Спосіб ферментації меляси з одержанням етанолу та хлібопекарських дріжджів

Изобретение относится к технической микробиологии, в частности к способам промышленного получения пищевых продуктов микробиологическим синтезом, и может быть использовано в дрожжевой и спиртовой промышленности. Известны способы производства спирта с использованием веществ, повышающих выход спирта: гидролизованного концентрата молочной сыворотки [Авт. св. СССР №996437, кл. С 12 Р 7/06, 1983], кислотного экстракта-отхода процесса денуклеинизации дрожжей [Заявка №4659680, положит, решение от 24.05.90]. Известны также способы выращивания дрожжей с использованием в качестве биостимуляторов: оксолизата, полученного обработкой биомассы дрожжей гипохлоритом щелочного металла [Авт. св. СССР №1040784, кл. С 12 N 1/16, 1983], гидролизата клеточных остатков дрожжей [Езерская Н.Ф., Попова В.А., Калюжный М.Я. Гидролизат клеточных остатков дрожжей - стимулятор их роста. - Гидролизная и лесохимическая промышленность, 1979, №6, с. 6-7], супернатанта, полученного после кислотно-термической обработки дрожжей. [Авт. св. СССР №1641882, МКИ С 12 N 1/18, 1991], супернатанта, полученного после щелоче-гликоназной обработки дрожжей [Авт. св. СССР №1212040, кл. С 12 N 1/16, 1/26, 1986]. Все перечисленные способы применимы только в однопродуктовом производстве. В двухпродуктовом производстве эти технические решения не работоспособны. Эффект действия стимуляторов будет проявляться на I стадии - наблюдается прирост биомассы дрожжей, а II стадия останется без изменения, т.к. на I стадии будут израсходованы основные компоненты биостимуляторов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения хлебопекарных дрожжей и этанола путем ферментации мелассы, включающий подготовку мелассы к ферментации путем ее антисептирования, подкисления, обогащения ее питательными солями, разбавления водой, введения маточных дрожжей, аэробный и анаэробный циклы ферментации, выделение, концентрирование, промывание и прессование хлебопекарных дрожжей и ректификацию этанола из полученной бражки [Регламент производства этилового спирта из сахаросодержащего сырья. Ч. 1. Брожение, Киев, 1975]. Недостатком известного способа является низкий экономический коэффициент использования сахаров мелассы - низкая экономичность биосинтеза хлебопекарных дрожжей и этанола. Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известного способа получения этанола и хлебопекарных дрожжей, направленное на повышение выхода целевых продуктов. Техническим результатом использования изобретения является повышение экономичности процесса использования углеводов мелассы и выхода целевых продуктов - этанола и хлебопекарных дрожжей. Достигается технический результат тем, что по известному способу ферментации мелассы с получением этанола и хлебопекарных дрожжей, предусматривающему антисептирование мелассного сусла, подкисление, разбавление водой, обогащение питательными солями, аэробный и анаэробный циклы ферментации с последующим выделением хлебопекарных дрожжей и этанола, согласно изобретению в мелассное сусло на стадии его подготовки вводят щелочной или термокислотный экстракты - отходы дрожжевой биомассы производства концентрата рибонуклеиновой кислоты (РНК-концентрата) в количестве 1,0-7,0% к объему мелассного сусла. Использование экстрактов дрожжевой биомассы - отходов производства РНК-концентрата способствует увеличению выхода этанола и хлебопекарных дрожжей благодаря составу и свойствам компонентов, составляющих щелочной и термокислотный экстракты. При добавлении экстрактов в среду вводится дополнительное количество легкоусвояемых углеводов 13.77 мг/мл (термокислотный) или 7,7 мг/мл (щелочной), за счет чего увеличивается выход спирта. Кроме того, в среду вводится дополнительное количество нуклеотидных компонентов - 4,42 мг/мл (термокислотный) или 3,5 мг/мл (щелочной), которые являются активаторами и субстратом для роста дрожжевой биомассы, что сказывается на выходе дрожжей. В целом повышается экономичность использования углеводов мелассы. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". Известны технические решения, в которых используются вещества, повышающие выход спирта [1,2] и увеличивающие биомассу дрожжей [3, 4, 5, 6]. Все они действуют направленно на накопление спирта или на увеличение биомассы дрожжей. Использование в заявляемом способе отхода производства РНК-концентрата приводит к существенному увеличению и спирта, и дрожжевой биомассы, т.к. действует комплексно. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". Дозировки щелочного и термокислотного экстрактов подобраны экспериментальным путем. Внесение щелочного или термокислотного экстрактов менее 1,0% к объему мелассного сусла не обеспечивает существенного увеличения выхода биомассы дрожжей и спирта по сравнению с прототипом. Добавление щелочного или термокислотного экстрактов в сбраживаемую среду 1,0 - 7,0% к объему мелассного сусла приводило к приросту биомассы дрожжей и этанола. Получена зрелая бражка с содержанием 7,57 - 7,67 об.% этанола. При этом синтез биомассы дрожжей 75%-ной влажности составил 23,6 - 24,7 г/л. Экономический коэффициент синтеза совокупного продукта по расчету на введенный сахар (So) составил 51,84-52,52%. Внесение экстрактов свыше 7,0% к объему сбраживаемой среды нецелесообразно, т.к. дальнейшего увеличения концентрации этанола и биомассы дрожжей не наблюдается. Влияние количества щелочного или термокислотного экстрактов на химико-технологические показатели ферментации мелассы с получением прессованных хлебопекарных дрожжей и этанола приведены в табл. 1 и 2, Из данных табл. 1 и 2 видно, что при ферментации мелассы по традиционному регламентному способу прототипу получена зрелая бражка с содержанием этанола 7,57 об.% (59,73 г/л) и прессованные хлебопекарные дрожжи 75% влажности 23,48 г/л. При общей продуктивности (SР) - 65,60 г/л экономический коэффициент синтеза совокупного продукта в пересчете на введенный сахар (So) составлял - 51,8%. Ферментация мелассы по заявляемому способу с использованием добавок в виде экстрактов-отходов технологии РНК-концентратов-экстракта щелочного в количестве от 1,0 до 7,0% к объему ферментационного сусла, позволила получить зрелую бражку с содержанием этанола 7,57-7,71 об.% и при этом содержание прессованных дрожжей составило 23,76-25,60 г/л или на 1,19-9.03% выше, чем в способе прототипе. Использование термокислотного экстракта в количестве от 1,0 до 7,0% к объему ферментационного сусла, позволила получить зрелую бражку с содержанием этанола 7,57-7,62 об.% и при этом содержание прессованных дрожжей составило 23,60-24,28 г/л или на 0,51 - 3,41% выше, чем в: способе прототипе. Для процесса ферментации мелассы с получением этанола и хлебопекарных дрожжей использовали нормальную по качеству мелассу с рН 6,6, кислотностью - 1,0 град и: следующими показателями качества, %: сухие вещества - 81,3; цветность - 23; сумма сбраживаемых углеводов - 47,378; доброкачественность - 56,09; содержание СаО -1,399; содержание формально-титруемого азота - 0,417; содержание общего азота - 1,76; содержание фосфора - 0,0524. Предлагаемый способ осуществляют на установке, состоящей из дрожжегенератора, вакуум-фильтра, весового и измерительного оборудования. Длительность периодического цикла аэробной и анаэробной стадии ферментации составляла 24 часа. Ферментация мелассы проводилась в периодическом процессе по принципам однопоточного способа брожения. При ферментации использовалась одна партия мелассы. Подготовка мелассы включала подкисление серной кислотой, антисептирование вытяжкой хлорной извести. Подготовленную мелассу разбавляли водой до плотности 20% СВ, обогащали минеральными солями. После введения в мелассное сусло маточных дрожжей проводили аэробную ферментацию, после чего дрожжевую суспензию подвергали анаэробной ферментации, продолжающейся до полного прекращения выделения углекислоты, свидетельствующего о полном выбраживании сахаров мелассы. Щелочной или термокислотный экстракт вводили в мелассное сусло в количестве 1,0; 2,5; 5,0; 7.0% к объему мелассного сусла взамен соответствующего количества воды. Параметры аэробного и анаэробного циклов в условиях опыта и контроля были одинаковыми у опытной пробы и у контрольной. После аэробного и анаэробного циклов ферментации из зрелой бражки на вакуумфильтре выделяли прессованные дрожжи, обездрожженную бражку перегоняли, и в дистилляте определяли концентрацию этанола. В табл. 1 и 2 приведены показатели сбраживания мелассного сусла по предлагаемому и известному способам. Наряду с технологическими показателями рассчитывали также следующие характеристики процесса: Р1 - количество этанола, синтезированное в опыте в об.% и г/л; Р2 - количество биомассы, синтезированной при ферментации, в пересчете на 75%-ную влажность, и в виде абсолютно сухой биомассы, г/л; SР - общее количество целевых продуктов SP = Р1 + Р2, г/л; So - St - количество сахара, использованного в процессе синтеза этанола и хлебопекарных дрожжей, г/л; Vо - экономический коэффициент биосинтеза суммы целевых продуктов, рассчитанный на введенный и использованный сахар: Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Сусло готовили из свеклосахарной мелассы с внесением в качестве дополнительного питания ортофосфорной кислоты из расчета 3 г/дал этанола, мочевины 9 г/дал этанола, подкислением серной кислотой до рН = 4,5, антисептированием вытяжкой хлорной извести из расчета 1 т/кг мелассы, и внесением щелочного экстракта в количестве 40 мл (1,0% к объему сбраживаемой среды), взамен соответствующего количества воды. Концентрация сусла составляла 20% СВ. Приготовленное сусло поступало в дрожжегенератор объемом 4,0 л. После введения в мелассное сусло маточных дрожжей из расчета 5 г/л 75%-ной влажности проводили аэробную ферментацию, после чего дрожжевую суспензию подвергали анаэробной ферментации при 30°С, продолжающейся до полного прекращения выделения углекислоты. Длительность периодического цикла аэробной и анаэробной стадии ферментации составляла 24 часа. Ферментация мелассы проводилась в периодическом процессе по принципам однопоточного способа брожения. После аэробного и анаэробного циклов ферментации из зрелой бражки на вакуум-фильтре выделяли прессованные дрожжи, обездрожженную бражку перегоняли, и в дистилляте определяли концентрацию этанола. По заявляемому способу получена зрелая бражка с содержанием этанола 7,57 об.%. При этом синтез биомассы 75%-ной влажности составил 23,76 г/л, тогда как в контроле накопление биомассы было 23,48 г/л. Примеры 2-4, осуществленные в условиях, аналогичных примеру 1, приведены в табл.1. Изданных примеров видно, что с увеличением количества заданного в среду щелочного экстракта увеличивается накопление биомассы дрожжей и этанола. Пример 5. Заявляемый способ ферментации мелассы с получением этанола и хлебопекарных дрожжей, в котором на стадии подготовки мелассного сусла вводили отход технологии РНК-концентрата термокислотный экстракт в количестве 100 мл (2,5% к объему сбраживаемой среды) осуществлялся по методу, описанному в примере 1. Результаты опытной проверки заявляемого способа приведены в табл. 2. По заявляемому способу получена зрелая бражка с содержанием этанола в различных вариантах - 7,67 об.%. При этом синтеа биомассы 75%-ной влажности составил - 23,8 г/л. Экономический коэффициент синтеза совокупного целевого продукта в пересчете на введенный сахар (So) составил 52,52%. Базовым объектом заявляемого технического решения является способ-прототип. Использование заявленного способа ферментации мелассы с получением этанола и хлебопекарных дрожжей позволит: повысить выход биомассы дрожжей на 1,19-4,43% с использованием экстракта - 1 (щелочного) и на 0,51 5,28% с использованием экстракта - 2 (термокислотного); увеличить выход этанола на 1,59 - 1,85% с использованием экстракта-1 и на 0,4-1,32% с использованием экстракта-2.