ШТАММ ДРОЖЖЕЙ SACEHAROMYCES CEREVISIAE, MEYEN ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ И ЭТАНОЛА НА МЕЛАССЕ Российский патент 1995 года по МПК C12N1/18 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к спирто-дрожжевой промышленности, и представляет собой новый штамм дрожжей, который может быть использован для микробиологического синтеза этилового спирта с одновременным получением прессованных хлебопекарных дрожжей с улучшенными качественными показателями: мальтазной активностью 60-90 мин и повышенным содержанием трегалозы 14-18%
Известен применяемый в промышленности на мелассно-спиртовых заводах для получения хлебопекарных дрожжей гибридный штамм дрожжей У-563.

Недостаток известного штамма низкая мальтазная активность, которая не позволяет использовать хлебопекарные дрожжи в новых ускоренных технологиях тестоведения, для которых дрожжи должны обладать мальтазной активностью не менее 60-90 мин.

Известен также штамм дрожжей гибрид 112, обладающий мальтазной активностью, который используется в смешанной культуре со спиртовой расой В для ферментации мелассы с одновременным получением этанола и прессованных дрожжей (хлебопекарных).

Недостатком известной смешанной культуры 112 и расы В является то, что в готовой продукции прессованных дрожжей мальтазная активность достигает 100-120 мин, что недостаточно для современных требований в новых ускоренных технологиях хлебопечения. Недостатком является также усложнение технологического процесса, связанного с необходимостью раздельного ведения двух культур со смешиванием их в анаэробной стадии технологического процесса двупродуктового производства, а также низкое содержание трегалозы в биомассе.

Результаты патентного поиска показали, в мировой практике не имеется аналогов штаммов дрожжей, предназначенных для анаэробной ферментации мелассы с одновременным получением этанола и хлебопекарных дрожжей, обладающих высокой мальтазной активностью и содержащих трегалозу в биомассе в количестве 12% и выше в пересчете на СВ.

Цель изобретения селекция нового штамма дрожжей, позволяющего при ферментации мелассы синтезировать этанол с одновременным получением хлебопекарных дрожжей с улучшенными показателями качества: мальтазной активностью 60-90 мин и содержанием трегалозы к СВ 14-18%
Поставленная цель достигается гибридизацией дрожжевых культур с определенными свойствами, получением триплоидных гибридов с последующей селекцией нового штамма по продуктивным и экономическим критериям.

Штамм дрожжей 314 (ВКПМ У-1330) триплоидный гибрид, получен методом копуляции клеток родительских штаммов, отличающихся по типам спаривания, с применением генетических маркеров и селективных сред. Родительскими культурами являются диплоидный осмофильный штамм вида Saccharomyces cerevisiae М-5, от которого получен мутант с дыхательной недостаточностью и штамм 1109-22а his, мутантный по гистидиновому локусу и с высокой мальтазной активностью гаплоидный сегрегант производственной линии хлебопекарных дрожжей.

От одного из родителей гибрид наследовал повышенную генеративную активность, спиртоустойчивость, высокие экономические показатели продуктивности при анаэробной ферментации мелассы, от другого родителя улучшенные хлебопекарные свойства, активный ферментный зимазный и мальтазный комплексы, способность синтезировать в клетке трегалозу, являющуюся одним из условий сохранения физиологической активности при обезвоживании.

С полученным таким образом триплоидным гибридом проведена селекционная работа по продуктивным и экономическим критериям.

Гибрид 314 (ВКПМ У-1330) обладает высокой генеративной активностью, хорошими бродильными свойствами, экономичностью использования мелассы, увеличенным размером клеток, что по технологическим и продуктивным свойствам не отличает его от триплоидного гибрида У-563. Однако новый триплоидный гибрид 314 (ВКПМ У-1330) отличается от производственного штамм У-563 лучшими хлебопекарными свойствами, высокой мальтазной активностью (60-90 мин), что позволяет использовать его в новых ускоренных безопарных технологиях тестоведения. В отличие от смеси культур расы В и Г-112 заявляемый штамм характеризуется более высокой мальтазной активностью (60-90 мин) и повышенным содержанием трегалозы (14-18% к СВ) дрожжевых клеток.

Вышеуказанное позволяет считать, что заявляемый новый штамм дрожжей У-1330 соответствует критериям "существенные отличия" и "новизна".

Полученный гибридный штамм дрожжей 314 (ВКПМ У-1330) имеет следующие морфологические и физиологические признаки.

Морфологические признаки. Размер вегетативных клеток после 24 ч роста при 30^оС на солодовом сусле крепости 8% СВ составляет 9,3 ±0,71 х 7,4 ± 0,76 мкм (средний). Форма клеток преобладает овальная и яйцевидная; вегетативное размножение почкованием. На ацетатной среде на 5-ые сутки образуется не менее 50% асков, спор в аске от 1 до 4, асков с 4 спорами не менее 70% Форма спор круглая, размер от 3,5 мкм до 5 мкм в зависимости от плоидности.

Культуральные признаки. Клетки штамма активно сбраживают солодовое сусло плотностью 8% СВ на первые сутки, на 4-5 сутки на стенке пробирки образуется кольцо, поверхность среды чистая, на дне обильный осадок белого цвета.

На полной органической агаpизованной среде при 30^оС клетки штамма образуют колонии круглые, гладкие, белого, чуть кремового цвета, с ровным краем, хорошо выпуклые, через 96 ч роста достигают 5-6 мм в диаметре (посев на чашку Петри 10 см в диаметре около 50 клеток).

На мелассной агаризованной среде (меласса 7% СВ, рН 5,5-6,0) при тех же условиях роста колонии вырастают круглые, гладкие, слегка кремовые, с гладким краем, середина сферически выпуклая.

Физиологические признаки. Факультативный анаэроб. Оптимум роста при 30^оС. Желатину не разжижает, крахмал не сбраживает.

Отношение к сахарам: сбраживает глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, галактозу, раффинозу на 1/3; не сбраживает ксилозу, лактозу, инулин, арабинозу.

Отношение к спиртам: усваивает глицерин, этанол; не усваивает маннит, дульцит, сорбит.

Отношение к кислотам: усваивает уксусную и молочные кислоты; не усваивает янтарной, яблочной, винной и лимонной кислот.

Без источников азота в среде не размножаются, усваивают неорганический азот.

Клетки штамма чувствительны к нистатину и циклогексимиду, практически не чувствительны к бактериальным антибиотикам.

Технологические свойства. Клетки штамма сбраживают мелассное сусло с содержанием сухих веществ 20-22% синтезируют этанол до 7-8 об. и биомассу в количестве 3,5-5,0 кг/дал спирта, которая используется для получения прессованных хлебопекарных дрожжей, соответствующих по качественным показателям ГОСТу 171-81. Дрожжи содержат активный мальтазный комплекс, сбраживающий 5% -ный раствор мальтозы (в приборе Елецкого) за 60-90 мин и содержат трегалозу в количестве 12-18% к сухим веществам биомассы.

Штамм характеризуется высокой генеративной активностью на аэробной стадии дрожжегенерирования, равной 0,30-0,32 ч^-1. Большие размеры клеток придают штамму хорошие технологические свойства на стадии выделения и прессования.

П р и м е р. Оценка производственно-ценных качеств штамма ВКПМ У-1330 дрожжей проводилась на стендовой установке, состоящей из дрожжегенератора с рабочим объемом 1 л и батареи ферментеров, стоящих из четырех сосудов с общим рабочим объемом 8 л. Скорость обмена батареи (аэробной стадии и анаэробной ферментации) при непрерывном процессе сбраживания составляла 24 ч.

Ферментация мелассы проводилась по усовершенствованной однопоточной схеме брожения, соответствующей регламентным нормам. При ферментации мелассы использовалась одна партия мелассы со следующими показателями: массовая доля сухих веществ 79,9; рН 6,4; прямая поляризация 45,25; инверсионная поляризация 16,25; инвертный сахар 0,827; массовая доля сбраживаемых сахаров 47,03; доброкачественность 56,6.

Концентрация мелассной рассиропки при непрерывном процессе составляла 19,7-20,5% с содержанием сахара 125,0-128,2 г/л.

Для дрожжегенерирования (аэробной стадии) вводили дрожжи У-1330 (заявляемый штамм), У-563 (прототип), Г-112 в смеси с расой В (аналог).

После анаэробного сбраживания из зрелой бражки на вакуум-фильтрах получали прессованные дрожжи и определяли их качественные показатели по ГОСТ 171-81, а также мальтазную активность и содержание трегалозы.

Зрелую бражку перегоняли, в дистиллятах определяли концентрацию спирта пикнометрическим методом, в бражке определяли несброженные сахара колориметрическим методом с применением резорцина.

Наряду с технологическими показателями рассчитывали также следующие характеристики процесса:
количество спирта, синтезированного в опыте, об. и Р₁ г/л;
количество биомассы, синтезированной при ферментации, в пересчете на 75% влажности и в виде абсолютно сухой биомассы (Р₂, г/л);
общее количество целевых продуктов (Р=Р₁+Р₂, г/л)
количество сахара, использованного в процессе синтеза спирта и хлебопекарных дрожжей, г/л (S_o-S_t);
экономический коэффициент биосинтеза суммы целевых продуктов, рассчитанный на введенный и использованный сахар (V_soи V).

Концентрация сбраживаемого сусла составляла во всех опытах 19,6 -4 20,5% СВ, и в среднем была одинакова во всех вариантах опытов с разными штаммами дрожжей.

Техно-химические показатели анаэробной ферментации мелассы с получением этанола и хлебопекаарных дрожжей приведены в табл. 1.

При использовании засевных дрожжей нового типа У-1330 получена зрелая бражка с содержанием спиpта 7,28-7,47 об. (57,44-58,91 г/л) и прессованные хлебопекарные дрожжи в пересчете на 75% влажности 33,5-35,8 г/л. По отношению к синтезированному этанолу выход хлебопекарных дрожжей составил 4,6-4,8 кг/дал. По общей продуктивности целевого продукта, этанола г/л + биомассы, АСБ г/л, который для заявляемого штамма составило 65,81-67,86 г/л, новый штамм не уступает известным промышленным штаммам У-563 и смешанной культуре гибрида 112 с рамой В. Экономический коэффициент синтеза совокупного целевого продукта на введенный сахар составил у заявляемого штамма У-1330 52,65% -52,93% у штамма-прототипа У-563 52,30%-52,52% у смеси штаммов Г-112 + раса В (аналог) 51,93-52,10% что свидетельствует о хороших продуктивных качествах нового штамма для двупродуктовой технологии анаэробной ферментации мелассы.

Показатели качества хлебопекарных дрожжей приведены в табл. 2. Качество хлебопекарных дрожжей, полученных с применением нового штамма У-1330, соответствовало ГОСТу 117-81.

Преимущество нового штамма У-1330 по сравнению с известными У-563 и Г-112 + раса В, состоящее в улучшении качества хлебопекарных дрожжей (высокая мальтазная активность: по прибору Елецкого 57-89 мин, по двум подъемам теста 65-82 мин), сочетается с высоким содержанием трегалозы (12-18% к СВ биомассы).

Высокая ферментативная, в том числе мальтазная, активность и высокое содержание трегалозы в биомассе, полученной в двупродуктовом производстве после анаэробной ферментации мелассы, являются отличительными признаками нового штамма.

Таким образом, новый триплоидный гибрид У-1330 позволяет в двупродуктовой технологии ферментации мелассы получить этанол и хлебопекарные дрожжи с экономичностью синтеза целевых продуктов на уровне известных промышленных штаммов, но с улучшенными показателями качества, высокой мальтазной активностью не менее 60-90 мин и высоким содержанием трегалозы в биомассе 12-18% к СВ.

Сопоставительный анализ с прототипом и аналогом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого научно-технического решения критерию "новизна".

Использование: в спирто-дрожжевой промышленности. Сущность изобретения: штамм дрожжей Saecharomyces cerovisiae Meyen депонирован в ВКПМ под N У 1330. После ферментации мелассы по однопоточной схеме брожения и отделения дрожжей получена зрелая бражка с содержанием спирта 7,28 7,47 об. (57,44 58,91 г/л) и прессованные дрожжи в концентрации 33,5 35,8 г/л при влажности 75% 2 табл.

Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae, Meyen, ВКПМ-1330 для получения хлебопекарных дрожжей и этанола на мелассе.