ШТАММ ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE УЗ-55 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТА Российский патент 2024 года по МПК C12N1/20 

Изобретение относится к пищевой промышленности и касается нового штамма дрожжей, используемого для производства спирта из зернового сырья.

Спиртовые дрожжи "Saccharomyces cerevisiae" верхового брожения используются для сбраживания зернового сусла и получения по технологическому регламенту и технологической инструкции спирта этилового ректификованного из пищевого сырья "Классический" (ГОСТ Р 56389-2015 Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья "Классический").

В производственных условиях штаммы дрожжей "Saccharomyces cerevisiae" культивируют при температуре 28-32°С и оптимальном значении рН 4,2-5,5 на производственном зерновом сусле. Вегетативная форма дрожжей рода Saccharomyces диплоидная, конъюгация наблюдается при прорастании или сразу после прорастания аскоспор.

Известны различные штаммы дрожжей "Saccharomyces cerevisiae", в которых присутствует индивидуальная изменчивость внутри вида, что позволяет сбраживать сусло с концентрацией сухих веществ от 17 до 26% (осмофильные дрожжи), при температуре 22-38°С.К ним относятся штаммы спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae 985-Т, 987-0 и 1039 (Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И. Особенности применения термотолерантных и осмофильных дрожжей для интенсификации спиртового брожения //5-я Междунар. научно-практич. конференция «О состоянии и направлениях развития производства спирта этилового из пищевого сырья и ликероводочной продукции» М., Пищепромиздат, 2005, С. 25-30.); (Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И., Останина Е.В., Погоржельская Н.С. Повышение эффективности спиртового брожения с использованием термотолерантных и осмофильных дрожжей // Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности. Сборник научных трудов. 75 лет ВНИИТТБТ, М., 2006, С. 39-43.); (Патент на изобретение №2378366 RU, МПК C12N/16, опубл. 10.01.2010, бюл. №1).

Известны штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae, обладающие способностью продуцировать этанол. Данные штамм депонированы во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером ВКПМ Y-4281 и ВКПМ Y-4280. Штамм обладают высокими технологическими свойствами (Патент на изобретение №2665788 RU, МПК C12N/20, опубл. 04.09.2018, бюл. №25); (Патент на изобретение №2665826 RU, МПК C12N/20, опубл. 04.09.2018, бюл. №25).

Данные штаммы, обладающие высокими технологическими свойствами, выделены из местных штаммов дрожжей методом селекции и приспособлены только к определенным условиям обитания, что является недостатком и не может быть применено за пределами региона.

Известен штамм Saccharomyces unisporus ВКПМ Y - 3416, выделенный из микрофлоры кефирного грибка. Штамм сбраживает большое количество Сахаров (глюкозу, сахарозу, инулин), не образует органических кислот и эфиров. Температурный оптимум инкубации 28-30°С (Патент на изобретение №2449012 RU, МПК C12N/20, опубл. 27.04.2012, бюл. №25).

Недостатком данного штамма является низкая продуктивность - не более 6,2% об. этилового спирта.

Наиболее близким к изобретению относится штамм Saccharomyces cerevisiae раса XII, который хранится в коллекции микроорганизмов Института биохимии и физиологии микроорганизмов РАН г. Пущино. Данная раса хорошо сбраживает глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, на 1/3 раффинозу, несколько слабее галактозу, но не сбраживает лактозу. При сбраживании крахмал содержащего сырья накапливают 6-8,5% об. этилового спирта. Дрожжи расы XII развиваются при температурах от 5 до 38°С, но оптимальной считается температура 28-32°С. Раса XII является верхнебродящей, дрожжи пылевидные, не образующие хлопьев. Оптимум рН 3,8-4,0. Культивирование дрожжей осуществляют в анаэробных условиях.

К недостаткам XII расы можно отнести температурный оптимум, который не превышает 30°С и достаточно высокое содержание примесей в бражке к концу брожения (Коллекция микроорганизмов института биохимии и физиологии микроорганизмов РАН г. Пущино).

В качестве аналога выбран штамм дрожжей ВГШ-2, полученный путем воздействия на клетки Saccharomyces cerevisiae раса XII ультрафиолетовых лучей в комплексе с химическими мутагенами. Штамм депонирован в коллекции чистых культур кафедры микробиологии и биохимии Воронежской государственной технологической академии под N ВГШ-2. Штамм Saccharomyces cerevisiae ВГШ-2 обладает в 2,5-3 раза большей фруктофуранозидазной активностью, синтезирует инулазу.

К недостатку можно отнести сложность процесса получения штамма и сбраживание только инулинсодержащего сырья (Патент на изобретение №2147034 RU, МПК C12N/16, опубл. 27.03.2000, бюл. №9).

Техническая задача - создание штамма спиртовых дрожжей методом мутагенеза для сбраживания крахмалсодержащего сырья в производстве спирта, дающего меньшее количество примесей и обеспечивающего больший выход целевого продукты при повышенным температурах.

Поставленная задача достигается выведением из производственных спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae, в результате продолжительного воздействия на них ультразвука, с последующим внесением в обработанную среду дрожжевого экстракта ДЭо, полученного из клеток дрожжей путем разрушения их целостности ультразвуком. Частота колебаний ультразвука, применяемого в данном способе, составляет 22 кГц, интенсивность колебаний 1,0 Вт/см².

Полученный штамм обладает следующими морфологическими признаками: клетки дрожжей под микроскопом имеют округлую форму размером от 4 до 8 мкм, размер более крупный, чем у Saccharomyces cerevisiae XII. Размножаются почкованием с хорошим отделением почкующихся клеток от материнской.

К культуральным признакам относится: выращивание на твердой агаризованной питательной среде. В качестве сусла применяется неохмеленное пивное сусло. Выросшие на чашках Петри колонии имеют молочный цвет, выпуклый профиль с приподнятым центром и небольшую складчатость. Диаметр колоний 0,6-1,2 см. Края имеют небольшую волнистость. Дрожжи по характеру роста - верхнебродящие.

Активность (продуктивность) штамма, другие производственные показатели: выведенный штамм дрожжей способен хорошо сбраживать зерновое сырье с концентрацией сухих веществ от 17 до 23% при температуре 33-37°С, благодаря чему их можно отнести к термотолерантным. Продолжительность брожения при применении данного штамма сокращается на 18-22%, по сравнению с дрожжами Saccharomyces cerevisiae XII. Количество мертвых клеток не превышает 5%. Сбраживание Сахаров происходит до концентрации спирта 10-13%. Концентрация клеток составляет 120-130 млн/мл. Количество почкующихся клеток - 8-9%. Количество мертвых клеток - 1%. Активная кислотность питательной среды - 4,2-5,5. Способ культивирования - непрерывный или периодический.

Способ, условия и состав сред для длительного хранения штамма: Поверхностный способ на скошенном сусло-агаре. Хранение при температуре +4°С. В качестве сусла применяется неохмеленное пивное сусло с концентрацией сухих веществ 12-14%. Возможно хранение штамм на агаризованной среде с крахмалом в течение 4 месяцев при +4°С. Способ, условия и состав сред для размножения штамма:

Для размножения использовали сусло, приготовленное по механико-ферментативной схеме водно-тепловой обработки сырья. Полученное сусло подвергали пастеризации при температуре 85°С в течение 30 минут, затем охлаждали до 30°С и подкисляли серной кислотой до значения рН 3,6…4,2.

Оптимальные условия и состав среды для ферментации: брожение проводится на зерновом сусле, приготовленном по способу описанному выше, при температуре 35-37°С, рН среды 4,2…5,5.

Способ осуществляется следующим образом:

1 этап. Производственные спиртовые дрожжи Saccharomyces cerevisiae отбирают на стадии зрелости из дрожжанок и подвергают продолжительному воздействию на них ультразвука от 35 до 55 минут, с последующим внесением в обработанную среду дрожжевого экстракта ДЭз, полученного из клеток дрожжей путем разрушения их целостности ультразвуком. Частота колебаний ультразвука, применяемого в данном способе, составляет 22 кГц, интенсивность колебаний 1,0 Вт/см².

2 этап. Из полученной дрожжевой суспензии методом Коха выделяли чистую культуру дрожжей на чашке Петри с последующим перенесением в пробирки на скошенный сусло-агар и выращиванием в термостате при температуре 32°С. Выращенная культура хранится поверхностным способом на скошенном сусло-агаре. Хранение при температуре +4°С. В качестве сусла применяется неохмеленное пивное сусло с концентрацией сухих веществ 12-14%. Возможно хранение штамма на агаризованной среде с крахмалом в течение 4 месяцев при +4°С. Выведенный штамм дрожжей способен хорошо сбраживать зерновое сырье с концентрацией сухих веществ от 17 до 23% при температуре 33-37°С, благодаря чему их можно отнести к термотолерантным.

3 этап. Разведение полученной на 2 этапе чистой культуры дрожжей на твердой среде (сусло-агар) в пробирках заливали стерильным пивным суслом с массовой долей сухих веществ 8-10% по сахаромеру.

4 этап. Стерильное пивное сусло с массовой долей сухих веществ 8 -10% по сахаромеру разливали в стерильные колбы вместимостью 250 см³ по 50 см³ и переносили в них всю суточную культуру опытных дрожжей, выращенных на сусло-агаре. Культивировали в течение 24 ч в термостате при температуре (34±1)°С Полученные дрожжи использовали для засева в колбы-качалки вместимостью 0,75 дм³.

5 этап. Для размножения использовали сусло, приготовленное по механико-ферментативной схеме водно-тепловой обработки сырья. Полученное сусло подвергали пастеризации при температуре 85°С в течение 30 минут, затем охлаждали до 30°С и подкисляли серной кислотой до значения рН 3,6...4,2 и засевали 25 см³ суспензии дрожжей из предыдущей стадии. Культивирование проводили на лабораторной качалке при температуре (36±1)°С в течение 48 часов. Продолжительность брожения при применении данного штамма сокращается на 18-22%, по сравнению с дрожжами Saccharomyces cerevisiae XII. Количество мертвых клеток не превышает 5%. Сбраживание Сахаров происходит до концентрации спирта 10-13%. Концентрация клеток составляет 120-130 млн./мл. Количество почкующихся клеток - 8-9%. Количество мертвых клеток - 1%. Активная кислотность питательной среды - рН 4,2-5,5. Способ культивирования -непрерывный или периодический.

Штамм идентифицирован и депонирован во ВКПМ Биоресурского Центра НИЦ «Курчатовский институт» 6 октября 2022 года. Регистрационный номер ВКПМ: Y-5080.

Штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae У3-55 позволяет повысить выход и качество спирта ректификованного из крахмалсодержащего сырья при повышенным температурах брожения.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae У3-55 ВКПМ Y-5080, обладающий термотолерантными свойствами, для получения спирта этилового ректификованного из пищевого сырья «Классический», выведен из производственных спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae, в результате продолжительного воздействия на них ультразвука, с последующим внесением в обработанную среду дрожжевого экстракта ДЭч, полученного из клеток дрожжей путем разрушения их целостности ультразвуком. Частота колебаний ультразвука, применяемого в данном способе, составляет 22 кГц, интенсивность колебаний 1,0 Вт/см². Штамм идентифицирован и депонирован во ВКПМ Биоресурского Центра НИЦ «Курчатовский институт» 6 октября 2022 года. Регистрационный номер ВКПМ: Y-5080. Штамм позволяет повысить выход и качество спирта ректификованного из крахмалсодержащего сырья при повышенных температурах брожения.

штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae У3-55 вкпм Y-5080 для производства спирта.