Proizvodnja pekarskog kvasca

Što je pekarski kvasac ?Pod pojmom pekarski kvasac podrazumijeva se aktivna kvaščeva biomasa koja se koristi za dizanje tijesta u pekarstvu. Kvasac u tijestu alkoholnom fermentacijom šećera iz brašna proizvodi alkohol i ugljični dioksid (CO2 plin ), koji diže tijesto.

Povijest proizvodnje

• Prvi zapisi u Egiptu i Bibliji: Sredstvo za dizanje tijestaKasnije se je za pekarske svrhe koristio suvišni kvasac iz proizvodnje piva i vina.

• Počeci proizvodnje: Dutch-proces 1780. godine kada su nizozemski proizvođači alkohola izdvojeni kvasac počeli koristiti za pekarstvo.Kasnije je u Njemačkoj proizveden kvaščev kolač prešanjem alkoholnog otpadnog kvasca.

• Počeci suvremene proizvodnje: 1880. u Austriji u tzv. «Bečkom procesu « i 1886. u Velikoj Britaniji započinje aerobni uzgoj kvaščeve biomase. Početkom 20. stoljeća uvodi se gotovo istovremeno u Danskoj i Njemačkoj šaržni postupak s pritokom supstrata (Zulauf), koji se koristi i danas.

• Proizvodnja suhog aktivnog kvasca: Tijekom II. svj. rata

Proizvodni proces

Vrste i sojevi kvasaca u proizvodnji

• Sojevi kvasca Saccharomyces cerevisiae-višeg ploiditeta: dominantni triploidi jer su genetički stabilni a imaju zadovoljavajuća.fiziološka i tehnološka svojstva.-osmotolerantni: podnose više koncentracije šećera u tijestu (10-25 %).

-kriorezistentni: otporni na zamrzavanje• Ostali kvasci: Torulospora delbrueckii

Saccharomyces uvarum

Principi aerobnog uzgoja kvaščeve biomase

• Brzina rasta-maksimalna: µ=0.6 h-1

-optimalna u proizvodnji: µ=0.1-0.2 h-1

Pri većim brzinama rasta koncentracija supstrata u komini je relativno visoka i omogućuje da dio šećera konvertira u etanol (dugotrajni Crabtree efekt). Dakle, specifična brzina rasta je ključni kontrolni parametar u industrijskoj proizvodnji pekarskog kvasca.

Utjecaj brzine razrijeđenja na metabolizam kvaščevih stanica

Yx/s, prinos suhe kvaščeve biomase u g na 100g supstrata; QO2, brzina respiracije u mol/g s.tv. kvasca u satu; RQ, respiracijski kvocijent

0

5

10

15

20

25

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

D (h-1)

q O

2,

q C

O2 (

mm

ol*

g-1

*h-1

)

0

1

2

3

4

5

6

RQ

qO2

qCO2

RQ

Principi rasta

0

5

10

15

20

25

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

D (h-1)

q (

eta

no

l) (

mm

ol*

g-1

*h-1

)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Y x

/s (

g*g

-1)

Etanol

Y X/S

0

10

20

30

40

50

60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

D (h-1)p

rote

in (

%)

Aerobnost procesa

• Koeficijent iskorištenja supstrata se povećava sa aerobnošću procesa.

- u anaerobnim uvjetima koeficijet Yx/s iznosi svega 0,075 ili 7,5 kg s.tv. prirasta kvasca na 100 kg šećera.

- u striktno aerobnim uvjetima koeficijent iskorištenja supstrata iznosi 0,50-0,54 ili 50-54 kg kvasca s.tv. po 100 kg šećera.

• Brzina rasta je veća u aerobnim uvjetima- Brzina rasta ne smije biti veća od µ=0.25, jer dolazi do Crabtree efekta,t.j stvaranja alkohola i u striktno aerobnim uvjetima. Zašto?

• Potreba kisikaPrema Matelesu (vidi BI) za 1kg prirasta kvasca s.tv. treba 1kg O2

Koncentracija otopljenog kisika tijekom uzgoja pekarskog kvasca u bioreaktoru

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

vrijeme (sati)

oto

plj

en

i kis

ik (

%),

X (

g/L

)

otopljeni

kisik

X

Hranjivi supstrat• Melasa šečerne repe, kojoj se može dodati melasa

šećerne trske do 25 % (radi biotina).Izvor ugljika0,585 C12H22O11 + 0,61 NH3 + 3,205 O2 →C3,72H6,11O1,95N0,61 + 4,29 H2O + 3,3 CO2

Iz jednadžbe proizlazi da se iz 200 g saharoze proizvede100 g suhe tvari kvasca

Alternativni supstrati: bistri kukuruzni hidrolizat; sirutka(rijetko)

• Hranjive soli: diamonijev fosfat, diamonijev sulfat, magnezijev sulfat, zink sulfat, te Cu, Fe kao sulfati ili kloridi. Izvor dodatnog dušika, fosfora i ostalih elemenata

• Tvari rasta: biotin, pantotenska kiselina, B1,B2,B6

Uvjeti okoline

• Temperatura: 25-35 oC, optimalna 30-32 oC,pri kraju procesa se može podići na 35oC

• pH: 4-7, optimalni za rast 4.5-5.0, na kraju procesa u zadnjoj generaciji uzgoja se pusti da poraste na 6.0-7.0

• Koncentracija kvaščevih stanicaAko se zadovolje optimalni uvjeti rasta kao što su aeracija,

miješanje, brzina rasta, temperatura, pH i koncentracija supstrata, kvaščeve stanice se dobro razmnožavaju u širokom području njihove koncentracije. Međutim, treba naglasiti da se kvasac brže razmnožava kada je koncentracija stanica u mikrobnoj kulturi (komini) manja. Danas se u proizvodnim pogonima postiže prinos na kraju procesa od 50-70 g s.tv./L kvaščeve biomase dobre kvalitete.

• Odvođenje topline: za 1 g s.tv. proizvedene kvaščeve biomase oslobodi se 3,9 – 4,4 kcal (16,3 - 18,5 kJ).

Periodičnost rasta i pupanje

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

vrijeme (sati)

% p

up

ova

PROIZVODNJA U POGONU

• Priprema podloge

• Procesi i faze (generacije) uzgoja

• Uzgoj u pojedinim generacijama

• Izdvajanje kvaščeve biomase

• Oblikovanje i pakiranje

• Proizvodnja suhog aktivnog kvasca

• Čuvanje i transport proizvoda

Priprema melasne podloge

Slika 7. Kontinuirana priprema melase u proizvodnji pekarskog kvasca 1.Pužne pumpe; 2.vaga; 3.pužne pumpe; 4.međuspremnik; 5.melanžer

6.separator za bistrenje; 7.međuposuda; 8 pločasti sterilizator; 9 cijevni sterilizator;10.ekspanziona posuda; 11.Grijač vode; 12 rezervoar za

sterilnu melasu.

Priprema otopine soli

Priprema inokuluma u laboratoriju

Karakteristike uzgoja u pogonuTehnološki procesi se razlikuju po:

- broju generacija: 4-5, najnovija tehnologija 3

- vremenu trajanja pojedine generacija

- načinu vođenja uzgoja u procesima

- sistemu za aeraciju i aerobnosti procesa

- vođenju uzgoja u zadnjoj generaciji