ЗАКВАСКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВОГО ЭТАНОЛА НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ Российский патент 1995 года по МПК C12N1/16 C12C11/02 C12P7/06 

Изобретение относится к микробиологической, молочной промышленности и может найти применение в безотходной технологии переработки молока, особенно при выработки белковой продукции (сыра, творога, казеина).

Известен метод получения по американскому патенту (см. Международную заявку 085/01064, 1985, С 12 Р 7/06), где используется для брожения сыворотки дрожжи рода Kluyveromyces вида К. frange, в результате чего процесс длительный и низкие органолептические показатели у готового продукта.

Целью изобретения является получение новой закваски, обладающей высокой эффективностью образовывать этанол из молочной сыворотки (не ниже 87% от теоретического), с низким процентом побочных продуктов брожения (сивушных масел, альдегидов, эфиров) при этом температура возгонки их существенно отличается от этанола. Это дает возможность легко и быстро проводить ректификацию этанола-сырца, полученного путем сбраживания молочного сахара (лактозы) предлагаемой закваской, в которую входят 30-40 штаммов лактозосбраживающих дрожжей рода Kluyveromyces.

Эти штаммы дрожжей выделены из кумыса, кефира, тарасуна и других молочных продуктов в различных регионах Европы и Азии (Калмыкии, Татарии, южного Поволжья, республик Средней Азии), Китая, Монголии, Индии, Непала, Бангладеш, Афганистана, Ирана, Ирака и др.

Эти штаммы и закваска в целом способны развиваться при температуре 15-35^оС (оптимальная 28-30^оС) и синтезируют основные продукты жизнедеятельности дрожжей этанол и углекислый газ.

Выделенные штаммы в Иркутском госуниверситете и Алтайской краевой КПЛ пищевой промышленности на видовую принадлежность определялись по определителю дрожжей Kregera, в результате чего по Международной систематике им присвоен род Kluyveromyces виды К. lactis и K. marxianus.

Из штаммов этих видов в соотношении 1:1 составлена многоштаммовая закваска, которая также сдана во Всесоюзную коллекцию промышленных микроорганизмов института номер ВКПМ У-2034.

Большая часть штаммов лактосбраживающих штаммов дрожжей находится в коллекции Государственного предприятия контрольно-производственной лаборатории пищевых продуктов Алтая.

Клетки дрожжей рода Kluyveromyces круглые и овальные, иногда удлиненные. Вегетативное размножение многосторонним почкованием. Может быть примитивный псевдомицелий, истинного мицелия нет. Колонии обычно пастообразные. На жидких средах может образовываться пленка, но она не бывает сухой, порошковидной или всползающей. Аски образуются преимущественно из вегетативных диплоидных клеток без непосредственно предшествующей коньюгации. При созревании спор сумки не вскрываются. Аскоспоры круглые или слабо овальные, бесцветные, гладкие. Многие виды этого рода хорошо сбраживают углеводы и совсем не используют нитриты.

Культивирование дрожжей проводили только на плотных средах. Определяли свойства культур на следующих средах: солодовое сусло концентрации 10% СВ; сывороточный агар БФ; среда Сабуро.

Температура культивирования 30^оС, продолжительность 48 ч.

Биохимические свойства культур характеризуются тем, что кроме основных продуктов брожения (этанола и углекислого газа) в питательных средах (особенно жидких) накапливаются сивушные масла, альдегиды и эфиры, количество и соотношение их зависит от индивидуальных особенностей культуры. Оставляли культуры с наиболее низким содержанием этих веществ.

Стандартное описание Kluyveromyces lactis.

Рост в солодовом экстракте: после 3-х дней при 28^оС клетки обычно сфероидальные, эллипсоидные или иногда цилиндрические (2,0-6,6 х 3,0-8,0) мк репродуцирующие почкованием и встречающиеся поодиночке, парами и иногда небольшими пучками или в виде агглютинированной массы. Могут формироваться амебоидные клетки. Образуется осадок и иногда кольцо, островки или тонкая пленка. Через месяц при комнатной температуре образуется осадок и кольцо. Обычно присутствует пленка.

Рост на солодовом агаре: через месяц при комнтаной температуре штриховая культура приобретает окраску от коричневато-кремового до кремовато-серого, иногда слегка розоватую, плоская и довольно разросшаяся, гладкая, иногда разбитая на сектора или в какой-то степени бородавчатая, блестящая или иногда довольно тусклая. Край чистый, колеблющийся или лобиформный.

Образование аскоспор: коньюгация немедленно предшествует образованию сумки, или диплоидные вегетативные клетки непосредственно трансформируются в сумки. Сумки быстро исчезающие. На сумку образуется от одной до четырех сфероидальных или эллипсоидных аскоспор. Зрелые аскопоры обычно содержат жировые шарики и быстро высвобождаются из сумок, имея тенденцию к агглютинации. Спорообразующие штаммы, как правило, гетероталломные.

Все сахара малого набора угдеводов сбраживает, кроме инулина, и не всегда сбраживает мальтозу, сахарозу, раффинозу. Ассимилирует из большого набора все соединения углеводов кроме 1-арабинозы, Д-рибозы, 1-рамнозы, эритритала, инозита, лиминной кислоты и не всегда ассимилирует соединения мальтозы, раффинозы, 1-ксилозы и рибита.

Ассимиляция нитрата: нет.

Рост на среде, свободной от витамина: нет.

Рост на 50% (в/в) агаре глюкозо-дрожжевого экстракта: нет.

Рост при 37^оС: или +
Типовой штамм (неотип): СВ 683, выделенный Allen и Thornley из вспученного сыра.

Стандартное описание Kluyveromyces marxianus.

Рост в солодовой экстракте: через 3 дня при 28^оС клетки округляются от эллипсоидных до цилиндрических (2,0-6,0х3,0-10,0) мк, репродуцируются почкованием, существуют поодиночке, парами или редко в коротких цепях. Псевдомицелий обычно образуется в большей или меньшей степени. Образуется осадок и иногда слабое кольцо. Через месяц осадок сохраняется. Может присутствовать кольцо, иногда имеются островки или легкая пелликула (тонкая пленка).

Рост на солодовом агаре: через месяц при комнатной температуре штриховая культура маслянистая, окрашена в кремовый или коричневато-кремовый цвет, иногда розоватый, плоская и довольно раскидистая, иногда в некоторой степени приподнятая в центре, гладкая или в какой-то степени покрытая бороздками или секторами с бороздками, сверкающая или тусклая. Поле может быть колеблющимся или лобиформным, иногда окаймленным псевдомицелием.

Культура Daiman plate на агаре из отвара кукурузной муки: псевдомицелий обычно формируется обильно и часто лучше развивается в анаэробных условиях. Псевдомицелий сильно разветвлен. Иногда бластоспоры могут быть организованы в небольшие пучки, расположенные вдоль нитеобразных клеток.

Образование аскоспор: коньюгация может предшествовать формированию сумки, или диплоидные вегетативные клетки могут непосредственно трансформироваться в сумки (аски). Аски быстро исчезающие. На один аск образуется от одной до четырех серповидных или почкообразных аскопор. Освобожденные аскоспоры склонны к агглютинации. Образование аскоспор наблюдается на 2% агаре солодового экстракта, Ум-агаре и обычно используемой спороляционной среды.

Все сахара малого набора углеводов сбраживает, кроме мальтозы. Ассимилирует из большого набора все соединения углерода, кроме мальтозы, трегалозы, растворимого крахмала, 1-рамнозы, эритола и инозита.

Ассимиляция нитрата: нет.

Рост в свободной от витамина среде: нет.

Рост на 50% (в/в) агаре глюкозо-дрожжевого экстракта: нет.

Рост при 37^оС:+
Типовой штамм (неотип) СВS 712, по- лученный в 1922 г.

Приготовление лабораторной закваски осуществляют на агаризованной среде, но можно и на жидкой. Для этого применяются среды: сывороточный агар БФ и сусловый агар (1:1).

На питательную среду высевают 2 вида культур в двухсуточном возрасте Kluyveromyces lactie и Kluyveromyces marxinus по 10-15 штаммов каждого вида, выращенных каждый штамм в отдельности.

Посев на чашки Петри делают в равных соотношениях (по 1 петли каждого штамма) и культивируют при температуре 28-30^оС в течение двух суток.

При ежедневной выработке закваски набор (новой партии) штаммы заменяются новым их набором из производственной коллекции музея. В производственную закваску входят только лактозосбраживающие штаммы рода Kluyveromyces (виды К. lactis и K. martianus) (около 100 штаммов).

После культивирования каждую чашку Петри смывают физиологическим раствором в матрац емкостью 1,5 л с той же питательной средой и культивируют еще двое суток при 30^оС. После чего матрацы смывают физиологическим раствором (по 100-150 мл на матрац) и асептически фильтруют через марлю со всех матрацов в общую емкость.

Готовую закваску охлаждают до 4-6^оС и сохраняют при этой температуре до употребления, т.е. до приготовления производственной закваски. Такая закваска содержит n˙10⁸ (n>1) жизнеспособных клеток дрожжей.

Полученную закваску контролируют по микробиологическому препарату. В закваске не допускается наличие посторонних бактерий (МКБ, споровых, кишечной палочки).

Производственная закваска готовится на пастеризованной осветленной сыворотке по ОСТ 10-02-02-3-87 путем заквашивания ее 5% лабораторной закваски и культивирования при 30^оС в течение 1-2 суток.

П р и м е р. В данном примере рассматривается результат брожения молочной подсырной безбелковой сыворотки закваской лактозосбраживающих дрожжей рода Kluyveromyces двух видов К. lactis и К. marsianus в различных соотношениях. Во всех случаях примера были равные условия.

Объем сыворотки 40 л (флага).

Объем закваски 3%
Время брожения 48 ч.

Температура брожения 28-30^оС.

Начальная кислотность сыворотки 31±1^оТ.

Конечная кислотность сыворотки (конец брожения) 65±2^оТ.

Закваска составлялась из разных коллекций:
Из Всесоюзной коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ):
а) вид. К. lactis штамм Ф-1 У-2040, Ф-4 У 2036 и вид K.marxianus штаммы Ф-6 У-2042, Ф-8 У-2041;
б) вид К. lactis штаммы Ф-1 У-2040, Ф-3 У-2039, Ф-4 У-2037, Ф-5 У-2035, Ф-6 У-2037, Ф-7 У-2038 и вид К.marxianus штамм Ф-6 У-2042;
в) K. lactis штаммы Ф-5 У-2035, Ф-6 У-2037 из коллекции Государственной КПЛ пищевой промышленности Алтайского края;
г) вид К.lactis штаммы Ф-10, Ф-20 и вид К. marxianus A-10, Ф-20;
д) вид K. lactis штаммы Ф-10, Ф-20, Ф-30, Ф-40 и вид К. marxianus штамм Ф-10;
е) вид K. lactis штаммы Ф-15, Ф-25, Ф-35 и вид К. marxianus штамм Ф-40.

Из разных коллекций (ВКПМ и ГКПЛ Алтая)
ж) вид lactis штаммы Ф-1 У-2040, Ф-4 У-2036 и вид marxianus штаммы Ф-10, Ф-20.

Полученные данные приведены в таблице.

Рассматривая данные таблицы, можно сделать выводы:
1. Закваска, составленная для сбраживания молочной сыворотки штаммами дрожжей вида К. lactis и К. marxianus из коллекции ВКПМ и ГКПЛ пищепрома Алтая, дает готовый продукт, отвечающий ГОСТу для пищевых целей (ГОСТ-5962-67).

2. Закваска, составленная из дрожжей вида К. lactis и К. marxianus в различных соотношениях, дает продукт, не выходящий за пределы продукта пищевого, только незначительно меняется выход готового продукта, скорость выхода и прозрачность.

3. Предпочтительнее получены данные на закваску, составленную на штаммах К. lactis и К. marxianus, в равных соотношениях.

4. Закваска, полученная на штаммах К. lactis и отдельно на штаммах К. marxianus дала готовый продукт с хорошим выходом, но он уступал по органолептике продукту, полученному на закваске при использовании культур двух видов.

Использование: производство спирта, касается новой закваски лактозосбраживающих дрожжей получения спирта. Сущность изобретения: закваска для производства пищевого этанола на основе молочной сыворотки, содержащая смесь двух видов лактозосбраживающих дрожжей Kluyveromyces lactis n Kluyveromyces marxianus. Предпочтительное соотношение указанных видов дрожжей 1 : 1. Закваска позволяет получить 9,56 - 10% спирта от начального объема сыворотки. 1 табл.

ЗАКВАСКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВОГО ЭТАНОЛА НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ, содержащая лактозосбраживающие дрожжи Kluyveromyces, отличающаяся тем, что из дрожжей Kluyveromyces используют смесь дрожжей видов Kluyveromyces lactis и Kluyveromyces marxianus.