СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОАЦИЛИРОВАННОЙ ГЕЛЛАНОВОЙ КАМЕДИ Российский патент 2024 года по МПК C08B37/00 C12P1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к способам получения высокоацилированной геллановой камеди, являющейся эффективным и практичным желирующим агентом, применяемым в производстве пищевых продуктов. Благодаря своим уникальным и разнообразным свойствам геллановую камедь используют в производстве гелей на водной основе; хлебобулочных и мучных кондитерских изделий; сахарных кондитерских изделий; молочных продуктов; напитков; продуктов из плодово-ягодного сырья.

Уровень техники

Камеди, называемые также гидроколлоидами, представляют собой полисахариды. Полисахариды являются полимерами фрагментов простых Сахаров, которые применяются примерно с начала 20 века. Применение камедей расширилось особенно в последние годы, и в настоящее время они используются в самых разнообразных продуктах и способах. Некоторые микроорганизмы способны продуцировать полисахариды со свойствами, отличающимися от свойств камедей из более традиционных источников.

Геллановая камедь, впервые обнаруженная в 1978 г., продуцируется штаммами Sphingomonas elodea, более конкретно штаммом АТСС 31461 [Kang K.S. et al. ЕР 12552 и патенты США №№4326052, 4326053, 4377636 и 4385125]. В промышленности эта камедь получается как внеклеточный продукт при культивировании микроорганизмов в среде, содержащей соответствующие источники углерода, органического и неорганического азота и фосфора и следы подходящих элементов.

Процесс продуцирования геллановой камеди состоит из двух этапов: 1) этапа роста клеток микроорганизмов и 2) этапа накопления камеди.

На первом этапе посевную культуру вносят в питательную среду, поддерживают условия культивирования и через отведенное время переносят в больший биореактор с питательной средой для активного накопления камеди.

Ферментация осуществляется в стерильных условиях при строго контролированной аэрации, перемешивании, поддержании температуры и величины рН [Kang. et al. Appl. Environ. Microbiol., 43 [1982], 1086]. После окончания брожения полученный вязкий бульон подвергают пастеризации для уничтожения жизнеспособных клеток до выделения камеди. Камедь может быть выделена несколькими методами. Непосредственное выделение из бульона приводит к получению камеди в ее природной или высокоацилированной [НА] форме. Выделение после деацилирования путем обработки основанием позволяет получить камедь в низкоацилированной [LA] форме. Далее отделяют клетки на пресс-фильтрах или бактофугированием.

Из "Уровня техники" известен способ получения геллановой камеди, включающий внесение посевной культуры Sphingomonas elodea в питательную среду, поддержание условий культивирования на первой стадии в течение 28-35 часов. Далее осуществляют перенос культуры в другой ферментер на вторую стадию с другим компонентным составом питательной среды. Поддерживают условия культивирования в течение 19-29 часов. Осуществляют ферментирование Sphingomonas elodea в ферментационном бульоне при температурах от примерно 25 до примерно 35°С. Величину рН гелланового ферментационного бульона поддерживают около 6,5 в течение всего процесса получения геллана и, особенно, во время пастеризации или стадии тепловой обработки. Осуществляют осветление ферментационного бульона посредством фильтрации. Бульон пастеризуют, геллан осаждают после пастеризации путем добавления спирта. Осажденные волокна геллана высушивают, высушенное волокно измельчают в тонко дисперсные порошки (см. патент РФ № 2695871 С1, кл. МПК C12P 1/00, опубл. 29.07.2019).

Недостатки известного способа заключаются в том, что известный способ является небезопасным в плане пожарной безопасности в связи с применением в нем спирта, кроме того, имеет место низкий выход конечного продукта.

Кроме того, из «Уровня техники» известен способ получения высокоацилированной геллановой камеди, включающий регулирование величины рН ферментационного бульона геллана до пастеризации. Средняя величина рН гелланового ферментационного бульона поддерживается ниже примерно 7,5 в течение всего процесса получения геллана и особенно во время пастеризации или стадии тепловой обработки. Величину рН бульона регулируют путем добавления подходящей кислоты, такой как серная, соляная, фосфорная кислоты или лимонная кислота до достижения нужной величины рН. Бульон пастеризуют при температуре от 80°С до примерно 110°С, предпочтительно при примерно 95°С. Затем геллан осаждают путем добавления спирта, такого как изопропиловый спирт или этанол. Осажденные волокна геллана высушивают и измельчают в тонко дисперсные порошки (см. патент РФ № 2377870С2, кл. МПК A23L 1/05, опубл. 10.01.2010).

Известного способ также является небезопасным в связи с применением в нем спирта, кроме того, конечный продукт имеет низкий выход и недостаточно высокую вязкость.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема состоит в создании способа получения высокоацилированной геллановой камеди, который не имеет недостатков предшествующего уровня техники.

Технический результат заключается в обеспечении безопасности способа выделения высокоацилированной геллановой камеди, повышении выхода готового продукта и улучшении его характеристик.

Технический результат обеспечивается тем, что способ получения высокоацилированной геллановой камеди включает внесение посевной культуры Sphingomonas elodea в питательную среду, поддержание условий культивирования, осуществление ферментирования Sphingomonas elodea в ферментационном бульоне, пастеризацию, осветление ферментационного бульона посредством фильтрации, сушку и измельчение. При этом перед пастеризацией к культуральной жидкости добавляют производное гликолурила, а после пастеризации осуществляют отделение клеток на керамических фильтрах, кроме того, подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию.

В соответствии с частными случаями осуществления способ имеет следующие особенности.

Перед пастеризацией к культуральной жидкости добавляют производное гликолурила в соотношении от 0,01% до 0,5% к раствору камеди, при этом применяют вещество со следующей структурной формулой:

После пастеризации осуществляют отделение клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах с диаметром пор от 0,1 до 0,45 мкм.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, после отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах проводят дополнительную стадию отмывки клеток подготовленной водой от камеди в соотношении 1:2 клеток к воде, затем подают бульон на микрофильтрацию на мембранных фильтрах с размером пор от 0,1 до 10 мкм, далее подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа, нагретых до температуры 70-88°С.

В соответствии с другим вариантом осуществления способа, после отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа, нагретых до температуры 70-88°С.

Осуществление изобретения

Способ получения геллановой камеди включает внесение посевной культуры Sphingomonas elodea в питательную среду, содержащую глюкозу, триптон, минеральные соли (хлористый натрий и другие соли натрия, магния, калия). Качественный и количественный состав является следующим, г/л:

триптон 5,0 глюкоза 1,0 минеральные соли 3,0 дистиллированная вода до 1 л

Поддерживают условия культивирования на первой стадии в течение 28-35 часов.

Далее осуществляют перенос культуры в другой ферментер на вторую стадию с другим компонентным составом питательной среды, включающей сахар, белковый изолят сои, минеральные соли (соли натрия, магния, калия). Качественный и количественный состав является следующим, г/л:

сахар 10-13 белковый изолят сои 2,5-3,5 минеральные соли 0,6 вода остальное

Поддерживают условия культивирования в течение 19-29 часов. В результате жизнедеятельности клеток в культуральной жидкости накапливается геллановая камедь в концентрации 0,9-1,3%.

Осуществляют ферментирование Sphingomonas elodea в ферментационном бульоне при температурах от примерно 25 до примерно 35°С (предпочтительно при 27°С). Величину рН гелланового ферментационного бульона поддерживают ниже примерно 6,5 в течение всего процесса получения геллана и, особенно, во время пастеризации или стадии тепловой обработки. Величину рН бульона регулируют путем добавления подходящей кислоты, такой как серная, соляная, фосфорная кислоты или лимонная кислота до достижения нужной величины рН.

После окончания ферментации полученный вязкий бульон подвергают пастеризации для уничтожения жизнеспособных клеток до выделения камеди. Бульон пастеризуют при температуре от 80°С до примерно 110°С, предпочтительно при примерно 95°С, в течение менее примерно 5 мин, предпочтительно, примерно 0,5-1,5 мин, обычно в течение примерно 1 мин.

При этом перед пастеризацией к культуральной жидкости добавляют производное гликолурила в соотношении от 0,01% до 0,5% к раствору камеди, при этом применяют вещество со следующей структурной формулой:

В связи с наличием атомов азота данное вещество влияет на координацию цепочки геллановой камеди, удлиняя ее, что позволяет увеличить вязкость готового продукта. При этом при нагреве выше 70°С вещество разрушается, а при прохождении стадии ультрафильтрации остатки производного гликолурила уходят в растворе воды вместе с остаточными солями и сахарами.

Осуществляют осветление ферментационного бульона посредством фильтрации.

После пастеризации осуществляют отделение клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах с диаметром пор от 0,1 до 0,45 мкм.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, после отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах проводят дополнительную стадию отмывки клеток подготовленной водой от камеди в соотношении 1:2 клеток к воде, затем подают бульон на микрофильтрацию на мембранных фильтрах с размером пор от 0,1 до 10 мкм, далее подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа либо 0,01 до 0,1 мкм, нагретых до температуры 70-88°С.

Подготовленная вода представляет собой воду, прошедшую подготовку перед использованием, которая осуществляется разными методами, в зависимости от качества исходной воды:

- умягчение воды с удалением из воды солей магния и кальция, тяжелых металлов;

- фильтрование с помощью фильтров с активированным углем, которое снижает содержание природных органических соединений, удаляет хлороорганику и хлор;

- обратный осмос, который полностью или частично обессоливает воду, удаляет нитраты, сульфаты, соединения бора, фтора, кремния и пр.;

-УФ-дезинфекция с обеззараживанием воды.

В заявленном изобретении осуществляют по меньшей мере 2 стадии водоподготовки, обязательно включающие умягчение и обратный осмос.

В соответствии с другим вариантом осуществления способа, после отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа, нагретых до температуры 70-88°С.

После концентрированный раствор геллановой камеди подается на лиофильную сушку, которую осуществляют при температурах от -50°С до -105°С. Содержание твердых веществ составляет примерно 85-98%, предпочтительно от примерно 92% до примерно 95%.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими примерами осуществления способа.

Пример 1

Способ получения геллановой камеди включает внесение посевной культуры Sphingomonas elodea в питательную среду, содержащую глюкозу, триптон, минеральные соли (хлористый натрий и другие соли натрия, магния, калия). Качественный и количественный состав является следующим, г/л:

триптон 5,0 глюкоза 1,0 минеральные соли 3,0 дистиллированная вода до 1 л

Поддерживают условия культивирования на первой стадии в течение 28 часов.

Далее осуществляют перенос культуры в другой ферментер на вторую стадию с другим компонентным составом питательной среды, включающей сахар, белковый изолят сои, минеральные соли (соли натрия, магния, калия). Качественный и количественный состав является следующим, г/л:

сахар 10 белковый изолят сои 2,5 минеральные соли 0,6 вода остальное

Поддерживают условия культивирования на второй стадии в течение 20 часов. В результате жизнедеятельности клеток в культуральной жидкости накапливается геллановая камедь в концентрации 0,9%.

Осуществляют ферментирование Sphingomonas elodea в ферментационном бульоне при температурах 27°С. Величину рН гелланового ферментационного бульона поддерживают 6,3 в течение всего процесса получения геллана и, особенно, во время пастеризации или стадии тепловой обработки. Величину рН бульона регулируют путем добавления серной кислоты для обеспечения нужной величины рН.

После окончания ферментации полученный вязкий бульон подвергают пастеризации при температуре 95°С в течение 1,5 мин.

При этом перед пастеризацией к культуральной жидкости добавляют производное гликолурила к раствору камеди (производное гликолурила - 0,03% (в пределах 0,01% до 0,5%), раствор камеди -остальное), при этом применяют вещество со следующей структурной формулой:

Осуществляют осветление ферментационного бульона посредством фильтрации.

После пастеризации осуществляют отделение клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах с диаметром пор от 0,1 до 0,45 мкм.

После отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах проводят дополнительную стадию отмывки клеток подготовленной водой (подготовка посредством умягчения и обратного осмоса) от камеди в соотношении 1:2 клеток к воде, затем подают полученный раствор (фильтрат с раствором после отмывки) на микрофильтрацию на мембранных фильтрах с размером пор от 0,1 до 10 мкм, далее подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа либо 0,01 до 0,1 мкм, нагретых до температуры 75,2°С.

После концентрированный раствор геллановой камеди подается на лиофильную сушку, которую осуществляют при температурах от -75°С. Содержание твердых веществ составляет примерно 87%. После 20 ч ферментации концентрация неочищенного геллана достигла 5,36 г/кг, а вязкость достигла 4830 сП (замер осуществлен реометром Anton Paar MCR 301). Благодаря дополнительной отмывке, увеличивается выход продукта на 0,2%, (по сравнению со способом, описанным в патенте РФ № 2377870С2).

Пример 2

Способ получения геллановой камеди включает внесение посевной культуры Sphingomonas elodea в питательную среду, содержащую глюкозу, триптон, минеральные соли (хлористый натрий и другие соли натрия, магния, калия). Качественный и количественный состав является следующим, г/л:

триптон 5,0 глюкоза 1,0 минеральные соли 3,0 дистиллированная вода до 1 л

Поддерживают условия культивирования на первой стадии в течение 32 часов.

Далее осуществляют перенос культуры в другой ферментер на вторую стадию с другим компонентным составом питательной среды, включающей сахар, белковый изолят сои, минеральные соли (соли натрия, магния, калия). Качественный и количественный состав является следующим, г/л:

сахар 12 белковый изолят сои 3,3 минеральные соли 0,6 вода остальное

Поддерживают условия культивирования в течение 29 часов. В результате жизнедеятельности клеток в культуральной жидкости накапливается геллановая камедь в концентрации 1,1%.

Осуществляют ферментирование Sphingomonas elodea в ферментационном бульоне при температурах от примерно 31°С. Величину рН гелланового ферментационного бульона поддерживают ниже примерно 6 в течение всего процесса получения геллана и, особенно, во время пастеризации или стадии тепловой обработки. Величину рН бульона регулируют путем добавления соляной кислоты.

После окончания ферментации полученный вязкий бульон подвергают пастеризации при температуре от 96°С в течение менее примерно 1 мин.

При этом перед пастеризацией к культуральной жидкости добавляют производное гликолурила (производное гликолурила - 0,23%, раствор камеди - остальное), при этом применяют вещество со следующей структурной формулой:

Осуществляют осветление ферментационного бульона посредством фильтрации.

После пастеризации осуществляют отделение клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах с диаметром пор от 0,1 до 0,45 мкм.

После отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа (либо 0,03 до 0,1 мкм), нагретых до температуры 83°С.

После концентрированный раствор геллановой камеди подают на лиофильную сушку, которую осуществляют при температурах от -85°С. Содержание твердых веществ составляет примерно 93%. После 29 ч ферментации концентрация неочищенного геллана достигла 5,41 г/кг, а вязкость достигла 4836 сП (замер осуществлен реометром Anton Paar MCR 301).

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ получения высокоацилированной геллановой камеди включает внесение посевной культуры Sphingomonas elodea в питательную среду, содержащую, г/л: триптон 5,0, глюкозу 1,0, минеральные соли 3,0, дистиллированную воду до 1 л, поддержание условий культивирования в течение 28-35 часов, осуществление ферментирования Sphingomonas elodea в ферментационном бульоне при температуре от 25 до 35°С, при этом величину рН гелланового ферментационного бульона поддерживают ниже 6,5 в течение всего процесса получения геллана и регулируют посредством добавления подходящей кислоты, такой как серная, соляная, фосфорная кислоты или лимонная кислота, осуществляют пастеризацию при температуре от 80°С до 110°С в течение менее 5 мин, осветляют ферментационный бульон посредством фильтрации, производят лиофильную сушку при температурах от -50°С до -105°С и измельчение, кроме того, перед пастеризацией к культуральной жидкости добавляют производное гликолурила в пределах 0,01% до 0,5%, раствор камеди - остальное, при этом применяют вещество со следующей структурной формулой: . Изобретение позволяет повысить выход готового продукта и улучшить его характеристики. 3 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ получения высокоацилированной геллановой камеди, включающий внесение посевной культуры Sphingomonas elodea в питательную среду, содержащую, г/л: триптон 5,0, глюкозу 1,0, минеральные соли 3,0, дистиллированную воду до 1 л, поддержание условий культивирования в течение 28-35 часов, осуществление ферментирования Sphingomonas elodea в ферментационном бульоне при температуре от 25 до 35°С, при этом величину рН гелланового ферментационного бульона поддерживают ниже 6,5 в течение всего процесса получения геллана и регулируют посредством добавления подходящей кислоты, такой как серная, соляная, фосфорная кислоты или лимонная кислота, осуществляют пастеризацию при температуре от 80°С до 110°С в течение менее 5 мин, осветляют ферментационный бульон посредством фильтрации, производят лиофильную сушку при температурах от -50°С до -105°С и измельчение, кроме того, перед пастеризацией к культуральной жидкости добавляют производное гликолурила в пределах 0,01% до 0,5%, раствор камеди - остальное, при этом применяют вещество со следующей структурной формулой:

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что после культивирования в течение 28-35 часов осуществляют перенос культуры в другой ферментер на вторую стадию культивирования с компонентным составом питательной среды, включающей, г/л: сахар - 10-13, белковый изолят сои - 2,5-3,5, минеральные соли - 0,6, воду – остальное, при этом поддерживают условия культивирования в течение 19-29 часов, а после пастеризации осуществляют отделение клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах с диаметром пор от 0,1 до 0,45 Мкм, кроме того, подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию.

3. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что после отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах проводят дополнительную стадию отмывки клеток подготовленной водой от камеди в соотношении 1:2 клеток к воде, затем подают бульон на микрофильтрацию на мембранных фильтрах с размером пор от 0,1 до 10 мкм, далее подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа, нагретых до температуры 70-88°С.

4. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что после отделения клеток из нагретого бульона на керамических фильтрах подают осветленный бульон с камедью на ультрафильтрацию, которую осуществляют на фильтрах с диаметром пор от 50 до 300 кДа, нагретых до температуры 70-88°С.