2.1 Основні фізико-хімічні процеси у ферментері під час культивування кормових дріжджів по етапам.
Підготовка живильного середовища:
Вибір і формулювання живильного середовища: Залежно від конкретних потреб дріжджів і виробничих умов, встановлюються компоненти, які входять до складу живильного середовища. Це можуть бути різні вуглеводи, такі як глюкоза, сахароза або крохмаль, азотні сполуки, такі як амінокислоти або сечовина, мінерали, вітаміни та інші необхідні речовини.
Стерилізація: Живильне середовище піддається процедурі стерилізації для усунення всіх небажаних мікроорганізмів, які можуть конкурувати з кормовими дріжджами.
Регулювання pH: Регулювання pH живильного середовища може бути необхідним для створення оптимальних умов для росту дріжджів. Зазвичай оптимальні значення рН знаходяться в діапазоні від 4 до 7.
Інокуляція:
Вибір посівного матеріалу: Вибираються активні культури дріжджів або спеціальні посівні штами, які мають високу продуктивність та властивості, необхідні для виробництва кормових дріжджів.
Передпосівна підготовка: Посівний матеріал може бути вирощений на попередніх стадіях в спеціальних культиваторах або ферментерах для отримання активних культур дріжджів.
Додавання посівного матеріалу: Посівний матеріал дріжджів додається до живильного середовища з метою початкового засівання. Дріжджі розпочинають активний ріст і розмноження в цьому середовищі.
Ферментація:
Розмноження дріжджів: Після додавання посівного матеріалу дріжджів відбувається період активного розмноження. Дріжджі використовують доступні вуглеводи та інші компоненти живильного середовища для свого росту і поділу.
Метаболізм: Під час ферментації дріжджі перетворюють вуглеводи на енергію шляхом гліколізу, де глюкоза розщеплюється на пірамідинові кислоти. Потім продовжується аеробне або анаеробне дихання, залежно від наявності кисню. Під час цих процесів утворюються такі продукти, як етанол, вуглекислий газ, вода, амінокислоти та інші метаболіти.
Контроль умов: Під час ферментації важливо контролювати різні параметри, такі як температура, рН, рівень кисню, вологість та інші. Це допомагає забезпечити оптимальні умови для росту і метаболізму дріжджів, а також дозволяє контролювати якість та властивості отриманих кормових дріжджів.
Збір продукту: Після закінчення ферментації отриманий продукт, який містить дріжджі та їхні метаболічні продукти, може бути зібраний. Зазвичай це включає фільтрацію або центрифугування для відокремлення дріжджів від рідини або твердих решток. Отриманий продукт може бути введений експлуатацію.
2.2 Процеси та фізичні рівняння
Гідродинамічні процеси:
Гідродинамічні процеси охоплюють рух рідини в ферментері та забезпечують доставку поживних речовин до дріжджів, розподіл кисню та інших газів, а також допомагають видалити відходи метаболізму. Рівняння, які описують гідродинаміку, можуть бути засновані на законах руху рідини, таких як рівняння Нав'є-Стокса.
або
в залежності від фізичних параметрів [10]
Масообмінні процеси:
Масообмінні процеси включають перенесення маси речовин між дріжджами і середовищем. Це може бути перенесення поживних речовин з середовища до клітин, а також видалення метаболічних продуктів з клітин у середовище.
Рівняння масообміну можуть бути засновані на законах Фіка та інших принципах масообміну. [11]
Теплові процеси:
Теплові процеси включають передачу тепла між ферментером, середовищем та дріжджами. Вони можуть включати в себе передачу тепла шляхом конвекції, кондукції та випромінювання. Рівняння теплового обміну можуть використовувати закони теплопередачі.