Нан ашытқыларының құрамы

4 Нан ашытқыларының құрамы

 

Олар ашытқыларды культивирлеу жағдайына, қоректік орта құрамына, жасушаның физиологиялық жағдайына байланысты.

Престелген ашытқыларда 67-75% су және 25-33 % құрғақ заттар болады. Бұл кезде  судың бір бөлігі жасуша арасында болып, жасуша сырты деп аталады, ал қалған су ашытқы  цитоплазмасының  ішінде болып, жасуша ішілік деп аталады.

Нан ашытқысындағы құрғақ зат элменттерінің саны бойынша келесідей (%): көміртегі 45-49, сутегі 50-70, оттегі 30-35, азот 7,1-10,8, фосфор 1,9-5,5, калий 1,4-4,3, магний 0,1-0,7, алюминий 0,002-0,020, күкірт 0,01-0,05, хлор 0,004-0,100, темір 0,005-0,012, кремний 0,02-0,20.

Сонымен бірге құрғақ ашытқыда  болатын заттар (% бойынша): ақуыздар және т.б. заттар – 50, майлар – 1,6, көміртегілер – 40,8, күл – 7,6.

Ақуызда (сыртқы орта) сары су факторларына  сезімтал келеді. Мысалыға жоғары, не төменгі  температурамен әсер еткенде ақуыздың денатурациясы болып, соңында жасуша өледі. Осындай көрсеткіштер қышқылмен, сілтімен, ауыр металл тұздарымен, сәулелендірумен т.б. әсер еткенде байқалады.

Көмірсулар көміртегінен, оттегінен және сутегінен тұрады. Оларды төменгі және жоғарғы деп бөледі. Жоғарғы көмірсуларға полисахаридтер (крахмал, гликоген, клетчатка), дисахаридтер (сахароза, лактоза, мальтоза, галактоза) жатады. Төменгі көмірсуларға (глюкоза, фруктоза, арабиноза, ксилоза және т.б.) жатады.

Гликоген немесе жануар крахмалы жануар мен ашытқы организмінде  қор заты ретінде болады. Көмірсулардан жасуша энергия алады.

Майлар – жасушаның қор заты олар  үш атомды спирттің күрделі эфирі (глицерин мен органикалық қышқыл) болып табылады.

Май заттары ашытқы жасушасының протоплазмасының негізгі бөлігі  болып табылады. Майлар қажет болған жағдайда көмірсуларға айналып энергия көзі ретінде қолданылады.

Витаминдер. Ашытқыларда  бірқатар витаминдер және витамин тектес заттар болады. Жануар мен адамдарда зат алмасу ферменттермен витаминдердің қатысуымен іске асырылады.

В₁ витамині нан ашытқы құрамының 1 г 20 мкг-дай болады. В₁ витамині адам организмінде нерв системасын қадағалап, ақуызбен май алмасуына қатысады, бұл витамин жоқ тағамды пайдаланғанда болатын полиневрит және т.б. ауруларын емдейді.

В₂ витамині (рибофлавин) нан ашытқысының 1 г 25-30 мкг болады. Оның адам тамағында  болмауы түрлі тері мен көз ауруына шалдықтырады. Бұл екі витаминдер жоғары температураға төзімді келеді.

Көрсетілген витаминдерден басқа 1 г нан ашытқысында 8-95 мкг парааминобензойн қышқылы және 19-35 мкг фоли қышқылы болады.

Ашытқылардың тіршілігінде биотин витаминінің маңызы зор. Сахаромицеттер биотинді өздері синтездей алмайтындықтан, ол қоректік ортаның құрамына енгізілуі қажет. Витаминнің 0,5-1,8 мкг 1 г ашытқыда болады. Биотин – тұрақты зат. Себебі термиялық өңдеуге оның сілтілік активтілігі төмендемейді.

Ашытқыда  тағы бір өсуді реттеуші мезоинозид бар. 1 г нан ашытқысында 270 мг болады.

Ферменттер. Барлық тірі организмінде өтетін зат алмасу процестері биологиялық катализаторлар, яғни ферменттер немесе энзимдер көмегімен іске асырылады. Ферменттердің активтілігі температурасы, рН факторларға ғана байланысты емес сонымен бірге жасушада қандай күйде болатынына байланысты. Фермент жеке күйде болса, активті, ал ақуыздармен байланыста болса активтілігі төмен болады. Ашытқы жасушасында фермент үздіксіз синтезделеді. Фермент арнайы температура мен қышқылдылықта аса активті болады. Олардың тұрақсыз болуы белоктар секілді температураға, қышқылға, ауыр металл тұздарына, сезімтал келуінен. Ол оның денатурациясына әкеледі.

Жеке ферменттер тірі жасушалардан 10-12 ферменттен тұратын фермент жүйесін құрайды.

 

1.1.5 Технологиялық  процеске әсер етуші факторлар

 

Ашытқыларды өсіру барысында температурасы олардың өсу жылдамдығына үлкен әсер етеді. Ашытқыны культивирлеу температурасын жоғарлату әсерінен бірінші уақытта өсу жылдамдығы жоғары болады да, кейіннен бірдей  төмендейді. Д.А.Уайтоль мәліметтер бойынша, 20⁰С температурада ашытқыларды өсіру барысында олардың өсуінің меншікті жылдамдығы 0,149-ды құрайды, 30⁰С-та 0,311, 36⁰С-та 0,342, 40⁰С-та 0,200 дейін, ал 43⁰С температурада ашытқының көбеюі қарастырылған жоқ.

 

1.1.5.1 Ортаға активті қышқылдың (рН) әсер етуі

 

Микроорганизмдер, сонымен  қатар ашытқылар, белгілі рН ортада өседі. Бірақ нан ашытатын ашытқылардың меншікті өсу жылдамдығы рН 4,5-5,5 барысында бақыланып отырады культуралды ортаның рН 4,0 дейін төмендету биомассаның жинауының және төмендеуіне алып келеді. Нан ашытқысы ашытқылардың өсіру уақытысында  рН 3,0-3,5 дейінгі  ортада қышқылдандыру және рН 8,0 ортада  сілтілеу кезінде ашытқы жасушаның көбеюі  тоқтатылады. Жасушаға түсетін қоректік заттардың жылдамдығы, ақуыз синтезіне қатысатын фермент системасының активтілігі, витаминдердің түзілуі, сонымен қатар ашытқының өсу жылдамдығы рН деңгейіне байланысты болады. Оптимальды белгіден (4,5-5,5) рН ортада ауытқуы ашытқының сапасының нашар болуына алып келеді.

 

1.1.5.2 Химиялық заттардың әсер етуі

 

Ашытқы өндірісінде негізгі ашытқы шикізаты, меласса, қоректік тұздар аммоний күкірт қышқылы, диаммоний фосфат, сонымен қатар  күкірт қышқылы және магнитті күкірт қышқылы  қолданады. Кейде ашытқы жасушасының көбеюі және өсуінің кідіруі үшін де заттар керек. Мұндай заттарға күкірт ангидриді, ұшқыш қылқылдар, бактерия түзуші нитриттер, сульфиттер мен сульфидтер, фтор, мышьяк, күміс, мыс және кейбір биорганикалық қышқылдар жатады. Бұлар культуралды ортаға түскеннен кейін олар көбею процесін кідіртуі мүмкін, сондай-ақ ашытқы  жасушасының өміршеңдік кезеңінің тоқтауына алып келеді.

Ашытқының көбею жылдамдығын, сондай-ақ бактерия түзуші нитридтер кідіреді, нитритдерде нитрадтардың қайта құрылуы 0,004% бастапқы ашытқылар үшін у болып табылады.

Ашытқы өндірісіндегі  құрал – жабдықтарды және құбырларды дезинфекциялау үшін формалин қолданылады. 0,001 % формалин концентрациясы ашытқылардың өсуін тоқтатады. Ал 0,09 % көлемде ортада құрылғанда жасушалардың орташа өмір сүргіштігі қосылады.

Антибиотиктер, мысалы биомецин мен пенициллин, ашытқы жасушасының активтілігін ортаның 100 мл 50-100 мкм концентрациясын қосқанда төмендетеді.

 

1.1.5.3 Мелассалы ерітінді концентрациясының әсер етуі

 

Ашытқылардың көбеюі мен өсуі қоректік заттардың бірдей шартына ғана тәуелді екені белгілі, сонымен қатар жасуша шырынының концентрациясына және ортаның осмотикалық қысымы мен өсіруге және көбейтуге болады. Сахаромицеттің жасушасының осмотикалық қысымы 0,8-0,2 МПа жеткен кезде кідіре бастайды. Оның көбеюі ашытқыларды жоғары концентрациялық ортадан өсіргенде жоғарылайды. Культуралды ортаның осмотикалық қысымы құрамындағы құрғақ заттардың концентрациясының  өсуімен жоғарлауы мүмкін, мысалы қанттың немесе осмотикалық активті заттардың, яғни натрий хлориді және тағы басқаға байланысты.

Ортадағы қанттың концентрациясы мелассаны қосумен сипатталады, ол қою мелассаның массасына ортадағы культураның көлеміне қатынасымен анықталады, ашытқыны өсіру аппаратында өңдейді. Қазіргі таңда көптеген шетел және отандық заводтарда ашытқыларды Кр=8-10 болған жағдайда өсіреді, культуралды ортада қанттың концентрациясы 5-6 % құрайды.

Оттегі қиын еритін газдарға жатады. Орташа қысымда және 30⁰С температурада 1 литр суда 7,52 мл оттегі ериді.

Культуралды ортаны жасушамен  аэрирлеу процесін система түрінде көрсетуге болады, ол екі бөлімнен тұрады және қозғалмалы тепе-теңдікте болады:

 

О₂ ауада → О₂ сұйық  → О₂ жасушада

 

Ашытқы жасушасында оттегінің ауысу процесі екі сатыдан тұрады:

1. Сұйықтағы оттегінің еруі - К_v ұзындығымен сипатталады.
2. К_r ұзындығымен сипатталады.

К_v адсорбция коэффициенті немесе оттегінің еру жылдамдығының константы болып табылады. Оттегі қысымы үнемі орташа болып келеді және температурасы да орташа болған кезде сұйық оттегінің адсорбциясының жылдамдығы төмендегі теңдікпен анықталады:

 

dc/dt=Kla (С₄-С),

 

Мұндағы: С – ерітілген оттегінің концентрациясы, яғни температура  уақытысындағы, м Моль/л;

С₄ – қанттың ерітілген оттегінің концентрациясы, м Моль/л;

Kl – сұйықтықтағы коэффициентінің ауысуына пропорциональды константы.

а – газ - сұйықтықтың жоғарғы бөлігінің ауаны, см².

 

К₄ – туындысы, К_v адсорбция коэффициенті болып табылады. Адсорбция коэффициентін сонымен қатар май берудің көлемдік коэффициенті деп те атайды. Оның ұзындығы аэрация интенсивтілігімен сипатталады.

 

К_r – ашытқыдағы абсолютті құрғақ заттардың синтезі үшін керекті (АҚ) ашытқыға оттегінің қажеттілігімен сипатталады. Бұл ұзындықтың көлемі г О₂/г. Ашытқыға оттегінің қажеттілігі олардың құрамындағы оттегін сіңіру жылдамдығына және лимитирлеу барысында қамтамасыз ету болып табылады.

Культуральды ортада оттегінің еру жылдамдығы ашытқыда оны қолдану жылдамдығынан аз болмауы керек. Тек осы жағдайда ғана өсуі орташа жүруі мүмкін.

Егер ашытқылардың өсу жылдамдығы мөлшерлі болса, онда биомассаның жиналу процесімен сипатталады, экономикалық жағынан сипаттамасы ретінде шикізатты қолдану коэффициенті болып табылады немесе ашытқыдағы биомассаның шығуымен сипатталады, % бойынша ашытқылардың шығуын төмендегі формуламен есептейді;

 

В=Д*100/М

 

Мұнда: М – шығындалған шикізаттың мөлшері, кг.

              Д – ашытқылардың алынған мөлшері, кг.

 

Ашытқы зауыттарында ашытқының шығуы әр түрлі болып келеді, ол құрал – жабдықтардың конструкциясына байланысты, сондай-ақ негізінде системаның аэрациясына, технологиялық сызба – нұсқасына, шикізаттың сапасына, өндірістің автоматизациялық деңгейіне және тағы басқа ерекшеліктеріне байланысты болады.

Тәжірибе барысында ашытқының шығу құрамында 46 % қант бар мелассаға  қатынасымен (М₄₆) есептейді, негізгі көңіл аударғаны СВ құрамының есебімен және ашытқылар болып табылады.

Шетелдерде ашытқының шығу құрамында 50% қант (М₅₀) бар мелассаға қатынасымен есептейді.

Осыған байланысты отандық зауыттардағы ашытқылардың шығу мөлшері төмен, шетел өндірістерінде жоғары болады, сонымен бірге алынған ашытқының мөлшері және жұмсалған мелассалары бірдей болған жағдайының өзінде шетелдеріне қарағанда төмен мөлшерде болады.

1.1.5.4 Ашықы биомассасын синтездеудегі сыртқы орта факторының әсері

 
Ашытқы тіршілігіне қоршаған факторлары үнемі әсер етіп отырады. Олар температура, рН ортасы, құрғақ заттар концентрациясы, культруалды ортаның оттегімен қамтылуы, т.б. заттар.

Жоғарыда көрсетілген факторлар жасушаға қолайлы немесе қолайсыз әсер етуі мүмкін. Микроорганизмдерге әсер етуіне қарай факторлардың үш түрін ажыратады: минимальды, оптимальды, максимальды.

Микроорганизмдер тіршілігіндегі барлық процестер оптимальды  факторлардың жағдайында жақсы жүреді. Егер қандайда бір фактор минимумнан төмен болса, организм дұрыс жетілмейді.

Температура жасушадағы зат алмасулар процесінің интенсивті өтуін анықтайды. Нан ашытқысындағы  оптимальды температура 21-34⁰С. Қазіргі уақытта жаңа оптимальды  температура алынды – 38⁰С температурасының оптимальды жағдайдан жоғарлауы  алынатын өнімнің сапасын төмендетеді, ал төмендеуі ашытқының көбеюінің активтілігін төмендетеді.

Ортаның активті қышқылдығы рН орта. Ашытқылардың тіршілігіне рН орта айтарлықтай әсерін тигізеді. рН-тың көлеміне қоректік ортаға түсуі, ферменттердің активтілігі, витаминдердің түзілуі, ашытқы жасушаларының өсуі байланысты.

Нан ашытқысының жақсы өсуі рН-тың 4,5-5,5 мәнінде ие болады. Аппаратты жүктегенде және процестің бірінші кезеңінде рН ортаны 4,5-4,6 деңгейінде ұстау керек.

Құрғақ заттар концентарциясы. Ашытқылардың көбеюінің активтілігі қоректенуге, осмостық қысымға ба йланысты. Сахаромицет ашытқыларының жасушасының осмостық қысымы 0,8-0,12 МПа. Ол ашытқылардың концентрлігі жоғары ортасында жоғарылайды.

Культуралды ортаның аэрациясы. Кез – келген микроорганизмнің тіршілігінің тұрақты болуы үздіксіз түсіп отыратын энергияға байланысты. Оны ашытқы жасушасы ашу мен тыныс алу процесінен алады. Бұл процестер бір-бірімен байланысты. Ашытқы жасушаларындағы ферментация процесінің не ашу, не тыныс алу аймақтарына бағытталуы мүмкін.

Ферментациялық процесс  интенсивті аэрациялау жағдайына биомасса жинауға бағытталады. Ортадағы еріген оттегінің жетіспеуінде тыныс алу процесімен бірге ашу процесі де жүреді. Онда ашытқылармен бірге спиртте жиналады. Ортада оттегі аз болған сайын ашытқы мен спирттің жиналуы азаяды.

Ашытқы өндірісіндегі жұмысшылардың мақсаты, тауарлы ашытқы өндіруді биомасса синтезіне бағыттап, спирт пайда болуын жою.

Химиялық заттар. Химиялық заттар ашытқыларға әртүрлі әсер етеді. Ол культуралды ортаның концентрациясына байланысты.

Культуралды ортаға химиялық заттар шикізатпен бірге (меласса, аммоний сульфаты, диаммонийфосфаты және т.б.), күкірт қышқылымен немесе залалсыздау аппараты жуу арқылы келеді. Оларға сульфидтер мен сульфаттар, фтор, мыс, нитриттер, фенолдар, пирокатехин және кейбір бейорганикалық заттар жатады.

 

1.1.6 Ашу процесі

 

Тотығу – тотықсыздану процесі ашу процесі деп атайды. Процестің жүру кезінде АИФ түзіледі. Ашу процесі кезінде сутегі доноры және акцептор қызметін ашу процесі нәтижесінде түзілетін органикалық қосылыстар атқарады.