PL194036B1

PL194036B1 - Kompozycja drożdży piekarniczych, sposób wytwarzania drożdżowego bulionu fermentacyjnego, ciasto z mąki, produkt piekarniczy oraz zastosowanie

Info

Publication number: PL194036B1
Application number: PL321310A
Authority: PL
Inventors: Pieter Jan Arnoldus Maria Plomp
Original assignee: Gist Brocades Bv
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2007-04-30
Also published as: AU722948B2; CA2211296A1; ATE364686T1; ES2286826T3; ZA976660B; PT821057E; BR9704104B1; BR9704104A; CA2211296C; HU9701302D0; AR008088A1; NO973458L; MX9705640A; PL321310A1; DE69737803D1; HUP9701302A2; DK0821057T3; US5916609A; NO973458D0; AU3016797A

Abstract

1. Kompozycja drozdzy piekarniczych zawierajaca komórkowy i pozakomórkowy skladnik fazy wodnej uzyskiwana sposobem, w którym zapoczatkowuje sie fermentacje przez zasilanie drozdzy ma- tecznych odpowiednim niemelasowym zródlem wegla i zródlem azotu oraz innymi skladnikami odzyw- czymi niezbednymi do wzrostu drozdzy, i kontynuuje sie fermentacje az do osiagniecia zawartosci su- chej masy drozdzy w bulionie fermentacyjnym wynoszacej 10 - 22%, znamienna tym, ze zawiera droz- dze piekarnicze o zawartosci 10 - 22% suchej masy drozdzowej oraz pozakomórkowa faze zawierajaca metabolity drozdzy, zwiazki organiczne i sole o stezeniu w zakresie od okolo 0,2 do 0,8 osmol/kg, przy czym szybkosc zasilania niemelasowym weglem kontroluje sie w taki sposób, aby stezenie alkoholu podczas fermentacji nie bylo wyzsze niz 1%. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja drożdży piekarniczych zawierająca komórkowy i pozakomórkowy składnik fazy wodnej, sposób wytwarzania drożdżowego bulionu fermentacyjnego odpowiedniego do bezpośredniego stosowania jako kompozycja drożdży piekarniczych, ciasto z mąki, produkt piekarniczy oraz zastosowanie kompozycji drożdżowej do wytwarzania ciasta z mąki i/lub produktu piekarniczego, śmietanki drożdżowej, drożdży prasowanych i drożdży suszonych lub drożdży suszonych aktywnych.

Praktyczne zagadnienia produkcji drożdży piekarniczych są dobrze znane i obszernie udokumentowane w literaturze. Sposoby wytwarzania drożdży piekarniczych znane są np. z wymienionych poniżej publikacji: Burrows, S. (1979) Baker's yeast, Economic microbiology, vol. 4 (Rose, A.H. ed.), pp. 31 -64; Academic Press, New York; Reed G. (1982) Production of baker's yeast, Prescott & Dunn's industrial microbiology, 4th ed. (Reed, G. ed.) pp. 593 -633; AVI, Westport, CT.; Chen, S.L. and Chiger, M. (1985) Production baker's yeast, Comprehensive biotechnology, vol. 3 (Blanch, H.W., Drew, S. and Wang, D.I.C eds.) pp. 429-461; Pergamon Press, Oxford; Trivedi, N.B., Jacobson, G.K. and Tesch, W. (1986) Baker's yeast. Crit. Rev. Biotechnol, 4, 75 - 110; and Beudeker, R.F., Dam, H.W. van, Plaat, J.H. van der, and Vellenga, K. (1990) Developments in Baker's yeast production, Yeast (Verachtert, H, and De Mot, R. eds.) pp. 103 146; Marcel Dekker Inc., New York.

Poniżej opisano specyficzne aspekty produkcji i zastosowania drożdży piekarniczych, które mogą być udoskonalone przez niniejszy wynalazek.

Po okresie produkcji drożdży matecznych w wielu etapach (Chen, S.L. and Chiger, M. (1985) Production of baker's yeast, Comprehensive biotechnology, vol. 3 (Blanch, H. W., Drew, S. and Wang, D.I.C. eds.) pp. 429 - 461; Pergamon Press, Oxford) następuje produkcja tak zwanych drożdży przemysłowych. Standardowo przeprowadza się to w procesach fermentacji okresowej z zasilaniem głównie stosując melasę jako źródło węgla oraz amoniak lub mocznik jako główne źródło azotu.

Substraty wprowadza się do kadzi fermentacyjnej podczas fermentacji. Inne substancje wzrostowe drożdży, jak fosforany, część azotu, sole i witaminy dodaje się do kadzi fermentacyjnej podczas uruchamiania fermentacji lub w pierwszych godzinach fermentacji. Melasa działa także jako źródło wielu pierwiastków śladowych, które są dawkowane w wystarczających lub nawet nadmiernych ilościach przez zasilanie melasą jako źródłem węgla. Fermentacja trwa 10 do 20 godzin i kończy się, gdy bulion zawiera 4 do 8% suchej masy drożdży.

Melasa musi być przed użyciem sklarowana. Wymaga to rozcieńczenia melasy w celu zmniejszenia jej lepkości i umożliwienia transportowania pompą, lecz także usunięcia osadu (piasku, zanieczyszczeń, substancji koloidalnych) przed sterylizacją i wprowadzeniem do kadzi fermentacyjnej.

Reguły zasilania melasą i źródłem azotu oraz w pewnej mierze także innymi substancjami wzrostowymi są powszechnie traktowane jako wiedza nieudostępniana i nie ma wielu publikacji na temat reguł stosowanych aktualnie w praktyce produkcyjnej. Jest jednak jasne, że reguły te mają podstawowe znaczenie dla jakości otrzymywanych drożdży. Jak wynika jasno z publikacji: Burrows, S. (1979) Baker's yeast, Economic microbiology, vol. 4 (Rose, A.H. ed.) pp. 31 - 64; Academic Press,

New York i z wcześniejszej publikacji Drew, B. von, Soecht, H. and Herbst, A.-M. (1962) Zur Zuchtung von Backhefe in konzentrierter Melassewϋrze. Die Branntweinwirtschaft 102, 245 - 247, intensywne zasilanie melasą powoduje zwiększenie aktywności drożdży, a mniejsze zasilanie melasą wywołuje obniżenie aktywności drożdży, które osiągają dłuższą przechowalność.

W aktualnie stosowanej praktyce, maksymalna szybkość zasilania jest ograniczona z jednej strony przez szybkość przenoszenia tlenu (OTR) w kadzi fermentacyjnej i z drugiej strony przez krytyczne tempo wzrostu drożdży, powyżej którego rozpoczyna się tworzenie alkoholu. Tworzenie alkoholu jest niepożądane ze względu na powodowane tym obniżenie jakości drożdży i spadek wydajności źródła węgla.

Prawdopodobnie za małe zasilanie melasą w stosunku do ilości drożdży w kadzi fermentacyjnej może powodować zmniejszenie aktywności gazowej drożdży. Tak więc w Sher, H.N. (1962) Continuous process for the production of yeast, opis patentowy US 3032476, stwierdzono, że tempo wzrostu drożdży powinno być utrzymywane powyżej 0,05 h^-1, a korzystnie nawet powyżej 0,075 h^-1.

Zatem, biorąc pod uwagę ekonomicznie właściwy odsetek inoculum, minimalne tempo wzrostu potrzebne dla dobrej wydajności gazowania wraz z maksymalną szybkością zasilania wynikającą z ograniczeń szybkości przenoszenia tlenu w kadzi fermentacyjnej kształtują podstawę dla maksymalnego czasu fermentacji wynoszącego 20 godzin, jak podano w Chen, S.L. and Chiger, M. (1985) ProPL 194 036B1 duction of baker's yeast, Comprehensive biotechnology, vol. 3 (Blanch, H.W., Drew, S. and Wang, D.I.C. eds.) str. 429 -461; Pergamon Press, Oxford.

Po fermentacji komórki drożdżowe przemywa się dokładnie przez kilkakrotne zatężanie i rozcieńczanie. Zatężanie wykonuje się zwykle przez odwirowywanie otrzymując zawiesinę o zawartości około 20% suchej masy, po czym zawiesinę rozcieńcza się co najmniej jednokrotnie do objętości powyżej 100% pierwotnej objętości roztworu, osiągając w wolnej cieczy stężenie substancji stałych niedrożdżowych mniejsze od 10% stężenia w fazie wolnej cieczy w bulionie fermentacyjnym.

W ten sposób otrzymuje się śmietankę drożdżową o stężeniu suchej masy drożdży 18 -22%, która albo jest sprzedawana bezpośrednio jako śmietanka drożdżowa albo zostaje przerobiona na bloki drożdżowe lub na drożdże granulowane (25 - 36% suchej masy) lub też podlega suszeniu w celu otrzymania drożdży suszonych aktywnych lub drożdży suszonych instant o zawartości do 97% suchej masy drożdży. Woda pozakomórkowa usuwana w ten sposób z bulionu stanowi około 50% dla śmietanki drożdżowej i prawie 100% dla drożdży suszonych. Razem z wodą potrzebną do wypłukiwania nie ulegających fermentacji substancji stałych z melasy, woda ta tworzy duży strumień ścieków, które wymagają obróbki.

Obecnie kompleksowa obróbka ścieków odbywa się w instalacji odparowywania zatężającej strumień ścieków i wytwarzającej z nich wywar melasowy. Kosztem dużego zużycia energii, w tym etapie usuwa się ze strumienia ścieków około 80 - 95% biologicznego zapotrzebowania na tlen (BOD). Pozostałe BOD poddaje się obróbce w instalacji beztlenowej obróbki ścieków i następnie w instalacji tlenowej obróbki ścieków, znowu przy znacznych kosztach. Ponadto te koszty będą rosły w przyszłości w wyniku wzrostu kosztów energii i zwiększania się wymagań w stosunku do obróbki ścieków w celu ochrony środowiska.

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja drożdży piekarniczych zawierająca komórkowy i pozakomórkowy składnik fazy wodnej uzyskiwana sposobem, w którym zapoczątkowuje się fermentację przez zasilanie drożdży matecznych odpowiednim niemelasowym źródłem węgla i źródłem azotu oraz innymi składnikami odżywczymi niezbędnymi do wzrostu drożdży, i kontynuuje się fermentację aż do osiągnięcia zawartości suchej masy drożdży w bulionie o fermentacyjnym wynoszącej 10 -22%, charakteryzująca się tym, że zawiera drożdże piekarnicze o zawartości 10-22 % suchej masy drożdżowej oraz pozakomórkową fazę zawierającą metabolity drożdży, związki organiczne i sole o stężeniu w zakresie od około 0,2 do 0,8 osmol/kg, przy czym szybkość zasilania niemelasowym węglem kontroluje się w taki sposób, aby stężenie alkoholu podczas fermentacji nie było wyższe niż 1%.

Przedmiot wynalazku stanowi również sposób wytwarzania drożdżowego bulionu fermentacyjnego odpowiedniego do bezpośredniego stosowania jako kompozycja drożdży piekarniczych określona powyżej, polegający na tym, że zapoczątkowuje się fermentację przez zasilanie drożdży matecznych odpowiednim niemelasowym źródłem węgla i źródłem azotu oraz innymi składnikami odżywczymi niezbędnymi do wzrostu drożdży, i kontynuuje się fermentację aż do osiągnięcia zawartości suchej masy drożdży w bulionie fermentacyjnym wynoszącej 10 -22%, korzystnie 13 -22%, a korzystniej 16 -22%.

Korzystnie drożdże mateczne zasila się odpowiednim niemelasowym źródłem węgla z początkową szybkością umożliwiającą rozpoczęcie wzrostu drożdży, a następnie zwiększa się szybkość zasilania niemelasowym źródłem węgla, aż do osiągnięcia maksymalnej szybkości zasilania źródłem węgla, przy czym jednocześnie utrzymuje się stężenie alkoholu nie wyższe niż 1% w temperaturze 20 -45°C oraz pH 3 -8.

Korzystnie fermentację kontynuuje się aż do uzyskania zawartości suchej masy drożdży w bulionie fermentacyjnym wynoszącej 10 -22%, albo przez utrzymywanie maksymalnej szybkości zasilania źródłem węgla albo przez utrzymywanie tej szybkości zasilania przez okres, po którym następuje zmniejszenie szybkości zasilania źródłem węgla do osiągnięcia zużycia trudnofermentowalnego substratu węglowego i/lub alkoholu.

Korzystnie fermentację prowadzi się w czasie wynoszącym powyżej 20 godzin.

Korzystnie właściwe tempo wzrostu drożdży pod koniec fermentacji wynosi poniżej 0,05 h^-1w czasie co najmniej 5 godzin.

Korzystnie bulion fermentacyjny zatęża się dodatkowo do zawartości 16 -22% suchej masy.

Korzystniej fazę wodną powstającą w wyniku zatężania używa się do następnej fermentacji.

Korzystnie dodaje się dodatkowo środek stabilizujący otrzymując preparat drożdżowy nadający się do bezpośredniego użycia jako stabilizowana śmietanka drożdżowa.

Korzystnie dodatkowo wytwarza się drożdże blokowe lub granulowane albo też suszy się otrzymując drożdże suszone aktywne lub drożdże suszone instant.

PL 194 036B1

Przedmiotem wynalazku jest również ciasto z mąki zawierające mąkę, wodę i drożdże piekarnicze charakteryzujące się tym, że jako drożdże piekarnicze zawiera kompozycję drożdżową jak określono powyżej.

Przedmiot wynalazku stanowi także produkt piekarniczy, charakteryzujący się tym, że jest otrzymywany z ciasta jak określono powyżej.

Wynalazek dotyczy również zastosowania kompozycji drożdżowej jak określono powyżej, do wytwarzania ciasta z mąki jak określono powyżej i/lub produktu piekarniczego jak określono powyżej.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie kompozycji jak określono powyżej do wytwarzania śmietanki drożdżowej o zawartości suchej masy drożdży 16-22%.

Przedmiotem wynalazku jest także zastosowanie kompozycji jak określono powyżej do wytwarzania drożdży prasowanych o zawartości suchej masy drożdży 26-38%.

Przedmiot wynalazku stanowi również zastosowanie kompozycji jak określono powyżej do wytwarzania drożdży suszonych lub drożdży suszonych aktywnych o zawartości suchej masy drożdży 90-98%.

Przy użyciu kompozycji drożdżowej według wynalazku wytwarza się według wynalazku ciasto z mąki, a z wytworzonego ciasta produkt piekarniczy według wynalazku.

Kompozycję drożdżową według wynalazku stosuje się do wypiekania chleba.

Nowy sposób fermentacji i wytwarzania drożdży piekarniczych na skalę przemysłową rozpoczyna się od odpowiednich drożdży matecznych, których jakość i ilość powinna być mniej więcej taka sama jak konwencjonalnie stosowanych drożdży matecznych. Zatem, nie ma specjalnych wymagań pod tym względem.

Sposób według wynalazku korzystnie prowadzi się na skalę przemysłową. W praktyce będą używane kadzie fermentacyjne o pojemności 50 - 300 m³, każda z kolumną barboterową lub z mieszadłem, pracujące pod normalnym lub zwiększonym ciśnieniem, aby zapewnić odpowiednią szybkość przenoszenia tlenu w celu zasilania tlenem procesu rośnięcia drożdży. Sposobem według wynalazku można wytwarzać stężony bulion fermentacyjny w istniejących, przemysłowych kadziach fermentacyjnych, nie wymagając bardzo dużych wydajności przenoszenia tlenu. Przez drożdże piekarnicze należy rozumieć wytwarzany komercyjnie lub na skalę przemysłową szczep drożdży S. cerevisiae.

Wzrost drożdży w kadzi fermentacyjnej jest podtrzymywany przez zasilanie niemelasowym źródłem węgla (np. glukozą, fruktozą, sacharozą, maltozą, dekstrynami, maltotriozami, rafinozami lub alkoholem albo każdą ich mieszaniną) o odpowiednio dużym stężeniu węgla zawartego w nadawie. Stężenie w nadawie powinno być odpowiednio duże, aby otrzymać żądane stężenie suchej masy drożdży, biorąc pod uwagę wyjściową objętość kadzi fermentacyjnej. Typowe stężenie cukru w nadawie będzie wynosiło 250 g/litr lub więcej, lecz w celu ułatwienia manipulowania korzystnie może wynosić 400 -600 g/litr.

Źródłem azotu może być każde konwencjonalne źródło azotu stosowane standardowo w produkcji drożdży piekarniczych lub każde źródło węgla/azotu bogate w hydrolizowane białka (np. kwaśne hydrolizaty kazeiny, trypton, pepton, mączka sojowa) albo ich mieszanina. Dawka azotu powinna być dostatecznie duża, aby nie była limitująca. Całkowitą ilość zużywalnego azotu w nadawie można obliczyć za pomocą bilansu elementarnego, aby ustalić zawartość białek (Kjeldahl N* 6.25) w zakresie 40 - 60%. Dokładność stężenia jest mniej krytyczna niż dla źródła węgla. Normalnie wystarczający będzie 25% roztwór amoniaku lub każde inne źródło o równoważnym stężeniu azotu, lecz mogą być stosowane także inne stężenia, korzystnie wyższe.

Fosforany i inne składniki pokarmowe, takie jak sole i witaminy oraz inne procesowe środki pomocnicze o jakości gatunków jadalnych można stosować zgodnie z istniejącą praktyką opisaną w dostępnej literaturze, dbając o nieprzedawkowanie tych związków.

Wszystkie wyżej opisane składniki pokarmowe dodaje się w postaci odpowiednio czystych składników takich jak syropy cukrowe, amoniak, kwas fosforowy, itp., lecz także można je dodawać w mniej czystej postaci o ile dodatek nie zawiera żadnego składnika, który powinien być usunięty przez płukanie aby otrzymane drożdże były odpowiednie do stosowania w żywności lub w nadawie. Składniki mogą być łączone w taki sposób, aby były korzystne w zestawie metabolitów fazy wodnej bulionu fermentacyjnego z uwzględnieniem smaku i zapachu produktu.

Zasilanie kadzi fermentacyjnej rozpoczyna się po załadowaniu drożdży matecznych. Do środowiska fermentacji wprowadza się co najmniej źródła węgla i azotu z wyjątkiem małej ich ilości, którą można dodawać porcjami na początku fermentacji. Inne składniki pokarmowe, takie jak źródło fosforanu, sole i witaminy można także wprowadzać do kadzi fermentacyjnej porcjami lub w całości. ZasiPL 194 036B1 lanie tymi składnikami oddzielnie lub w mieszaninie ze źródłem węgla i/lub azotu ma tę zaletę, że unika się bardzo dużych stężeń na początku fermentacji. Możliwe jest jednak dodawanie tych składników pokarmowych na początku fermentacji zwłaszcza wówczas, gdy źródła węgla i azotu mają duże stężenia a zatem biorąc pod uwagę stosunkowo dużą objętość początkową kadzi fermentacyjnej.

Schemat zasilania źródłem węgla jest taki, że początkową szybkość zasilania dostosowuje się do szybkości, przy której może rozpoczynać się wzrost drożdży matecznych (określone właściwiej jako tempo wzrostu), a następnie zwiększa się ją aż do osiągnięcia maksymalnej szybkości zasilania dla źródła węgla. Ta maksymalna szybkość zasilania źródłem węgla jest zdeterminowana z jednej strony przez maksymalną szybkość przenoszenia tlenu w kadzi fermentacyjnej, a z drugiej strony przez krytyczne tempo wzrostu drożdży, powyżej którego rozpoczyna się wytwarzanie alkoholu. Oczywiście w sytuacji, gdy drugi z wyżej wymienionych czynników jest ograniczający, szybkość zasilania można jeszcze zwiększać wykładniczo wskutek wzrostu drożdży aż szybkość przenoszenia tlenu w kadzi fermentacyjnej stanie się ograniczająca.

Kontrola szybkości zasilania powinna być wystarczająco ścisła, aby stężenie alkoholu nie było większe niż 1%, a korzystnie stężenie alkoholu powinno pozostawać poniżej 0,5%. Pod koniec fermentacji szybkość zasilania można zmniejszyć poniżej jej maksymalnej wartości w celu uwzględnienia zużywania gorzej fermentowalnego substratu węgla i węgla/azotu lub alkoholu. Zasilanie może zostać całkowicie zatrzymane na pewien czas w pobliżu końca fermentacji w celu zmniejszenia ilości pączków (dojrzewania drożdży).

Zasilanie azotem może być regulowane w każdy dogodny sposób, np. w celu zminimalizowania zużycia chemikaliów do regulacji pH, dopóki azot nie zostanie ograniczony przez wzrost biomasy. Podobnie jak nadmierne zasilanie substratem węgla, niedostateczne zasilanie źródłem azotu będzie powodowało nadmierne wytwarzanie alkoholu. Najłatwiej można tego uniknąć przez zasilanie źródłem azotu proporcjonalne do źródła węgla lub większe, zwłaszcza we wczesnych fazach fermentacji.

Alternatywnie, część azotu można dodać przed zaszczepieniem. Zasilanie azotem zatrzymuje się, gdy całkowita żądana ilość azotu zostanie wprowadzona do kadzi fermentacyjnej, co można łatwo obliczyć z bilansu azotu dla fermentacji. To samo obowiązuje dla reguł zasilania innymi składnikami pokarmowymi, takimi jak fosforan, sole i witaminy, jeżeli nie zostały one dodane przed zaszczepieniem.

Temperaturę utrzymuje się w przedziale między 20 i 45°C, korzystnie między 25 i 36°C. pH utrzymuje się w przedziale między pH 3 i 8, korzystnie między pH 4 i 7, np. pH 5,5.

Fermentację kontynuuje się aż do osiągnięcia żądanego stężenia suchej masy, które wynosi 10%, korzystnie 13% suchej masy drożdży lub więcej, korzystniej 16% suchej masy drożdży lub więcej. W zależności od stosowanej szybkości zasilania, wymagany czas trwania fermentacji wynosi zazwyczaj ponad 20 godzin, a bardziej typowo 30 - 50 godzin. Właściwe tempo wzrostu drożdży pod koniec fermentacji spada zazwyczaj poniżej 0,05 h^-1 w czasie co najmniej 5 godzin.

Po zakończeniu fermentacji stężony bulion przenosi się do zbiornika magazynowego i chłodzi do niskiej temperatury, korzystnie 0 - 10°C i korzystniej 0-4°C. Gdy stężenie suchej masy wynosi 10 - 16% biomasy drożdży, wówczas można zastosować zatężanie przez odwirowanie otrzymując bardziej stężony bulion fermentacyjny i fazę wodną. Następnie, fazę wodną stosuje się do kolejnej fermentacji jako wodę napełniającą, oszczędzając składniki pokarmowe. Korzystnie, nie stosuje się przemywania.

Otrzymany stężony bulion fermentacyjny jest nowym produktem drożdży piekarniczych i stanowi specjalną śmietankę drożdżową, która może być stosowana przez piekarza w taki sam sposób jak konwencjonalna śmietanka drożdżowa. Specjalna śmietanka albo jest sprzedawana bezpośrednio jako normalna lub stabilizowana specjalna śmietanka drożdżowa (EP-A-461725) lub jest używana do wytwarzania bloków drożdżowych albo drożdży suszonych w postaci drożdży suszonych aktywnych lub drożdży suszonych instant, otrzymanych każdym odpowiednim sposobem.

Specjalną śmietankę drożdżową otrzymaną sposobem zgodnie z wynalazkiem można jednak łatwo odróżnić od konwencjonalnej śmietanki drożdżowej, ponieważ skład fazy pozakomórkowej jest w niej zupełnie inny. W konwencjonalnych śmietankach o zawartości 18 - 22% suchej masy drożdży zwykle całkowite stężenie rozpuszczonych substancji stałych jest mniejsze niż 0,1 osmol/kg (zmierzone przez obniżenie temperatury krzepnięcia np. w urządzeniu Osmomat 030 Gonotec) i korzystnie mniejsze niż 0,025 osmol/kg (patrz objaśnienie osmol np. w Webster's new collegiate dictionary).

PL 194 036B1

Stężenie zależy silnie od skuteczności przemywania śmietanki drożdżowej. Śmietanki nieprzemywane mają duże stężenia, a śmietanka drożdżowa w znacznym stopniu przemywana ma bardzo małe stężenia. W kompozycji konwencjonalnej śmietanki występują typowe niefermentowalne składniki pochodzące z melasy buraczanej i metabolity wytworzone przez komórki lub wyciekające z komórek podczas magazynowania.

Znaleziono głównie kwas bursztynowy i kwas octowy razem z małymi ilościami betainy, kwasu pirolidynokarboksylowego oraz soli potasu i sodu i innych soli w proporcjach typowych dla stosowanej melasy i jej zużycia przez drożdże. Specjalna śmietanka drożdżowa otrzymana sposobem zgodnie z wynalazkiem zawiera we frakcji pozakomórkowej oprócz stałych składników drożdży mnóstwo substancji organicznych pochodzących z metabolizmu drożdży oraz substancji organicznych i nieorganicznych pochodzących z ośrodka. Całkowite stężenie rozpuszczonych substancji stałych będzie większe niż 0,2 osmol/kg i korzystnie większe niż 0,4 osmol/kg. Uniknięto nadmiaru ilości soli występującego w przypadku stosowania melasy. Oprócz nie zużytych soli i innych związków ze środowiska znaleziono dużo metabolitów drożdży, które korzystnie wpływają na właściwości smakowe i zapachowe produktów chlebowych wytworzonych przy użyciu takich drożdży.

Składniki te są produktami metabolizmu drożdży porównywalnymi z produktami powstającymi podczas fermentacji ciasta, takimi jak gliceryna, kwas bursztynowy, kwas izomasłowy, kwas a-ketoglutarowy, aminokwasy, kwas octowy, witaminy itp. Składniki te mogą obejmować polisacharydy, co można łatwo wykryć np. za pomocą techniki NMR. Typowe stężenia tych składników mieszczą się w przedziale od 0,1 do 1 grama/litr fazy wodnej lub są większe w przypadku takich składników jak kwas bursztynowy i pirogroniany.

Dużą zaletę sposobu według wynalazku stanowi to, że znosi on całkowicie wytwarzanie ścieków w produkcji śmietanki drożdżowej i zmniejsza więcej niż o połowę wytwarzanie ścieków w produkcji innych wyrobów drożdżowych, takich jak bloki i drożdże granulowane lub suszone.

Inną zaletę wynalazku stanowi to, że nie ma potrzeby przemywania drożdży z kadzi fermentacyjnej w rozdzielaczach w przeciwieństwie do istniejącej praktyki, w ramach której drożdże produkowane z melasy są w znacznym stopniu przemywane w celu usunięcia niepożądanych składników melasy pochodzących z procesów stosowanych do produkcji cukru. Powoduje to nie tylko spadek ilości ścieków, lecz także znaczne zmniejszenie zapotrzebowania wody o wysokiej jakości do produkcji drożdży.

Jest to równoznaczne z bardzo dużą oszczędnością kosztów ponoszonych na obróbkę ścieków, a zużycie wody pitnej może dochodzić do 25% ceny kosztu własnego drożdży piekarniczych produkowanych konwencjonalnym sposobem zależnie od lokalnych regulacji. Ważne jest to, że oszczędność kosztów będzie tylko wzrastać w przyszłości, jako że jest oparta na oszczędzaniu zużycia energii i czystej (pitnej) wody, których zasoby jak się sądzi w przyszłości zmaleją i staną się droższe. Jako że w przyszłości będą również wzrastać wymagania dotyczące obróbki ścieków ze względu na wyższe wymagania co do czystości wody odprowadzanej do środowiska, to będą również rosły koszty związane z biologiczną obróbką ścieków. Zatem, sposób według wynalazku pomaga w unikaniu takiego wzrostu kosztów, który ma zasadniczy wpływ na produkcję drożdży piekarniczych.

Ponadto, opisany sposób przezwycięża problemy znane z literatury. Zatem, niespodziewanie stwierdzono, że produkt otrzymywany sposobem według wynalazku nie ma wady polegającej na małej aktywności gazowej powodowanej długim czasem trwania fermentacji przy małym tempie wzrostu drożdży. Nowa kompozycja drożdżowa wytworzona po zakończeniu fermentacji zgodnie ze sposobem według wynalazku jest wystarczająco aktywna, aby mogła być użyta w normalny sposób przez piekarza. Aktywność jest typowo większa niż 10 ml gazu wytworzonego przez 3 godziny przy ilości drożdży zawierającej 1mg azotu Kjeldahla w normalnym chudym cieście (patrz przykłady). Korzystnie aktywność gazowa takiej kompozycji drożdżowej jest porównywalna z aktywnością konwencjonalnego preparatu śmietanki drożdżowej.

Jeszcze inny problem, z którym można się zetknąć, wiąże się z zachowywaniem energii wymaganej do utrzymywania niepodzielności drożdży (Herbert, D. (1959); Recent progress in Microbiology (Tunevall, G. ed.) pp. 381; Pirt, S.J. (1965) Proc. R. Soc. Lond. Ser. B 163,224). Energia do wzrostu drożdży jest czerpana z substratu węglowego, lecz nie jest używana do przekształcania substratu węglowego w suchą masę drożdży, lecz zamiast tego jest używana do utrzymywania niepodzielności komórki drożdżowej (Tempest, D.W. and Neyssel, O.M. (1984) The status of VATP and maintenance energy as biologically interpretable phenomena. Ann. Rev. Microbiol. 38, 459-486).

PL 194 036B1

W szczególności komórka zawiera energię wymaganą do utrzymywania gradientu stężenia różnych soli między środowiskiem wewnątrzkomórkowym a pozakomórkowym. Wzrost stężenia biomasy w konwencjonalnym procesie z melasą jako substratem doprowadza do znacznego spadku wydajności. Taki spadek wydajności nie został stwierdzony z powodu unikania nadmiernych stężeń soli.

Dużą zaletę stanowi więc to, że specjalna śmietanka drożdżowa otrzymana tym sposobem zawiera w dużym stężeniu metabolity drożdży, które były wypłukiwane z konwencjonalnej śmietanki drożdżowej lub wcale nie były wytwarzane. Te metabolity zachowywane w produkcie zwiększają wartość pokarmową jak również smak i zapach w produktach wykonanych przy użyciu drożdży.

Należy podkreślić, że wynalazek rozciąga się nie tylko na specjalną śmietankę drożdżową wytwarzaną sposobem według wynalazku, lecz także na inne wyroby otrzymywane z takiej specjalnej śmietanki drożdżowej (np. bloki, drożdże granulowane, drożdże suszone aktywne instant), ciasta mączne zawierające takie preparaty drożdżowe i produkty wypiekane z nimi.

Przykłady

Składniki pokarmowe używane w procesie fermentacji

Źródło węgla

Jako źródło węgla może być stosowany 60% roztwór glukozy. Alternatywnie może być stosowany handlowy syrop cukrowy zawierający 58% suchej masy, w tym 47% glukozy, 0,1% fruktozy, 5% disacharydów, 2% trisacharydów 14% innych składników.

Źródło azotu

Jako źródło azotu można stosować 50% roztwór mocznika lub także 25% roztwór amoniaku lub mieszaninę 25% roztworu amoniaku oraz pewną ilość tryptonu oraz mieszaniny wybranych aminokwasów.

Źródło fosforanu

Jako źródło fosforanu najdogodniej jest stosować kwas fosforowy, lecz można używać także fosforan mono- lub diamonowy.

Sole, pierwiastki śladowe i witaminy

W przypadku stosowania substratów węglowych (do częściowego lub całkowitego zasilania fermentacji), które nie zawierają soli, pierwiastków śladowych lub witamin, zapotrzebowanie na nie powinno być uzupełnione. W literaturze są dostępne obszerne informacje na temat kompozycji pożywek wzrostowych. Kompozycja taka ogólnie biorąc zależy od szczepu drożdży i typu procesu, dla którego ma być przeznaczony do najmniejszego możliwego uzupełnienia w celu zaoszczędzenia kosztów.

Użyteczny dodatek na 1 kg równoważnika glukozy wynosi: 24 g K₂SO₄; 12 g MgSO₂₂7H₂O; 1,6 g CaCl/2H₂O; 25 mg witaminy B1; 1,25 mg witaminy B2; 95 mg witaminy B5; 12 mg witaminy B6; 0,5 mg biotyny; 5,8 mg kwasu p-amino-benzoesowego; 40 mg kwasu nikotynowego; 40 mg amidu kwasu nikotynowego; 1,44 g inozytolu; 1025 mg Fe(NH₄)₂(SO₄)₂OH₂O; 192 mg ZnSO₄7H₂O; 30 mg CuSO₄7H₂O; 17 mg MnSO<H₂O; 23 mg H₃BO₃; 23 mg Na₂MoO<2H₂O; 11 mg KI; 43 mg rybitolu.

Receptura fermentacji dodatki.

Stosując powyższe pożywki, fermentację można zaprojektować z następującymi dodatkami obliczonymi dla objętości końcowej 6 litrów: 55 g suchej masy drożdży matecznych; 2950 g równoważników glukozy; 125 g N, 44,5 g równoważników P2O5 z uzupełnieniem w postaci soli, pierwiastków śladowych i witamin objaśnionym powyżej.

Reguły zasilania

Zasilanie źródłem węgla prowadzi się w taki sposób, aby specyficzne tempo wzrostu wzrastało z 0,08 h^-1 do 0,21 h^-1 w ciągu 6 godzin trwania fermentacji. Od tego momentu szybkość zasilania źródłem węgla rośnie wykładniczo, dopóki nie zostanie osiągnięta maksymalna szybkość zasilania kadzi fermentacyjnej (zależna od maksymalnej wartości OTR w kadzi fermentacyjnej). Od tej chwili jest utrzymywana stała szybkość zasilania węglem, dopóki całkowita żądana ilość węgla nie zostanie dostarczona do kadzi fermentacyjnej. Wstandardowej kadzi fermentacyjnej zajmuje to zazwyczaj 40 -50 godzin fermentacji.

Zasilanie azotem prowadzi się we właściwej proporcji do zasilania węglem lub ze stałą szybkością aż do końca fermentacji. W razie potrzeby, zasilanie można przerwać wcześniej umożliwiając przez to wcześniejszy wzrost stężenia azotu w bulionie fermentacyjnym i zwiększenie przyswajania azotu przez szczepy drożdży, które tego wymagają.

PL 194 036B1

Inne parametry fermentacji

Utrzymuje się stałe pH 5,5 i stałą temperaturę 32°C. Napowietrzanie prowadzi się tak, aby stężenie rozpuszczonego tlenu wynosiło 2% wartości nasycenia lub więcej.

Fermentacja z etapem zatężania

Proces można realizować w niżej opisany sposób. Zasilanie kontynuuje się do 20 godzin, otrzymując w wyniku 12% suchej masy drożdży. Bulion fermentacyjny zatęża się następnie w rozdzielaczu uzyskując w ten sposób specjalną śmietankę drożdżową o zawartości 20% suchej masy drożdży i około 0,4 kg fazy wodnej. Tę fazę wodną używa się do następnej fermentacji jako fazę startową. Dodawanie składników pożywki, zwłaszcza soli, można zmniejszyć o ilości już występujące w fazie wodnej z rozdzielacza. W szeregu następnych fermentacji skład produktu specjalnej śmietanki drożdżowej będzie w równowadze z w przybliżeniu takim samym produktem jak produkt bez etapu rozdzielania.

Charakterystyka produktu

Skład pozakomórkowej fazy wodnej

Skład chemiczny drożdży jest bardzo podobny do składu normalnych drożdży piekarniczych. Osiągnięto zawartość 16% suchej masy. Skład pozakomórkowej fazy wodnej jest jednak wyraźnie inny, co można np. zobaczyć na widmie NMR nadsączu specjalnej śmietanki drożdżowej otrzymanej w sposób opisany w niniejszym przykładzie, przy użyciu oczyszczonej glukozy jako substratu węgla w procesie fermentacji trwającym 45 godzin. W przeciwieństwie do konwencjonalnej śmietanki drożdżowej stwierdzono, że poza innymi składnikami opisanymi powyżej ilość kwasu bursztynowego i polisacharydów była większa w produkcie według niniejszego wynalazku. Otrzymana wartość osmotyczna wynosiła 0,8 osmol/kg w przeciwieństwie do wartości osmotycznej 0,025 osmol/kg lub mniejszej dla standardowej śmietanki drożdżowej.

Test wydzielania gazu w cieście

W celu zbadania aktywności wydzielania gazu wykonano normalne chude ciasto. Licząc w stosunku do ilości mąki ciasto zawierało 55% wody, 2% soli i 0,45% suchej masy drożdży. Ciasto mieszano w typowy sposób, aby było prawidłowo przygotowane i następnie umieszczono w urządzeniu do mierzenia wytwarzania gazu takim jak urządzenie opisane przez Burrowsa i Harrisona (1959) w temperaturze 28°C i inkubowano przez 3 godziny. Ilość wytworzonego gazu przeliczono na ilość gazu otrzymywanego przy ilości drożdży zawierającej 1 mg azotu oznaczonej według Kjeldahla w okresie 3 godzin. Po przeliczeniu ilość gazu wynosiła 14 ml. Ilość gazu otrzymanego przy użyciu zwyczajnej śmietanki drożdżowej wynosi w tych warunkach 15 ml.

Claims

1. Kompozycja drożdży piekarniczych zawierająca komórkowy i pozakomórkowy składnik fazy wodnej uzyskiwana sposobem, w którym zapoczątkowuje się fermentację przez zasilanie drożdży matecznych odpowiednim niemelasowym źródłem węgla i źródłem azotu oraz innymi składnikami odżywczymi niezbędnymi do wzrostu drożdży, i kontynuuje się fermentację aż do osiągnięcia zawartości suchej masy drożdży w bulionie fermentacyjnym wynoszącej 10 - 22%, znamienna tym, że zawiera drożdże piekarnicze o zawartości 10 -22% suchej masy drożdżowej oraz pozakomórkową fazę zawierającą metabolity drożdży, związki organiczne i sole o stężeniu w zakresie od około 0,2 do 0,8 osmol/kg, przy czym szybkość zasilania niemelasowym węglem kontroluje się w taki sposób, aby stężenie alkoholu podczas fermentacji nie było wyższe niż 1%.

2. Sposób wytwarzania drożdżowego bulionu fermentacyjnego odpowiedniego do bezpośredniego stosowania jako kompozycja drożdży piekarniczych określona w zastrz. 1, znamienny tym, że zapoczątkowuje się fermentację przez zasilanie drożdży matecznych odpowiednim niemelasowym źródłem węgla i źródłem azotu oraz innymi składnikami odżywczymi niezbędnymi do wzrostu drożdży, i kontynuuje się fermentację aż do osiągnięcia zawartości suchej masy drożdży w bulionie fermentacyjnym wynoszącej 10 - 22%, korzystnie 13 -22%, a korzystniej 16 - 22%.

PL 194 036B1

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że drożdże mateczne zasila się odpowiednim niemelasowym źródłem węgla z początkową szybkością umożliwiającą rozpoczęcie wzrostu drożdży, a następnie zwiększa się szybkość zasilania niemelasowym źródłem węgla, aż do osiągnięcia maksymalnej szybkości zasilania źródłem węgla, przy czym jednocześnie utrzymuje się stężenie alkoholu nie wyższe niż 1% w temperaturze 20- 45°C oraz pH 3 - 8.

4. Sposób według zastrz. 2, albo 3, znamienny tym, że fermentację kontynuuje się aż do uzyskania zawartości suchej masy drożdży w bulionie fermentacyjnym wynoszącej 10 - 22%, albo przez utrzymywanie maksymalnej szybkości zasilania źródłem węgla albo przez utrzymywanie tej szybkości zasilania przez okres, po którym następuje zmniejszenie szybkości zasilania źródłem węgla do osiągnięcia zużycia trudnofermentowalnego substratu węglowego i/lub alkoholu.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że fermentację prowadzi się w czasie wynoszącym powyżej 20 godzin.

6. Sposób według zastrz. 2, albo 3, znamienny tym, że właściwe tempo wzrostu drożdży pod -1 koniec fermentacji wynosi poniżej 0,05 h^-1 w czasie co najmniej 5 godzin.

7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że bulion fermentacyjny zatęża się dodatkowo do zawartości 16 - 22% suchej masy.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że fazę wodną powstającą w wyniku zatężania używa się do następnej fermentacji.

9. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dodaje się dodatkowo środek stabilizujący otrzymując preparat drożdżowy nadający się do bezpośredniego użycia jako stabilizowana śmietanka drożdżowa.

10. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dodatkowo wytwarza się drożdże blokowe lub granulowane albo też suszy się otrzymując drożdże suszone aktywne lub drożdże suszone instant.

11. Ciasto z mąki zawierające mąkę, wodę i drożdże piekarnicze, znamienne tym, że jako drożdże piekarnicze zawiera kompozycję drożdżową jak określono w zastrz. 1.

12. Produkt piekarniczy, znamienny tym, że jest otrzymywany z ciasta jak określono w zastrz. 11.

13. Zastosowanie kompozycji drożdżowej jak określono w zastrz. 1, do wytwarzania ciasta z mąki jak określono w zastrz. 11 i/lub produktu piekarniczego jak określono w zastrz. 12.

14. Zastosowanie kompozycji jak określono w zastrz. 1 do wytwarzania śmietanki drożdżowej o zawartości suchej masy drożdży 16-22%.

15. Zastosowanie kompozycji jak określono w zastrz. 1 do wytwarzania drożdży prasowanych o zawartości suchej masy drożdży 26-38%.

16. Zastosowanie kompozycji jak określono w zastrz. 1 do wytwarzania drożdży suszonych lub drożdży suszonych aktywnych o zawartości suchej masy drożdży 90-98%.