutralizowany za pomocą CaC03 a po skończonej fermentacji odzyskiwany z mleczanu wapnia za pomocą kwasu siarkowego. Roztwór kwasu mlekowego po oddzieleniu gipsu poddany jest oczyszczaniu, zagęszczaniu do 50% i w tej postaci trafia na rynek.

Pektynazy

-protopektynazy- degradujące nierozpuszczalną w wodzie protopektynę, składnik tkanek roślinnych w wyniku czego powstaje wysokocząsteczkowa, rozpuszczalna pektyna

- esterazy- katalizują de estryfikację pektyny poprzez degradację wiązań estrowych uwalniając metanol

- depolimerazy- katalizują hydrolizę wiązań a-1,4-glukozydowych w cząsteczkach kwasu poligalakturonowgo pektyny

Zastosowanie pektynaz

1 traktowanie pulpy owocowej enzymami-zwiększa wydajność soków

2 depektynizacja soków umożliwia ich zagęszczenie do 70%

3 maceracja pulpy pozwala na uzyskanie homogennych nektarów owocowych i soków warzywnych

4 pektynometyloesteraza pozwala na polepszanie klarownoci soków z owoców cytrusowych

5 usuwanie związków gumowatych z włókien roślinnych z wykorzystaniem ksylanaz

6 redukcja lepkości w paszach przeznaczonych dla zwierząt a wywołanej obecnością pektyn

7 przyspieszenie fermentacji herbaty

8 w przemyśle tekstylnym- usuwanie związków pektynowych z bawełny nie powodując degradacji celulozy

9 produkcja win- zwiększanie uzysku soku z owoców i intensywności barwników

---