Білки – життєво важливі компоненти клітин живого організму

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Вступ

Білки є обов'язковими компонентами клітин будь-якого живого організму, що виконують життєво важливі функції: каталітичний, регуляторний, транспортний, біоенергетичні, захист від інфекції й дії стресових факторів, структурні, запасні й інші. У вегетативній масі рослин на частку білків доводиться 5 – 15 % сухої речовини, у зерні - 8 – 18 %. У різних тканинах організму людини й тварин зміст білків звичайно від 20 до 80 % їхньої сухої маси, що становить у середньому 40 – 50 %.

Для утворення клітин і тканин організму, а також підтримка його життєвих функцій повинен здійснюватися постійний синтез структурних й інших форм білків. До складу білків входять 20 амінокислот і два аміди (аспарагін і глютамін).

Головними джерелами незамінних амінокислот для людини є білки тваринного або рослинного походження, що входять до складу їжі, а для с/г тварин - головним чином рослинні білки. Вступники з їжею або кормом білкові речовини під дією ферментів шлункового соку гідролізуються до амінокислот, які потім використаються для утворення білкових молекул людського організму.

Всі незамінні амінокислоти повинні втримуватися в білках їжі в певних співвідношеннях. Якщо хоча б одна амінокислота втримується в недоліку, то інші амінокислоти, опинившись в надлишку, не використаються для синтезу білків. У таких умовах буде потрібно додаткова кількість харчового або кормового білка.

З метою запобігання перевитрати кормів необхідно контролювати збалансованість білків корму по змісту незамінних амінокислот і загальна кількість білка в кормі. Кормові й харчові білки, що мають оптимальний зміст незамінних амінокислот, називають біологічно повноцінними білками.

Біологічна цінність більшості тваринних білків становить 90 – 95 %, білків вегетативної маси бобових трав - 80 – 90 %, білків овочів, трав'янистих рослин, насіння олійних культур - 75 – 85 %, злакових культур - 60 – 70 %, кукурудза - 52 – 58 %.

Найбільш збалансований зміст незамінних амінокислот мають білки насіння сої. У них бракує до еталона тільки метіоніну й триптофану. Відносно високу біологічну цінність мають також білки зерна рису й гороху. У білках зерна пшениці і ячменя дуже мало втримується лізина, метіоніну й ізолейцину, а в білках зерна кукурудзи ще й триптофану. Внаслідок того, що білки сої добре збалансовані по амінокислотному складі і їхній зміст у насінні досягає 35 - 40%, ця культура має важливе значення як найдешевше джерело харчового й кормового білка.

Зернові культури становлять велику питому вагу в структурі кормо виробництва нашої країни. У середньому на частку зернових доводиться близько 50 % від загальної кількості кормового білка. З метою балансування кормів, що включають як основний компонент зерно злакових культур, по білку й незамінних амінокислотах звичайно застосовують концентровані білкові добавки, називані комбікормами.

Високою інтенсивністю синтезу білків відрізняються багато мікроорганізмів, причому білки мікробних клітин мають підвищений зміст незамінних амінокислот. Мікроорганізми як джерела кормового білка мають ряд переваг у порівнянні з рослинними й навіть тваринними організмами. Вони відрізняються високим (до 60 % сухої маси) і стійким змістом білків.

При використанні мікроорганізмів на обмеженій площі можна організувати промислове виробництво й одержувати більшу кількість кормових концентратів у будь-який час року, причому мікробні клітини здатні синтезувати білки з відходів сільського господарства й промисловості й, таким чином, дозволяють одночасно вирішувати іншу важливу проблему - утилізацію цих відходів з метою охорони навколишнього середовища.

Мікроорганізми мають ще одну коштовну перевагу - здатність дуже швидко нарощувати білкову масу. Як джерела кормового білка найбільше часто використають різні види дріжджів і бактерій, мікроскопічні гриби, одноклітинні водорості, білкові коагуляти трав'янистих рослин. Головною характеристикою біологічної (живильної) цінності білка є збалансованість його амінокислотного складу. Для характеристики збалансованості амінокислотного складу білків Всесвітня організація охорони здоров'я рекомендує прийняти в якості еталонного амінокислотний склад білків курячих яєць або жіночого молока.

Для оцінки білків використається показник відносини незамінної амінокислоти до загальної кількості незамінних амінокислот у білку. Відношення виражається у відсотках від відповідного відношення для даної амінокислоти в еталонному білку і є показником швидка амінокислоти. Найменша величина з отриманих показників швидка характеризує живильну цінність білків продукту. Амінокислота, що має найменший показник швидка, називається першою амінокислотою, що лімітує, даного продукту. Амінокислота, швидкий якої найбільш близький до скору першої амінокислоти, що лімітує, називається другою амінокислотою, що лімітує. Живильна цінність багатьох білків тваринного походження наближається до еталона, а живильна цінність рослинних білків виявляється нижче. Так, білок пшениці має швидкий усього близько 50 %. Білки злаків взагалі характеризуються низьким змістом лізину.

Білкова цінність кормових і харчових продуктів, що складаються в основному зі злаків, може бути підвищена додаванням до них біомаси мікроорганізмів, що містить багато білка й лізину, - 1-й амінокислоти, що лімітує, у білках злаків.

Перетравлюємість біомаси дріжджів в організмі тварин і людини звичайно становить 80 – 90 %. Перетравлюємість білка яєць, молока, м'яса й риби близька до 100 %, а багатьох рослинних білків - близько 80 %.

Вхідні до складу білка амінокислоти засвоюються краще, ніж вільні амінокислоти, що додають у корм.

Вибір і обґрунтування

Вибір ферментатора

Ферментатор обсягом 63 м³. Ферментатор цього типу являє собою вертикальний апарат циліндричної форми, виготовлений зі сталі X18H10T або біметалу з еліптичними кришкою й днищем. Даний тип ферментатора простий по своїй конструкції й працює тільки в стерильних умовах, тому для одержання білка цілком придатний. Відношення висоти до діаметра дорівнює 2,6 : 1. На кришці апарата розташований привід пристрою, що перемішує, і механічного піногасника; штуцера для завантаження живильного, середовища посівного матеріалу, піногасника, подачі й висновку повітря; оглядові вікна; люки для занурення миючої механічної голівки; запобіжний клапан і штуцера для приладів візуального контролю.

Для вивантаження культури в днище апарата передбачений спусковий штуцер 16. Усередині апарата проходить вал 6 із закріпленими на ньому пристроями, що перемішують, що складаються із закритих турбін 8 діаметром 600 - 1000 мм із лопатами шириною 150 - 200 мм, розташованих в 2 яруси, третьою відкритою турбіною, установленої над барботером 13 для повітряних міхурів.

Ферментатор обладнаний сорочкою 17, що складається з 6 – 8 ярусів – секцій. Кожна секція складається з 8 навитих каналів, що оперізують, виконаних з голкового профілю розміром 100 – 60 мм. Площа поверхні охолодження сорочки 60 м². Внутрішня поверхня охолодження площею 45 м² складається зі змійовиків 9 діаметром 600 мм із числом витків 23 при загальній висоті змійовика 2,4 м.

Ферментатор розрахований для роботи під надлишковим тиском 0,25 МПа й стерилізації при температурі 130 – 140 °С, а також для роботи під розрядженням. У процесі вирощування мікроорганізмів тиск усередині ферментатора в межах 50 кПа; витрата стерильного повітря до 1 м³ (м³*хв). Висота стовпа рідини в апарату 5 - 6 м при висоті апарата більше 8 м. [5].

Технічна характеристика ферментатора з механічним перемішуванням барботажного типу.

Обсяг геометричний, м³ 63

Частота обертання вала мішалки 60 – 140 хв^-1

Площа поверхні охолодження 55 м²

Площа поверхні внутрішніх змійовиків 39 м²

Тиск 0,29 Мпа

Температура стерилізації 413 °С

Діаметр вала 200 мм

Довжина вала 8500 мм

Окружна швидкість на кінці турбін 6,5 м/с

Діаметр ферментатора 3300 мм

Висота ферментатора з електродвигуном 12015 мм

Вибір середовища і сировини

Як середовище для одержання білка зручніше за все використати молочну сироватку. [18]. Наявність у сироватці джерел вуглецю й ростових факторів дозволяє вважати її перспективною сировиною в біотехнологічних процесах. У сироватці втримується 50 % сухих речовин молока, у їхньому числі молочний жир, розчинні азотисті з'єднання й мінеральні солі, а також вітаміни, ферменти, органічні кислоти. Всі види молочної сироватки є джерелами молочного цукру (лактози), зміст якого становить 70 % сухої речовини. Поряд з харчовою цінністю молочна сироватка й продукт, отриманий з неї, мають дієтичне й навіть лікувальне значення.

По органолептичним і фізико-хімічних показниках сироватка повинна відповідати вимогам ДСТу. Вона являє собою однорідну рідину зеленуватого цвіту, без сторонніх домішок, допускається наявність білкового осаду.

Молочна сироватка є гарним живильним для середовищем розвитку мікроорганізмів. У ній швидко розмножуються різні групи мікробів, походження яких зв'язане як із залишковою, термостійкою й термофільною мікрофлорою пастеризованого молока, так і з мікрофлорою заквасок, використовуваних при виробництві білкових продуктів.

Серед мікрофлори, що залишилася після пастеризації, є представники бактерій. Більшість термостійких мікробів є мезофілами, вони не розвиваються при температурі пастеризації, але, коли температура знижується, відновлюють ріст.

У молочній сироватці є значна кількість представників вторинної, що виникають у ході технологічного процесу. Це бактерій групи кишкових паличок, гнильна мікрофлора й ін.

У цей час із молочної сироватки виробляють більше 25 видів різної продукції: білків концентратів, напої, молочний цукор й ін.

Використання молочної сироватки у виробництві хлібобулочних, кондитерських і ковбасних виробів дозволяє збагатити їхніми повноцінними білками тваринного походження. Молочну сироватку широко використають у с/г: одержання альбуміну для корму худоби й птаха, готування бактеріальних заквасок.

2.2.1 Підготовка молочної сироватки для культивування мікроорганізмів

Спочатку осаджують і видаляють із сироватки білки. Для цього проводять термічну обробку: нагрівають до 85 °С и витримка при цій температурі в плині 10 хв із одночасною зміною рН середовища до досягнення ізоелектричної крапки осадження білків. Для зсуву реакції середовища використають лужні реактиви, молочну й соляну кислоту. Ущільнений білковий осад видаляють відстоюванням і фільтрацією. Прояснену молочну сироватку використають для вирощування кормових дріжджів. На вихід білка впливає також глибина теплової обробки молочної сироватки: вихід білка тим вище, ніж вона глибше. Це пов'язане з більше повною коагуляцією білків з ефективністю стерилізації.

До продуцентів білка на молочній сироватці ставляться дріжджі Candida utilis, tropicalis, Trichosporon cutaneum, Candida humicola, Wingea robertsii й інших.

Великий вплив на нагромадження біомаси мікроорганізмів робить зміст у молочній сироватці сухих речовин. Вихідна сироватка має концентрацію сухих речовин від 5,3 до 6,9 %. При вирощуванні мікроорганізмів сироватку можна розбавити в 5 - 6 разів або згустити в 2 - 2,5 рази.

При культивуванні дріжджових мікроорганізмів на молочній сироватці виходить (10 - 20 %) біомаса, що містить велику кількість вуглеводів і зольних елементів. Однак внесення сироватку додаткових джерел азоту у вигляді сечовини, сірчанокислого амонію й аміаку в кількості до 1 % збільшується вихід біомаси незначно (10 %), але сприяє підвищенню змісту білка в дріжджах в 2 - 4 рази. Молочна сироватка є відходом у харчовій промисловості.

Умови культивування

Всі продуценти білка, вирощування на молочній сироватці, аэрофіли, потреба їх у кисні велика, тому що окисляється не тільки лактоза, але й інші органічні речовини. Ці мікроорганізми – мезофіли, які добре ростуть при температурі від 24 до 32 °С. Молочна сироватка має високу буферну ємність і має діапазон значень рн від 4,5 до 6,5.

Також молочна сироватка є гарним субстратом для вирощування кормових дріжджів [14]. Молочна сироватка є недорогим джерелом для одержання чистого білка: в 1 т сироватки в середньому втримується 10 кг білка.

Як сировина для одержання білка дуже добре використати кормові дріжджі. У технічній літературі кормові дріжджі називають продукт, що складається із сухої клітинної маси грибів роду Candida, а також дріжджів, які є відходами виробництва спирту, пива й вина. Вирощування дріжджів - найпростіший спосіб одержати протеїн, вирощування дріжджів займає 2 години.

Кормові дріжджі - суха біомаса (з вологістю до 10 %) дріжджі-подібних грибів. Кормові дріжджі мають світлі - жовтий цвіт і виробляються в гранульованому або порошкоподібному стані. Гранули мають діаметр - 5,0 - 9,0 мм, довжину - не більше 15 мм. Строк придатності кормових дріжджів - півроку.

Розрахунок барбатера

Досвіди показують, що, якщо швидкість витікання повітря з отвору барбатера дорівнює 20 м/с, а діаметр отвору 3 ÷ 5 мм, та відстань між центрами отворів повинне бути 25 - 30 мм, інакше окремі потоки повітря зливаються. При збільшенні швидкості витікання повітря на кожні 10 м/с відстань між отворами потрібно збільшити на діаметр отвору.

Розраховуємо геометричні розміри барбатера кільцевого.

1. Робочий об'єм ферментатора

2. Кратність аерації для великого ферментатора 0,5 ÷ 1, а питомий об'єм витрати повітря 0,017 м³/(м³*с). Для аэрирования 37,8 м³ рідини потрібно повітря:

3. Площа всіх отворів барбатера при швидкості витікання повітря 20 м/с:

, якщо діаметр отвору прийняти 5 мм, те його площа буде 1,96*10^-5 м². Тоді кількість отворів на барбатере буде:

4. При D_вн = 3 м, d_м = 0,9 м = діаметру кільця барбатера; довжина кільця складе: l = 2πr = .

5. Відстань між отворами складе:

Це менше, ніж повинне бути (25 ÷ 30 мм). Для досягнення що рекомендує ∆l можна розташувати отвори в кілька рядів. У кожному ряді повинне бути отворів 2830 / (25 ÷ 30 мм) = 115 ÷ 95 шт.

Усього рядів повинне бути: - це багато.

Зменшуємо кількість рядів отворів до 4, тоді кількість на барбатері складе 4(115 ÷ 95) = 452 ÷ 380. Приймемо кількість отворів – 400 шт. Сумарна довга 4 рядів буде: , а відстань між

6. Діаметр труби барбатера повинна бути в 5 разів більше ∆l:

D_б = [16].

Матеріальний баланс

Сучасне промислове використання мікроорганізмів для виробництва білка здійснюється у ферментерах, що працюють за принципом хемостата. Обсяги ферментерів досягають кілька сотень кубічних метрів. У середовище з мікроорганізмами, що розмножуються, безупинно подаються водяний розчин мінеральних солей і застосовуваний у конкретному процесі органічний субстрат. Культура піддається перемішуванню й охолодженню. Швидкість виділення тепла в процесі росту аеробних мікроорганізмів прямо пропорційна швидкості споживання ними молекулярного кисню. На кожен грам спожитого мікроорганізмами CО₂ виділяється 142 % КДж. Витрати на охолодження тим нижче, чим більше різниця температур між охолодним агентом і ферментаційним середовищем.

Раціональний процес вирощування здійснюється при лімітуванні росту мікроорганізмів киснем або близько до такого лімітування. Тому при раціональному проведенні процесу вирощування, коли масо-обмінна характеристика ферментера використається найбільше повно, швидкість фізіологічної теплопродукції у ферментері постійна, вона не залежить від використовуваного органічного субстрату й застосовуваного штаму мікроорганізму.

Баланс мікроелементів переробки органічного субстрату в біомасу мікроорганізмів можна представити у вигляді наступного рівняння:

СН_mO_l + aNH₃ + b₂ → y_cCH_pO_nN_q + (1 – y_c)CO₂ + C₂O

У цьому рівнянні брутто – формула органічного субстрату й висушеної біомаси дані розраховуючи на один атом вуглецю. Наприклад, брутто – формула глюкози приймає вид СН₂. Букви m й l характеризують склад конкретного субстрату, а букви p, n, q - склад отриманої біомаси.

На один атом вуглецю в клітинах дріжджів доводиться 1,7 атома водню й 0,55 атома кисню, а в клітинах бактерій на один атом вуглецю доводиться 1,82 атома водню й 0,47 атома кисню. Зміст азоту піддається більшим коливанням і його потрібно визначати в кожному конкретному випадку. Частка маси вуглецю в безводній біомасі безлічі різних мікроорганізмів дорівнює 0,46.

Вус – вихід по вуглеці. Частка вуглецю субстрату. Рівна вус, перейшла в біомасу, а інша частина (1 – вус) потрапила в O₂. Аналогічним образом коефіцієнт із у рівнянні балансу відповідає числу молів, що утворилися, води. У процесі росту вода може споживатися й утворюватися. Коефіцієнт із відбиває сумарний баланс води в процесі росту мікроорганізмів розраховуючи на безводну біомасу. Коефіцієнт із показує число молів води, що утворилася при використанні одиниці субстрату в процесі росту з виходом по вуглеці, або з виходом O₂ (1 – вус), з витратою аміаку а, або з витратою кисню b.

Матеріальний баланс можна розрахувати, знаючи кількість спожитого мікроорганізмами органічного субстрату й коефіцієнт при якому - або зі членів рівняння. Якщо кількість використаного субстрату невідомо, необхідно визначити два коефіцієнти.

Можна скласти формули, таблиці й графіки. Дозволяючи по відношенню двох коефіцієнтів рівняння росту визначити матеріальний баланс. Розгляд цих відносин має сенс тільки в можливих межах. Такими межами є, з одного боку, випадок, коли росту мікроорганізмів немає й весь органічний субстрат окисляється до СО₂ і Н₂О, а з іншого боку - ідеальний процес, коли вся хімічна енергія органічного субстрату збереглася б як хімічна енергія в біомасі. Фундаментальність поняття енергетичного виходу росту дозволяє використати його для порівняння ефективності процесів вирощування різних мікроорганізмів на різних органічних субстратах у фізіологічно порівнянних величинах. Значення енергетичного виходу росту лежать у зручних межах від 0 до 1. Обумовлене в експерименті або на виробництві значення енергетичного виходу росту відразу показує, наскільки отримана величина вилучена від граничного значення.

Значення виходу по масі, одержувані при вирощуванні мікроорганізмів на різних субстратах, не можна порівнювати для характеристики ефективності їхнього використання. Можна ввести поняття нормалізованих виходів, тобто виходів у відсотках від граничного значення для даного субстрату. Такі нормалізовані виходи були б ні чим іншим, як енергетичним виходом росту.

Значну цінність представляє вимір так званих неінерційних показників матеріального балансу – швидкостей споживання кисню й аміаку, утворення СО₂.

При виборі параметрів для виміру балансу росту необхідно враховувати його специфічні закономірності на тім або іншому субстраті й характер змін показників балансу в робочій зоні вимірів. При вирощуванні дріжджів на метанолі відношення СО₂/О₂менш зручно використати в зоні низьких виходів, чим у зоні середніх і високих значень виходів. А при вирощуванні на вуглеводах відношення СО₂/О₂ у зоні низьких виходів украй слабко залежить від виходу й, отже, незручно для визначення балансу росту.

Нарешті, важливо знати, чи вірно визначений баланс. Тому доцільно визначити двоє або більше відносин параметрів балансу. Потрібно зрівняти значення енергетичного виходу росту, одержувані при вимірі різних компонентів балансу. Якщо енергетичний вихід ростів, одержуваний різними способами, виявляється однаковим, результат можна враховувати.

Найважливішими узагальнюючими фізіологічними характеристиками росту мікроорганізмів є його швидкість й ефективність. Ефективність росту, що найбільше вдало виражати через енергетичний його вихід, є також технологічним показником першорядної важливості. Немає умов, оптимальних для росту взагалі, а є умови, оптимальні для швидкості росту. Локалізація оптимуму для цих двох характеристик може бути різної.

При мікробіологічному одержанні білків на будь-якому конкретному субстраті важливо, щоб ферментер працював з найбільшою продуктивністю, тобто масо-обмінна характеристика використалася б у максимальній мері. Разом з тим надлишки органічного субстрату подавати у ферментер недоцільно, тому що він не буде використаний, утруднить очищення стічних вод, а при вирощуванні мікроорганізмів на вуглеводнях у надлишковій кількості попадає в продукт.

Відомо, що при зміні режиму хемостатного вирощування навіть при збереженні тієї ж питомої швидкості росту може змінитися вихід. Тому при зміні температури або якого – або іншого фактора, що впливає на енергетичний вихід росту, може відбутися зміна ріст, що лімітує, фактора. У зв'язку із цим при зміні режимів культивування мікроорганізмів варто перевіряти, чи не відбулася зміна ріст, що лімітує, компонент харчування. Для цього потрібно ввести у ферментер разову дозу компонента, передбачуваного як, що лімітує ріст. Якщо цей компонент середовища дійсно лімітує ріст, негайно або в плині декількох хвилин зросте швидкість споживання кисню, аміаку, збільшується утворення О₂. Реєструючи реакцію по кожному із цих неінерційних показників балансу, можна побачити чи лімітує доданий компонент ріст культури. Якщо реакції на добавку не спостерігається, отже, ріст культури лімітований яким - то іншим компонентом харчування. У такому випадку для виявлення ріст фактора необхідно послідовно випробовувати інші компоненти живильного середовища.

Таким чином, застосування деяких підходів матеріально - енергетичного балансу росту при вирощуванні біомаси мікроорганізмів дозволяє оперативно оцінювати й оптимізувати ефективність росту й продуктивність ферментера [19].

Продуктовим розрахунком визначається потреба в сировині та допоміжних матеріалів, а також кількість проміжних продуктів виробництва.

При проведенні розрахунків використовуються наступні вихідні дані:

- річний виробіток білка;

- кількість вихідної сировини;

- число робочих днів у році;

- апаратурно-технологічна схема виробництва білків.

На підставі прийнятої схеми вибираються наступні технологічні показники:

- число стадій вирощування білків;

- тривалість одержання білка на кожній стадії;

- вихід білка у % до маси молочної сироватки;

- ступінь розведення середовища;

- величина засіву в % до маси молочної сироватки;

- питома швидкість росту дріжджів.

На основі розрахунків (з урахуванням якості молочної сироватки і мінерального харчування) визначається витрата молочної сироватки, витрата мінерального харчування, вироблення білків по кожній стадії за добу.

Визначається витрата основної сировини і допоміжних матеріалів на річну і добову продуктивність заводу. Отримані дані використовуються для підбора і розрахунку технологічного устаткування.

Витрата молочної сироватки в кожній стадії визначається на підставі корисного обсягу апарата, призначеного для проведення даної стадії:

де М – витрата молочної сироватки, кг;

Y_П – обсяг апарата корисний, м³.

Кількість засівних дріжджів Д₀ визначається по кожній стадії, по формулі:

де Д₀ – кількість засівних дріжджів, кг;

g – величина засіву в % до маси молочної сироватки.

Вироблення білка по стадіях визначається по формулі:

де Д – вироблення білка по стадіях, кг;

В – вихід білка у % до маси молочної сироватки.

З формули основного закону експонентного росту мікроорганізмів визначається коефіцієнт швидкості нагромадження біомаси дріжджів ( модуль швидкості росту) К і коефіцієнт годинного приросту Н:

де Д₀ – коефіцієнт швидкості нагромадження біомаси дріжджів (модуль швидкості росту).

Н – коефіцієнт годинного приросту:

t – час тривалості процесу, год.

Для характеристики процесу одержання білка необхідно підрахувати нагромадження дріжджів по стадіях:

де С – нагромадження дріжджів по стадіях, кг/м³.

Річна кількість товарних циклів визначається по формулі:

де П – річна продуктивність, т

Д_т – отримано білка кг у товарній стадії з 1 – ого апарата

t – тривалість одержання білка у товарній стадії, год;

4 – число годин необхідних на звільнення апарата, його мийку і дезінфекцію.

Витрата дріжджів на засів в рік визначається по формулі:

Д_0рік = Ц_рік*Д₀ ( на 1 засів)

Стадія товарного апарата:

М = 37,8*10³ = 37800 кг

кг;

Визначаємо річну кількість циклів у рік:

Ц_рік =

Для вироблення 900 т білка буде потрібно n = 265/300 = 0,8, тобто одна технологічна лінія товарної стадії.

Усі раніше отримані дані по витраті молочної сироватки, дріжджів, нагромадженню білка дають можливість обчислити витрату молочної сироватки на вироблення 10 кг білка по формулі:

(М і Д – сума по всій технологічній стадії)

До основних матеріалів у білковому виробництві відносяться: сульфат амонію, діамоній фосфат, хлорид калію, екстракт кукурудзи.

Розрахунок кількості діамоній фосфату в кг вичислюється по формулі:

де Ф – кількість фіамоній фосфату, кг;

Д – вироблення білка у даній стадії, кг;

Р – кількість, що передбачається, Р₂О₅ у білку, %;

1,1 – коефіцієнт, що враховує надлишок Р₂О₅ у середовищі, що складає 10 % від його кількості, що утримується в білку даної стадії;

51,2 – вміст Р₂О₅ у діамоній фосфаті, %.

Розрахунок кількості діаммонію фосфату для товарного порядку:

Розрахунок кількості сульфату амонію по стадіях виробництва здійснюється по формулі:

де С – кількість сульфату амонію, кг;

N_2др, N_{2мол.сив..}, N_2дф – вміст азоту відповідно в дріжджах, молочній сироватці, діамоній фосфаті, %;

М – витрата молочної сироватки по стадіях, кг;

21 – вміст азоту в сульфаті амонію для товарної стадії, %.

Зразковий розрахунок задачі сульфату амонію для товарної стадії:

Розрахунок хлориду калію по стадіях виробництва, кг:

де Д₀ – кількість хлориду калію, кг;

3,5 – необхідний вміст К₂О в молочній сироватці, %;

k – вміст К₂О, що переробляє мій молочною сироваткою;

М – кількість молочної сироватки для виробництва 10 кг білка даної стадії, кг;

К₁ – вміст К₂О в хлориді калію, %.

Зразкова витрата солей хлориду калію для товарного порядку:

Використовуючи норми витрат допоміжних матеріалів на вироблення 10 кг білка, величини їх затрат у виробництві можна розрахувати на задану річну продуктивність заводу.

Тепловий баланс

З метою відведення тепла, що виділяється в результаті одержання білка, ферментери обладнанні виносними теплообмінниками. У яких культуральне середовище охолоджується водою.

Вихідні дані: середнє питоме тепловиділення – 4171 кДж/кг дріжджів;

Приріст дріжджів у ферментаторі – 800 кг/год;

Культуральне середовище охолоджується від 32 °С до 26 °С;

Початкова t охолоджувальної води 10 °С;

Кінцева t води 27 °С.

Загальна кількість тепла, що відводиться від охолоджувального середовища:

Q_біол = 4171*800 = 3336,8*1000 кДж/год

Кількість тепла, що відводиться аеруючим повітрям:

Q_пов = 54,6*4500 = 245,7*1000 кДж/год

54,6 кДж/кг – збільшення теплоємкості;

4500 км/год – кількість повітря, що надходить в апарат.

З достатньої для інженерних розрахунків точністю кількість тепла, що витрачається на нагрівання води, що доливається в апарат. Молочна сироватка і розчини живильних солей, приймається 5 % від Q_біол.

Q_жив = 0,05*3336,8*10³ = 166,8*1000 кДж/рік.

Тоді кількість тепла, що відводиться з охолоджувальною водою в пластинчастому теплообмінику:

Q_вод = Q_біол – Q_пов – Q_жив = 2924,3*10³ кДж/рік

Витрата холодної води на охолодження середовища в теплообміннику:

де і - початкова і кінцева t охолоджувальної води;

р – щільність води при середній t 998,4 кг/м³;

с – питома теплоємкість води при t 4,205 кДж/(кг*К).

Середня різниця t теплообмінних рідин:

26 °С 32 °С

живильне середовище

10 °С 27°С

Вода

Коефіцієнт теплопередачі приймаємо К = 1200 Вт/(м²*К).

Поверхня охолодження теплообмінника:

Приймаємо найближчу стандартну поверхню F = 80 м².

Продуктивність пластинчатого теплообмінника по культуральному середовищу розрухуємо по рівнянню:

Y – продуктивність теплообмінника, м³/год;

рс – відповідно щільність і питома теплоємність культурального середовища:

Обсяг виробництва

Обсяг виробництва можна визначити за формулою (5.1):

Q₁ = А * П₁ * Т * К_вик.об, (5.1)

де А – кількість апаратів, А = 1;

П – потужність одного апарату, П₁ = 0,23 т/год;

Т – кількість робочих годин на рік;

К_вик.об – коефіцієнт використання обладнання, К_вик.об = 0,85.

Кількість робочих годин на рік розраховуємо за формулою (5.2):

Т = Т_раб * N_зм* t, (5.2)

де Т_раб – кількість робочих днів у році;

N_зм – кількість змін, N_зм = 3;

t – тривалість однієї зміни, t = 8 годин.

Розрахуємо кількість робочих днів у році за формулою (5.3):

Т_раб = Т_кіл – Т_рем, (5.3)

де Т_кіл – кількість днів у році, Т_кіл = 365 днів;

Т_рем – зупинка на капітальний і потоковий ремонт, Т_рем = 40 днів

Т_раб =365 – 40 = 325 днів.

Т = 325 * 3 * 8 = 7800 годин.

Розраховуємо обсяг виробництва:

Q₁ = 1 * 0,23 * 7800 * 0,85 = 1525 т/рік.

Промислова санітарія

6.3.1 Шкідливі речовини

Шкідливі речовини, з якими доводиться працювати в цеху наведені в табл. 6.2

Таблиця 6.2 - Характеристика шкідливих речовин, застосованих у виробництві. [ 3,4,5].

Речовина	Токсичність	ПДК, мг/м³	Клас небезпеки
Сірчана кислота.	Дратує слизові оболонки ВДП, вражає печінку, викликає важкі опіки.	1,0	2
Дріжджі кормові.	Впливає на органи подиху.	0,1	1

6.3.2 Мікроклімат

Категорія виконаних робіт з енерговитрат. Параметри мікроклімату при виконанні робіт категорії – I Iа.

Оптимальні і допустимі параметри мікроклімату надаються в табл. 6.3 [6].

Таблиця 6.3

Пори року	Категорії робіт,які виконуються	Температура, ⁰С		Вологість, %		Швидкість повітря, м/с
Пори року	Категорії робіт,які виконуються	оптим	допуст	оптим	Допустимо.	оптим	Допустимо
Холодний період	Па	18-20	17-23	40-60	75	0,2	0,3
Теплий період	Па	21-23	18-27	40-60	65	0,3	0,2-0,4

6.3.3 Вентиляція

У даному виробництві використається змішаний вид вентиляції, по напрямку руху повітряного потоку застосовується припливно-витяжна вентиляція, по характері охоплення приміщення застосовується загально-обмінна вентиляція. Час дії - постійно. Опалення - центральне. [7].

6.3.4 Освітлення

Освітлення в цеху природне й штучне. Природне висвітлення одностороннє бічне. Розряд зорових робіт: ІV.

Нормативне значення коефіцієнта природної освітленості визначається по формулі:

е^ІV_н= е^ІІІ_н·m·c, %,

де m - коефіцієнт світлового клімату (m = 0,9)

с - коефіцієнт сонячного клімату (с = 0,75 – 1);

е^ІІІ_н – нормативне значення коефіцієнта природної освітленості для ІІІ пояса

е^ІІІ_н= 1,5 %.

е^ІV_н= 1,5·0,9·0,8 = 1,08 %.

Поряд із природним освітленням використається система штучного комбінованого освітлення. Використовуються лампи денного світла. Для висвітлення робочих місць використаються лампи денного світла типу ЛД-80-2.

Нормоване значення освітленості для IV розряду зорових робіт становить 200 лк. [8].

Таблиця 6.4 - Характеристики освітлення

Назва приміщення	Площа підлоги, м²	Розряд зорових робіт	Освітлення
			природне		штучне
			Вид освітлення (бічне, зверху).	КПО,%	Нормативне освітлення, Е_min, лк
Цех дріжджового заводу	600	I V	Одностороннє бічне	1,08	200

6.3.5 Джерела шуму й вібрації

До джерел шуму й вібрації ставляться вентиляційні установки,

електродвигуни, насоси. Орієнтовний рівень звукового тиску не перевищують припустимих значень 75 дБА. [9].

Електробезпечність

Рід струму – змінний, частота – 50 Гц, напруга 220/380 В. Клас приміщення по небезпеці поразки електричним токовищем –І І. [10].

Пожежна безпека

Категорія приміщення по вибухо - і пожежонебезпеки - Б. [11]. Будинок цеху ставиться до ІІ ступеня вогнестійкості. У приміщенні передбачені первинні засоби пожежогасіння: вогнегасники ВВК – 5 у кількості 6 шт. та ВП – 1 у кількості 6 шт. [12].

Табл. 6.5 - Перелік обов'язкових засобів пожежогасіння

Приміщення	Площа, м2	Первинні засоби пожежогасіння (тип)	Кількість шт.
Б	600	Порошкові: ВП – 1	6
Б	600	Вуглекислотні: ВВК – 5	6

Очищення стічних вод

На даному промисловому виробництві передбачені цехові загальнозаводські очисні спорудження. Використаються наступні засоби очищення:

- механічні (відстійники, фільтри);

- біологічні (біофільтри);

- хімічні й фізико - хімічні (нейтралізатори). [13].

Література

1. Закон України «Про охорону праці», листопад 2002 р.

2. ГОСТ 12.0.003 – 74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. – Введ. 01.01.76.

3. Лазарев Н. В. Вредные вещества в промышленности. – М.: Химия, 1976. – Ч. І. – 336с.

4. Лазарев Н. В. Вредные вещества в промышленности. – М.: Химия, 1976. – Ч. ІІ. – 400с.

5. Макаров Г. В. И др. Охрана труда в химической промышленности. – М.: Химия, 1980. – 568 с.

6. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ. 01.01.89.

7. СНиП 2.04.05-91 Нормы проектирования. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. - М.: Стройиздат, 1991

8. СНиП II-4-79. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. - М .: Стройиздат, 1980. -110с.

9. ГОСТ 12.1.003-83* ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. - Введ. 01.01.1980.

10. Правила устройства электроустановок. Энергоатомиздат, 1987.

11. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. – Введ. 01. 07. 92.

12. ОНТП 24 – 86 МВД СССР. Общесоюзные нормы технологического проектирования. – М., 1986.

13. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. – М.: Химия, 1989. – 512 с.

14. Шевелуха В.С. Сельськохозяйственная биотехнология. – М: Высшая школа, 1988 г. – 416 с.

15. Патентный поиск. Дональд Оливер Хитцман. Способ получения протеина.

16. Алферов Е.А., Данилов И.П. Учебное пособие по курсу “Оборудование микробиологической промішленности” – Харьков: ХГПУ 1999, - 288 с.

17. Плевако Е.А. Бакушинская О.А. Микробиологический и химико – технологический контроль дрожжевого производства, - М: Пищевая промішленность, 1964 г. – 269 с.

18. Степаненко П.П. Микробиология молока и молочной продукции. – 1999 г.

19. Грачева И.М., Иванова Л.А. и др. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот, биоэнергии – М.: Колос, 1992 г. – 380 с.

20. Елинов Н.П. Основы биотехнологии. Учебник – 599 с.

21. Губский Ю.И. Биологическая химия. Укрмедкнига Киев – Тернополь, 2000 г. – 508 с.

Вступ

Вхідні до складу білка амінокислоти засвоюються краще, ніж вільні амінокислоти, що додають у корм.

Білки – життєво важливі компоненти клітин живого організму

Дата: 2019-12-10, просмотров: 230.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒