КОМБИНИРОВАННЫЕ ДРОЖЖИ, ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ ФЕРМЕНТАЦИИ С ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ СПИРТА
COMPOSITE YEAST SUITABLE FOR HIGH CONCENTRATION ALCOHOL FERMENTATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к ферменту, используемому в процессе спиртовой ферментации (брожения), и, в частности, к комбинированным дрожжам, пригодным для ферментации с высокой концентрацией спирта.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В отечественной промышленности спиртового брожения для получения спирта с максимальным конечным содержанием спирта в заторе 11-12 об./об.% часто используют дрожжи как таковые либо дрожжи в комбинации с кислой протеазой. При дальнейшем увеличении конечного содержания спирта в заторе содержание остаточных редуцирующих сахаров и крахмала в заторе будет довольно высоким, что приведет к снижению выхода спирта по сырьевому материалу и к загрязнению окружающей среды отработанными остаточными редуцирующими сахарами, остаточным крахмалом и спиртовым затором. Таким образом, увеличение конечного содержания спирта в заторе при сохранении количеств остаточных редуцирующих сахаров и остаточного крахмала на относительно приемлемом уровне превращается в серьезную проблему, требующую решения.
Как раскрыто в заявке "Комбинированные дрожжи, пригодные для ферментации с высокой концентрацией спирта", поданной для регистрации 15 декабря 2003 г. настоящим Заявителем, комбинированные дрожжи, включающие термостабильные Saccharomyces cerevisiae, кислую протеазу, фитазу и целлюлазу, используются в качестве фермента для спиртовой ферментации, позволяющего получать из стандартного сырьевого материала, такого как кукуруза, маниока и пшеница, затор с конечным содержанием спирта 14,5-15,5 об./об.%, с остаточным содержанием редуцирующих сахаров, регулируемым в пределах 0,2-0,4 мас./об.%, и содержанием остаточного крахмала, регулируемым в пределах 1,0-2,0 мас./об.%.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является предложение комбинированных дрожжей, пригодных для ферментации с высокой концентрацией спирта, которые могут значительно улучшить эффективность ферментации для термостабильных Saccharomyces cerevisiae, дополнительно увеличить конечное содержание спирта в заторе и снизить количество остаточных редуцирующих сахаров и остаточного крахмала по сравнению с известными решениями, благодаря чему снизится нагрузка на окружающую среду.
Указанная задача решена с помощью комбинированных дрожжей, пригодных для ферментации с высокой концентрацией спирта, состоящих из термостабильных Saccharomyces cerevisiae, кислой протеазы, фитазы, целлюлазы, β-глюканазы и пектиназы. Содержание описанных выше ингредиентов составляет (по массе):
термостабильных Saccharomyces cerevisiae - 61-83%,
кислой протеазы - 5-30%,
фитазы - 3-10%,
целлюлазы - 2-10%,
β-глюканазы - 1-2%,
пектиназы - 1-2%.
Согласно предпочтительному варианту осуществления соотношения ингредиентов комбинированных дрожжей настоящего изобретения составляют (по массе):
термостабильных Saccharomyces cerevisiae - 61-78%,
кислой протеазы - 10-20%,
фитазы - 3-8%,
целлюлазы - 5-8%,
β-глюканазы - 1-1,8%,
пектиназы - 1-1,5%.
Согласно более предпочтительному варианту осуществления соотношения ингредиентов комбинированных дрожжей настоящего изобретения составляют (по массе):
термостабильных Saccharomyces cerevisiae - 75%,
кислой протеазы - 12%,
фитазы - 5%,
целлюлазы - 5%,
β-глюканазы - 1,5%,
пектиназы - 1,5%.
Термостабильные Saccharomyces cerevisiae в настоящем изобретении представляют собой осахаривающий штамм, который является твердым веществом и находится в форме частиц, с содержанием активных клеток, как правило, 35 млрд/г. Указанные Saccharomyces cerevisiae в процессе спиртового брожения превращают сахар в спирт. К его достоинствам относятся широкий интервал рабочих температур, термостабильность, устойчивость к воздействию спирта и высокая репродуктивная способность. Кроме того, указанные дрожжи пригодны для производства рисового вина, алкогольного напитка, плодового вина, винного спирта, уксуса и тому подобного.
Кислая протеаза, фитаза, целлюлаза, β-глюканаза и пектиназа принимают участие в разложении сырьевого материала и обеспечивают питательную среду и защиту устойчивости к стрессу.
Кислая протеаза представляет собой фермент в виде порошка серого цвета с ферментативной активностью выше 50000 Е/г; целлюлаза представляет собой фермент в виде порошка серого цвета с ферментативной активностью выше 1800 Е/г; фитаза представляет собой фермент в виде порошка молочно-белого цвета с ферментативной активностью выше 5000 Е/г; β-глюканаза представляет собой фермент в виде порошка светло-желтого цвета с ферментативной активностью выше 800 Е/г, и пектиназа представляет собой фермент в виде порошка светло-желтого цвета с ферментативной активностью выше 2000 Е/г.
Все исходные материалы, использованные в составе комбинированных дрожжей настоящего изобретения, являются коммерчески доступными.
Поскольку комбинированные дрожжи настоящего изобретения представляют собой продукты жизнедеятельности микроорганизмов, ингредиенты измеряют по массе. Например, 100 г комбинированных дрожжей содержат 61-83 г термостабильных Saccharomyces cerevisiae (т.е. более 20 млрд на грамм), 5-30 г кислой протеазы (2500000-15000000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 50000 Е/г, т.е. 2500-15000 Е/г), 3-10 г фитазы (150000-500000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 5000 Е/г, т.е. 150-500 Е/г), 2-10 г целлюлазы (36000-180000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 1800 Е/г, т.е. 36-180 Е/г), 1-2 г β-глюканазы (8000-16000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 800 Е/г, т.е. 8-16 Е/г) и 1-2 г пектиназы (20000-40000 Е ферментативной активности, рассчитанной на основании содержания 2000 Е/г, т.е. 20-40 Е/г).
При приготовлении комбинированных дрожжей настоящего изобретения описанные выше соотношения ингредиентов могут зависеть от типов исходных материалов, используемых производителем спирта. Ингредиенты тщательно смешивают друг с другом путем механического или ручного перемешивания и затем упаковывают в соответствии с требуемыми стандартами.
Преимуществами комбинированных дрожжей настоящего изобретения являются увеличение содержания ферментированного спирта, уменьшение содержания остаточного крахмала и остаточных редуцирующих сахаров, снижение стоимости производственных затрат на ферментацию спирта и увеличение выхода вина. Еще одним преимуществом является легкая доступность сырьевых материалов, простота производственной технологии и удобство применения. Комбинированные дрожжи настоящего изобретения могут быть использованы в качестве фермента для ферментации стандартных сырьевых материалов, таких как кукуруза, маниока и пшеница, позволяя получать заторную жидкость с конечным содержанием спирта 16,0-17,0 об./об.%, остаточными редуцирующими сахарами, регулируемыми в пределах 0,15-0,25 мас./об.%, и количеством остаточного крахмала, регулируемым в пределах 0,6-1,6 мас./об.%, что позволит снизить расходы на защиту окружающей среды.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение будет дополнительно подробно описано со ссылкой на приведенные ниже примеры; однако объем охраны настоящего изобретения не ограничивается данными примерами.
Примеры 1-3
Ингредиенты в Примерах 1-3 точно взвешивают в соответствии с соотношениями, приведенными в Таблице 1, перемешивают до полного смешения и упаковывают, как требуется для получения конечных продуктов.
Таблица 1
Сырье (мас.%)
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Производители
Ферментативная активность (количество активных клеток)
Термостабильные Saccharomyces cerevisiae
62
75
83
ANGEL YEAST CO., LTD
35 млрд/г
Кислая протеаза
20
12
5
NOVOZYMES (CHINA) INVESTMENT CO., LTD
50000 Е/г
Фитаза
8
5
5
NOVOZYMES (CHINA) INVESTMENT CO., LTD
5000 Е/г
Целлюлаза
8
5
3
NOVOZYMES (CHINA) INVESTMENT CO., LTD
1800 Е/г
β-глюканаза
1
1,5
2
USTC YIYUAN BIOTECH CO., LTD
800 Е/г
Пектиназа
1
1,5
2
USTC YIYUAN BIOTECH CO., LTD
2000 Е/г
Пример 4
В данном примере в качестве сырья используют кукурузу, а для спиртового брожения применяют комбинированные дрожжи настоящего изобретения. Протокол, количества каждого из использованных компонентов и результаты представлены ниже.
Протокол включает:
1. распыление сырья: кукурузный порошок просеивают через сито с размером ячеек 1,5 мм;
2. увлажнение сырья: добавление в него горячей воды с температурой 60-70°С в соответствии с конечными требованиями к содержанию сахара и увлажнение в течение 30 минут;
3. разжижение: добавление термостабильной амилазы в количестве 10-20 Е/г сырья, разжижение при температуре 95-97°С в течение 1,5-2 ч, охлаждение до температуры 32°С и доведение величины рН до 4,2-4,5 с помощью серной кислоты.
4. ферментацию с добавлением дрожжей: добавление 150-200 Е/г осахаривающего фермента, 0,02% (массовых) комбинированных дрожжей настоящего изобретения и 0,05% (массовых) дигидрофосфата аммония и ферментирование при температуре 30-35°С в течение 65-68 часов.
5. дистилляцию: дистиллирование с помощью обычного процесса винного брожения для получения спирта с конечным содержанием спирта 16,0-17,0 об./об.%, количеством остаточных редуцирующих сахаров 0,15-0,25 мас./об. и количеством остаточного крахмала 0,6-1,6 мас./об.%.
Сравнительные результаты, полученные при спиртовом брожении с использованием комбинированных дрожжей настоящего изобретения и с использованием общепринятого фермента, представлены в Таблице 2.
Таблица 2
Сравнение конечных содержаний спирта, остаточных количеств редуцирующих сахаров и количеств остаточного крахмала при использовании разных ферментов
Композиция фермента (мас.%)
Соответствующие соотношения (мас.%)
Конечное содержание спирта в заторе (об./об.%)
Содержание остаточного восстанавли вающего сахара (мас./об.%)
Содержание остаточного крахмала (мас./об.%)
Термостабиль-
термостабильные
ные
Saccharomyces
Saccharomyces
cerevisiae 65%
15,1%
0,3%
1,6%
cerevisiae 65-
кислая протеаза
85%
20%
кислая протеаза
фитаза 10%
5-30%
целлюлаза 5%
фитаза 3-10%
термостабильные
целлюлаза 2-
Saccharomyces
10%
cerevisiae 75%
14,6%
0,39%
2,0%
кислая протеаза
15%
фитаза 5%
целлюлаза 5%
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 85%
15,3%
0,21%
1,2%
кислая протеаза
5%
фитаза 5%
целлюлаза 5%
Термостабиль-
термостабильные
ные
Saccharomyces
Saccharomyces
cerevisiae 62%
Cerevisiae 61%-
кислая протеаза
16,5%
0,2%
1,1%
83%
20%
кислая протеаза
фитаза 8%
5-30%
целлюлаза 8%
фитаза 3-10%
β-глюканаза 1%
целлюлаза 2-
пектиназа 1%
10%
термостабильные
β-глюканаза 1%-
Saccharomyces
2%
cerevisiae 72%
пектиназа 1%-
кислая протеаза
17,0%
0,17%
0,6%
2%
15%
фитаза 5%
целлюлаза 5%
β-глюканаза 1,5%
пектиназа 1,5
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 83%кислая протеаза 5%
16,1%
0,24%
1,5%
фитаза 4%
целлюлаза 4%
β-глюканаза 2%
пектиназа 2%
Дополнительные экспериментальные данные
Ниже представлены результаты, полученные при спиртовом брожении различного сырья с использованием комбинированных дрожжей настоящего изобретения. Ферментацию осуществляли аналогично протоколу, описанному в Примере 4.
Сырье
Комбинированные дрожжи (соотношения компонентов в мас.%)
Конечное содержание спирта в заторе (об./об.%)
Содержание остаточного восстанавливающего сахара (мас./об.%)
Содержание остаточного крахмала (мас./об.%)
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 62%
16,1%
0,2%
1,5%
кислая протеаза 20%
фитаза 10%
целлюлаза 8%
β-глюканаза 1%
пектиназа 1%
термостабильные
Saccharomyces
пшеница
cerevisiae 72%кислая протеаза 15%
16,6%
0,21%
1,0%
фитаза 5%
целлюлаза 5%
β-глюканаза 1,5%
пектиназа 1,5%
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 83%кислая протеаза 5%
17,0%
0,18%
0,7%
фитаза 4%
целлюлаза 3%
β-глюканаза 2%
пектиназа 2%
маниока
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 62%
кислая протеаза 20%
16,5%
0,2%
1,2%
фитаза 8%
целлюлаза 8%
β-глюканаза 1%
пектиназа 1%
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 72%
кислая протеаза 15%
17,0%
0,15%
0,6%
фитаза 5%
целлюлаза 5%
β-глюканаза 1,5%
пектиназа 1,5%
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 83%кислая протеаза 5%
16,1%
0,24%
1,4%
фитаза 4%
целлюлаза 4%
β-глюканаза 2%
пектиназа 2%
рис
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 62%
кислая протеаза 20%
16,4%
0,2%
1,2%
фитаза 8%
целлюлаза 8%
β-глюканаза 1%
пектиназа 1%
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 72%
кислая протеаза 15%
17,0%
0,16%
0,8%
фитаза 5%
целлюлаза 5%
β-глюканаза 1,5%
пектиназа 1,5%
термостабильные
Saccharomyces
cerevisiae 83%
кислая протеаза 5%
16,8%
0,2%
0,9%
фитаза 4%
целлюлаза 4%
β-глюканаза 2%
пектиназа 2%