СПОСОБ ВАКУУМНОЙ СУШКИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЗАКВАСОК ИЛИ ПРЕПАРАТОВ
METHOD FOR VACUUM DRYING OF BACTERIAL STARTERS OR PREPARATIONS

Изобретение относится к области биотехнологии.
Известен способ вакуумной сушки смеси, содержащей ферменты и закваски до 100°С до содержания влаги в пределах 8-10% (RU 2086144, 1997).
Известен способ сушки бактериального препарата, включающий предварительное замораживание и сушку (см. SU 1521769, C12N 1/20, А23С 9/12, 1989 г.). Замороженный концентрат пропионово-кислых бактерий подвергали сублимационной сушке. Начальная температура сушки замороженной биомассы бактерий составила минус 18°С, досушивание проводили при температуре (37-38)°С. В процессе сушки остаточное давление в системе поддерживали на уровне (0,13-1,3) Па. Продолжительность контролировали по остаточной влажности бактериального препарата.
Известны способы вакуумной сублимационной сушки заквасок, бактериальных или ферментосодержащих препаратов, которые непосредственно перед высушиванием представляют собой жидкостно-вязкую суспензию. Перед замораживанием суспензии в нее всегда добавляют криопротекторы (защитную среду), после чего происходит процесс сублимационной сушки и получения готового продукта, например, такой как способ вакуумной сублимационной сушки по патенту RU 2157640 для получения концентрата молочнокислых бактерий для производства сыров.
Главное отличие от известных способов будет заключаться в замене сублимационной сушки на вакуумную сушку и то, что такое решение по организации технологии получения сухих препаратов позволяет отказаться от использования «криопротекторов» и повысить качество конечного продукта.
Технический результат - уменьшение времени проведения вакуумной сушки и повышение качества конечного продукта.
Технический результат достигается способом вакуумной сушки бактериальных заквасок или препаратов, в котором готовят исходную суспензию, не содержащую криопротектора, а в процессе сушки обеспечивают изменение давления от атмосферного до величины вакуума не ниже 4,5 мм рт. ст. за первую четверть всего процесса сушки. При этом за счет теплоподвода к высушиваемой суспензии предотвращается возможность фазового перехода жидкости в лед.
Оборудование, на котором проводились исследования, включает в себя вакуумную камеру (с возможностью изменения давления от атмосферного до 0,06 мм рт.ст.) с расположенными в ней обогреваемыми полками, оборудованными теплообменником с возможностью изменения температуры от минус 20°С до плюс 50°С, десублиматор (теплообменник-конденсатор), оснащенный двухступенчатой холодильной машиной с возможностью охлаждения до минус 100°С, а также приборы автоматического наблюдения и фиксации изменения температуры в продукте и на поверхности полок.
Принцип сублимационной сушки основан на удалении влаги из замороженного продукта в условиях вакуума.
При замораживании суспензии бактериальных клеток происходит гибель части популяции. Причина гибели клеток при замораживании заключается в деструкции, деформации, разрыве клеточной мембраны, так как при замораживании образуются кристаллы льда. Для уменьшения гибели клеток используют различные криопротекторы, применение которых способствует формированию более мелких кристаллов льда и предотвращает повреждения клеточной мембраны.
Пример 1 (для варианта сушки бактериального концентрата)
Полученную центрифугированием бактериальную массу мезофильных молочнокислых палочек Lactobacillus casei смешивали с нейтрализующим веществом (криопротектором) для повышения уровня активной кислотности до 5,5-6,0 ед. рН, оптимального для данного вида бактерий. Добавление нейтрализующих веществ повышает активную кислотность бактериальной массы и предотвращает гибель клеток при замораживании, которая наблюдается при уровне активной кислотности ниже 3,8-4,1 ед. рН для молочнокислых палочек.
Полученную суспензию клеток разливали в кюветы слоем 5-10 мм, помещали в вакуумную сушилку и понижали давление таким образом, чтобы в период «активного влагоудаления» давление от атмосферного не опускалось ниже 4,5 мм рт.ст.
Период «активного влагоудаления» - это та фаза вакуумной сушки, в которой происходит интенсивное испарение влаги из высушиваемого материала. Обычно продолжительность этой фазы составляет 1/4 общей продолжительности всего процесса вакуумной сушки. Именно в этот период, при резком падении давления может наблюдаться известное физическое явление «самозамораживание». Для того чтобы избежать это явление, и были введены ограничения по давлению и температуре (которые являются основными параметрами организации и ведения процесса вакуумной сушки): НЕ ниже 4,5 мм рт. ст. - за первую четверть всего процесса сушки, при этом теплоподвод к высушиваемой суспензии организован таким образом, чтобы полностью исключить возможность фазового перехода влаги в лед.
На фиг.1 представлен реальный график изменения температуры бактериального концентрата и изменение давления в камере в процессе вакуумной сушки.
Качество сухого концентрата оценивали по количеству жизнеспособных клеток молочнокислых палочек. Показатели полученного сухого бактериального концентрата представлены в табл.1.
Таблица 1
Наименование показателя
Характеристика (величина)
Внешний вид
однородный порошок светло-коричневого цвета)
Массовая доля влаги
4,7%
Количество жизнеспособных клеток
675×10<sup>9</sup>
молочнокислых палочек, КОЕ в 1 г
концентрата
Количество дрожжей и плесеней, КОЕ/г
2
БГКП (колиформы)
Не обнаружены в 1 г
S. aureus
Не обнаружены в 1 г
Сальмонеллы
Не обнаружены в 10 г
Микроскопический препарат
Палочки с закругленными краями, расположенные одиночно, попарно и в коротких цепочках
Пример 2 (для варианта сушки бактериальной закваски)
Выращенные на стерильном молоке культуры молочнокислых бактерий (видов Lactococcus lactis subsp lactis, Lactococcus lactis subsp cremoris, Lactococcus lactis subsp diacetilactis) смешивали с нейтрализующим веществом (криопротектором) для повышения уровня активной кислотности до 6,0-6,5 ед. рН, оптимального для данного вида бактерий. Добавление нейтрализующих веществ повышает активную кислотность сквашенного молока и предотвращает гибель клеток после замораживания, которая наблюдается при уровне активной кислотности ниже 4,75 ед. рН для лактококков.
Полученный нейтрализованный молочный сгусток разливали в кюветы и сушили аналогично варианту, изложенному выше.
На фиг.2 представлен реальный график изменения температуры бактериальной закваски и изменение давления в камере в процессе вакуумной сушки.
Качество сухой бактериальной закваски {или сухой культуры) оценивали по количеству жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий и активности сквашивания молока. Показатели полученной сухой бактериальной закваски представлены в табл.2.
Таблица 2
Наименование показателя
Характеристика (величина)
Внешний вид
Однородный порошок кремового цвета
Массовая доля влаги
5,0%
Количество жизнеспособных клеток
9×10<sup>9</sup>
молочнокислых палочек, КОЕ в 1 г
Количество дрожжей и плесеней, КОЕ/г
Не обнаружены в 1 г
БГКП (колиформы)
Не обнаружены в 1 г
S. aureus
Не обнаружены в 1 г
Сальмонеллы
Не обнаружены в 10 г
Микроскопический препарат
Кокки, соединенные попарно и в цепочках
разной длины
Активность сквашивания молока, ч
10ч
Титруемая кислотность, "Тернера
90°Т
При реализации известного способа сублимационной сушки в полученные закваски, бактериальные или ферментосодержащие суспензии сначала добавляют криопротекторы (защитную среду, предохраняющую жизнеспособные микроорганизмы от негативного влияния фазового перехода воды в лед при замораживании), затем разливают в специальные кюветы (выдерживая толщину слоя суспензии не более 20 мм), замораживают при температуре не ниже 18°С, после чего помещают в сублимационную камеру и высушивают до остаточной влажности препарата не более 7%.
Предлагаемый способ не предполагает добавление криопротектора, также как не предполагает и проведение процесса замораживания заквасок, бактериальных или ферментосодержащих суспензий. Исходная суспензия непосредственно после ее получения разливается аналогичным образом (как указано выше) и сразу помещается в вакуумную камеру, где и высушивается до заданной остаточной влажности, при этом в процессе сушки обеспечивают изменение давления от атмосферного до величины вакуума не ниже 4,5 мм рт. ст., а теплоподвод к высушиваемой суспензии организован таким образом, чтобы полностью исключить возможность фазового перехода влаги в лед.
Основным показателем при определении качества высушенного препарата является количество жизнеспособных и ароматобразующих микроорганизмов. Ниже приведены сравнительные результаты высушенного препарата по этим показателям.
Пример 3. Сырная закваска:
- Общее число жизнеспособных микроорганизмов (клеток) при сублимационной сушке составляло от 1,4 до 6 млрд КОЕ/г,
а при вакуумной - от 2,4 до 9 млрд КОЕ/г.
- Число ароматобразующих клеток при сублимационной сушке составляло от 1,1 до 3,5 млрд КОЕ/г,
а при вакуумной - от 1,6 до 5 млрд КОЕ/г.
Время проведения вакуумной сушки в среднем составило 4-6 часов в зависимости от толщины слоя, что в том же слое при сублимационной сушке в 1,5 раза дольше.
Пример 4. Ферментативная активность (молочная закваска):
7
- Общее число жизнеспособных микроорганизмов (жизнеспособных бактерий) при сублимационной сушке составляло 1,0×10 КОЕ/г,
9
а при вакуумной - 1,0×10 КОЕ/г.
Время проведения процесса составило в среднем 3,5-4 часа