Спосіб затримки росту бактерій в середовищах спиртової ферментації

1. Способ задержки роста бактерий в средах спиртовой ферментации путем добавления антибиотика в ферментацион ную среду, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве антибиотика используют полиэфирный ионофорный антибиотик. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что полиэфирный ионофорный антибиотик добавляют в ферментационную среду в концентрации 0,3-3,0 частей на миллион. 3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что антибиотик добавляют в ферментационную среду на основе сока или мелассы сахарной свеклы или сахарного тростника, либо крахмального гидролизата из хлебных злаков или клубневых культур, либо сред виноделия или изготовления сидра. С > NJ Изобретение относится к использовалоты. Когда концентрация бактерий в понию полиэфирных ионофорных антибиопуляции превышает 106 микроорганизмов/ тиков для контроля за ростом бактерий в мл, образование органических кислот моспиртовых (этанольных) ферментационных жет достичь значительного уровня. При средах. концентрациях выше 1 г/л такие органиУстановки спиртовой ферментации не ческие кислоты могут препятствовать росту работают в стерильных условиях и могут и ферментации дрожжей и приводить к содержать популяции бактерий, которые =*^ снижению производительности установка достигают концентрации от 104 до 106 на 10-20% или более. микроорганизмов/мл, а в экстремальных В некотором сырье, таком как, вино, случаях и больше. Эти микроорганизмы сидр, или побочные продукты их произмогут принадлежать к семейству молочводства, такие бактерии могут также превных бактерий, но также могут включать и ращать глицерин в акролеин, который явдругие виды микроорганизмов, такие как ляется канцерогенным соединением, попаstreptococcus, bacillus, pediococcus, дающим в конечный спиртовый продукт, clostridium или leuconostes (табл. 1). предназначенный для потребления людьми. Все эти бактерии обладают способТаким образом, для предупреждения ностью образовывать органические кисотрицательных эффектов, обусловленных 00 27128 избыточным ростом бактерий в ферментационной среде необходимы бактериостатические и/или бактерицидные способы, которые не оказывают отрицательного влияния на процесс ферментации. Цель настоящего изобретения состоит в предотвращении отрицательных воздействий на ферментационную среду, обусловленных избыточным ростом бактерий. Цель настоящего изобретения достигается с помощью способа, который останавливает рост бактерий и/или уничтожает бактерии. Настоящий способ включает введение в ферментационную среду эффективного бактериостатического или бактерицидного количества полиэфирного ионофорного антибиотика. Способ настоящего изобретения может быть использован с широким спектром ферментационных сред, в том числе таких, как сок сахарной свеклы, сок сахарного тростника, разбавленная меласса сахарной свеклы, разбавленная меласса сахарного тростника, гидролизат зерновых (например, кукурузы или пшеницы), гидролизат крахмальных клубней (например, картофеля или топинамбура), вино, побочные винные продукты, сидр, а также его побочные продукты. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы любые крахмалили сахарсодержащие материалы, которые могут быть подвергнуты ферментации с помощью'дрожжей с выходом спирта (этанола). Достигаемый в результате контроль за содержанием бактерий исключает или в значительной степени уменьшает проблемы, вызываемые присутствием бактерий и продуцируемых ими органических кислот. Полиэфирные ионофоры, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, не оказывают отрицательного воздействия на дрожжи (saccharomices sp.) и на процесс ферментации. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает введение в ферментационную среду, содержащую сахар, эффективного количества бактериостатического или бактерицид- 50 ного количества (например, 0,5 частей на миллион) полиэфирного изофорного антибиотика, который обладает бактериостатическим или бактерицидным действием. Другими словами, полиэфирный ионофор 55 предотвращает или ингибирует рост бактерий в ферментационной среде, но не влияет на дрожжи при концентрации до 100 частей на миллион. Бактериальная флора может удерживаться при концент рации 10 4 микроорганизмов/мл и ниже, что приводит к практически полному прекращению образования органических кислот. Следовательно, бактерии не могут в значительной степени уменьшить спиртовую ферментацию. При этих условиях бактерии обычно не способствуют образованию акролеина. При концентрациях около 0,5 частей на миллион антибиотик обладает бактерицидным действием и, следовательно, делает возможным достижение пониженного содержания бактерий. Полиэфирные ионофорные антибиотики являются высокостабильными соединениями. Они не способны легко разлагаться с течением времени или при высокой температуре. Это имеет значение для установок по ферментации, так как они сохраняют активность в течение многих дней в обычных условиях работы установки ферментации; они сохраняют активность при высоких температурах, имеющих место в процессе ферментативного гидролиза, предшествующего ферментации зерновых или клубней (например, 2 ч при 90°С или 1,5 ч при 100°С). Эти соединения коммерчески доступны и поставляются фармацевтическимифирмами. Были проведены опыты с различными полиэфирными ионофорными антибиотиками, такими как монензин, лазалозид и салиномицин, с использованием сырья для ферментации на основе мелассы сахарной свеклы. Проведенные эксперименты подтвердили существование бактериостатических или бактерицидных концентраций, которые лежат в интервале от приблизительно 0,5 до 1,5 частей на миллион. При бактериостатических условиях рост популяции бактерий прекращается и может быть обнаружено, что содержание органических кислот в популяции не увеличивается. При бактерицидных концентрациях популяция бактерий уменьшается и, следовательно, концентрация органических кислот не увеличивается. Способ настоящего изобретения включает добавление к ферментационной среде эффективного бактериостатического или бактерицидного количества по меньшей мере одного полиэфирного ионофорного антибиотика. В предпочтительном воплощении настоящее изобретение включает введение в ферментационную среду по меньшей мере одного полиэфирного ионофорного антибиотика в концентрации приблизительно от 0,3 до 3 частей на миллион. В наиболее предпочтительном воплощении концентрация полиэфирного I 27128 ионофорного антибиотика составляет приблизительно от 0,5 до 1,5 частей на миллион. Полиэфирные ионофорные антибиоти- 5 ки, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, представляют собой любые антибиотики, которые не оказывают значительного влияния на дрожжи и которые обладают бактериостатическим 10 и/или бактерицидным действием на бактерии ферментационной среды, продуцирующие органические кислоты. Среди полиэфирных ионофорных антибиотиков, которые считаются полезными для нас- 15 тоящего изобретения, являются антибиотики, которые эффективны в отношении бактерий, перечисленных в таблице 1 (см. выше). Предпочтительными полиэфирными ионофорными антибиотиками являют- 20 ся монензин, лазалозид, салиномицин, наразин, мадурамицин и семдурамицин. Более предпочтительными являются монензин, лазалозид и салиномицин, однако наиболее предпочтительным антибиотиком 25 является монензин. Ферментационные среды, которые могут быть эффективно обработаны по способу настоящего изобретения включают такое сырье, как, например, сок сахарной 30 свеклы, сок сахарного тростника, разбавленная меласса сахарной свеклы, разбавленная меласса сахарного тростника, гидролизат зерновых (например, кукурузы или пшеницы), гидролизат крах- 35 мальных клубней (например, картофеля или топинамбура), вино, побочные продукты виноделия, сидр и побочные продукты при его получении. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением 4 0 могут быть использованы любые крахмалили сахарсодержащие материалы, которые могут быть подвергнуты ферментации с помощью дрожжей с выходом спирта (этанола). 45 Следующие примеры могут иллюстрировать цели настоящего изобретения, но они не должны рассматриваться в качестве примеров, ограничивающих изобретение. 50 6 П р и м е р 1. Влияние монензина на концентрацию Lactobacillus buchneri. К разбавленной мелассе сахарной свеклы добавляют в различных концентрациях монензин и измеряют кислотность и концентрацию микроорганизмов. Полученные результаты представлены в табл. 2. П р и м е р 2. Стабильность и бактерицидное действие монензина в соке мелассы. В разбавленный сок мелассы, содержащий 10 6 микроорганизмов/мл вводят монензин в концентрации 1 часть на миллион. Рассматривают уменьшение популяции бактерий через 20 дней при температуре 33°С, Возобновления роста бактерий не наблюдалось. Эти данные показывают, что монензин сохраняет активность в течение 20 дней при температуре 33°С в нормальных условиях работы установки ферментации. П р и м е р 3. Промышленное использование монензина. Этот пример относится к установке спиртовой ферментации, которая работает в непрерывном режиме. Ферментационной средой является меласса, содержащая 14% сахара (около 300 г/л). Скорость потока составляет 4 0 50 м3/ч, температура - 33°С. На 7 день загрязненность микроорганизмами превышает 10 6 микроорганизмов/мл. На 8 день начинают обработку введением в бродильный аппарат активного количества монензина (растворенного в этаноле). Эту концентрацию монензина поддерживают в течение 24 ч введением обогащающего сырья, содержащего монензин в той же концентрации. На 9 день добавление монензина в сырье прекращают. Сразу же после начала обработки популяция бактерий начинает быстро уменьшаться. Это снижение продолжается до 10-го дня, то есть в течение 24 ч после окончания обработки. На этой стадии монензин вымывается из ферментационной среды и рост бактерий медленно возобновляется. Он поддается контролю в течение последующих 15 дней, однако это обусловлено уменьшенным уровнем загрязнения после обработки. 27128 Т а б л и ц а 1 Типичные бактерии, содержащиеся в установках спиртовой ферментации Lactobacillus buchneri Lactobacillus plantarum Lactobacillus casei alactosus Lactobacillus casei casei Lactobacillus brevis 2 Lactobacillus brevis 3 Lactobacillus acidephilus Lactobacillus fermentum Lactobacillus lindnerii Leuconostoc mesenteroides Streptococcus equines Pediococcus pentosaceum Bacillus pumilus Bacillus cereus Clostridium butyricum Т а б л и ц а Исходные условия Инокулэт• 2x10 6 клеток/мл : Кислотность: 1 г/л, рН 5,6 Показатели Концентрация монензина (ppm) Количество бактерий через 24 ч Количество бактерий через 48 ч Кислотность, г/л 2 0 0.5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4x10 6 8x106 10 4