RU
Анализ модели массообмена между дрожжевой клеткой и бражкой

Номер: 2-3 (338-339), 2014
Страницы: 102-106
Раздел: Методы исследования, качество и безопасность пищевой продукции
Автор(ы): С.В. Черепов, М.Г. Марковский, Т.А. Устюжанинова, В.В. Артамонова

Аннотация:
Проанализированы различные подходы к описанию массообмена между дрожжевой клеткой и бражкой в процессе сбраживания осахаренного сусла. Учтен массообмен в системе «сусло – клеточная мембрана», перенос через мембрану и «клеточная мембрана – цитоплазма». Рассмотрена морфология дрожжевой клетки и ее геометрические характеристики, сопротивление мембраны и коэффициенты массоотдачи: от сусла к мембране и от мембраны в дрожжевую клетку. Проанализированы данные различных исследователей по геометрическим размерам дрожжевой клетки и по коэффициентам переноса массы в фазах: цитоплазме, клеточной мембране и осахаренном сусле (наружной жидкости). Приведены таблицы значений диаметров дрожжевой клетки, толщины клеточной мембраны и график зависимости объема дрожжевой клетки во времени в период ее роста. Проанализирована математическая модель массообмена в системе «дрожжи – сусло» с учетом указанных факторов. Использованы данные по равновесию в системе «дрожжи – сусло». В соответствии с проанализированным материалом внесены уточнения и изменения в математическую модель экстракции этанола из дрожжевых клеток водой. Приведены результаты идентификации модели, расчетные и экспериментальные данные. В модели принято: диаметр клетки 4 мкм, коэффициент диффузии этанола в воде D = 11,8 • 10–10 м2/с, коэффициент массоотдачи в наружной жидкости вж = 5,9 • 10–4 м/с, коэффициент массоотдачи в цитоплазме вц = 1,21 • 10–6 м/с. Установлено, что при рассмотрении массообмена в системе «цитоплазма – осахаренное сусло» можно пренебречь массоотдачей в цитоплазме и в осахаренном сусле. Основное сопротивление массопередаче оказывает клеточная мембрана. Определен коэффициент диффузии в клеточной мембране, толщиной 7 нм, который составил Dм = 1,75 • 10–17 м2/с, при этом сопротивление клеточной мембраны д/Dм = 4 • 108 с/м.

Ключевые слова: массообмен, дрожжевая клетка, клеточная мембрана, диффузия, проницаемость, математическое моделирование

EN
Analysis of mass transfer model between yeast cells and mash

Number: 2-3 (338-339), 2014
Pages: 102-106
Section: Methods of Investigation, Quality & Safety of Food Products
Authors(s): S.V. Cherepov, M.G. Markovsky, T.A. Ustyuzhaninova, V.V. Artamonova

Annotation:
Analyzed different approaches to the description of mass transfer between a yeast cell and mash during fermentation saccharified mash. Mass transfer in the system is considered “mush – cell membrane”, transport through the membrane and “cell membrane – cytoplasm”. The morphology of the yeast cell and its geometrical characteristics, membrane resistance and mass transfer coefficients from mush in the membrane and from membrane in the yeast cell. Various researchers analyzed data on the geometric dimensions of the yeast cell and mass transfer coefficients in phases: the cytoplasm, the cell membrane and saccharified mash (outer fluid). The tables of values of the diameters of the yeast cell, the cell membrane thickness and volume depending on the schedule time of yeast cells during its growth. The mathematical model of mass transfer in the “yeast – must” taking into account the above factors. Used data on the equilibrium in the “yeast – must”. In accordance with the analyzed material made refinements and modifications of the mathematical model of ethanol extraction from yeast cells with water. Shows results identification model, the calculated and experimental data. The model assumed: cell diameter 4 microns, the diffusion coefficient of water in ethanol D = 11,8 • 10–10 m2/s, the mass transfer coefficient in the outdoor liquid вж = 5,9 • 10–4 m/s, the mass transfer coefficient in the cytoplasm вц = 1,21 • 10–6 m/s. Found that when considering the mass transfer in the “cytoplasm – saccharified mash” mass transfer can be neglected in the cytoplasm and in saccharified wort. The main resistance to mass transfer renders the cell membrane. The diffusion coefficients of the cell membrane, thickness of 7 nm which was Dм = 1,75 • 10–17 m2/s, and the resistance of the cell membrane д/Dм = 4 • 108 s/m.

Keywords: mass transfer, yeast cell, cell membrane, diffusion, permeability, mathematical modeling