СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУШЕНЫХ ДРОЖЖЕЙ Российский патент 2000 года по МПК C12N1/16 C12N1/18 

Изобретение относится к пищевой биотехнологии и может быть использовано для получения хлебопекарных дрожжей, а точнее для получения активных сушеных дрожжей.

Известна питательная среда для выращивания хлебопекарных дрожжей, устойчивых к сушке и регидратации, содержащая этанол в качестве источника углерода, сернокислый аммоний, двузамещенный фосфорнокислый калий, однозамещенный фосфорнокислый калий, сернокислый магний, хлористый натрий, β-индолилуксусную кислоту и воду [1].

Известен способ производства активных сушеных дрожжей, где предусматривают выращивание их в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы с последующим выделением биомассы, подсушиванием и обезвоживанием, которое осуществляют в две стадии [2].

Наиболее близким является способ получения сушеных дрожжей, где питательная среда для выращивания дрожжей - сырья для сушки - содержит углеводосодержащие материалы, а именно мелассу, а также ряд веществ, являющихся источниками минерального и азотного питания: сернокислый аммоний, диаммоний фосфат, аммиак водный, хлорид калия, сульфат магния, дестиобиотин [3].

Известен также способ получения питательной среды для выращивания хлебопекарных дрожжей, где в качестве минеральных солей используют геотермальную воду при общей минерализации 7.1-7.3 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 2.0-2.4 г/л, диаммоний фосфат и мелассу, но конечным продуктом являются прессованные дрожжи, соответствующие ГОСТу 171-81 (патент РФ N 2084519) [4] . Недостатком известного способа является невозможность использования их в качестве сырья для получения сушеных дрожжей, соответствующих ГОСТу 28483-90.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании питательных сред для выращивания прессованных дрожжей - сырья для сушки -, относится то, что в известных способах процесс получения дрожжей трудоемок, значительно дороже, т.к. связан с дополнительными затратами на приобретение солей; невысокий выход конечного продукта с более низкими биотехнологическими показателями дрожжей.

Задача на решение заявляемого изобретения заключается в получении высокоактивных сушеных дрожжей.

Технический результат направлен на повышение выхода дрожжей, ускорение и удешевление процесса, повышение числа жизнеспособных клеток при обезвоживании - регидратации.

Поставленная задача достигается тем, что для упрощения технологического процесса получения биомассы дрожжей - сырья для сушки - и снижения расхода дефицитных компонентов исходный продукт выращивают на питательной среде, где в качестве минерального и органического питания используют геотермальную воду с общей минерализацией 5.2 - 5.4 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4.0 -4.2 г/л. Критерием для отбора природной геотермальной воды служит отсутствие радиоактивности, фенолов, свинца, ртути, алюминия, лития, а также степень минерализации, органолептические свойства и суточный дебит воды.

Преимущество состава используемой геотермальной воды в предлагаемом изобретении по сравнению с составом геотермальной воды по патенту N 2084519 складывается из следующих факторов:
1. Геотермальные воды из скважин N 26 и N36 (патент) имеют различную степень минерализации: 5.2-5.4 г/л и 7.1-7.3 г/л (патент) и, соответственно, разбавляются водопроводной водой до минерализации 4.0 - 4.2 г/л и 2.0-2.4 г/л (патент). Вода скважины N 26 характеризуется как сульфатно-хлоридно- гидрокарбонатная натриевая и имеет формулу

Вода скважины N 36 (патент) характеризуется как хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатная натриевая и имеет формулу

Кроме того, геотермальные воды отличаются в количественном и качественном соотношении минеральных и органических компонентов. Отсутствие ионов алюминия и лития в геотермальной воде скважины N 26, в отличие от геотермальной воды скважины N 36, является положительным фактором, так как известно их токсичное влияние на живой организм. Кроме того, в геотермальной воде скважины N 26, по сравнению со скважиной N 36, в выгодной позиции находятся в количественном отношении ионы меди и цинка, обладающие определенной степенью токсичности (г/л среды): медь (0.000001:0.000024) и цинк (0.0000038: 0.000020). Вместе с тем, в природной воде скважины N 26, по сравнению с упомянутой водой, имеется повышенное содержание таких важных минеральных веществ, необходимых для жизнедеятельности организмов, как (г/л среды): натрий (1.24: 0.74), калий (0.007:0.005), магний (0.0059:0.0031), кальций (0.0085: 0.0056), железо (0.0006:0.00004), марганец (0.000032:0.00002), борная кислота (0.0152:0.0045), кремниевая кислота (0.0328:0.0059).

2. В то же время, как отмечалось выше, в геотермальной воде скважины N 26 более высокое содержание органических веществ, в состав которых входят гумусовые вещества (5.36 мг/л среды, в патенте - 0.92 мг/л среды), являющиеся стимуляторами физиолого-биохимических процессов и активаторами мембранных перестроек в живой клетке. Помимо этого, существенное повышение гумусовых веществ в 5.8 раз увеличивает ее преимущество в качестве экологического фактора питательной среды, т.к. они выполняют протекторную функцию, являясь комплексообразующими агентами, интенсивно связывающими катионы тяжелых металлов, как приоритетно загрязняющие, в труднодиссоциирующие токсичные элементы или соединения, ограничивая их биологическую доступность для организмов. Использование природного экологически чистого источника как одного из основных ингредиентов питательной среды, для выращивания высококачественных хлебопекарных дрожжей - сырья для сушки - очень важно для пищевой промышленности. Таким образом, приведенные данные констатируют явные отличительные признаки по качественному и количественному составу минеральных и органических веществ геотермальной воды скважины N 26 от скважины N 36.

3. Выращивание дрожжей в условиях аэрации и перечисленные факторы отличительной особенности воды, используемой в предлагаемом изобретении, позволяют получить сырье высокого качества с однородными, физиологически активными клетками, обогащенными белком и запасными углеводами, что имеет первостепенное значение в технологии получения сушеных дрожжей, соответствующих ГОСТу 28483-90. По технологическому регламенту патента N 2084519, с использованием геотермальной воды скважины N 36, подобных результатов невозможно добиться по перечисленным выше причинам.

Для сохранения ферментативной активности и стойкости сушеных дрожжей в биомассе исходного сырья должно быть достаточное количество белка, запасных углеводов, минеральных элементов, таких как натрий, калий, магний, фосфор, кальций. Натрий стимулирует рост и размножение, повышает бродильную активность, осмочувствительность дрожжей; калий принимает участие в формировании клеток аэробного типа; фосфор - в энергетических процессах, происходящих в клетках в процессе высушивания; магний влияет на стойкость сушеных дрожжей при хранении; соли кальция защищают дрожжевую клетку от неблагоприятных внешних воздействий за счет уплотнения цитоплазмы и утолщения клеточной оболочки. Так как дрожжи весьма чувствительны к химическим веществам и их концентрации, были осуществлены предварительные исследования по установлению оптимального количества минеральных веществ в геотермальной воде, которые бы способствовали нормальному развитию дрожжевой клетки с высоким выходом биомассы, активной ферментной системой и довольно высоким содержанием запасных углеводов и белка.

Способ получения сушеных дрожжей заключается в том, что на этапе выращивания прессованных дрожжей - сырья для сушки - предусматривают выращивание дрожжей в условиях аэрации на питательной среде, содержащей мелассу, которую смешивают с геотермальной водой нефенольного класса с определенным качественным и количественным составом имеющихся компонентов при отсутствии ионов алюминия и лития с общей минерализацией 5.2 - 5.4 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4.0 - 4.2 г/л при содержании углеводов 9.5% и добавления диаммония фосфата 2.58 г/л.

В качестве параметров оптимизации были выбраны наиболее важные показатели процесса получения дрожжей: накопление биомассы прессованных дрожжей, подъемная сила, содержание трегалозы, белка, микро- и макроэлементы, количество поврежденных клеток относительно контроля.

По предлагаемому способу получена биомасса дрожжей с более устойчивыми и жизнеспособными клетками, с менее проницаемыми мембранами, что связано с химическим составом и определенным соотношением белков и резервных углеводов в клетках. Довольно высокая энергия размножения дрожжей подтверждается активностью зимазного и мальтазного комплексов. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1-4.

Пример
Выращивание дрожжей с использованием полученного нами штамма Saccharomyces cerevisiae γ-503 (а. с. СССР N 1284998) осуществляют в течение 12 часов глубинным методом в периодическом режиме в условиях аэрации (0.25 л/мин) в лабораторной установке при 30^oC ± 1, на питательной среде следующего состава (г/л):
Меласса (в пересчете на 46% сахаристость) - 170-180
Диаммоний фосфат - 2.58
Геотермальная вода минерализацией 4 г/л с определенным качественным и количественным составом, необходимым для выращивания биомассы дрожжей - сырья для сушки - Остальное
К мелассе добавляют разбавленную водопроводной водой геотермальную воду до содержания 9.5% углеводов, 2.58 г/л диаммоний фосфата, концентрированную серную кислоту, для достижения в среде pH 5, из расчета 0.4-0.6 мл на 100 г мелассы; содержимое хорошо перемешивают. Стерильную питательную среду разливают по 1.5 л в сосуды вместимостью 3 л, затем засевают вегетативной культурой указанного штамма в количестве 12.5% от содержания сахара в среде, в 1 мл которой - 63.13•10⁶ клеток. В качестве пеногасителя используют структол - 0.1 мл/1.5 л среды. Критерием окончания процесса служило снижение остаточного содержания сахара до 0.15-0.20%. По окончании опыта от культуральной жидкости дрожжи отделяют центрифугированием при 4500g, промывают водой, прессуют до 25-26% сухой биомассы, рассчитывают выход биомассы, формуют в виде брусков размером 4 х 5 мм, предварительно замораживают до t =- 20± 2^oC и сушат в сублимационной установке до остаточной влажности 5% при P_ост. = 0.4 мм рт.ст., продолжительность сушки - 5 час.

В качестве контроля используют способ выращивания дрожжей на среде следующего состава, г/л:
Меласса (в пересчете на 46% сахаристость) - 170-180
Диаммоний фосфат - 1.53
Хлорид калия - 1.62
Гидрооксид аммония - 1.13
Сульфат аммония - 4.6
Дестиобиотин - 0.0000476
Водопроводная вода - Остальное
Состав контрольной питательной среды соответствовал ГОСТу 28483-90 (прототип). Процесс выращивания сырья для сушки, получение сушеных дрожжей осуществляют так же, как в опыте.

В таблице 1 приведены результаты изучения биотехнологических свойств биомассы, предназначенной для сушки, в специальном режиме выращивания. Прирост опытной биомассы выше на 21% по сравнению с контролем. Вместе с высокой скоростью роста (генеративная активность 0.38 ч^-1 - опыт; 0.23 ч^-1 - контроль) отмечается более высокая подъемная сила, зимазная, мальтазная активность, содержание трегалозы в опыте на 1.5%, белка - 2.7% выше, чем в контроле. В опытной биомассе установлено повышенное содержание таких важных элементов, как натрий, магний, кальций, марганец, кобальт, никель, железо, что свидетельствует о высокой физиологической ценности исходных дрожжей для сушки. Значительное накопление минеральных веществ в опытной биомассе связано, видимо, с изменением клеточной проницаемости вследствие положительного влияния биологически активных веществ геотермальной воды в составе питательной среды (табл. 2). Опытные дрожжевые клетки более равномерны по форме и величине, с меньшим количеством почкующихся на 1.7-2%, большим - жизнеспособных на 8-10%, отмечается отсутствие мелких клеток и клеток, содержащих крупные вакуоли. В контрольной биомассе около 18% мелких несформированных клеток, что нежелательно для процесса сушки. Результаты изучения морфофизиологических, биохимических и технологических свойств дают возможность использования опытной питательной среды в технологическом процессе получения сушеных дрожжей.

В таблице 3 приведены результаты исследований, которые подтвердили положительное влияние опытной питательной среды на стабилизацию физиологической активности дрожжей в процессе сушки и показали значительное преимущество биотехнологических свойств опытных сушеных дрожжей по сравнению с продукцией, полученной по технологии ГОСТа 28483-90. Опытные дрожжи сохранили после сушки молекулярную структуру и характеризовались значительной дисперсностью и пористостью, что способствовало более быстрому восстановлению первоначальных свойств при обводнении. Обеспеченность опытных клеток трегалозой в большей степени (14.9% - опыт, 13% - контроль) коррелировало с их выживаемостью (80% - опыт, 73% - контроль), довольно высокие показатели подъемной силы, мальтазной и зимазной активности, белка выше по сравнению с контролем (55:70; 54:58; 28:32; 47.2:40) соответственно.

Сушеные дрожжи, полученные в результате эксперимента, были использованы для выпечки хлеба из муки 1 сорта. Технологические показатели качества формового хлеба представлены в таблице 4. Опытные образцы хлеба отличались увеличением удельного объема на 5% с несколько лучшей пористостью, формоустойчивостью. Значительная доля минеральных веществ, таких как кальций, калий, марганец, магний, в опытных сушеных дрожжах способствует усилению ферментативной активности самих дрожжей и бродильного процесса в тесте. Дрожжи, обогащенные минеральными веществами с активной ферментной системой и высокими биотехнологическими показателями, могут быть получены за счет использования геотермальной воды нефенольного класса в качестве одного из основных ингредиентов технологического процесса получения сушеных дрожжей.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, установил, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- Способ при его осуществлении предназначен для использования в промышленности, а именно для получения активных хлебопекарных сушеных дрожжей.

- Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.

Источники информации
1. А.с.СССР N1521768.

2. А.с.СССР N1713928.

3. Семихатова Н.М. Технология производства сушеных дрожжей. М.: Пищевая промышленность, 1976. 128с.

4. Патент РФ N 2084519 1997 БИ N 20.0

Изобретение относится к пищевой биотехнологии и может быть использовано для получения хлебопекарных дрожжей, а точнее для получения активных сушеных дрожжей. Дрожжи выращивают на питательной среде, где в качестве минерального и органического питания используют геотермальную воду нефенольного класса с определенным качественным и количественным составом имеющихся компонентов, при отсутствии ионов алюминия и лития, с общей минерализацией 5,2 - 5,4 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4,0-4,2 г/л. Способ позволяет снизить расход дефицитных компонентов минерального и органического питания. 4 табл.

Способ получения сушеных дрожжей, предусматривающий выращивание сырья для сушки в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли, с последующим выделением биомассы, ее формированием и сушкой, отличающийся тем, что сырье для сушки выращивают на питательной среде, где в качестве источника минерального и органического питания используют геотермальную воду нефенольного класса с определенным качественным и количественным составом имеющихся компонентов при отсутствии ионов алюминия и лития, с общей минерализацией 5,2 - 5,4 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4,0 - 4,2 г/л.