Питательная среда для дрожжей SACCHAROMYCES CEREVISIAE и способ ее использования Российский патент 2017 года по МПК C12N1/18 

[0001] Изобретение относится к композиции питательных веществ для сахаромицетов (Saccharomyces) CEREVISIAE и способу его применения для ферментации.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Питательные вещества имеют важное значение для жизнедеятельности сахаромицетов (дрожжей Saccharomyces CEREVISIAE), без них сахаромицеты (Saccharomyces) CEREVISIAE не развиваются. Питательная недостаточность, т.е. недостаточность питательных веществ, может вызвать ослабление и замедление роста Saccharomyces CEREVISIAE и в итоге приводит к замедлению и неполной ферментации, низкому спиртовому брожению и низкому выходу напитка. В реальном производстве спирта и пивоварении несмотря на то, что сырье содержат богатые питательные вещества, содержание некоторых питательных веществ, таких как азот, магний и фосфор, недостаточно. В материалах для пивоварения отсутствуют некоторые витамины, необходимые для активного роста дрожжей, например содержание биотина в мелассе очень низко, поэтому должен быть добавлен дополнительный биотин.

[0003] Основные источники питательных веществ для Saccharomyces CEREVISIAE включают источник углерода, источник азота, неорганические соли и витамины.

[0004] В качестве источника углерода используется богатое им сырье, и, таким образом, его добавление не требуется.

[0005] Источник азота представляет собой белки и нуклеазы в дрожжевой клетке и служит в качестве источника азота для катаболитов. Неорганические соли являются необходимыми веществами для жизнедеятельности дрожжей с основными функциями: элемента состава клетки; неотъемлемой части фермента реактивной группы или поддержания активности фермента; регулирования осмотического давления, рН, окислительно-восстановительный потенциал и т.д.; и является источником энергии для автотрофа.

[0006] К основным неорганическим солям дрожжевой клетки относятся, в частности, фосфаты магния, эти магниевые соли часто действуют в качестве активатора для большинства ферментативных реакций. Содержание солей магния (MgO) в дрожжах составляет приблизительно 0,45% от сухой массы и 3,77-6,34% от содержания золы дрожжей. В нормальных условиях эффективное содержание MgO в сырье является недостаточным, и, таким образом, оно должна быть дополнено. Фосфаты составляют около половины (44,8%-59,4%) содержания сухого остатка дрожжей. Фосфор является составным элементом нуклеиновой кислоты, фосфатидов и многих коферментов, таких как кофермент (коэнзим) 1, кофермент 2 и кофермент А. Он участвует в процессе фосфорилирования углеводов для производства энергонасыщенных фосфатов (АТФ) для накопления и преобразования энергии. В то же время фосфаты являются важными рН-буферами.

[0007] Состав витаминов, необходимых для роста дрожжей, включает биотин, пантотеновую кислоту, инозит и тиамин. В целом кроме упомянутых выше другие виды витаминов могут присутствовать в сырье для роста дрожжей.

[0008] До настоящего времени отсутствуют решения в этой области техники, предусматривающие объединение дрожжевого экстракта, кислой протеазы и сульфата магния в оптимальном соотношении для создания состава питательной композиции для Saccharomyces CEREVISIAE с получением значительного результата.

СУЩНОСЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Изобретение представляет собой высокоэффективную композицию питательных веществ для Saccharomyces CEREVISIAE, содержащую дрожжевой экстракт, кислую протеазу и сульфат магния в научно обоснованном соотношении. Этим устраняются недостатки в существующем производстве спирта и пивоварении, например медленное или неполное спиртовое брожение и низкий выход напитка, вызванные недостаточностью питательных веществ в сырье для роста дрожжей и необходимостью ручного добавления питательных веществ, которое может быть одноразовым и неполным, т.е. дополненное количество слишком велико или слишком мало. Композиция питательных веществ для Saccharomyces CEREVISIAE, предусмотренная изобретением, может уменьшить период брожения на 5-15 ч и увеличить выход спирта по объему (процентное содержание алкоголя (об. %) относительно общего объема напитка - Alcohol By Volume - ABV) на 1-2%.

[0010] Дрожжевой экстракт получают с использованием в качестве исходного материала пищевых дрожжей, богатых белками, обработанных по современной биотехнологии, в частности, путем автолиза и рафинирования. Он богат азотом, фосфором, содержит аминокислоты, биотин, пантотеновую кислоту, инозит и тиамин. В качестве дрожжевого экстракта могут использоваться такие, как дрожжевой экстракт - порошок FM818, дрожжи аутолитические - порошок FM901 и FM801, которые могут быть приобретены у Angel Yeast Co., Ltd.

[001] Кислая протеаза представляет имеет вид твердого и серого порошкообразного фермента с активностью при приблизительно 50000 ед./г и легко доступна от компаний, производящих ферментные препараты. В данном изобретении могут быть использованы различные типы кислых протеаз.

[0012] Сульфат магния имеет вид твердого и белого химического материала с мелкими гранулами и легко доступен от компаний, продающих химические материалы.

[0013] Питательная композиция для Saccharomyces CEREVISIAE в соответствии с настоящим изобретением содержит (весовых частей):

[0014] экстракт дрожжей: 62-98;

[0015] кислая протеаза: 1,5-20; а также

[0016] сульфат магния: 0,1-2,5.

[0017] Предпочтительно питательная композиция для Saccharomyces CEREVISIAE в соответствии с настоящим изобретением содержит (весовых частей):

[0018] дрожжевой экстракт: 85-95;

[0019] кислая протеаза: 4-13; а также:

[0020] сульфат магния: 0,5-1,5.

[0021] Более предпочтительно питательная композиция для Saccharomyces CEREVISIAE в соответствии с настоящим изобретением содержит (весовых частей):

[0022] дрожжевой экстракт: 90;

[0023] кислая протеаза: 9; а также

[0024] сульфат магния: 1,0.

[0025] Количество кислой протеазы, используемой в настоящем изобретении, определено при значении активности 50,000 ед./г в ферментных единицах активности. Если значение активности не равно 50,000 ед./г, количество кислой протеазы должна быть соответствующим образом изменено.

[0026] Питательная композиция по настоящему изобретению дополнительно может содержать сульфат цинка, двухосновный фосфат аммония и хлорид кальция, которые делают питательную композицию для Saccharomyces CEREVISIAE более богатой питательными веществами, с более стабильными показателями и широко применимым материалом.

[0027] Питательная композиция по настоящему изобретению применима для спиртового брожения не только крахмалосодержащих материалов, таких как кукуруза, маниок, пшеница и рис, но также сахаросодержащих материалов, таких как меласса, сахароза (сахарный тростник) и сахарное сорго.

[0028] Питательную композицию по настоящему изобретению добавляют в определенном соотношении в процессе ферментации (сбраживания). Соотношение представляет собой отношение массы добавленной питательной композиции к массе необработанного сбраживаемого сырья. Как правило, такое соотношение составляет 0,1-1% (вес. %), предпочтительно 0,4-0,6% (вес. %) и наиболее предпочтительно 0,5% (вес. %).

[0029] Питательная композиция по настоящему изобретению может стимулировать сильный рост и размножение Saccharomyces CEREVISIAE на различных пивоваренных материалах, ускоряя тем самым алкогольное брожение, укорачивая период алкогольного брожения и увеличивая выход производимого напитка. Питательная композиция может сократить период алкогольного брожения на 5-15 часов, увеличивая таким образом коэффициент использования оборудования, а также увеличить полный выход спирта по объему (ABV) на 1-2 вес. %, тем самым экономя затраты на производство спирта за тонну на 50-200 юаней.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0030] Для дополнительной иллюстрации изобретения ниже изложены эксперименты с подробным описанием питательной композиции для Saccharomyces (сахаромицетов) CEREVISIAE и способа ее применения.

Следует отметить, что следующие примеры предназначены для описания и не ограничивают объем изобретение.

[0031] Все исходные материалы и инструменты, используемые в примерах, приведены в таблице 1.

[0032] Кукуруза используется в качестве сырья в следующих вариантах с использованием традиционных способов ферментации. В процессе варки питательная композиция добавляется в расчетном количестве для воздействия на процесс алкогольного брожения.

[0033] Процедура ферментации

[0034] 1. Отбор сырья: просеянный порошок кукурузы (сито 1,5 мм).

[0035] 2. Увлажнение добавлением 240 г воды с температурой 60-70°С на 100 г порошка кукурузного, полученного на стадии 1, при соотношении материал:вода как 1:2,4 и замачивание материала в течение 30 минут.

[0036] 3. Сжижение добавлением термостабильной амилазы на каждые 10 ед./г порошка кукурузного (или 10-20 ед./г кукурузного порошка) и разжижение их при 96°С (95-97°С) в течение 1,5 ч (1,5-2 часа), после чего охлаждают до 32°С и устанавливают рН=4,2 (рН 4,2-4,5) с помощью 50% раствора серной кислоты.

[0037] 4. Добавление питательного вещества (питательной композиции) для сахаромицетов CEREVISIAE по изобретению.

[0038] 5. Ферментация напитка добавлением глюкоамилазы для каждых 180 ед./г (10-200 ед./г) кукурузного порошка, а также сухих дрожжей производства Angel Yeast Co., Ltd, имеющих высокую стойкость к температуре и высокую активность, исходя из 0,2% (вес./%) от кукурузного порошка, а затем брожение при 33°С в течение 72 часов.

[0039] 6. Измерение веса выделенного (потерянного) углекислого газа (диоксида углерода) один раз в 24 часа.

[0040] 7. Перегонка: приготовление напитка путем дистилляции обычными операциями пивоварения, т.е. отмеряется 100 мл ферментированного напитка с использованием градуированного цилиндра и помещается в перегонную колбу 1000 мл, затем добавляют 1-2 капли пеногасителя (например, салатного масла) для брожения. Сбор дистиллятов с использованием 100 мл мерной колбы (на водяной бане со льдом). Когда объем дистиллятов достигает ок. 95 мл, перегонка прекращается и мерная колба переворачивается, после того как температура достигнет комнатной температуры, дополняется до 100 мл.

[0041] 8. Измерение ABV: перемещение разведенных дистиллятов в чистый и сухой мерный цилиндр (100 мл), выдержка в течение нескольких минут, пока пузырьки воздуха не выйдут из жидкости, а затем помещение в чистый и точный спиртомер и слегка нажать один раз. Некоторое время наблюдать значение в точке касания дуги поверхности жидкости на уровне глаз и измерить температуру жидкости, преобразовать в выход спирта по объему (Alcohol By Volume - ABV) при 20°С в соответствии с таблицей перевода температуры и концентрации спиртомера.

Пример 1

Влияние дрожжевого экстракта на спиртовое брожение кукурузы

[0042] Вышеуказанные процедуры ферментации проводились для спиртового брожения кукурузы, а в качестве питательной композиции, добавленной на стадии 4, был добавлен дрожжевой экстракт (порошок экстракта дрожжей FM818, произведенный и приобретенный у Angel Yeast Co., Ltd.), в количестве (в расчете на весовой процент ферментационного материала) от 0, 0.05%, 0.1%, 0.25% и 0.50% соответственно. Химические характеристики дрожжевого экстракта приведены в таблице 2.

[0043] Выделение углекислого газа (г) измеряли каждые 24 часа. Когда реакция закончилась, измерялось окончательное значение ABV (об. %). Результаты испытаний приведены в таблице 3.

[0044] Как показывает таблица 3, экстракт дрожжей оказывает большое влияние на алкогольную ферментацию кукурузы, причем ABV увеличивается в соответствии с выделением углекислого газа, а скорость ферментации также значительно повышается.

Пример 2

Влияние кислой протеазы на спиртовое брожение кукурузы

[0045] Вышеуказанные процедуры ферментации проводят для спиртового брожения кукурузы, а питательная композиция, добавляемая на стадии 4, содержит кислую протеазу (произведена Novozymes (Китай) Investment Со Ltd.; активность фермента 50000 ед./г) с количеством (в расчете на весовой процент материала ферментации) 0, 0.01%, 0.03%, 0.05% и 0.07% соответственно. Выделение углекислого газа (г) измеряли каждые 24 часа. Когда реакция закончилась, измерялось окончательное значение ABV (об. %). Результаты испытаний приведены в таблице 4.

[0046] Как показано в таблице 4, кислая протеаза имеет большое влияние на спиртовое брожение кукурузы, ABV увеличивается в соответствии с выделением углекислого газа, а скорость ферментации также значительно повышается.

Пример 3

Влияние сульфата магния на спиртовое брожение кукурузы

[0047] Вышеуказанные процедуры ферментации проводят для спиртового брожения кукурузы, а питательная композиция, добавляемая на стадии 4, содержит сульфат магния (произведено Yichang Xilong Chemical Store) с количеством (в расчете на весовой процент материала ферментации) 0, 0.001%, 0.003%, 0.005% и 0.007% соответственно. Выделение углекислого газа (г) измеряли каждые 24 часа. Когда реакция закончилась, измерялось окончательное значение ABV (об. %). Результаты испытаний приведены в таблице 5.

[0048] Как показано в таблице 5, сульфат магния оказывает большое влияние на спиртовое брожение кукурузы, ABV увеличивается, в соответствии с выделением углекислого газа, а скорость ферментации также значительно повышается.

Пример 4

Влияние дрожжевого экстракта, кислой протеазы и сульфата магния на спиртовое брожение кукурузы

[0049] Вышеуказанные процедуры ферментации проводят для спиртового брожения кукурузы, а питательная композиция, добавляемая на стадии 4, содержит дрожжевой экстракт, кислую протеазу, сульфат магния или их смесь в количестве 0.5%. Выделение углекислого газа (г) измеряли каждые 24 часа. Когда реакция закончилась, измерялось окончательное значение ABV (об. %). Результаты испытаний приведены в таблице 6.

[0050] Как показано в таблице 6, сочетание дрожжевого экстракта, кислой протеазы и сульфата магния оказывает большое влияние на спиртовое брожение кукурузы. Скорость ферментации и ABV существенно увеличены. Сочетание этих трех веществ оказывает гораздо более заметное влияние, чем получаемое с помощью каждого из них в отдельности.

Пример 5

Влияние питательной композиции для сахаромицетов CEREVISIAE на спиртовое брожение кукурузы

[0051] Вышеуказанные процедуры ферментации проводились для спиртового брожения кукурузы с добавлением на стадии 4 питательных веществ, перечисленных в таблице 7. Процентное содержание каждого добавленного питательного вещества и результаты испытаний приведены в таблице 7.

[0052] Как показано в таблице 7, состав питательной композиции для сахаромицетов CEREVISIAE оказывает существенное влияние на спиртовое брожение кукурузы. Скорость ферментации значительно увеличивается, период ферментации уменьшается более чем на 12 часов, ABV увеличивается на 1,7 (об. %), и выход напитка (ABV) в значительной степени увеличен. Приведенные выше тесты показывают предпочтительное процентное весовое соотношение в питательной композиции для сахаромицетов CEREVISIAE, которое предусматривает содержание дрожжевого экстракта 90, кислой протеазы 9 и сульфата магния 1,0.

Пример 6

Влияние добавленной доли питательной композиции для сахаромицетов CEREVISIAE на спиртовое брожение кукурузы

[0053] Вышеуказанные процедуры ферментации проводились для спиртового брожения кукурузы, питательная композиция для Saccharomyces cerevisiaes добавлялась на стадии 4. Процентный состав добавленной питательной композиции указан в таблице 7, тест 1. Добавленная доля питательной композиции для Saccharomyces cerevisiaes, в процентах веса ферментационного материала, приведена в таблице 8. Когда реакция закончилась, измерялось окончательное значение ABV (об. %). Результаты испытаний приведены в таблице 8.

[0054] Как показано в таблице 8, ABV значительно возрастает, когда питательная композиция для Saccharomyces cerevisiaes добавляется в количестве 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 0,6%, 0,7%, 0,8%, 0,9% и 1% материала ферментации по весу. С точки зрения результатов ферментации и затрат на использование, наиболее более целесообразно добавление 0,4-0,6%, и добавление 0,5% (в расчете на весовое количество ферментационного материала) является предпочтительным.

Пример 7

Влияние питательной композиции для сахаромицетов CEREVISIAE на спиртовое брожение кукурузы с добавлением кофактора (например, сульфат цинка) на спиртовое брожение кукурузы

[0055] Вышеуказанные процедуры ферментации проводились для спиртового брожения кукурузы, а питательная композиция для Saccharomyces cerevisiaes добавлялась на стадии 4. Процентный состав добавленной питательной композиции указан в таблице 7 тест 1, а сульфат цинка дополнительно вводился в состав питательной композиции в количестве 0,5% от общего объема. Каждый из двух указанных выше типов питательных веществ, составляет 0,5% от добавленного материала для ферментации. Когда реакция закончилась, измерялось окончательное значение ABV (об. %). Результаты испытаний приведены в таблице 9.

[0056] Результаты показывают, что ABV увеличивается на 0,1 (об. %) при спиртовом брожении кукурузы с питательной композицией, содержащей кофактор сульфат цинка, по сравнению с композицией, не содержащей сульфат цинка.

[0057] Основной целью добавления кофактора является улучшение питательной композиции для сахаромицетов CEREVISIAE, которая в этом случае имеет более полный состав питательных веществ, стабильную производительность и широкие возможности применения.

Он применим для спиртового брожения не только крахмалосодержащих материалов, таких как кукуруза, маниок, пшеница и рис, но также сахаросодержащих материалов, таких как меласса, сахароза и сахарное сорго.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Заявлена питательная композиция и способ ее применения. Способ предусматривает культивирование дрожжей Saccharomyces Cerevisiae на питательной композиции, содержащей дрожжевой экстракт, кислую протеазу, сульфат магния и сульфат цинка в заданном соотношении компонентов. Внесение питательной композиции в ферментационный материал в заданном соотношении компонентов и ферментирование при заданных параметрах процесса. При этом в качестве ферментационного материала используют крахмал или сахарин. Группа изобретений позволяет сократить продолжительность процесса и повысить скорость ферментации и повысить выход биомассы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 табл., 7 пр.

1. Питательная композиция для дрожжей Saccharomyces cerevisiae, содержащая:

а) дрожжевой экстракт: 62-98 весовых частей;

б) кислую протеазу: 1,5-20 весовых частей;

в) сульфат магния: 0,1-2,5 весовых частей.

2. Питательная композиция по п. 1, содержащая:

а) дрожжевой экстракт: 89 - 95 весовых частей;

б) кислую протеазу: 4-13 весовых частей;

в) сульфат магния: 0,5-1,5 весовых частей.

3. Питательная композиция по любому из п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит:

а) дрожжевой экстракт: 90 весовых частей;

б) кислую протеазу: 9 весовых частей;

в) сульфат магния: 1,0 весовая часть.

4. Питательная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сульфат цинка в количестве 0,5 вес. % питательной композиции.

5. Способ ферментирования крахмалсодержащих и сахарсодержащих материалов дрожжами Saccharomyces cerevisiae, включающий внесение питательной композиции по п. 1 в количестве 0,1-1 вес. % ферментационного материала.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что количество вносимой питательной композиции составляет 0,4-0,6 вес. % ферментационного материала.

7. Способ по любому из п. 5 или 6, отличающийся тем, что количество вносимой питательной композиции составляет 0,5 вес. % ферментационного материала.