ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae, используемый для получения спирта

Классы МПК:C12N1/16 дрожжи; питательные среды для них
C12P7/06 этанол (как химический продукт)
C12R1/865 Saccharomyces cerevisiae
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-05-11
публикация патента:

Изобретение относится к биотехнологии. Штамм Saccharomyces cerevisiae № 8 Спиртовой (8-С), обладающий высокой генеративной активностью, депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) под регистрационным номером ВКПМ В-3855 и может быть использован при производстве спирта. Изобретение позволяет повысить выход спирта и снизить образование побочных продуктов. 3 табл., 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2492229

штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae, используемый для получения   спирта, патент № 2492229 штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae, используемый для получения   спирта, патент № 2492229

Изобретение относится к спиртовой промышленности и представляет собой новый штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae В - 3855, используемый для производства спирта.

В производстве спирта из мелассы дрожжи должны обладать высокой бродильной энергией с анаэробным типом дыхания, переносить большую концентрацию солей и сухих веществ, быть устойчивыми к продуктам обмена посторонних микроорганизмов.

В производстве спирта из мелассы применяются различные штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae и среди них наиболее распространенной является производственная раса Я, с хорошими технологическими свойствами [1, 2] - аналог. Однако, эта раса имеет сравнительно невысокую генеративную активность, обладает повышенной потребностью к стимуляторам роста, чувствительностью к вредным примесям мелассной среды. В морфологическом отношении штамм неоднороден по величине и форме, с наличием в популяции удлиненных клеток, имеющих замедленную скорость роста, более длительное время генерации по сравнению с овальными клетками.

Известно также, что традиционной средой для выращивания дрожжей S. cerevisiae, используемых в спиртовой промышленности является мелассная питательная среда. Создание современных прогрессивных технологий пищевого спирта диктует необходимость получения физиологически активных рас дрожжей, обеспечивающих эффективное сбраживание концентрированного мелассного сусла. Нами установлено, что минеральные и органические вещества геотермальной воды нефенольного класса можно рассматривать как новый источник питания дрожжей. Установлено также, что интенсификация синтеза этанола на 25% и значительное снижение весьма нежелательных примесных соединений с использованием штамма S. cerevisiae Y-503 обусловлены возможностью изменения метаболизма дрожжей на основе влияния биологически активных веществ геотермальной воды [3, 4]. В связи с этим, новый штамм получают на мелассной питательной среде, где в качестве минерального и органического питания используют геотермальную воду нефенольного класса с общей минерализацией 5.2-5.4 г/л, разбавленную водопроводной водой до минерализации 4.0-5.2 г/л. Наличие таких важных минеральных веществ, необходимых для жизнедеятельности живых организмов, как K, Na, Mg, Ca, Fe, Mn, а также борная, кремниевая кислоты, органические вещества, в частности, гумусовые, являющиеся стимуляторами мембранных перестроек в живой клетке, создают благоприятные условия в среде культивирования для выращивания дрожжевых организмов.

Задачей изобретения является создание стабильного штамма спиртовых дрожжей для эффективного сбраживания мелассной питательной среды с использованием геотермальной воды нефенольного класса с концентрацией углеводов 21.0 г / 100 см3, способного сохранять спиртоустойчивость, высокие биохимические и технологические свойства в результате селекции при длительном пассажировании его на твердых и жидких средах. Технический результат направлен на повышение выхода спирта.

Предлагаемый штамм дрожжей имеет следующую характеристику. Морфолого-культуральные признаки. Клетки в суточной культуре на мелассной питательной среде с геотермальной водой (МПСГВ) имеют округло-овальную форму, размером 6-8×11-13 мкм; на МПСГВ + агар - овальная, яйцевидная, размером 6-7×11-12 мкм. Культура размножается вегетативным путем, образует сумки со спорами (среда Городковой, гипсовые блоки, голодный агар). Микроколонии на МПСГВ + агар - округлые, гладкие, слегка блестящие с ровным краем, размером 4-7 мм, палевого цвета. Макроколонии (20-ти суточная)- округлой формы, размером 2.9×2.7 см, поверхность радиально исчерченная с концентрическими кругами, слегка блестящая, светло-палевая, край волнистый, профиль слегка выпуклый с небольшими конусом, структура однородная, консистенция мажущаяся (рис.1,2).

Физиолого-биохимические признаки. Штамм S. cerevisiae В - 3855 полностью сбраживает: глюкозу, фруктозу, сахарозу, лактозу, мальтозу, раффинозу, простые декстрины; не сбраживает и не усваивает лактозу и инулин. Усваивает уксусную, молочную, не усваивает янтарную, яблочную, винную, лимонную кислоты [5]. Сбраживает высококонцентрированные рассиропки с содержанием углеводов 21.0 г / 100 см3, синтезируя 12.4 об.% спирта. Оптимальная температура роста 20-30°С, однако может расти и при температуре 32-33°С. Оптимальными значениями рН среды являются 4.5-5.5.

Предлагаемый штамм S. cerevisiae В - 3855 хранится в ВКПМ ГНИИгенетика под коллекционным номером В - 3855 и в дрожжевой коллекции Прикаспийского института биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН г.Махачкала. Пример получения штамма.

Исходной культурой для получения штамма S. cerevisiae В - 3855 служил штамм S. cerevisiae Y-503 [4]. Для получения дрожжей с требуемыми свойствами была проведена адаптация штамма S.cerevisiae Y-503 к мелассной питательной среде с геотермальной среднеминерализованной, сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатной натриевой водой из скважины № 26 Махачкалинского месторождения. По мере воздействия состава питательной среды микроорганизмы адекватно изменились, что привело к возникновению новых форм. При этом немаловажное значение имела и частота пересевов на свежие среды.

На первом этапе исследований из отдельных многочисленных микроколоний (95), путем поиска полезных морфофизиологических свойств был проведен скрининг активных популяций исследуемых рас. В результате было выделено 6 монокультур путем рассева отобранных клонов на питательные среды с повышенной концентрацией сухих веществ. Наблюдения за динамикой брожения всех культур выявили идентичность выделения углекислого газа в течении первых 24 ч после инокуляции. Значительный рост бродильной активности проявился на 3-8-е сутки, который в большей мере отмечен у 3-х вариантов. На втором этапе адаптированную дрожжевую суспензию высевали на плотную мелассную питательную среду с геотермальной водой. Каждая выросшая колония отсевалась на скошенное агаризированное мелассное сусло. На всех этапах исследования осуществлялся контроль за функциональной морфологией дрожжевых клеток. Наблюдения велись за скоростью и характером почкования, ростом, размножением, формой и величиной клеток. Из них наибольшей бродильной способностью, лучшими морфофизиологическими свойствами обладала культура В - 3855. Концентрация этанола в бражке увеличилась и составила 12.4 об %. Сравнительное исследование динамики сбраживания мелассного сусла с концентрацией углеводов 21.0 г / 100 см3 селекционным штаммом В - 3855, исходным Y-503 и промышленным - Я, показали перспективность использования отобранного штамма.

Предлагаемый штамм хранится на скошенном МПСГВ+агар в холодильнике при температуре 0±6°С.

Пример использования штамма.

Выращивание дрожжей с использованием предлагаемого штамма S. cerevisiae В - 3855 осуществляют в течение 72 ч глубинным методом в периодическом режиме в анаэробных условиях в лабораторной установке при температуре 30°С±1, рН 5.0 на мелассной питательной среде с геотермальной водой (МПСГВ) и содержанием углеводов 21.0 г / 100 см3 следующего состава (г/л):

- меласса 488.74

- гидроортофосфат аммония 2.58

- геотермальная вода с минерализацией 4.0-4.2 г/л с определенным качественным и количественным составом необходимым для выращивания дрожжей остальное

К мелассе добавляют разбавленную водопроводной водой геотермальную воду до содержания в среде углеводов 21.0 г/100 см3, гидроортофосфат аммония - 2.58 г/л, концентрированную серную кислоту, для достижения в среде рН 5.0, из расчета 0.4-0.6 мл на 100 г мелассы. Содержимое хорошо перемешивают. Стерильную питательную среду разливают по 1.5 л. в сосуды вместимостью 3 л., затем засевают вегетативной культурой указанного штамма в количестве 150 мл. из дрожжевой суспензии последней стадии адаптации на МПСГВ, 1 мл которой содержится 95.6 млн/мл клеток. В качестве пеногасителя используют структол 0.1 мл/1.5 л среды. По окончании 72-х часового эксперимента дрожжи отделяют от культуральной жидкости центрифугированием (5000g, 15 мин) на лабораторной стационарной центрифуге ЦЛС-344.2. По завершению эксперимента в сброженном субстрате определены остаточный сахар, накопление спирта и содержание примесных соединений. Наибольшее количество спирта отмечено в образце S. cerevisiae В - 3855 при минимальном содержании остаточного сахара (табл.1).

Усвоение раффинозы данной культурой (предлагаемый штамм) происходит в большей степени, чем исходным S. cerevisiae Y-503 и производственной расой Я (на 1/3), что обусловлено активацией фермента штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae, используемый для получения   спирта, патент № 2492229 -галактозидазы, катализирующего сбраживание этого углевода. Видимо, органические компоненты геотермальной воды (гуминовые кислоты), влияя на коллоиднохимические свойства протоплазмы и эффективность использования клеткой из питательной среды биологически активных веществ, усиливают тем самым ферментативную активность живой клетки.

Установлено, что опытный вариант имеет более высокий уровень активности штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae, используемый для получения   спирта, патент № 2492229 -фруктофуранозидазы, который проявляется с первых минут брожения. Обнаружено, что уровень активности альдолазы у штамма S. cerevisiae В - 3855 превышает показатели исходного и контрольного на 6 и 25% соответственно. Ключевым веществом анаэробного расщепления глюкозы и метаболизма Сахаров является пировиноградная кислота, разложение которой на ацетальдегид и СО2 катализируется пируватдекарбоксилазой. Полученные данные позволяют говорить о более высокой активности фермента в опытной живой биомассе на 27 и 37% по сравнению с исходной культурой и контролем. Заключительный этап брожения катализирует алкогольдегидрогеназа, восстанавливающая ацетальдегид до этанола. Активность данного фермента в клетках опытного варианта S. cerevisiae В - 3855 намного превышает данный показатель у исходного и контрольного (табл.2).

Анализ хроматограмм летучих примесей выявил идентичный качественный состав, причем штамм S. cerevisiae В - 3855 отличался количеством синтезируемых побочных метаболитов - 30.18% меньше по сравнению с S. cerevisiae Y-503, что является результатом изменения регуляторных функций клетки (табл.3). Так, S. cerevisiae В - 3855 синтезирует ацетальдегида почти вдвое меньше, чем штамм S. cerevisiae Y-503. Ацетон (на 29.16% меньше в опыте) может служить необходимым продуктом для образования высших спиртов, что нежелательно для получения основного продукта - этанола. С использованием культуры S. cerevisiae В - 3855 спирты: пропанол-1, изобутанол, бутанол-1, изоамилол и гексанол обнаружены в значительно меньшем количестве по сравнению со штаммом Y-503 (8518.24:10947.20 мг/дм3, опыт: исходный). В большей степени присутствие пропанола-1 и изоамилола в контроле на 30 и 14%, соответственно, ухудшает технологическую характеристику субстрата с приобретенным сивушным запахом. Увеличение концентрации кротональдегида, как сильного лакриматора, в контроле на 40% сообщает горечь, ухудшает пробу спирта на окисляемость. Содержание фенилалкоголя и бензальдегида - гликозида с запахом горького миндаля, превышает пороговые концентрации в субстратах, но с использованием культуры S. cerevisiae В - 3855 они меньше на 19.5% и 32.9% соответственно. Очевидно, положительные результаты исследований обусловлены биохимическими изменениями в клетке в результате проведенной адаптации и селекции к соответствующим условиям культивирования.

Таким образом, использование штамма дрожжей S.cerevisiae В - 3855, способного сбраживать мелассное сусло с концентрацией углеводов 21.0 г/100 см3, позволит интенсифицировать технологический процесс получения спирта до 12.4 об.%, снизить на 30% образование побочных метаболитов.

Библиография

1. Маринченко В.А., Метюгиев Б.Д., Щвец В.Н. Технология спирта из мелассы // Издательское объединение «Вища школа», Киев. 1975. С.75-153.

2. Микелов А.Н., Соболев Э.М., Боярский В.М. Бродильная способность рас дрожжей // Известия вузов. Пищ. технол. 1995. № 5, 6. С.14-16.

3. Патент РФ № 2329302 Способ сбраживания мелассного сусла / Ш.А.Абрамов, Э.А.Халилова // Б.И. 2008. № 20.

4. А.с СССР № 1284998 Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae Y-503, используемый в производстве хлебобулочных изделий / Ш.А.Абрамов, С.Ц.Котенко, Б.И.Далгатова, А.Т.Маммаев // Б.И. 1986, № 3.

5. Кудрявцев В.И. Систематика дрожжей. М.: Из-во АНСССР.1954, 212 с.

штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae, используемый для получения   спирта, патент № 2492229

Таблица № 2
Культура Ферменты(Е/мг)
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae, используемый для получения   спирта, патент № 2492229 -фруктофура нозидазаАльдолаза Пируватдекар боксилаза Алкогольдегид рогеназа
S.cerevisiae Y-503 (исходный)29.3±1.96 0.33±0.0315.2±1.19 0.55±0.05
S.cerevisiae В - 3855 (опыт)33.4±1.59 0.38±0.0218.1±1.30 0.74±0.06
S.cerevisiae Я (контроль)27.4±1.78 0.26±0.0212.3±1.15 0.45±0.03

Таблица 3
Продукт броженияЕдиница измерения Мелассная питательная среда с геотермальной водой
Штамм Saccharomyces cerevisiae В - 3855Штамм Saccharomyces cerevisiae Y-503
1. Ацетальдегид мг/дм32318.74 4637.48
2. Ацетон =55.95 78.98
3. Этилацетат =26.9554.67
4. Пропанол-1 =3700.845253.26
5. Изобутанол =1116.521299.47
6. Бутанол-1 =100.42122.44
7. Изоамилол =3593.684244.99
8. Гексанол =6.7827.04
9. Кротональдегид =27.2868.47
10. Фенилалкоголь =580.33720.88
11. Бензальдегид =62.8193.62
Сумма примесных соединений =11590.316601.3

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae ВКПМ В - 3855, используемый для получения спирта.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2492229

patent-2492229.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C12N1/16 дрожжи; питательные среды для них

Патенты РФ в классе C12N1/16:
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae imb y-5031 для производства хересных виноматериалов -  патент 2529838 (27.09.2014)
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae imb y-5030 для производства белых столовых вин -  патент 2529834 (27.09.2014)
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae imb y-5032 для производства красных столовых виноматериалов -  патент 2529833 (27.09.2014)
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae imb y-5029 для производства десертных вин -  патент 2529832 (27.09.2014)
способ культивирования дрожжей phaffia rhodozyma для получения кормовой добавки, содержащей астаксантин -  патент 2529715 (27.09.2014)
модифицированная дрожжевая двугибридная система для эффективного исследования взаимодействия между белками и их доменами. -  патент 2529356 (27.09.2014)
способ культивирования хлебопекарных дрожжей -  патент 2528872 (20.09.2014)
способ получения препарата для профилактики инфекций пищеварительного тракта у сельскохозяйственной птицы и препарат, полученный способом -  патент 2528747 (20.09.2014)
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae для производства шампанского -  патент 2526493 (20.08.2014)
применение штамма дрожжей komagataella pastoris в качестве реципиента для конструирования продуцентов целевого белка -  патент 2522479 (20.07.2014)

Класс C12P7/06 этанол (как химический продукт)

Патенты РФ в классе C12P7/06:
способ получения этанола в процессе ферментации -  патент 2529371 (27.09.2014)
способ дезагрегирования и декристаллизации целлюлозного материала и продукт, полученный указанным способом -  патент 2525140 (10.08.2014)
способ производства этилового спирта из зернового сырья -  патент 2525131 (10.08.2014)
разжиженная биомасса, способ ее получения, ее применение и способ ее сбраживания -  патент 2521514 (27.06.2014)
способ подготовки зернового сырья к сбраживанию -  патент 2509806 (20.03.2014)
способ получения спирта -  патент 2506312 (10.02.2014)
солнечная установка для выработки спирта и сопутствующих материалов -  патент 2505520 (27.01.2014)
способ производства этилового спирта и устройство для его осуществления -  патент 2502804 (27.12.2013)
периодический способ производства спирта и кожухотрубный струйно-инжекционный аппарат, используемый при осуществлении способа -  патент 2499050 (20.11.2013)
способ получения этанола -  патент 2495936 (20.10.2013)

Класс C12R1/865 Saccharomyces cerevisiae

Патенты РФ в классе C12R1/865:
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae для производства шампанского -  патент 2526493 (20.08.2014)
гибридный белок, обладающий пролонгированным действием, на основе рекомбинантного интерферона альфа-2 человека (варианты), способ его получения и штамм saccharomyces cerevisiae для осуществления этого способа (варианты) -  патент 2515913 (20.05.2014)
способ биосорбционной очистки воды от ионов тяжелых металлов с помощью дрожжей saccharomyces cerevisiae -  патент 2509734 (20.03.2014)
способ получения комплексного кормового препарата с продуцентом лизина на основе corynebacterium glutamicum -  патент 2499829 (27.11.2013)
способ выделения и очистки рекомбинантного гормона роста человека, секретируемого дрожжами saccharomyces cerevisiae -  патент 2492177 (10.09.2013)
дрожжи saccharomyces cerevisiae, используемые в качестве пробиотика, и композиция на их основе -  патент 2490324 (20.08.2013)
способ микробиологического синтеза секретируемого соматотропина человека и штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae - продуцент секретируемого соматотропина человека -  патент 2460795 (10.09.2012)
дрожжевой экстракт -  патент 2449010 (27.04.2012)
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae вкпм y-3414, адаптированный к культивированию на молочной подсырной сыворотке -  патент 2445359 (20.03.2012)
штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae вкпм y-3415 - продуцент этилового спирта -  патент 2445356 (20.03.2012)


Наверх