RU2039813C1 - Strain of yeast saccharomyces cerevisiae meyen for production of baking yeast and ethanol on molasses - Google Patents

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: after fermentation molasses and after separating yeast ready mash which contains 7.28-7.47 vol of alcohol and pressed yeast having concentration 33.5-35.8 g/l are prepared. EFFECT: improves quality of desired products. 2 tbl

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к спирто-дрожжевой промышленности, и представляет собой новый штамм дрожжей, который может быть использован для микробиологического синтеза этилового спирта с одновременным получением прессованных хлебопекарных дрожжей с улучшенными качественными показателями: мальтазной активностью 60-90 мин и повышенным содержанием трегалозы 14-18%
Известен применяемый в промышленности на мелассно-спиртовых заводах для получения хлебопекарных дрожжей гибридный штамм дрожжей У-563.The invention relates to the food industry, in particular to the alcohol-yeast industry, and is a new strain of yeast that can be used for microbiological synthesis of ethyl alcohol with simultaneous production of compressed baking yeast with improved quality indicators: maltase activity of 60-90 min and high content trehalose 14-18%
Known used in industry in molasses-alcohol plants for baking yeast hybrid yeast strain U-563.

Недостаток известного штамма низкая мальтазная активность, которая не позволяет использовать хлебопекарные дрожжи в новых ускоренных технологиях тестоведения, для которых дрожжи должны обладать мальтазной активностью не менее 60-90 мин. The disadvantage of the known strain is low maltase activity, which does not allow the use of baker's yeast in new accelerated technologies for testing, for which the yeast must have maltase activity for at least 60-90 minutes.

Известен также штамм дрожжей гибрид 112, обладающий мальтазной активностью, который используется в смешанной культуре со спиртовой расой В для ферментации мелассы с одновременным получением этанола и прессованных дрожжей (хлебопекарных). Also known is a strain of yeast hybrid 112, having maltase activity, which is used in a mixed culture with alcohol race B for fermentation of molasses with the simultaneous production of ethanol and compressed yeast (baking).

Недостатком известной смешанной культуры 112 и расы В является то, что в готовой продукции прессованных дрожжей мальтазная активность достигает 100-120 мин, что недостаточно для современных требований в новых ускоренных технологиях хлебопечения. Недостатком является также усложнение технологического процесса, связанного с необходимостью раздельного ведения двух культур со смешиванием их в анаэробной стадии технологического процесса двупродуктового производства, а также низкое содержание трегалозы в биомассе. The disadvantage of the well-known mixed culture of 112 and race B is that in the finished product of pressed yeast, the maltase activity reaches 100-120 min, which is not enough for modern requirements in new accelerated bakery technologies. The disadvantage is the complication of the technological process associated with the need for separate management of two cultures with mixing them in the anaerobic stage of the technological process of double-product production, as well as the low trehalose content in biomass.

Результаты патентного поиска показали, в мировой практике не имеется аналогов штаммов дрожжей, предназначенных для анаэробной ферментации мелассы с одновременным получением этанола и хлебопекарных дрожжей, обладающих высокой мальтазной активностью и содержащих трегалозу в биомассе в количестве 12% и выше в пересчете на СВ. The results of a patent search showed that in world practice there are no analogues of yeast strains intended for anaerobic fermentation of molasses with the simultaneous production of ethanol and baker's yeast with high maltase activity and containing trehalose in biomass in an amount of 12% and higher in terms of CB.

Цель изобретения селекция нового штамма дрожжей, позволяющего при ферментации мелассы синтезировать этанол с одновременным получением хлебопекарных дрожжей с улучшенными показателями качества: мальтазной активностью 60-90 мин и содержанием трегалозы к СВ 14-18%
Поставленная цель достигается гибридизацией дрожжевых культур с определенными свойствами, получением триплоидных гибридов с последующей селекцией нового штамма по продуктивным и экономическим критериям.The purpose of the invention is the selection of a new strain of yeast, allowing the fermentation of molasses to synthesize ethanol with the simultaneous production of baker's yeast with improved quality indicators: maltase activity 60-90 min and trehalose content to SW 14-18%
This goal is achieved by hybridization of yeast cultures with certain properties, obtaining triploid hybrids, followed by selection of a new strain according to productive and economic criteria.

Штамм дрожжей 314 (ВКПМ У-1330) триплоидный гибрид, получен методом копуляции клеток родительских штаммов, отличающихся по типам спаривания, с применением генетических маркеров и селективных сред. Родительскими культурами являются диплоидный осмофильный штамм вида Saccharomyces cerevisiae М-5, от которого получен мутант с дыхательной недостаточностью и штамм 1109-22а his, мутантный по гистидиновому локусу и с высокой мальтазной активностью гаплоидный сегрегант производственной линии хлебопекарных дрожжей. Yeast strain 314 (VKPM U-1330) is a triploid hybrid obtained by copying cells of parental strains that differ in type of mating using genetic markers and selective media. Parent cultures are diploid osmophilic strain of the species Saccharomyces cerevisiae M-5, from which a mutant with respiratory failure and strain 1109-22a his, a mutant at the histidine locus and with high maltase activity, a haploid segregant of the bakery yeast production line were obtained.

От одного из родителей гибрид наследовал повышенную генеративную активность, спиртоустойчивость, высокие экономические показатели продуктивности при анаэробной ферментации мелассы, от другого родителя улучшенные хлебопекарные свойства, активный ферментный зимазный и мальтазный комплексы, способность синтезировать в клетке трегалозу, являющуюся одним из условий сохранения физиологической активности при обезвоживании. From one of the parents, the hybrid inherited increased generative activity, alcohol resistance, high economic productivity indicators during anaerobic fermentation of molasses, from the other parent improved baking properties, active enzyme zymase and maltase complexes, the ability to synthesize trehalose in the cell, which is one of the conditions for maintaining physiological activity during dehydration .

С полученным таким образом триплоидным гибридом проведена селекционная работа по продуктивным и экономическим критериям. With the triploid hybrid thus obtained, breeding was carried out according to productive and economic criteria.

Гибрид 314 (ВКПМ У-1330) обладает высокой генеративной активностью, хорошими бродильными свойствами, экономичностью использования мелассы, увеличенным размером клеток, что по технологическим и продуктивным свойствам не отличает его от триплоидного гибрида У-563. Однако новый триплоидный гибрид 314 (ВКПМ У-1330) отличается от производственного штамм У-563 лучшими хлебопекарными свойствами, высокой мальтазной активностью (60-90 мин), что позволяет использовать его в новых ускоренных безопарных технологиях тестоведения. В отличие от смеси культур расы В и Г-112 заявляемый штамм характеризуется более высокой мальтазной активностью (60-90 мин) и повышенным содержанием трегалозы (14-18% к СВ) дрожжевых клеток. Hybrid 314 (VKPM U-1330) has high generative activity, good fermentation properties, economical use of molasses, increased cell size, which does not distinguish it from the triploid hybrid U-563 in technological and productive properties. However, the new triploid hybrid 314 (VKPM U-1330) differs from the production strain U-563 in its better baking properties and high maltase activity (60-90 min), which makes it possible to use it in new accelerated unpaired test research technologies. In contrast to a mixture of cultures of race B and G-112, the claimed strain is characterized by a higher maltase activity (60-90 min) and an increased content of trehalose (14-18% of SV) of yeast cells.

Вышеуказанное позволяет считать, что заявляемый новый штамм дрожжей У-1330 соответствует критериям "существенные отличия" и "новизна". The above allows us to assume that the claimed new strain of yeast U-1330 meets the criteria of "significant differences" and "novelty."

Полученный гибридный штамм дрожжей 314 (ВКПМ У-1330) имеет следующие морфологические и физиологические признаки. The obtained hybrid strain of yeast 314 (VKPM U-1330) has the following morphological and physiological characteristics.

Морфологические признаки. Размер вегетативных клеток после 24 ч роста при 30^оС на солодовом сусле крепости 8% СВ составляет 9,3 ±0,71 х 7,4 ± 0,76 мкм (средний). Форма клеток преобладает овальная и яйцевидная; вегетативное размножение почкованием. На ацетатной среде на 5-ые сутки образуется не менее 50% асков, спор в аске от 1 до 4, асков с 4 спорами не менее 70% Форма спор круглая, размер от 3,5 мкм до 5 мкм в зависимости от плоидности.Morphological signs. Size vegetative cells after 24 hours of growth at ³⁰ ° C on malt wort fortress 8% MC was 0.71 ± 9.3 x 7.4 ± 0.76 mm (average). The shape of the cells is dominated by oval and ovoid; vegetative propagation by budding. On the 5th day, on acetate day, at least 50% of ascites are formed, spores in the ascus are from 1 to 4, ascus with 4 spores are not less than 70%. The shape of the spores is round, size from 3.5 microns to 5 microns, depending on ploidy.

Культуральные признаки. Клетки штамма активно сбраживают солодовое сусло плотностью 8% СВ на первые сутки, на 4-5 сутки на стенке пробирки образуется кольцо, поверхность среды чистая, на дне обильный осадок белого цвета. Cultural signs. The cells of the strain actively ferment malt wort with a density of 8% CB on the first day, a ring forms on the tube wall for 4-5 days, the surface of the medium is clean, and a heavy white precipitate at the bottom.

На полной органической агаpизованной среде при 30^оС клетки штамма образуют колонии круглые, гладкие, белого, чуть кремового цвета, с ровным краем, хорошо выпуклые, через 96 ч роста достигают 5-6 мм в диаметре (посев на чашку Петри 10 см в диаметре около 50 клеток).At full agapizovannoy organic medium at 30 ^{° C} the strain cells form colonies are round, smooth, white, slightly creamy, with a smooth edge, convex well, after 96 hours of growth reached 5-6 mm in diameter (for seeding Petri dish 10 cm in diameter about 50 cells).

На мелассной агаризованной среде (меласса 7% СВ, рН 5,5-6,0) при тех же условиях роста колонии вырастают круглые, гладкие, слегка кремовые, с гладким краем, середина сферически выпуклая. On molasses agar medium (molasses 7% CB, pH 5.5-6.0), under the same growth conditions, the colonies grow round, smooth, slightly creamy, with a smooth edge, the middle is spherically convex.

Физиологические признаки. Факультативный анаэроб. Оптимум роста при 30^оС. Желатину не разжижает, крахмал не сбраживает.Physiological signs. Optional anaerobic. The optimum growth at 30 ^about C. Gelatin does not dilute, starch does not ferment.

Отношение к сахарам: сбраживает глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, галактозу, раффинозу на 1/3; не сбраживает ксилозу, лактозу, инулин, арабинозу. Attitude to sugars: ferments glucose, fructose, sucrose, maltose, galactose, raffinose by 1/3; does not ferment xylose, lactose, inulin, arabinose.

Отношение к спиртам: усваивает глицерин, этанол; не усваивает маннит, дульцит, сорбит. Attitude to alcohols: assimilates glycerin, ethanol; does not absorb mannitol, dulcite, sorbitol.

Отношение к кислотам: усваивает уксусную и молочные кислоты; не усваивает янтарной, яблочной, винной и лимонной кислот. Attitude to acids: assimilates acetic and lactic acids; does not absorb succinic, malic, tartaric and citric acids.

Без источников азота в среде не размножаются, усваивают неорганический азот. Without sources of nitrogen, they do not multiply in the environment, inorganic nitrogen is absorbed.

Клетки штамма чувствительны к нистатину и циклогексимиду, практически не чувствительны к бактериальным антибиотикам. The cells of the strain are sensitive to nystatin and cycloheximide, practically insensitive to bacterial antibiotics.

Технологические свойства. Клетки штамма сбраживают мелассное сусло с содержанием сухих веществ 20-22% синтезируют этанол до 7-8 об. и биомассу в количестве 3,5-5,0 кг/дал спирта, которая используется для получения прессованных хлебопекарных дрожжей, соответствующих по качественным показателям ГОСТу 171-81. Дрожжи содержат активный мальтазный комплекс, сбраживающий 5% -ный раствор мальтозы (в приборе Елецкого) за 60-90 мин и содержат трегалозу в количестве 12-18% к сухим веществам биомассы. Technological properties. The cells of the strain ferment molasses wort with a solids content of 20-22% synthesize ethanol to 7-8 vol. and biomass in the amount of 3.5-5.0 kg / dal of alcohol, which is used to produce pressed baker's yeast, corresponding to quality indicators GOST 171-81. Yeast contains an active maltase complex fermenting a 5% solution of maltose (in the Yeletsky device) for 60-90 minutes and contains trehalose in an amount of 12-18% of dry matter biomass.

Штамм характеризуется высокой генеративной активностью на аэробной стадии дрожжегенерирования, равной 0,30-0,32 ч^-1. Большие размеры клеток придают штамму хорошие технологические свойства на стадии выделения и прессования.The strain is characterized by high generative activity at the aerobic stage of yeast generation, equal to 0.30-0.32 h ^-1 . Large cell sizes give the strain good technological properties at the stage of isolation and pressing.

П р и м е р. Оценка производственно-ценных качеств штамма ВКПМ У-1330 дрожжей проводилась на стендовой установке, состоящей из дрожжегенератора с рабочим объемом 1 л и батареи ферментеров, стоящих из четырех сосудов с общим рабочим объемом 8 л. Скорость обмена батареи (аэробной стадии и анаэробной ферментации) при непрерывном процессе сбраживания составляла 24 ч. PRI me R. The production-valuable qualities of the VKPM U-1330 yeast strain were evaluated on a bench installation consisting of a yeast generator with a working volume of 1 l and a battery of fermenters consisting of four vessels with a total working volume of 8 l. The exchange rate of the battery (aerobic stage and anaerobic fermentation) during the continuous fermentation process was 24 hours.

Ферментация мелассы проводилась по усовершенствованной однопоточной схеме брожения, соответствующей регламентным нормам. При ферментации мелассы использовалась одна партия мелассы со следующими показателями: массовая доля сухих веществ 79,9; рН 6,4; прямая поляризация 45,25; инверсионная поляризация 16,25; инвертный сахар 0,827; массовая доля сбраживаемых сахаров 47,03; доброкачественность 56,6. Fermentation of molasses was carried out according to an improved single-line fermentation scheme that meets regulatory standards. When fermenting molasses, one batch of molasses was used with the following indicators: mass fraction of solids 79.9; pH 6.4; direct polarization 45.25; inverse polarization 16.25; invert sugar 0.827; mass fraction of fermentable sugars 47.03; purity 56.6.

Концентрация мелассной рассиропки при непрерывном процессе составляла 19,7-20,5% с содержанием сахара 125,0-128,2 г/л. The concentration of molasses grinding in a continuous process was 19.7-20.5% with a sugar content of 125.0-128.2 g / l.

Для дрожжегенерирования (аэробной стадии) вводили дрожжи У-1330 (заявляемый штамм), У-563 (прототип), Г-112 в смеси с расой В (аналог). For yeast generation (aerobic stage), yeast U-1330 (the claimed strain), U-563 (prototype), G-112 was introduced in a mixture with race B (analogue).

После анаэробного сбраживания из зрелой бражки на вакуум-фильтрах получали прессованные дрожжи и определяли их качественные показатели по ГОСТ 171-81, а также мальтазную активность и содержание трегалозы. After anaerobic digestion, matured mash on vacuum filters obtained compressed yeast and determined their quality indicators according to GOST 171-81, as well as maltase activity and trehalose content.

Зрелую бражку перегоняли, в дистиллятах определяли концентрацию спирта пикнометрическим методом, в бражке определяли несброженные сахара колориметрическим методом с применением резорцина. The mature mash was distilled, the alcohol concentration in the distillates was determined by the pycnometric method, the non-fermented sugars were determined in the mash by the colorimetric method using resorcinol.

Наряду с технологическими показателями рассчитывали также следующие характеристики процесса:
количество спирта, синтезированного в опыте, об. и Р₁ г/л;
количество биомассы, синтезированной при ферментации, в пересчете на 75% влажности и в виде абсолютно сухой биомассы (Р₂, г/л);
общее количество целевых продуктов (Р=Р₁+Р₂, г/л)
количество сахара, использованного в процессе синтеза спирта и хлебопекарных дрожжей, г/л (S_o-S_t);
экономический коэффициент биосинтеза суммы целевых продуктов, рассчитанный на введенный и использованный сахар (V_soи V

).Along with technological indicators, the following process characteristics were also calculated:
the amount of alcohol synthesized in the experiment, vol. and P ₁ g / l;
the amount of biomass synthesized during fermentation, in terms of 75% humidity and in the form of absolutely dry biomass (P ₂ , g / l);
the total number of target products (P = P ₁ + P ₂ , g / l)
the amount of sugar used in the synthesis of alcohol and baker's yeast, g / l (S _o -S _t );
economic coefficient of biosynthesis of the sum of the target products, calculated on the introduced and used sugar (V _so and V

)

Концентрация сбраживаемого сусла составляла во всех опытах 19,6 -4 20,5% СВ, и в среднем была одинакова во всех вариантах опытов с разными штаммами дрожжей. The concentration of fermented wort in all experiments was 19.6 -4 to 20.5% SV, and on average it was the same in all variants of experiments with different strains of yeast.

Техно-химические показатели анаэробной ферментации мелассы с получением этанола и хлебопекаарных дрожжей приведены в табл. 1. Techno-chemical indicators of anaerobic fermentation of molasses to produce ethanol and baker's yeast are given in table. 1.

При использовании засевных дрожжей нового типа У-1330 получена зрелая бражка с содержанием спиpта 7,28-7,47 об. (57,44-58,91 г/л) и прессованные хлебопекарные дрожжи в пересчете на 75% влажности 33,5-35,8 г/л. По отношению к синтезированному этанолу выход хлебопекарных дрожжей составил 4,6-4,8 кг/дал. По общей продуктивности целевого продукта, этанола г/л + биомассы, АСБ г/л, который для заявляемого штамма составило 65,81-67,86 г/л, новый штамм не уступает известным промышленным штаммам У-563 и смешанной культуре гибрида 112 с рамой В. Экономический коэффициент синтеза совокупного целевого продукта на введенный сахар составил у заявляемого штамма У-1330 52,65% -52,93% у штамма-прототипа У-563 52,30%-52,52% у смеси штаммов Г-112 + раса В (аналог) 51,93-52,10% что свидетельствует о хороших продуктивных качествах нового штамма для двупродуктовой технологии анаэробной ферментации мелассы. Using sowing yeast of the new type U-1330, a mature mash was obtained with an alcohol content of 7.28-7.47 vol. (57.44-58.91 g / l) and pressed baking yeast in terms of 75% humidity 33.5-35.8 g / l. In relation to the synthesized ethanol, the yield of baker's yeast was 4.6-4.8 kg / dal. The total productivity of the target product, ethanol g / l + biomass, ASB g / l, which for the claimed strain was 65.81-67.86 g / l, the new strain is not inferior to the known industrial strains U-563 and mixed culture hybrid 112 s frame B. The economic synthesis coefficient of the total target product for the introduced sugar was 52.65% -52.93% for the inventive strain U-1330, 52.30% -52.52% for the prototype strain U-563, and a mixture of strains G-112 + race B (analogue) 51.93-52.10% which indicates the good productive qualities of the new strain for two-product technology of anaerobic farms ntatsii molasses.

Показатели качества хлебопекарных дрожжей приведены в табл. 2. Качество хлебопекарных дрожжей, полученных с применением нового штамма У-1330, соответствовало ГОСТу 117-81. Quality indicators of baking yeast are given in table. 2. The quality of baker's yeast obtained using the new strain U-1330, consistent with GOST 117-81.

Преимущество нового штамма У-1330 по сравнению с известными У-563 и Г-112 + раса В, состоящее в улучшении качества хлебопекарных дрожжей (высокая мальтазная активность: по прибору Елецкого 57-89 мин, по двум подъемам теста 65-82 мин), сочетается с высоким содержанием трегалозы (12-18% к СВ биомассы). The advantage of the new strain U-1330 compared to the known U-563 and G-112 + race B, consisting in improving the quality of baker's yeast (high maltase activity: for Eletsky device 57-89 min, two rises of the test 65-82 min), Combined with a high content of trehalose (12-18% of NE biomass).

Высокая ферментативная, в том числе мальтазная, активность и высокое содержание трегалозы в биомассе, полученной в двупродуктовом производстве после анаэробной ферментации мелассы, являются отличительными признаками нового штамма. High enzymatic, including maltase, activity and high trehalose content in biomass obtained in the double-product production after anaerobic fermentation of molasses are the hallmarks of the new strain.

Таким образом, новый триплоидный гибрид У-1330 позволяет в двупродуктовой технологии ферментации мелассы получить этанол и хлебопекарные дрожжи с экономичностью синтеза целевых продуктов на уровне известных промышленных штаммов, но с улучшенными показателями качества, высокой мальтазной активностью не менее 60-90 мин и высоким содержанием трегалозы в биомассе 12-18% к СВ. Thus, the new triploid hybrid U-1330 makes it possible to obtain ethanol and baker's yeast in a two-product molasses fermentation technology with the economical synthesis of target products at the level of known industrial strains, but with improved quality indicators, high maltase activity of at least 60-90 min and a high trehalose content in biomass 12-18% of NE.

Сопоставительный анализ с прототипом и аналогом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого научно-технического решения критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype and analogue allows us to conclude that the proposed scientific and technical solutions meet the criterion of "novelty."

Claims (1)

Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae, Meyen, ВКПМ-1330 для получения хлебопекарных дрожжей и этанола на мелассе. The strain of yeast Saccharomyces cerevisiae, Meyen, VKPM-1330 to obtain baking yeast and ethanol in molasses.

Images