способ выращивания хлебопекарных дрожжей на творожной молочной сыворотке

Формула изобретения

Способ выращивания хлебопекарных дрожжей на творожной молочной сыворотке, включающий осветление сыворотки, фильтрацию, стерилизацию, внесение в нее ферментного препарата с бета-галактозидазной активностью, внесение инокулята дрожжей, культивирование и отделение целевого продукта, отличающийся тем, что стерилизацию проводят после внесения ферментативного препарата путем мембранной фильтрации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микробиологической, молочной и хлебопекарной промышленности и касается процесса, в котором для получения пекарских дрожжей в качестве ростовой среды используется творожная молочная сыворотка, обработанная ферментом -галактозидазой грибного происхождения.

Молочная сыворотка, получаемая как побочный продукт при производстве кисломолочных творожных изделий, чаще всего не находит своего применения. Основные компоненты кислой молочной сыворотки представлены углеводом лактозой (в среднем 4% ), белками (1% ), молочной кислотой (1%) (М.В.Залашко "Биотехнология переработки молочной сыворотки", М. ВО Агропромиздат, 1990). Показатель биологического потребления кислорода (Б. П. К.) для сыворотки достаточно высок (для 1 литра сыворотки потребляется 50 г кислорода), и поэтому слив сыворотки в канализацию сильно загрязняет окружающую среду. Одним из способов утилизации молочной сыворотки является использование ее в качестве ростовой среды для различных микроорганизмов. Этот подход вдвойне выгоден, так как помимо получения биомассы микроорганизмов, позволяет уменьшить показатель Б. П. К. поскольку при своем росте микроорганизмы утилизируют лактозу, молочную кислоту и белки, т.е. именно те компоненты, которые в основном потребляют кислород при своем окислении.

С целью обогащения кислой творожной молочной сыворотки белковым компонентом были разработаны способы выращивания различных видов дрожжей: Candida pseudotropicalis (а.с. СССР N 1701742, А1 от 17.10.89), Kluyveromyces fragilis (патент США N 4165389 от 21.08.79), Saccharomyces fragilis (патент США N 4211789 от 8.07.80), Torulopsis candida, Candida humicola (М.В.Залашко, "Биотехнология переработки молочной сыворотки", М, ВО Агропромиздат, 1990). Все эти виды дрожжей растут на кислой молочной сыворотке, так как они способны усваивать лактозу. Однако представляющие интерес для пищевой промышленности хлебопекарные дрожжи не могут расти на лактозе, так как в них отсутствует фермент b-галактозидаза. Для того, чтобы молочная сыворотка могла быть использована для роста хлебопекарных дрожжей, дисахарид лактозу расщепляют (гидролизуют) на моносахара глюкозу и галактозу путем обработки сыворотки ферментом b-галактозидазой.

За счет накопления молочной кислоты показатель pH творожной молочной сыворотки регистрируют в пределах 4,5-5,5. При кислых значениях pH среды активны лишь избранные b-галактозидазы и среди них, в основном, b-галактозидазы мицелиальных грибов. Известен способ получения хлебопекарных дрожжей на кислой молочной сыворотке, включающий гидролиз лактозы с помощью грибной b-галактозидазы (патент США N 4192918 от 11.03.80). Этот способ включает в себя операции:

а) осветление сыворотки от частичек белка;

б) ультрафильтрация сыворотки;

в) ферментативный гидролиз лактозы b-галактозидазой;

г) стерилизация;

д) добавка солей, витаминов, доведение pH;

е) внесение инокулята дрожжей;

ж) ферментация;

з) отделение дрожжей.

Способ позволяет получать 130-150 г дрожжей стандартной 70% влажности на галлон обработанной сыворотки (т. е. 40 г на литр). Этот способ получения хлебопекарных дрожжей на кислой молочной сыворотке рассматривают в качестве прототипа. К недостаткам прототипа можно отнести низкий выход дрожжей на единицу объема обработанной сыворотки и технологическую сложность, требующую проведения большого числа отдельных и растянутых во время операций.

Цель изобретения разработка более простого и эффективного способа получения хлебопекарных дрожжей на творожной сыворотке с более высоким выходом продукта. Цель достигают тем, что способ осуществляют по схеме, включающей следующую последовательность операций:

1. осветление сыворотки;

2. добавление ферментного препарата с b-галактозидазной активностью;

3. проведение мембранной стерилизующей фильтрации;

4. внесение инокулята хлебопекарных дрожжей;

5. осуществление процесса ферментации дрожжей;

6. отделение биомассы дрожжей.

Подробно разберем отличия заявляемого способа от способа-прототипа, касаясь отдельных технологических операций.

1. Осветление сыворотки проводят как в заявляемом способе, так и в способе-прототипе.

2. Операция ультрафильтрации имеет место в способе-прототипе, но отсутствует в заявляемом способе, где b-галактозидазу добавляют непосредственно к нестерильной сыворотке. Это позволяет использовать для роста дрожжей не только сахара, но и не задерживаемые при ультрафильтрации низкомолекулярные вещества.

3. Добавление ферментного препарата с b-галактозидазной активностью осуществляют в обоих способах.

4. Ферментный гидролиз лактозы для глюкозы и галактозы под действием b-галактозидазы в способе-прототипе осуществляют как отдельную операцию. Процесс ведут до тех пор, пока гидролиз лактозы пройдет не менее чем на 80% В заявляемом способе гидролиз лактозы в отдельную операцию не выделяют, а способ осуществляют так, что гидролиз лактозы и рост дрожжей происходят одновременно.

5. После гидролиза лактозы в способе-прототипе осуществляют стерилизацию путем воздействия высокой температурой. В заявляемом способе такая стерилизация не применяется, вместо нее после добавления препарата с b-галактозидазой осуществляют мембранную стерилизующую фильтрацию. Использование стерилизующей фильтрации без нагревания позволяет сохранить сывороточные белки, которые благодаря протеолитической активности, обычно содержащейся в промышленных препаратах b-галактозидазы, могут быть утилизированы при росте дрожжей.

6. Добавление солей и витаминов, а также доведение pH, осуществляемые в способе-пpототипе, не нужны в заявляемом способе, т.к. его проводят в более мягких условиях стерилизации, что позволяет лучше сохранить питательные компоненты, имеющиеся в творожной молочной сыворотке.

7. Внесение инокулята хлебопекарных дрожжей осуществляют как в прототипе, так и в заявляемом способе, но в способе-прототипе инокулят вносят в сыворотку, где лактоза на 80% гидролизована, а в заявляемом способе инокулят вносят практически одновременно с внесением препарата b-галактозидазы и, таким образом, рост дрожжей и гидролиз лактозы происходят одновременно.

8. Осуществление процесса ферментации дрожжей происходит в способе-прототипе в условиях предварительного гидролиза лактозы. Общая концентрация сахаров может достигать 4% Такая концентрация сахара является избыточной для получения биомассы дрожжей, т.к. известно, что при концентрации сахара более 2% его избыток превращается в спирт, что отрицательно сказывается на выходе конечного продукта.

В заявляемом способе благодаря тому, что инокулят дрожжей вносят практически одновременно с препаратом b-галактозидазы рост дрожжей и гидролиз лактозы происходят одновременно. При этом дрожжи получают столько сахара, сколько могут употребить для построения клеток и накопления биомассы (П.М. Мальцев "Технология бродильных производств. Гл.8. Производство хлебопекарных дрожжей", М. Пищепромиздат, 1960).

9. Отделение биомассы дрожжей осуществляют в обоих способах. Выход конечного продукта биомассы хлебопекарных дрожжей в заявляемом способе (66 г/л) в 1,5 раза больше, чем в способе-прототипе (40 г/л).

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Питательную среду для роста дрожжей готовят из кислой творожной молочной сыворотки. Молочную сыворотку, полученную из сырной ванны, осветляют на сепараторе. Далее к ней добавляют препарат лактоканесцин из расчета 1 ед. b-галактозидазной активности на 1 мл сыворотки (за 1 ед. принимается количество фермента, которое расщепляет 1 мкмоль субстрата О-нитрофенил-b-галактопиранозида (ОНФГ) за 1 мин при 30^oС). Сыворотку вместе с добавленным ферментом подвергают стерилизующей фильтрации и переносят в ферментер. Инокулят хлебопекарные дрожжи добавляют до титра 5х10⁶ клеток мл. Выращивание дрожжей и одновременный гидролиз лактозы проводят при 30^oС, pH 4,5-5,5, pO₂ 40% в течение 24 ч. Выход биомассы дрожжей 70%-ной влажности составляет 60 г/л среды. Полученные дрожжи обладают следующими хлебопекарными качествами: зимазная активность 39 мин, мальтазная активность 62 мин, подъемная сила 52 мин.

Пример 2. То же, что и в примере 1, но вместо препарата лактоканесцина используют культуральную жидкость мицелиального гриба Penicillium canescens

продуцента фермента b-галактозидазы. Штамм гриба Penicillium canescens F-420 выращивают на среде следующего состава (вес.): свекловичный жом 3% белково-витаминный концентрат (БВК) 5% калий фосфорнокислый однозамещенный 2,5% Культуральную жидкость освобождают от нерастворимых частиц среды и мицелия гриба центрифугированием или фильтрованием и измеряют b-галактозидазную активность. К сыворотке перед добавлением инокулята вносят культуральную жидкость до 1 ед/мл b-галактозидазной активности, или 2% от объема. Сыворотку вместе с добавленным ферментом подвергают стерилизующей фильтрации и переносят в ферментер. Условия ферментации такие же, как в примере 1. Выход дрожжей составляет 66 г/л.

Все вышеизложенное показывает, что заявляемый способ выгодно отличается от способа-прототипа благодаря более высокому (в 1,5 раза) выходу конечного продукта, а также сокращению затрат энергии и времени на операции гидролиза лактозы и стерилизации сыворотки.