КОМБИНИРОВАННЫЕ ДРОЖЖИ, ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ ФЕРМЕНТАЦИИ С ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ СПИРТА Российский патент 2010 года по МПК C12N1/16 C12P7/06 C12N9/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к ферменту, используемому в процессе спиртовой ферментации (брожения), и, в частности, к комбинированным дрожжам, пригодным для ферментации с высокой концентрацией спирта.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В отечественной промышленности спиртового брожения для получения спирта с максимальным конечным содержанием спирта в заторе 11-12 об./об.% часто используют дрожжи как таковые либо дрожжи в комбинации с кислой протеазой. При дальнейшем увеличении конечного содержания спирта в заторе содержание остаточных редуцирующих сахаров и крахмала в заторе будет довольно высоким, что приведет к снижению выхода спирта по сырьевому материалу и к загрязнению окружающей среды отработанными остаточными редуцирующими сахарами, остаточным крахмалом и спиртовым затором. Таким образом, увеличение конечного содержания спирта в заторе при сохранении количеств остаточных редуцирующих сахаров и остаточного крахмала на относительно приемлемом уровне превращается в серьезную проблему, требующую решения.

Как раскрыто в заявке "Комбинированные дрожжи, пригодные для ферментации с высокой концентрацией спирта", поданной для регистрации 15 декабря 2003 г. настоящим Заявителем, комбинированные дрожжи, включающие термостабильные Saccharomyces cerevisiae, кислую протеазу, фитазу и целлюлазу, используются в качестве фермента для спиртовой ферментации, позволяющего получать из стандартного сырьевого материала, такого как кукуруза, маниока и пшеница, затор с конечным содержанием спирта 14,5-15,5 об./об.%, с остаточным содержанием редуцирующих сахаров, регулируемым в пределах 0,2-0,4 мас./об.%, и содержанием остаточного крахмала, регулируемым в пределах 1,0-2,0 мас./об.%.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является предложение комбинированных дрожжей, пригодных для ферментации с высокой концентрацией спирта, которые могут значительно улучшить эффективность ферментации для термостабильных Saccharomyces cerevisiae, дополнительно увеличить конечное содержание спирта в заторе и снизить количество остаточных редуцирующих сахаров и остаточного крахмала по сравнению с известными решениями, благодаря чему снизится нагрузка на окружающую среду.

Указанная задача решена с помощью комбинированных дрожжей, пригодных для ферментации с высокой концентрацией спирта, состоящих из термостабильных Saccharomyces cerevisiae, кислой протеазы, фитазы, целлюлазы, β-глюканазы и пектиназы. Содержание описанных выше ингредиентов составляет (по массе):

термостабильных Saccharomyces cerevisiae - 61-83%,

кислой протеазы - 5-30%,

фитазы - 3-10%,

целлюлазы - 2-10%,

β-глюканазы - 1-2%,

пектиназы - 1-2%.

Согласно предпочтительному варианту осуществления соотношения ингредиентов комбинированных дрожжей настоящего изобретения составляют (по массе):

термостабильных Saccharomyces cerevisiae - 61-78%,

кислой протеазы - 10-20%,

фитазы - 3-8%,

целлюлазы - 5-8%,

β-глюканазы - 1-1,8%,

пектиназы - 1-1,5%.

Согласно более предпочтительному варианту осуществления соотношения ингредиентов комбинированных дрожжей настоящего изобретения составляют (по массе):

термостабильных Saccharomyces cerevisiae - 75%,

кислой протеазы - 12%,

фитазы - 5%,

целлюлазы - 5%,

β-глюканазы - 1,5%,

пектиназы - 1,5%.

Термостабильные Saccharomyces cerevisiae в настоящем изобретении представляют собой осахаривающий штамм, который является твердым веществом и находится в форме частиц, с содержанием активных клеток, как правило, 35 млрд/г. Указанные Saccharomyces cerevisiae в процессе спиртового брожения превращают сахар в спирт. К его достоинствам относятся широкий интервал рабочих температур, термостабильность, устойчивость к воздействию спирта и высокая репродуктивная способность. Кроме того, указанные дрожжи пригодны для производства рисового вина, алкогольного напитка, плодового вина, винного спирта, уксуса и тому подобного.

Кислая протеаза, фитаза, целлюлаза, β-глюканаза и пектиназа принимают участие в разложении сырьевого материала и обеспечивают питательную среду и защиту устойчивости к стрессу.

Кислая протеаза представляет собой фермент в виде порошка серого цвета с ферментативной активностью выше 50000 Е/г; целлюлаза представляет собой фермент в виде порошка серого цвета с ферментативной активностью выше 1800 Е/г; фитаза представляет собой фермент в виде порошка молочно-белого цвета с ферментативной активностью выше 5000 Е/г; β-глюканаза представляет собой фермент в виде порошка светло-желтого цвета с ферментативной активностью выше 800 Е/г, и пектиназа представляет собой фермент в виде порошка светло-желтого цвета с ферментативной активностью выше 2000 Е/г.

Все исходные материалы, использованные в составе комбинированных дрожжей настоящего изобретения, являются коммерчески доступными.

Поскольку комбинированные дрожжи настоящего изобретения представляют собой продукты жизнедеятельности микроорганизмов, ингредиенты измеряют по массе. Например, 100 г комбинированных дрожжей содержат 61-83 г термостабильных Saccharomyces cerevisiae (т.е. более 20 млрд на грамм), 5-30 г кислой протеазы (2500000-15000000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 50000 Е/г, т.е. 2500-15000 Е/г), 3-10 г фитазы (150000-500000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 5000 Е/г, т.е. 150-500 Е/г), 2-10 г целлюлазы (36000-180000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 1800 Е/г, т.е. 36-180 Е/г), 1-2 г β-глюканазы (8000-16000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 800 Е/г, т.е. 8-16 Е/г) и 1-2 г пектиназы (20000-40000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 2000 Е/г, т.е. 20-40 Е/г).

При приготовлении комбинированных дрожжей настоящего изобретения описанные выше соотношения ингредиентов могут зависеть от типов исходных материалов, используемых производителем спирта. Ингредиенты тщательно смешивают друг с другом путем механического или ручного перемешивания и затем упаковывают в соответствии с требуемыми стандартами.

Преимуществами комбинированных дрожжей настоящего изобретения являются увеличение содержания ферментированного спирта, уменьшение содержания остаточного крахмала и остаточных редуцирующих сахаров, снижение стоимости производственных затрат на ферментацию спирта и увеличение выхода вина. Еще одним преимуществом является легкая доступность сырьевых материалов, простота производственной технологии и удобство применения. Комбинированные дрожжи настоящего изобретения могут быть использованы в качестве фермента для ферментации стандартных сырьевых материалов, таких как кукуруза, маниока и пшеница, позволяя получать заторную жидкость с конечным содержанием спирта 16,0-17,0 об./об.%, остаточными редуцирующими сахарами, регулируемыми в пределах 0,15-0,25 мас./об.%, и количеством остаточного крахмала, регулируемым в пределах 0,6-1,6 мас./об.%, что позволит снизить расходы на защиту окружающей среды.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение будет дополнительно подробно описано со ссылкой на приведенные ниже примеры; однако объем охраны настоящего изобретения не ограничивается данными примерами.

Примеры 1-3

Ингредиенты в Примерах 1-3 точно взвешивают в соответствии с соотношениями, приведенными в Таблице 1, перемешивают до полного смешения и упаковывают, как требуется для получения конечных продуктов.

Таблица 1 Сырье (мас.%) Пример 1 Пример 2 Пример 3 Производители Ферментативная активность (количество активных клеток) Термостабильные Saccharomyces cerevisiae 62 75 83 ANGEL YEAST CO., LTD 35 млрд/г Кислая протеаза 20 12 5 NOVOZYMES (CHINA) INVESTMENT CO., LTD 50000 Е/г Фитаза 8 5 5 NOVOZYMES (CHINA) INVESTMENT CO., LTD 5000 Е/г Целлюлаза 8 5 3 NOVOZYMES (CHINA) INVESTMENT CO., LTD 1800 Е/г β-глюканаза 1 1,5 2 USTC YIYUAN BIOTECH CO., LTD 800 Е/г Пектиназа 1 1,5 2 USTC YIYUAN BIOTECH CO., LTD 2000 Е/г

Пример 4

В данном примере в качестве сырья используют кукурузу, а для спиртового брожения применяют комбинированные дрожжи настоящего изобретения. Протокол, количества каждого из использованных компонентов и результаты представлены ниже.

Протокол включает:

1. распыление сырья: кукурузный порошок просеивают через сито с размером ячеек 1,5 мм;

2. увлажнение сырья: добавление в него горячей воды с температурой 60-70°С в соответствии с конечными требованиями к содержанию сахара и увлажнение в течение 30 минут;

3. разжижение: добавление термостабильной амилазы в количестве 10-20 Е/г сырья, разжижение при температуре 95-97°С в течение 1,5-2 ч, охлаждение до температуры 32°С и доведение величины рН до 4,2-4,5 с помощью серной кислоты.

4. ферментацию с добавлением дрожжей: добавление 150-200 Е/г осахаривающего фермента, 0,02% (массовых) комбинированных дрожжей настоящего изобретения и 0,05% (массовых) дигидрофосфата аммония и ферментирование при температуре 30-35°С в течение 65-68 часов.

5. дистилляцию: дистиллирование с помощью обычного процесса винного брожения для получения спирта с конечным содержанием спирта 16,0-17,0 об./об.%, количеством остаточных редуцирующих сахаров 0,15-0,25 мас./об. и количеством остаточного крахмала 0,6-1,6 мас./об.%.

Сравнительные результаты, полученные при спиртовом брожении с использованием комбинированных дрожжей настоящего изобретения и с использованием общепринятого фермента, представлены в Таблице 2.

Таблица 2 Сравнение конечных содержаний спирта, остаточных количеств редуцирующих сахаров и количеств остаточного крахмала при использовании разных ферментов Композиция фермента (мас.%) Соответствующие соотношения (мас.%) Конечное содержание спирта в заторе (об./об.%) Содержание остаточного восстанавли вающего сахара (мас./об.%) Содержание остаточного крахмала (мас./об.%) Термостабиль- термостабильные       ные Saccharomyces       Saccharomyces cerevisiae 65% 15,1% 0,3% 1,6% cerevisiae 65- кислая протеаза       85% 20%       кислая протеаза фитаза 10%       5-30% целлюлаза 5%       фитаза 3-10% термостабильные       целлюлаза 2- Saccharomyces       10% cerevisiae 75% 14,6% 0,39% 2,0%   кислая протеаза         15%         фитаза 5%         целлюлаза 5%         термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 85% 15,3% 0,21% 1,2%   кислая протеаза         5%         фитаза 5%         целлюлаза 5%       Термостабиль- термостабильные       ные Saccharomyces       Saccharomyces cerevisiae 62%       Cerevisiae 61%- кислая протеаза 16,5% 0,2% 1,1% 83% 20%       кислая протеаза фитаза 8%       5-30% целлюлаза 8%       фитаза 3-10% β-глюканаза 1%       целлюлаза 2- пектиназа 1%       10% термостабильные       β-глюканаза 1%- Saccharomyces       2% cerevisiae 72%       пектиназа 1%- кислая протеаза 17,0% 0,17% 0,6% 2% 15%         фитаза 5%         целлюлаза 5%         β-глюканаза 1,5%         пектиназа 1,5         термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 83%
кислая протеаза 5% 16,1% 0,24% 1,5%   фитаза 4%         целлюлаза 4%         β-глюканаза 2%         пектиназа 2%      

Дополнительные экспериментальные данные

Ниже представлены результаты, полученные при спиртовом брожении различного сырья с использованием комбинированных дрожжей настоящего изобретения. Ферментацию осуществляли аналогично протоколу, описанному в Примере 4.

Сырье Комбинированные дрожжи (соотношения компонентов в мас.%) Конечное содержание спирта в заторе (об./об.%) Содержание остаточного восстанавливающего сахара (мас./об.%) Содержание остаточного крахмала (мас./об.%)   термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 62% 16,1% 0,2% 1,5%   кислая протеаза 20%         фитаза 10%         целлюлаза 8%         β-глюканаза 1%         пектиназа 1%       термостабильные         Saccharomyces       пшеница cerevisiae 72%
кислая протеаза 15% 16,6% 0,21% 1,0%   фитаза 5%         целлюлаза 5%         β-глюканаза 1,5%         пектиназа 1,5%       термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 83%
кислая протеаза 5% 17,0% 0,18% 0,7%   фитаза 4%         целлюлаза 3%         β-глюканаза 2%         пектиназа 2%       маниока термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 62%         кислая протеаза 20% 16,5% 0,2% 1,2%   фитаза 8%         целлюлаза 8%         β-глюканаза 1%         пектиназа 1%       термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 72%         кислая протеаза 15% 17,0% 0,15% 0,6%   фитаза 5%         целлюлаза 5%         β-глюканаза 1,5%         пектиназа 1,5%         термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 83%
кислая протеаза 5% 16,1% 0,24% 1,4%   фитаза 4%         целлюлаза 4%         β-глюканаза 2%         пектиназа 2%       рис термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 62%         кислая протеаза 20% 16,4% 0,2% 1,2%   фитаза 8%         целлюлаза 8%         β-глюканаза 1%         пектиназа 1%         термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 72%         кислая протеаза 15% 17,0% 0,16% 0,8%   фитаза 5%         целлюлаза 5%         β-глюканаза 1,5%         пектиназа 1,5%         термостабильные         Saccharomyces         cerevisiae 83%         кислая протеаза 5% 16,8% 0,2% 0,9%   фитаза 4%         целлюлаза 4%         β-глюканаза 2%         пектиназа 2%      

Комбинированные дрожжи для проведения ферментации с высокой концентрацией спирта из стандартного сырьевого материала, такого как кукуруза, маниока, пшеница и рис, содержат: термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, кислую протеазу, фитазу, целлюлазу, β-глюканазу и пектиназу в заданном соотношении ингредиентов. Помимо обычной ферментации комбинированные дрожжи настоящего изобретения могут разлагать сырьевые материалы, увеличивать содержание питательных ингредиентов в заторе, ускорять рост дрожжей и обеспечивать защиту устойчивости к стрессу. Это способствует увеличению содержания ферментированного спирта, уменьшению содержания остаточного крахмала и остаточных редуцирующих сахаров в спирте. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Комбинированные дрожжи, пригодные для ферментации с высокой концентрацией спирта, содержащие термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, кислую протеазу, фитазу и целлюлазу, отличающиеся тем, что они дополнительно содержат β-глюканазу и пектиназу при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae 61-83 кислая протеаза 5-30 фитаза 3-10 целлюлаза 2-10 β-глюканаза 1-2 пектиназа 1-2

2. Комбинированные дрожжи по п.1, отличающиеся тем, что имеют следующее соотношение ингредиентов, мас.%:
термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae 61-78 кислая протеаза 10-20 фитаза 3-8 целлюлаза 5-8 β-глюканаза 1-15,8 пектиназа 1-1,5

3. Комбинированные дрожжи по п.2, отличающиеся тем, что имеют
следующее соотношение ингредиентов, мас.%:
термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae 75 кислая протеаза 12 фитаза 5 целлюлаза 5 β-глюканаза 1,5 пектиназа 1,5