SU1117319A1 - Термотолерантный штамм дрожжей @ @ @ @ ,используемый дл сбраживани крахмалсодержащего сырь при производстве этилового спирта и способ сбраживани крахмалсодержащего сырь при производстве этилового спирта - Google Patents

Abstract

1. Термотолерантный штамм дрожжей Saccharorayces cerevisiae раса ВП (коллекци  культур промьшшенных микроорганизмов Всесоюзного научноисследовательского института генетики и селекции микроорганизмов, коллекционный номер ЦМПМ У-408), используемый дл  сбраживани  крахмалсодержащего сырь  при производстве этилового спирта. 2. Способ сбраживани  крахмалсодержащего сырь  при производстве этилового спирта, предусматривающий приготовление посевной культуры, подготовку питательной среды путем смешивани  крахмалсодержащего сьфь  с необходимыми дл  дрожжей сол ми - карбамидом и диаммонийфосфатом, дрожжегенерацию , осахаривание и передачу дрожжевой культуры из сусла концентрацией 17-19% сухих веществ в.головной ферментер батареи с последовательным перемещением непрерьшно-поточным методом и притоком осахаренного сусла, (Л отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  стерильности процесса , ускорени  процесса сбражива§ ни  путем поддержани  посто нным оптимального дл  размножени  дрожжей соотношени  азота к сбраживаемым yi- леводам, в качестве посевной культуры используют термотолерантный штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae раса ВП, в процессе дрожжегенерации осу ществл ют адаптацию этого штамма к со услови м сбраживани  путем трехступенчатого пересева его на осахаренсо ное сусло концентрацией 17-19% сухих веществ с постепенным повьш1ением температуры от 22 до 28с, от 28 до , от 30 до 32 С, при этом карбамид раздел ют на две части в соотношении 1:4, большую из которых ввод т в осахаренное сусло перед первой ступенью пересева, а меньшую - на Лаг-фазу процесса брожени  совместно с притоком осахаренного сусла.

Description

Изобретение относитс  к спиртовой промьшшенности и представл ет собой термотолерантный штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae раса ВП дл  сбраживани  крахмалсодержащего сырь  в спиртовой отрасли и способ сбраживани  крахмалсодержащего сырь .

Известен термотолерантный штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae рас К-81, используемый дл  обслуживани  крахмалсодержащего сырь  при производстве спирта l} .

Недостатком этого штамма  вл етс  его неспособность сбраживать высококонцентрированное сусло (17-19% СВ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  штамм Saccharomyces cerevisiae раса ХП, сбраживающий высококонцентрированное сусло 2 .

Недостатком известного штамма  вл етс  то, что он не термотолерантньй и уже при температуре выше 32. С происходит автолиз, что ведет к инфицированию среды посторонними микро организмами и к потер м спирта.

Известны способы сбраживани  крахмалсодержащего сырь  при производстве спирта, предусматривающие введение дрожжей и сбраживание зерно-кар .тофельного сусла непрерывно-поточным методом 3j .

Наиболее близким тех гическим решением к предлагаемому  вл етс  способ сбраживани  крахмалсодержащего сырь  при производстве этилового спирта, предусматривающий приготовление посевной культуры, подготовку питательной среды путем смешивани  крахмалсодержащего сырь  с необходимыми дл  дрожжей сол ми - карбамидом и диаммонийфосфатом, дрожжегенерацию осахаривание и передачу дрожжевой культуры и сусла концентрацией 1719% СВ в головной ферментер батареи с последовательным перемещением непррывно-поточным методом и притоком осхаренного сусла 4j .

Недостатком известного способа  вл етс  то, что процесс брожени  протекает при температуре не вьшзе , при повышении же температуры происходит значительный автолиз дрожжевых клеток и инфицирование среды. Так как нарушаетс  в процессе брожеки  оптимальное сбалансированное питание по азоту и углеводам, дрожжи тер ют свою активность, что в сочетании с инфицированием среды приводит к значительным потер м в выходе спирта. Уже после 48 ч сбраживани  нет резервов дл  удлинени  процесса и получени  дополнительного выхода спирта. Наступает инфицирование среды и потер  дрожжами бродильной активности .

Целью изобретени   вл етс  получение термотолерантного штамма дрожжей , способного сбраживать высококонцентрированное сусло при повьщ1енных температурах, обеспечение стерильности процесса, ускорение процесса сбраживани  путем поддержани  посто нным оптимального дл  размножени  дрожжей соотношени  азота к сбраживаемым углеводам.

Предлагаемый штамм выделен из производственных дрожжей и адаптирован к высоким концентраци м сухих веществ в сусле.

Селекци  проводилась в два этапа. Первый этап заключалс  в вьщелении расы дрожжей из производства, способной сбраживать сырье при повьш1енной температуре (34-36 С). Дл  этого примен ема  на заводе культура дрожжей рассеивалась в виде колоний на суслоагар и выращивалась при 34-36°С. Колонии , отличающиес  от исходной расы дрожжей, провер лись на способность сбраживать углеводы.

На втором этапе селекции был применен метод адаптации термотолерантной расы к высоким концентраци м сухих веществ. Путем еженедельного пересева термотоларантной расыиз среды с повьшгенной концентрацией сухих веществ и рассева дрожжей в виде колоний на сусло-агар была отобрана раса, отличительной чертой которой была способность при 34-36 С сбраживать сусло с высокой концентрацией сухих веществ (до 20%).

Штамм хранитс  в коллекции музе  культур промышленных микроорганизмов Всесоюзного научно-исследовательского института генетики и селекции, коллекционный номер У-408.

Предлагаемый штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae раса ВП имеет следующие морфологические и культуральные признаки.

Морфологические признаки. Дрожжевые клетки овальной или  йцевидной формы. Размер клеток 7,5x5,9 мкм Размножение почкованием. Форма дрожжевых клеток, выращенных на суслоагаре в течение 26-28 ч при 32-34 С,  йцевидна , овальна , редко встречаютс  клетки выт нутой формы.

Гигантска  колони  10-суточной j культуры на сусло-агаре. Форма колонии: кругла . Размер колонии: 26-28 мм в диаметре. Характер кра : крупнолопастной с радиальной исч рченностьюJO Поверхность: тускла . В центре колонии выпуклый валик неправильной формы с морщинистой поверхностью .

Цвет колонии: белый с кремоватой се- 15 рединой. Профиль колонии: в центре выпуклый.

Штрих на сусло-агаре. Рост: мощный, плотный.

арактер кра : мелкофестончатый. 20 Профиль: выпукльй. Цвет, штриха - тусклобелый.

Рост по уходу в сусло-агар. Рост по длине укола, утолщающийс  кверху. .25

Форма укола: бугриста . Разжижени  не наблюдаетс . Питательна  среда пронизана пузырьками газа.

Физиологические признаки. зо Оптимум температуры роста 34/36 С.

Отношение к источникам углерода. Усваивает глюкозу, галактозу, сахарозу , мальтозу. Слабо ассимилирует ксилозу, арабинозу. Не усваивает мал, декстрины, мелибиозу.

Отношение к источникам азота. Хорошо ассимилирует мочевину, пептон, дрожжевой автолизат, азотнокислый и хлористый аммоний, азотнокислый ка- 0 ЛИЙ, кальций, нат1)ий. Не потребл ет сернокисльш аммоний. Факультативный анаэроб.

Дл  достижени  поставленной цели по способу сбраживани  крахмалсодер- 5 жащего сырь  при производстве этилового спирта, предусматривающему приготовление посевной культуры, подготовку питательной среды путем смешивани  крахмалсодержащего сырь  с не- 50 обходимыми дл  дрожжей сол ми - карбамидом и диаммонийфосфатом, дрожжегенерацию , осахаривание и передачу дрожжевой культуры и сусла концентрацией 17-19% сухих веществ в голов- 55 ной ферментер батареи с последовательным перемещением непрерывно-поточным методом и притоком осахаренного сусла , в качестве посевной культуры используют термотолерантный штамм дрожжей Saccharomyfees cerevisiae раса ВП, а в процессе дрожжегенерации осуществл ют адаптацию этого штамма к уело-. ВИЯМ сбраживани  путем трехступенчатого пересева его на осахаренное сусло концентрацией 17-19% сухих веществ с постепенным повьш1ением температуры от 22 до 28°С, от 28 до 30°С и от 30 до 32 С, при этом карбамид раздел ют на две части в соотношении 1:4, большую из которых ввод т в осахаренное сусло перед первой ступенью пере сева , а меньшую - на лаг-фазу процесса брожени  совместно с притоком осахаренного сусла.

Предлагаемьш способ осуществл етс  следующим, способом.

Культуру Saccharomyces cerevisiae раса ВП выращивают на сусло-агаре в пробирках, хран т культуру, затем пересевают на свежую питательную среду - сусло-агар.

Затем осуществл ют разведение чистой культуры путем ее последовательного пересева.

Полученные засевные дрожжи адаптируют к повьш енной температуре сбраживани , осуществл   последовательный пересев в три ступени на осахаренное высококонцентрированное tycno с постепенным повьш1ением температуры от 22 до 28°С, от 28 до и от 30 до 32°С.

Карбамид раздел ют на две части в соотношении 1:4 и ввод т соответственно в осахаренное сусло перед первой ступенью адаптации и на лагфазу в процессе брожени  совместно с притоком дрожжей и осахаренного сусла.

Соотношение усво емого азота к сбраживаемым углеводам на прот жении всего процесса брожени  поддерживают равным 1:200.

Брожение ведут непрерывно-поточным методом.

;v

Пример 1. Культуру Sacch. erevisiae раса ВП вьфащивают на усло-агаре с содержанием 7% СВ в робирках при 32 С в течение 24 ч. ран т культуру при в течение ,5 мес. По истечении указанного рока дл  сохранени  бродильной акивности культуру пересеивают на вежую питательную среду - сусло-агар.

511

Затем осуществл ют разведение .чистой культуры путем последовательного пересева из пробирки с культурой в колбу, содержащую 0,5 л стерильного сусла. Сусло приготавливаетс  из измельченного солода (на 1 кг солода расходуетс  0,7 л воды), осахариваетс  при 58 С в течение 2 ч. Концентраци  его должна составл ть 12° по сахарометру ,

Колбу с суслом и дрожжами помещают в термостат при , Через 20 ч брод щее дрожжевое сусло переливают ;в бутыль с 5 л стерильного такого же сусла, подкисленного до 0,8д. Бутыль с суслом помещают в термостат 30 С при отброде, равном 5 по сахарометру , переливают содержимое в маточник с 5 дал сусла концентрацией 10 по сахарометру, подкисленное до OjE,

Дл  разведени  дрожжей в маточнике используют нефильтрованное сусло, приготовленное следующим образом.

Дл  приготовлени  1 дал дрожжевого сусла расходуетс  1,3 кг ржаной . муки и 1,9 кг измельченного зеленого солода. Муку смешивают с водой при 30°С. Смесь выдерживают при в течение часа, расхолаживают до 60С после чего заливаетс  дробленый солод . Осзхаривание продолжаетс  1 ч при 58°С и 1,5 ч при 65 С. Затем сусло вцп.ерживаетс  при 80 С в течение 30 мин, охлаждаетс  до 50 С и подкисл етс  до 0,75° -серной кислотой. .

Засевные дрожжи из бутыли в маточник задаютс  в объеме 10% при 30 С. :Из маточника дрожжи передают дл  последующего размножени  в дрожжанки.

Характеристика зрелых дрожжей представлена в табл. 1, динамика накоплени  дрожжевых клеток - в табл. 2.

Пример 2, Полученные по г примеру 1 засевные дрожжи адаптируют к повышенной температуре сбраживаии , осуществл   пересев в три стуiieini на сусло, приготовленное из из .мельченной пшеницы. Дл  получени  сусла пшеницу измельчают, смешивают с- водой гз соотношении 1:2,8 до концентрации 18% СВ, осахаривают смесью солодов в течение 2 ч.

В осахаренное сусло задают диаммоиипфосфат в ко;п1честве 150 г и карбамид п количестве 560 г на 1 м/сусла, поромешивают, пастеризуют в течение 20 мин при 80 С, подкисл ют до рН 3,6-3,8, охлаждают до температуры

19

1-й стадии адаптации 22-С, засевают на эту среду дрожжи в количестве 10/: к объему осахаренного сусла и сбраживают в течение 18 ч, поддержива  температуру брожени  до 28 С. Затем вновь аналогичным образом готов т сусло, ввод т дрожжи в количестве . 10% к объему сусла и сбраживают в течение 16 ч , поддержива  температуру 28-30°С (за счет тепла, выдел емого при сбраживании). Аналогично осуществл ют 3-ю стадию адаптации в течение 16 ч, поддержива  температуру 30-32 С

Отношение азота к углеводам устанавливают оптимальным дл  дрожжей, равным 1:200, при введении карбамида на стадии дрожжегенерации.

С 3-ей стадии адаптированные к производственным услови м дрожжи пересевают в три дрожжанки на сусло, приготовленное указанным способом.

Через 14 ч сбраживани  производственные дрожжи из 3-х дрожжанок передают в головной ферментер батареи. Сбраживание осуществл ют в ферментере емкостью 100 м при скорости притока сусла 12 м в час и подачи дрожжей - 30 м совместно с карбамидом, .который задают в количестве 140 г на 1 м сусла дл  поддержани  соотношени  азота к сбраживаемым углеводам равным, как уже доказьшалось, 1:200 Температура подаваемого сусла на брожение 30 С. Брожение ведут непрерывно-поточным методом в течение 60 ч при температуре на стадии главного брожени  до 38°С. Выход спирта равен 65,5 дал из 1 т крахмала.

Технологические показатели зрелой бражки представлены в табл. 3.

Осуществление процесса достигаетс  использованием термотолерантного штамма дрожжей и введением карбамида в два приема - на стадии дрожжегенерации и в начальной стадии процесса брожени . I

При использовании термотолерантного штамма сохран етс  жизнеде тельность дрожжей при высоких температурах . В этом случае не происходит значительный автолиз дрожжевых клеток, сохран етс  их бродильна  активность и тем самым ингибируетс  развитие посторонней микрофлоры.

Этот эффект, направленный на сохранение жизнеде тельности и высокой активности дрожжей, еш.е более усиливаетс  введением и поддержанием сба1117

лансированного питани  по азоту и yi- леводам. Азот необходим дл  создани  белков,дрожжевой клетки, включа  структурные белки, вход щие в состав оболочки клетки, оболочки спор, и 5 структурные элементы внутренних частиц клетки, и дл  создани  всей ферментной системы клетки.

Углеводы необходимы дл  дыхани  клетки, биосинтеза белков в тех слу- fO ча х, когда нет необходимых аминокислот .

Из карбамида дрожжей образуют один из необходимых дл  их развити  витаминов - биотин.15

Максимально возможна  скорость размножени  дрожжей достигаетс  лишь при об зательной и строгой сбалансированности процессов анаболизма и катаболизма . Скорость размножени  дрожжей на 20 богатых питательных средах в значительной степени зависит от сбалансированного источника питани .

Внутриклеточна  концентраци  азо тистыхи углеводных соединений возрас- 25 тает в лаг-период весьма существенно, поэтому важно ввести источник азота именно в две фазы на стадии активного размножени  дрожжей и в период лаг-фазы, когда молодые клетки уже . Q потребили часть питательных веществ и его надо восполнить, чтобы соотноКонтроль

19 . 8 шение азота к углеводу было посто нным и равным 1:200.

После лаг-фйзы жизнеде тельность дрожжей протекает в посто нных установившихс  услови х, начинаетс  процесс биосинтеза спирта и это соотношение уже остаетс  посто нным.

Если давать карбамид лишь на стадии дрожжегенерации, Td это приведет к увеличению в среде источника азота и энергии при отсутствии сбалансированности по углеводу, что отрицательно вли ет на физиологическое состо ние клетки. Оптимальным  вл етс  соотношение 1:200, так как выше или ниже этих пределов неиспользованна  на процессы размножени  клеток энерги  рассеиваетс  в виде тепла и аккумулируетс  в запасных и недоокисленных продуктах метаболизма.

Преимущества предлагаемого технического решени  по сравнению с, известным представлены в табл. А.

Таким образом, предлагаемые штамм и способ позвол ют сбраживать высококонцентрированное сусло при повышенных температурах, обеспечить стерильность процесса, ускорить процесс сбраживани  путем поддержани  посто нным соотношени  азота к сбраживаемым углеводам .

Таблица 1

Средние результаты 27 22 11,0 19.6 28,5 19.7 0,0 0,8 0,4 0,4

10

1117319 Продолжение табл. 1

13

Процесс протекает при температуре не вьппе Повышение температуры приводит к инфицированию , так как дрожжи не термотолерантны и подвергаютс  автолизу Примечание. так как идет нарастание ни  выхода.

14 Таблица

1117319

64,7 дал/т

48 ч крахмала Дальнейшее увеличение времени сбраживани  невозможно, кислотности и потер  спирта. Нет резервов дл  увеличе

Claims (2)

1. Термотолерантный штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae раса ВП (коллекция культур промышленных микроорганизмов Всесоюзного научноисследовательского института генетики и селекции микроорганизмов, коллекционный номер ЦМПМ У-408), используемый для сбраживания крахмалсодер жащего сырья при производстве этилового спирта.

2. Способ сбраживания крахмалсодержащего сырья при производстве этилового спирта, предусматривающий приготовление посевной культуры, подготовку питательной среды путем смеши вания крахмалсодержащего сырья с необходимыми для дрожжей солями - карбамидом и диаммонийфосфатом, дрожжеге нерацию, осахаривание и передачу дрож жевой культуры из сусла концентрацией 17-19% сухих веществ в,головной ферментер батареи с последовательным перемещением непрерывно-поточным методом и притоком осахаренного сусла, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стерильности процесса, ускорения процесса сбражива ния путем поддержания постоянным on- £ тимального для размножения дрожжей соотношения азота к сбраживаемым углеводам, в качестве посевной культуры используют термотолерантный штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae раса ВП, в процессе дрожжегенерации осу ществляют адаптацию этого штамма к условиям сбраживания путем трехсту пенчатого пересева его на осахаренное сусло концентрацией 17-19% сухих веществ>с постепенным повышением температуры от 22 до 28°С, от 28 до ЗО^С, от 30 до 32 С, при этом карбамид разделяют на две части в соотношении 1:4, большую из которых вводят в осахаренное сусло перед первой ступенью пересева, а меньшую - на Лаг-фазу процесса брожения совместно с прито

П17319 ком осахаренного сусла.