способ получения сухих активных дрожжей для пищевой промышленности

Формула изобретения

1. Способ получения сухих активных дрожжей для пищевой промышленности, предусматривающий получение чистой культуры с последующим ее выращиванием воздушно-приточным методом при подаче углеродсодержащей среды и аэрации и сушку биомассы, отличающийся тем, что в качестве источника углерода при культивировании дрожжей используют отходы крахмалопаточного производства в виде гидролизованного ферментами крахмала, на стадии выдерживания в среду добавляют ауторегуляторный фактор, а сушку осуществляют распылением в осушенном теплоносителе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ауторегуляторного фактора используют тирозол в количестве 0,0005-0,025% от сухой массы дрожжей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед сушкой осуществляют сепарирование и/или промывку биомассы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника углерода дополнительно используют мелассу и/или солодовое сусло.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве осушенного теплоносителя используют воздух при температуре не выше 70С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству активных сухих дрожжей для спиртового, пивоваренного и винодельческого производств, а также для хлебопечения и получения кваса и сидра.

Производство активных сухих дрожжей (АСД) для различных отраслей пищевой промышленности достаточно подробно описано в научной (Селихатова Н.М., Чунина Е.П., Ожегова Е.И., Кочкина И.Б. Технология производства сушеных дрожжей. М. : Пищевая промышленность, 1976, 126 стр.; Kreuz R. Die Industrielle Herstellung von Treekenrinzuechthefen fur die Weinbereitung/Der Deutseche Weinbau, 1991, 20, s.785-787) и патентной литературе (А.С. СССР 207189, С 12 N 1/16, 1967; А.С. СССР 602542, С 12 N 1/18, 1978; А.С. СССР 1730141, С 12 N 1/18, 1992; А. С. СССР 1751198, С 12 N 1/18, 1992; патент США 3.843.800, 426/18, 1974; патент США 5716654, 426/62, 1998; патент Германии 2515029, С 12 С 11/32, 1978 и др.)

В описанных способах начальные стадии производства АСД (постепенное наращивание в лабораторных условиях биомассы засевных дрожжей, которые затем используют для инокуляции в ферментере, где периодическим способом при умеренной аэрации наращивают материал для засева основного дрожжерастильного аппарата), практически не отличаются от известных способов получения обычных дрожжевых разводок для производства пива (Технологическая инструкция по производству солода и пива, М. , 1985), спирта (А.С. СССР 566872, С 12 N 1/16, 1977), шампанского (Технологическая инструкция по культивированию дрожжей в производстве шампанского, М, 1978), кваса (Производство кваса, М.: Пищевая промышленность, 1982, 214 стр.), сидра (Технологическая инструкция по производству сидра и пива, М. 1985), плодово-ягодных вин (Справочник по виноделию. Под ред. Г.Г. Вапуйко, В.Т. Колоры. Симферополь: Таврида, 2000, 624 стр.).

Следующую стадию культивирования при получении АСД обычно называют товарной и проводят в два (реже в три) этапа. Главными ее особенностями являются выращивание дрожжей при усиленной аэрации и непрерывном притоке питательной среды, содержащей источники углеводов, макро- и микроэлементов и витаминов. Эта стадия широко используется для получения обычных хлебопекарных дрожжей (Патент США 5716654, 426/62, 1998; патент США 5916609, 426/62, 1999). Известны также примеры использования приточного способа выращивания пивных и спиртовых дрожжей (Патент РФ 2136746, С 12 N 1/16, 2000).

Основным сырьем для получения АСД обычно является меласса. Однако вполне пригодны и другие источники углеводсодержащего сырья - ферментативные гидролизаты крахмалопродуктов (Патент РФ 2113470, С 12 N 1/18, 1998), молочная сыворотка, обработанная ферментом -галактозидазой (Патент США 4192918, 435/256, 1980; патент РФ 2073711, С 12 N 1/18, 1997), этанол (АС СССР 1521768, С 12 N 1/18, 1989).

Следует отметить, что режимы культивирования дрожжей, предназначенных для сушки, в патентах практически не освещаются и являются "ноу-хау" заявителей. Наиболее известной особенностью выращивания дрожжей, предназначенных для сушки, является то, что за 3-4 ч до окончания культивирования прекращают подачу в среду источников азота и фосфора, в то время как источники углерода подают с избытком. При этом у дрожжей несколько замедляются процессы роста и размножения, что считается благоприятным фактором для их дальнейшего высушивания. Ряд исследователей предлагают для стабилизации дрожжей при сушке вносить в питательную среду во время культивирования -индолилуксусную кислоту (А.С. СССР 1521768, С 12 N 1/18, 1989), обрабатывать дрожжи осмотически активными растворами солей натрия и калия (Патент США 2947668, 426/62, 1960) или магния и кальция (Патент США 4797365, 435/256, 1989). Для торможения процесса размножения клеток было предложено добавлять в конце культивирования в питательную среду ингибитор роста - антибиотик биомицин (А. С. СССР 207189, С 12 N 1/16, 1967). Предложено также (Патент РФ 2016896, С 12 N 1/16, 1994) для повышения сохранности биомассы дрожжей вводить в дрожжевое молоко ингибитор трипсина, а также мальтозную патоку, обработанную перекисью водорода. Это позволяет подавить деятельность протеолитических ферментов, не инактивируя при этом мальтозиназного комплекса.

В одной из публикаций (А.С. СССР 1346673 С 12 N 1/00, 1987) предлагается перед сушкой обрабатывать дрожжи в течение 15-48 ч раствором ацетата натрия. При этом дрожжевые клетки переходят в состояние, сопровождающее превращение их в аскоспоры, которые более устойчивы к дальнейшему высушиванию. После окончания культивирования дрожжи сепарируют, промывают водой, получая таким образом дрожжевое молоко с концентрацией сухих веществ 17-23% вместо 4-8% до сепарации. В дальнейшем дрожжи экструдируют и направляют на сушку.

В подавляющем большинстве публикаций указывается, что дрожжи перед сушкой обрабатывают различными эмульгаторами, позволяющими клеткам лучше пережить неблагоприятное воздействие повышенных температур. В качестве эмульгаторов используется омыленная фракция дрожжевых липидов (А.С. СССР 1751198, С 12 N 1/18, 1992); диетсарат и дипельмитат сахарозы (Патент США 3410693, 426/62, 1968); эфиры жирных кислот и сорбита-Span-20, 40; 60; 65; 80; 85 (Патент США 2894942, 426/62, 1959; патент США 4341871, 435/256, 1989); эфиры жирных кислот и глицерола, а также пропиленгликоля (Патенты США 3843800, 426/18, 1974; патент США 4396632, 426/62, 1982; патент РФ 2010854, С 12 N 1/18, 1994); моно- и диглицериды пищевых жирных кислот, модифицированные низкомолекулярными органическими кислотами - уксусной, молочной, лимонной, винной (Патент США 3993783, 426/18, 1976; патент США 4328250, 426/18, 1982). Эмульгатор может быть введен вместе с мальтозной патокой (Патент РФ 2010854, С 12 N 1/18, 1994), а также с мальц-экстрактом (Патент DE 2515029, 1978). Введение эмульгатора позволяет создать запас резервных углеводов, которые тратятся клеткой при неблагоприятных температурных воздействиях, что позволяет ей сохранить активность ферментативного комплекса.

Сушку дрожжей в большинстве случаев проводят либо в сушилке кипящего/псевдоожиженного слоя либо на барабанной сушилке (Патент США 5716654, 426/62, 1998). Могут также использоваться конвейерная мгновенная пневматическая сушилка (Патент США 4328250, 426/18, 1982), сублимационная сушка (Патент РФ 2151795, С 12 N 1/16, 2000), а также, широко распространенная на отечественных дрожжевых заводах, конвейерная ленточная сушилка (Патент РФ 2010854, С 12 N 1/18, 1994).

Практически не используется для сушки дрожжей распылительная сушилка, поскольку дрожжи при этом становятся ослабленными и практически непригодными для дальнейшего использования (Патент США 3962467, 426/62, 1976).

Следует отметить, что подавляющее большинство описанных в литературе способов получения активных сухих дрожжей, хотя и предполагают использование для их производства самых разных видов дрожжей, применяющихся в пищевой промышленности, разработаны тем не менее только для хлебопекарных рас дрожжей и не описывают особенности получения АСД для таких производств, как пивоварение, виноделие, получение спирта и других.

Совершенно очевидно, что дрожжи, используемые в различных пищевых производствах, хотя и относятся к одному биологическому виду - S.cerevisiae, тем не менее значительно различаются между собой по ряду технологических показателей - скорости роста, условиями культивирования (составу питательной среды, температуре культивирования), осмотолерантности, устойчивости и ингибированию различными метаболитами, накапливающимися в среде культивирования (например, этанолу) и другими.

Тем не менее, специализированных патентов, описывающих особенности получения АСД для определенных пищевых производств крайне мало. Известны лишь способы получения АСД для производства кваса (А.С. СССР 1730141, С 12 N 1/18, 1992), пива (Патент РФ 2066350, С 12 N 1/18, 1996), а также два способа получения АСД, описывающих преимущественно производство винных АСД (А.С. СССР 1346673, С 12 N 1/00, 1987; А.С. СССР 1437391, С 12 N 1/18, 1989).

Наиболее совершенным из них является способ получения пивных дрожжей (Патент РФ 2066350, С 12 N 1/18, 1996), выбранный авторами в качестве прототипа. Способ заключается в поэтапном накоплении биомассы и выращивании дрожжей на заключительном этапе приточным способом при усиленной аэрации по 18,5-часовой схеме с последующим выделением и сушкой биомассы. Недостатками данного способа является обязательный этап промывки биомассы дрожжей после культивирования, а также то, что процесс сушки осуществляют в течение одного часа при температуре 35-37^oС. При таком длительном высушивании клетки дрожжей теряют значительную часть накопленных резервных веществ. Количество жизнеспособных клеток при этом довольно высокое и составляет 71-93%, но сухие дрожжи хранятся недолго - 0,5-3 месяца.

Предлагаемое изобретение решает задачу получения высокого выхода биомассы дрожжей с высокой устойчивостью дрожжевых клеток к высушиванию и длительному хранению жизнеспособных клеток, при этом процесс получения АСД непродолжителен и дешев.

Для получения такого технического результата предложен способ получения сухих активных дрожжей для пищевой промышленности, предусматривающий получение чистой культуры при температуре 18-30^oС с последующим ее выращиванием воздушно-приточным методом с усиленной аэрацией, при подаче углеводсодержащей среды - отходов крахмалопаточного производства в виде гидролизованного ферментами крахмала с добавлением микро- и макроэлементов и витаминов, при этом культивирование дрожжей осуществляют в три этапа; выдерживание дрожжей проводят до содержания почкующихся клеток не более 4%, затем биомассу сушат, а на стадии выдерживания в среду добавляют ауторегуляторный фактор, например тирозол в количестве 0,0005-0,025% по сухой массе. Перед сушкой может быть осуществлено сепарирование и/или промывка биомассы дрожжей водой.

В качестве источника углерода дополнительно может быть использована меласса и/или солодовое сусло.

Использование ауторегуляторного фактора обусловлено тем, что он переводит клетки дрожжей в анабиотическое состояние, при этом повышается резистентность дрожжей к высушиванию.

Сушку биомассы осуществляют на модифицированной распылительной сушилке PC-10 с замкнутым контуром движения теплоносителя и предварительной его осушкой. Конструктивные особенности используемого сушильного аппарата позволяют проводить процесс сушки в щадящем режиме, при этом время сушки по сравнению с обычной распылительной сушилкой не изменяется и составляет 5-30 с, а температура теплоносителя не превышает 70^oС (вместо 120-200^oС на обычной распылительной сушилке). Режим сушки на модифицированной распылительной сушилке PC-10 позволяет получить высокое содержание реактивируемых клеток дрожжей - до 95-98%.

Использование предлагаемой питательной среды, чистой и прозрачной, делает необязательной промывку дрожжевой биомассы, что необходимо при культивировании дрожжей на мелассе. Остаточные сахара питательной среды выполняют также защитную роль для клеток, и, следовательно, отпадает необходимость использования эмульгаторов.

Предлагаемый способ получения сухих активных дрожжей для пищевой промышленности иллюстрируется примерами.

Пример 1.

Шампанские дрожжи S. cerevisiae раса Харьковская 39 засевают микробиологической петлей с косяка солодового сусла в колбу, содержащую 100 мл бродильной смеси с содержанием сахара 8 мас.%, и культивируют в течение 24 ч на качалке. Полученный инокулят используют для засева колб емкостью 750 мл с объемом среды 150-180 мл (солодовое сусло - 10% сухих веществ) и культивируют на качалке в течение 24-36 ч. Затем содержимое колб переносят в инокулятор с 5,5 л солодового сусла (или смеси солодового сусла и гидролизатов крахмалопродуктов в соотношении 1: 1) с содержанием сухих веществ 13%. Культивирование проводят при аэрации стерильным воздухом в течение 20-24 ч при температуре 25-27^oС. При этом получают около 200 г дрожжей, которыми засевают ферментер емкостью 600 л и культивируют на питательной среде, которую получают следующим образом. Крахмал и другие отходы крахмалопаточного производства гидролизуют с помощью ферментов до сбраживания сахаров (мальтотриоза, мальтоза, глюкоза) в специальном герметичном аппарате, снабженном мешалкой и рубашкой для регулирования температуры внутри аппарата. На первом этапе проводят клейстеризацию крахмала при температуре 8-85^oС в присутствии -амилазы (2-3 ед. АС/г крахмала). Концентрация крахмала составляет 32-35%, при разжижении и клейстеризации крахмала в связи с частичным расщеплением молекул крахмала образовывается 10-12% редуцирующих сахаров. Полученный раствор охлаждают до температуры 58-60^oС и подвергают осахариванию до глюкозы грибной глюкоамилазой в течение 8-16 ч. Полученный гидролизат используют для приготовления питательной среды. В аппарат объемом 600 л вводят 100-120 л гидролизата, что соответсвует 30-39 кг углеводов, добавляют источники азота и фосфора (сульфат аммония и диаммоний фосфат), а также кукурузный экстракт и/или дрожжевой автолизат, доводят водой общий объем питательной среды до 250-300 л (содержание сухих веществ - около 11%) и стерилизуют. После охлаждения аппарат засевают инокулятом. Культивирование проводят периодическим способом при температуре 28-30^oС в течение 24 ч при слабой аэрации. Полученную культуральную жидкость помещают в ферментер объемом 1200 л с предварительно простерилизованной и охлажденной питательной средой, содержащей 300 л гидролизата крахмалопродуктов, диаммонийфосфат, сульфат аммония, дрожжевой автолизат, кукурузный экстракт и воду (до содержания сухих веществ 16%). Культивирование проводят периодическим способом при слабой аэрации в течение 12-16 ч при температуре 30^oС. Затем содержимое ферментера переводят на товарную стадию производства в дрожжерастильный аппарат объемом 10 куб. м. В аппарат помещают 100 л гидролизата крахмала, треть общего количества источников азота, фосфора и витаминов и доводят содержимое водой до содержания сухих веществ 2,5%, затем стерилизуют и охлаждают. Культивирование проводят в течение 22 ч доливным способом при усиленной аэрации (1,0-1,5 объема воздуха на объем среды). При этом температуру в процессе культивирования поддерживают на уровне 25-27^oС. Источники углеводов добавляют в среду культивирования непрерывно в ходе всего процесса, а подачу азота, фосфора и витаминов осуществляют дробно, вводя их равными порциями через каждые 2 ч. На 18-м часу культивирования подачу источников азота и фосфора прекращают. При этом источники углеводов дозируют с прежней интенсивностью еще 3 ч, а подачу воздуха плавно снижают. На 21-м часу культивирования в среду вводят раствор тирозола в количестве 0,0010% от сухих веществ дрожжей, подачу питательных веществ при этом прекращают, а аэрацию снижают до минимального уровня. В течение 1-2 ч культуральную жидкость выдерживают для дозревания клеток, при этом количество почкующихся клеток резко снижается. Затем культуральную жидкость направляют на сушку, которую осуществляют на распылительной сушилке PC-10 при температуре воздуха на входе в сушилку 70-75^oС и на выходе 32-38^oС. Получаемые сухие дрожжи имеют нежно-кремовый, бежевый цвет с влажностью 7-9% и количеством жизнеспособных клеток, выявляемых посевом на сусло-агар, 95,2%. Выход дрожжей составляет 66,7%.

Пример 2.

Дрожжи для производства сидра раса Сидровая 101 культивируют аналогичным примеру 1 способом, но вместо бродильной смеси на первой стадии культивирования используют яблочный сок с добавлением сахара с содержание сухих веществ 10%. Культивирование на этапах до товарной стадии осуществляют при температуре 18-20^oС, а на товарной стадии - при температуре 25^oС. Тирозол добавляют в количестве 0,0005% от сухой массы дрожжей. Выход дрожжей составляет 60,8%, а количество живых клеток после сушки составляет 93,4%.

Пример 3.

Дрожжи для производства плодово-ягодных вин раса Яблочная-7 культивируют аналогичным примеру 1 способом, но вместо бродильной смеси на первой стадии культивирования используют яблочный сок с добавлением сахара с содержание сухих веществ 10%. Культивирование на этапах до товарной стадии осуществляют при температуре 22-25^oС, а на товарной стадии - при температуре 28-30^oС. Тирозол добавляют в количестве 0,025% от сухой массы дрожжей. Перед сушкой культуральную жидкость сепарируют. Выход дрожжей составляет 60,8%. а количество живых клеток после сушки составляет 93,4%.

Пример 4.

Дрожжи для производства столовых вин виноматериалов S. cerevisiae раса 47-К культивируют аналогичным примеру 1 способом. Температура культивирования на этапах до товарной стадии осуществляют при температуре 22-25^oС, а на товарной стадии - при температуре 30-32^oС. Перед сушкой культуральную жидкость промывают водопроводной водой с температурой 12-20^oС. Выход дрожжей при этом составляет 72,9%, а количество живых клеток после сушки составляет 93,7%.

Пример 5.

Дрожжи для получения кваса S. cerevisiae раса М культивируют аналогичным примеру 1 способом. Но вместо бродильной смеси в самой первой стадии культивирования используют солодовое сусло с содержанием сухих веществ 12%, содержащее крахмал и пуллулан. Кроме того, при приготовлении ферментативного гидролизата, используемого в качестве питательной среды, на стадии разжижения крахмала наряду с -амилазами добавляют ферменты, обладающие -амилазной и пуллулазной активностью, для повышения содержания мальтозы в среде. Температура культивирования на этапах до товарной стадии - 22-25^oС, а на товарной стадии - 28-32^oС. Перед сушкой культуральную жидкость промывают водопроводной водой (температура 12-20^oС). Выход дрожжей при этом составляет 59,4%, а количество живых клеток после сушки составляет 94,2%.

Пример 6.

Пивные дрожжи S. cerevisiae (или S. carlsbergensis) раса 11 получают аналогичным примеру 5 способом с аналогичным способом подготовки среды для культивирования. Температура культивирования на этапах до товарной стадии - 18-23^oС, а на товарной стадии - 25-28^oС. Выход дрожжей при этом составляет 69,0%, а количество живых клеток после сушки составляет 96,2%.

Пример 7.

Спиртовые дрожжи S.cerevisiae раса Y-717 получают аналогичным примеру 1 способом, однако вместо бродильной смеси в самой первой стадии культивирования используют солодовое сусло с содержанием сухих веществ 12-14%. Температура культивирования на этапах до товарной стадии - 30^oС, а на товарной стадии - 30-35^oС. Температуру теплоносителя на стадии сушки поддерживают не выше 67^oС, при этом сухие дрожжи получают с влажностью 8-9%. Выход дрожжей при этом составляет 72,0%, а количество живых клеток после сушки составляет 93,8%.

Пример 8.

Хлебопекарные дрожжи S.cerevisiae раса 261 получают аналогичным примеру 1 способом, однако вместо бродильной смеси в самой первой стадии культивирования используют солодовое сусло с содержанием сухих веществ 10-12%. Температура культивирования на этапах до товарной стадии - 30^oС, а на товарной стадии - 30-35^oС. Выход дрожжей при этом составляет 79,0%, а количество живых клеток после сушки составляет 98,0%.