Спосіб вирощування хлібопекарських дріжджів

Винахід відноситься до біотехнології, а саме - до способу вирощування хлібопекарських дріжджів із меляси. Відомий спосіб одержання хлібопекарських дріжджів (Тбіліська схема), що включає в себе постадійне культивування на поживному середовищі, яке містить необхідні джерела живлення, в умовах аерації з розділенням одержаної суспензії на потоки [1]. Але фракціонування зростаючої популяції, передбачене цим способом, забезпечує лише часткове підвищення чистоти культури і не дозволяє одержати концентрацію дріжджів у культуральній рідині більше 130г/л і вихід готових дріжджів - більше 80 - 90%. Найближчим до запропонованого є спосіб вирощування хлібопекарських дріжджів (Мінська схема), який передбачає культивування в умовах аерації маточних, засівних, товарних дріжджів на поживному середовищі, що містить мелясу як джерело вуглецю, джерела азоту, фосфору, мінеральні солі, мікроелементи і стимулятор росту, піногасіння, розділення одержаної дріжджової суспензії на об'єми для повторного культивування [2]. Але послідовність технологічних операцій відомого способу, розділення дріжджової суспензії на рівні об'єми без притоку свіжого поживного субстрату призведе до часткового автолізу дріжджових клітин і не виключає доступ контамінантів у внутрішні порожнини апаратів і комунікацій, що є причинами, які перешкоджають одержанню в практичних промислових умовах чистих товарних дріжджів, підвищенню продуктивності дріжджів до 150 - 180г/л і виходу - 92 - 95%. В основу винаходу поставлено задачу створення способу вирощування хлібопекарських дріжджів шляхом культивування дріжджів на всіх стадіях в асептичних умовах при певному критерії стерилізації з розділенням суспензії дріжджів на різні за величиною об'єми і при безперервній подачі під час розділення в кожен з отриманих об'ємів разом з повітрям на аерацію свіжого поживного середовища, щоб забезпечити збільшення концентрації дріжджів у одиниці об'єму культуральної рідини до 150 - 180г/л, підвищення ступеня чистоти процесу і за рахунок цього підвищення якості дріжджів по чистоті та збільшення їх виходу з меляси до 95%. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вирощування хлібопекарських дріжджів, який передбачає постадійне культивування при аерації маточних, засівних і товарних дріжджів в поживному середовищі, що містить мелясу як джерело вуглецю, джерела азоту, фосфору, мінеральні солі та стимулятор росту, піногасіння, розділення дріжджової суспензії на об'єми для використання кожного з них як засівний матеріал для наступного культивування, згідно з винаходом (Трипільська схема) всі стадії культивування здійснюють стерильно - в асептичних умовах при значенні критерію стерилізації 70 - 120 і в процесі розділення засівної дріжджової суспензії одночасно в кожен з отриманих об'ємів безперервно вводять комплексне мелясно-солеве підживлююче середовище разом з подачею повітря на аерацію. При цьому засівні дріжджі для кожного наступного культивування розділяють на 2 - 3 різні за величиною об'єми і після розділення один об'єм засівних дріжджів використовують для повторного культивування в цьому ж апараті, а інші об'єми передають для вирощування товарних дріжджів і весь об'єм засівних дріжджів після останнього розділення використовують для вирощування біомаси товарних дріжджів у цьому ж апараті. При неодноразовому розділенні засівних дріжджів їх перше культивування проводять протягом 14 годин, кожне наступне - протягом 8 годин і останнє культивування - протягом 5 годин, а вирощування товарних дріжджів здійснюють протягом 14 годин. Всі стадії культивування здійснюють при надлишковому тиску 0,02 - 0,05МПа. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак способу, що пропонується, і результатом, який досягається, відображається в подальшому. Сукупність всіх ознак способу вирощування хлібопекарських дріжджів, який пропонується, а саме постадійне культивування при аерації в асептичних умовах маточних, засівних, товарних дріжджів у поживному середовищі, що містить мелясу, джерела азоту, фосфору, мінеральні солі, мікроелементи, стимулятор росту, піногасіння, розділення дріжджової суспензії на 2 - 3 різні за величиною об'єми для використання кожного з них як засівний матеріал при наступному культивуванні, безперервне введення в об'єми, які одержуються при розділенні дріжджової суспензії, комплексного мелясно-солевого підживлюючого поживного середовища разом з подачею стерильного повітря на аерацію, а також певний часовий режим вирощування дріжджів при неодноразовому розділенні засівних дріжджів для повторного культивування і виконання всіх стадій при надлишковому тиску повітря дозволяє забезпечити підвищення чистоти культури, одержати високоактивну дріжджову суспензію з концентрацією дріжджів у культуральній рідині 150 - 180г/л, і в результаті - підвищити якість дріжджів - одержати чисті товарні дріжджі та збільшити вихід дріжджів до 95%. За рахунок введення нових ознак спосіб, який пропонується, набуває нові властивості та особливий характер функціонування. При цьому нові ознаки при взаємодії з відомими проявляють нові технічні властивості таким чином. Здійснення культивування маточних, засівних і товарних дріжджів у асептичних умовах саме при значеннях критерію стерилізації 70 - 120 внаслідок прояву дії механізму, що виключає доступ в технологічні потоки побічної мікрофлори, дозволяє забезпечити досягнення необхідного рівня асептичних умов і зберегти їх протягом заданого часу. Критерій стерилізації - безрозмірна величина - міра ефективності стерилізації, що характеризує спад кількості життєздатних спор внаслідок термічної обробки. Значення критерію стерилізації визначає: де k - питома швидкість гибелі спор; t - температура стерилізації. У винаході, який заявляється, межі критерію стерилізації включають його значення, які гарантують необхідну і достатню ефективність стерилізації при обробці технічних систем, технологічних потоків для кожної окремої стадії вирощування хлібопекарських дріжджів. Вирощування, розділення та засів кожної наступної стадії дріжджами попередньої стадії в асептичних умовах, які забезпечуються значенням критерію стерилізації в межах 70 - 120, дозволяють одержати чисті товарні дріжджі, збільшити концентрацію дріжджів у культуральній рідині не менше, ніж до 150г/л, і, відповідно - підвищити вихід дріжджів до 92 - 95%. При цьому розділення дріжджової суспензії на різні за величиною об'єми в асептичних умовах з одночасним притоком разом з подачею повітря на аерацію свіжого комплексного мелясно-солевого поживного середовища максимально виключає автоліз дріжджових клітин, створює оптимальні умови для постійного підтримання дріжджів у активному стані: дріжджі вступають у фазу логарифмічного росту без початкової лагфази і на товарну стадію надходять активними. Це призведе до збільшення концентрації дріжджів у культуральній рідині до 180г/л і збільшення виходу дріжджів до 95%. Часові режими культивування дріжджів при неодноразовому розділенні засівних дріжджів є оптимальними для досягнення технологічних показників по концентрації дріжджів у культуральній рідині та виходу готової продукції. Культивування дріжджів всіх стадій при надлишковому тиску підвищує гарантію стерильності процесу, сприяє збільшенню розчинності кисню в дріжджовій суспензії, що також сприяє підвищенню концентрації дріжджів у культуральній рідині та збільшенню їх виходу. Вирощування хлібопекарських дріжджів в асептичних умовах згідно з способом, який пропонується, внаслідок забезпечення чистоти культури та підвищення її активності дозволяє після розділення дріжджової суспензії на об'єми здійснити повторне культивування засівних дріжджів від 3 до 7 раз. Крім того, спосіб вирощування хлібопекарських дріжджів, який пропонується, на жодній із стадій культивування до одержання товарних дріжджів не передбачає стадії сепарації. Таким чином, винахід, який заявляється, відповідає критеріям "новизна", "винахідницький рівень". У вітчизняній промисловій технології одержання хлібопекарських дріжджів запропонований спосіб дозволяє вперше здійснити процес їх вирощування у стерильних умовах. Технологічна схема, що пропонується, у відповідності з традиціями виробництва хлібопекарських дріжджів названа Трипільською схемою (заявник - ВАТ "Трипільський біохімічний завод"). Розроблені і вибрані межі кількісних параметрів у способі, що пропонується, пояснюються наступними доводами. Здійснення способу при значеннях критерію стерилізації менше 70 через недостатню ефективність термічної обробки не дозволяє одержати культуру дріжджів з необхідним ступенем чистоти на всіх стадіях, а здійснення процесу при значеннях критерію стерилізації більше 120 через енергоємкість, тривалість термічної обробки економічно недоцільна. Розділення засівної дріжджової суспензії на 2 - 3 різні об'єми економічно і в даному виробничому стерильному циклі технологічно доцільно для одержання товарних дріжджів заданої активності. При розділенні засівних дріжджів здійснення їх повторного культивування в межах 5 - 14 годин, а саме - першого культивування протягом 14 годин, кожного наступного протягом 8 годин й останнього - протягом 5 годин, і вирощування товарних дріжджів протягом 14 годин є оптимальним поєднанням часової послідовності при неодноразовому розділенні засівних дріжджів, що дозволяє вести процес з досягненням концентрації дріжджів у культуральній рідині до 180г/л. Здійснення процесу вирощування дріжджів згідно з способом, який заявляється, в асептичних умовах при надлишковому тиску 0,02 - 0,05МПа сприяє збільшенню оптимальної розчинності кисню в культуральній рідині. Але надмірне підвищення тиску, більше 0,05МПа, призведе до інгібіції росту та розмноження клітин дріжджів внаслідок високого вмісту вуглекислого газу, розчинність якого більша розчинності кисню. При тиску менше 0,02МПа не забезпечується оптимальна розчинність кисню. Суть способу ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Технологічний цикл одержання хлібопекарських дріжджів за Трипільською схемою, що пропонується, здійснюють таким чином. Чисту культуру маточних дріжджів одержують традиційним способом в декілька стадій послідовним вирощуванням на вітамінізованому поживному середовищі за схемою: косяк ® пробірка ® колба ® інокулятор (V = 0,1м3) ® посівний апарат (V = 10м3). При цьому може бути використана будь-яка із рас дріжджів Saccharomyces cerevisiae. Асептичні умови у відповідності з способом, який пропонується, забезпечують шляхом термічної стерилізації рідких технологічних потоків, обладнання, комунікацій при температурі, що забезпечує значення критерію стерилізації 70 - 105. Стерилізацію поживного середовища для маточних дріжджів першої стадії (інокулятор V = 0,1м3) здійснюють при температурі (115 ± 1°C), критерій стерилізації = 80. Стерилізацію поживного середовища для маточних дріжджів (посівний апарат V = 10м3) здійснюють при температурі (128 ± 1)°C, = 93,8. Стерилізацію мелясно-солевого підживлювання здійснюють при температурі (110 - 115)°C, = 70 - 75. Стерилізацію комунікацій та обладнання здійснюють при температурі 135 - 140°C, = 104 - 120. Першу стадію вирощування засівних дріжджів проводять в дріжджоростильному засівному апараті ферментаторі 1 (V = 100м3). Засівним матеріалом служать чисті маточні дріжджі в кількості 230 - 240кг, одержані на попередній стадії в апараті (V = 10м3). Процес вирощування засівних дріжджів проводять при аерації повітрям з безперервним розрахунковим притоком комплексного мелясно-солевого підживлення, збалансованого по вуглецевому та солевому складу в кількості, яка залежить від швидкості росту дріжджів, концентрації підживлюючого середовища, об'єму середовища в апараті (табл.1). До складу комплексного мелясно-солевого підживлювання входять розчин меляси і розчини солей: хлористого калію, диамоній фосфату та сульфату магнію. Кількість солей розраховують по вмісту калію та магнію у вихідній мелясі кількість диамоній фосфату - по вмісту фосфору в товарних дріжджах. Подачу підживлювання розраховують на кожну годину росту дріжджів в апараті і її витрати залежать від кількості дріжджів в апараті. Подачу сульфату амонію здійснюють порціями в залежності від зміни вмісту азоту в культуральній рідині. Здійснюють подачу аміаку водного для підтримання pH. Емульсію піногасника стерилізують і подають в апарат по системі стерильних колекторів у автоматичному режимі в залежності від рівня піноутворення. Перше вирощування засівних дріжджів у ферментаторі 1 ведуть протягом 14 годин. Під час культивування дріжджів підтримують наступні технологічні параметри: температура 31 ± 1°C, водневий показник 5,0 - 5,5од, pH, витрата повітря 50 - 80нм3/год на кубічний метр культуральної рідини при надлишковому тиску 0,02 - 0,05МПа. Об'єм культуральної рідини на кінець засівної стадії складає 33м3, концентрація дріжджів - 100г/л. Через 14 годин культивування починають розділенням культурульної рідини стиснутим повітрям на два потоки: менший об'єм 10м3 залишають у ферментаторі 1 (1000кг дріжджів), а більший об'єм 23м3 (2300кг дріжджів) передають у дріжджоростильний апарат - ферментатор 2 (V = 100м3) для засіву товарної стадії. Під час розділення в обидва апарати безперервно подають свіже комплексне мелясно-солеве підживлююче середовище, яке надходить разом з повітрям на аерацію. Потім у ферментаторі 1 і в ферментаторі 2 здійснюють повторне культивування розділених об'ємів таким чином. У ферментаторі 1 до засівних дріжджів, які лишились, добавляють компоненти поживних середовищ згідно з табл.3 і ведуть повторний процес одержання засівних дріжджів протягом 8 годин при температурі 31 ± 1°C, водневому показнику 5,0 - 5,5 од. pH, аерації 50 - 80нм3/год на кубічний метр культуральної рідини при надлишковому тиску 0,02 - 0,05МПа і безперервному притоці мелясно-солевого підживлювання до об'єму в апараті 33м3; концентрація дріжджів - 100г/л. Через 8 годин культуральну рідину засівної стадії засівні дріжджі знову розділяють аналогічно вищеописаному; 1000кг дріжджів залишають у ферментаторі 1, а 2300кг дріжджів передають для посіву товарної стадії в ферментатор 3. Культивування товарних дріжджів у ферментаторі 3 проводять аналогічно описаному нижче для ферментатора 2. У ферментаторі 1 розділення засівних дріжджів для повторних культивувань проводять від 3 до 7 раз в залежності від технологічних вимог виробництва та морфофізіологічного стану культури. Потім у ферментаторі 1 здійснюють культивування товарних дріжджів протягом 14 годин, використовуючи як засівний матеріал весь об'єм дріжджової біомаси, яка вирощувалась у ферментаторі протягом 5 годин до накопичення 2300кг дріжджів після останнього розділення. Ця товарна стадія є заключною в циклі, що передбачає отримання дріжджів шляхом їх культивування з розділенням біомаси засівних дріжджів на два потоки для використання кожного з них як засівний матеріал при вирощуванні товарних дріжджів і повторного культивування засівних дріжджів. У ферментаторі 2 здійснюють культивування товарних дріжджів протягом 14 годин. Приток мелясносолевого підживлювання здійснюють безперервно в залежності від швидкості росту дріжджів, концентрації підживлюючого середовища та об'єму культуральної рідини (табл.3). Аміак водний 25% - ний подають в залежності від зміни pH. Подачу сульфату амонію здійснюють порціями в залежності від зміни вмісту азоту в культуральній рідині. Емульсію піногасника подають в автоматичному режимі в залежності від рівня піноутворення. Технологічні параметри процесу вирощування товарних дріжджів: температура (31 ± 1)°C, водневий показник (5,0 - 5,5) од. pH, витрата повітря 50 - 80нм3/год на кубічний метр культуральної рідини при надлишковому тиску (0,02 - 0,05)МПа. Процес вирощування товарних дріжджів проводять протягом 14 годин, потім культуральну рідину об'ємом 70м3 передають на сепарацію. У технологічному циклі з 3-х кратним розділенням біомаси одержують 31500кг товарних дріжджів, вихід дріжджів по мелясі при цьому складає 92%. В циклі з 5-тикратним розділенням вирощують 52500кг товарних дріжджів, вихід дріжджів по мелясі на товарній стадії 100%, загальний вихід по технологічному циклу 93%. Товарні дріжджі сепарують, фільтрують, сушать; використовують як дріжджове молоко (ТУ-10 0334585 - 3 - 90), у вигляді пресованої товарної форми (ГОСТ 171 - 81) або сушених дріжджів (ГОСТ 28483 - 90). Приклад 2. Технологічний цикл здійснюють аналогічно описаному в прикладі 1 з тією відмінністю, що режимний процес культивування дріжджів у товарних апаратах ведуть згідно з табл.4. У технологічному циклі з трьохкратним послідовним розділенням засівних дріжджів одержують 37800кг товарних дріжджів з кінцевою концентрацією 180г/л при виході по мелясі на товарній стадії 100% і загальним виходом по технологічному циклу 93%, а в циклі з п'ятикратним розділенням засівної дріжджової суспензії - 63000кг дріжджів із загальним виходом по мелясі 94,2 - 95,0. Приклад 3. Технологічний цикл вирощування хлібопекарських дріжджів проводять аналогічно описаному в прикладі 1 з тією відмінністю, що засівні дріжджі розділяють на три об'єми, один із яких повторно культивують для отримання засівних дріжджів, а два інших використовують для вирощування товарних дріжджів згідно з технологічними параметрами, наведеними в табл.5. Вихід дріжджів на товарній стадії складає 100%, загальний вихід по технологічному циклу - 91%. Приклад 4. Вирощування хлібопекарських дріжджів проводять аналогічно описаному в прикладі 1 з тією відмінністю, що засівні дріжджі, які вирощувались згідно з технологічним режимом за табл.1, розділяють на три об'єми, кожен з яких використовують для культивування товарних дріжджів згідно з технологічними параметрами, приведеними в табл.5. Вихід дріжджів на товарній стадії складає 100%, загальний вихід дріжджів по технологічному циклу - 91%. Можливість гарантованого отримання чистої культури, чистій по мікрообсіменінню товарної продукції (товарних дріжджів) при реалізації способу, який пропонується, в промислових умовах характеризована даними табл.6. Технологічний режим вирощування засівних дріжджів у ферментаторі 1 (1 стадія). На початку процесу в апарат задають 3г дестиобіотину. Склад мелясно-солевого підживлення на 1м3, кг: Меляса 46% 500 Хлористий калій 9,5 Диамоній фосфат 10 Сульфат магнію 0,5 Сульфат амонію подають у вигляді стерильного 20% - ного розчину в кількості, необхідній для піддержування формольного числа в культуральній рідині на заданому рівні. Технологічний режим вирощування засівних дріжджів у ферментаторі 1 (1 і наступні стадії). На першій годині росту даної стадії задають дестиобіотин у кількості 3г. Склад мелясносолеврго підживлення на 1м3, кг: Меляса 46% 500 Хлористий калій 9,5 Диамоній фосфат 10 Сульфат магнію 0,5 Сульфат амонію подають у вигляді стерильного 20% - ного розчину в кількості, необхідній для піддержування формольного числа в культуральній рідині на заданому рівні. На останній стадії накопичують 2300кг дріжджів за 5 годин росту і використовують їх як засівний матеріал для вирощування біомаси товарних дріжджів у цьому ж апараті. Технологічний режим вирощування товарних дріжджів у ферментаторі 2 (V = 100м3). На першій годині росту даної стадії задають дестиобіотин у кількості 4г. Склад мелясно-солевого підживлення на 1м3, кг: Меляса 46% 500 Хлористий калій 9,5 Диамоній фосфат 10 Сульфат магнію 0,5 Сульфат амонію подають у вигляді стерильного 20% - ного розчину в кількості, необхідній для піддержування формольного числа в культуральній рідині на заданому рівні. Технологічний режим вирощування товарних дріжджів у ферментаторі 2 (V = 100м3). Дестибіотин подають як ростовий фактор на складку апарату в кількості 6г. Склад мелясно-солевого підживлення на 1м3, кг: Меляса 46% 500 Хлористий калій 9,5 Диамоній фосфат 10 Сульфат магнію 0,5 Сульфат амонію подають у вигляді стерильного 20% - ного розчину в залежності від значення формольного числа в культуральній рідині. Технологічний режим вирощування товарних дріжджів у ферментаторі 2, 3. Дестибіотин вносять на 0 годин росту в кількості 1,6г. Склад мелясно-солевого підживлення на 1м3, кг: Меляса 46% 500 Хлористий калій 9,5 Диамоній фосфат 10 Сульфат магнію 0,5 Сульфат амонію подають у вигляді стерильного 20% - ного розчину в кількості, необхідній для піддержування формольного числа в культуральній рідині на заданому рівні. Джерела інформації 1. Новаковская С.С., Шишацкий Н.И. Производство хлебопекарных дрожжей: Справ. - М.: Агропромиздат, 1990. 2. Авторское свидетельство СССР №1033541, кл. C12N1/18, 1982.