Спосіб отримання біомаси дріжджів
Власники патенту UA 2384612:
Спосіб отримання біомаси дріжджів включає культивування дріжджів в умовах аерації при температурі 25÷40°З рН 3,0÷6,0 на живильному середовищі, що містить джерела вуглецю, азоту, мінеральні добавки та стимулятори росту. Як живильне середовище використовують гідролізати або ферментолізати зерносировини та/або відходів борошномельного виробництва. Як біостимулятори росту клітин дріжджів використовують (ваг.%): сульфіт натрію (1·10 -4 ÷1·10 -8 ), гіберелінові кислоти (1·10 -7 ÷1·10 -12 ), водорозчинні олігосахариди хітину (1 ·10 -5 ÷1·10 -9 ) за їх загальної концентрації (1·10 -5 ÷1·10 -10 ) % до обсягу. Спосіб дозволяє збільшити приріст біомаси, знизити витрати на її отримання та підвищити якість готового продукту за вмістом білка. Вміст сирого білка готового продукту становить 42,1%. 2 з.п. ф-ли, 2 табл.
Винахід відноситься до галузі біотехнології, мікробіологічної, комбікормової та переробної промисловості і може бути використане для отримання біомаси дріжджів шляхом їх вирощування на живильних середовищах на основі зерносировини та відходів борошномельного виробництва для використання її як кормової добавки в раціон с/г тварин та птиці.
Як стимулятори використовуються як окремі речовини, такі як вітаміни, амінокислоти, мікроелементи, поверхнево-активні речовини, пуринові або пірамідинові основи, так і суміші складного складу - композиційні біостимулятори. Виявлено синергічний ефект дії таких стимуляторів, що полягає в тому, що приріст біомаси при спільній їх подачі вище, ніж арифметична сума приростів біомаси при їх роздільній подачі. Концентрація ж кожного із стимуляторів порівняно з кількістю, необхідною для досягнення аналогічногоефект при їх роздільній подачі, різко знижується.
Використання стимуляторів росту клітин у процесі отримання біомаси як при періодичному, так і при безперервному культивуванні призводить до повнішої утилізації субстрату, що дозволяє підвищувати ефективність зростання дріжджів при знижених витратних коефіцієнтах сировини та електроенергії.
Відомий спосіб вирощування дріжджів в умовах аерації на мінеральних живильних середовищах, що містять джерела вуглецю, азоту, фосфору і мікроелементів з використанням як стимулятор росту дріжджів однієї або декількох α-амінокарбонових кислот, що входять до складу натуральних компонентів, таких як аргініну, а також вітамінів групи В, особливо пантотенової кислоти, та піридоксину (патент Франції №1538957, кл. С12С, 1969 р.)
Недоліком відомого способу є висока вартість вихідних продуктів, що використовуються.
Відомий спосіб вирощування дріжджів з використанням як стимулятор росту кротонбетаїну і бутилбетаїну (патент Японії №54-17026, кл. С12С 11/08, 1979). Однак дія стимуляторів перевірена лише в періодичних умовах шляхом струшування колб за низьких концентрацій біомаси. Іншим недоліком відомого способу є значна витрата кротонбетаїну та бутилбетаїну, який становить 0,1 мг на 1 л живильного середовища.
Найбільш близьким аналогом пропонованого способу по технічній сутності і досягається ефекту, прийнятим як прототип, є спосіб вирощування дріжджів пологів Pichia, Sacharomyces Schia saccharomyces, Candida і Torulopsis на середовищах з вуглеводнями, вуглеводами, спиртами або органічними кислотами, в якому культуральну рідину, отриману після вирощування нужденнихтіаміні дріжджів, де для вирощування потребують тіаміну дріжджів використовується живильне середовище, збагачена біотином, пантотенатом кальцію, фольовою кислотою, інозитом, α-амінобензойною кислотою, піридоксином, рибофлавіном, тіаміном, причому після ють у вихідну середу (патент Японії №54-1946, кл. С12С 11/20, 1971).
При використанні стимуляції зростання дріжджів 0,1-10,0% застосовуваної в прототипі культуральної рідини відзначається приріст біомаси на 7-30% або збільшення виходу біомаси на 5-15%.
Недоліком прототипу є те, що стимулюючий ефект культуральної рідини, що використовується, проявляється лише в поєднанні з перерахованими вітамінами, що робить спосіб дуже дорогим і економічно малоефективним.
Завданням винаходу є збільшення приросту біомаси, зниження витрат на її отримання та підвищення якості готового продукту вмісту білка.
Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що спосіб отримання біомаси дріжджів включає культивування дріжджів в умовах аерації при температурі 25-40°С і рН 3,0-6,0 на змішаному вуглеводсодержащему живильному середовищі, що містить джерела вуглецю, азоту і (функціонально необхідні мінер і стимулятори росту, як живильне середовище використовують гідролізати або ферментолізати зерносировини та/або відходів борошномельного виробництва, а також біостимулятори росту клітин дріжджів, що включають антиоксиданти органічної та неорганічної природи, вага.%: сульфіт натрію (1·10 -4 -1·10 -8), як фітогормони - гіберелінові кислоти (1·10 -7 -1·10 -12 ), водорозчинні олігосахариди хітину (1·10 -5 -1·10 -9 ), конкретна концентрація яких визначаєтьсябіотехнологічними завданнями, за їх загальної концентрації (1·10 -5 -1·10 -10 ) % до обсягу.
Як мікроорганізми використовують штами дріжджів Sacharomyses serevisiae, Candida scotti.
Як джерело вуглецю використовують вуглеводсодержащие субстрати: гідролізати або ферментолізати зерносировини та/або відходів борошномельного виробництва.
Після закінчення процесу культивування, біомасу відокремлюють, а відпрацьовану культуральну рідину повертають у процес культивування дріжджів, попередньо обробивши перегрітою водяною парою до встановлення температури рідкої фази 80-95°С.
Вирощування дріжджів проводять у безперервних або періодичних умовах при перемішуванні та аерації середовища кисневмісним газом, наприклад повітрям, у присутності джерела азоту, наприклад фосфорнокислих або сірчанокислих солей амонію, джерел фосфору, наприклад фосфатів, мінеральних солей калію, магнію та мікроелемент марганцю та ін.
Як мікроорганізм - продуцент білка - використовують штами дріжджів Sacharomyses serevisiae, Candida Scotti.
Як джерело вуглецю використовують углеводсодержащие субстрати; гідролізати або ферментолізати зерносировини та/або відходів борошномельного виробництва.
Багатокомпонентний композиційний біостимулятор (КБС) включає антиоксиданти органічної та неорганічної природи, вага.%: сульфіт натрію (1·10 -4 -1·10 -8 ), як фітогормони - гіберелінові кислоти (1·10 -7 -1·10 12 ), водорозчинні олігосахариди хітину (1·10 -5 -1·10 -9 ), зі ступенем полімеризації 3-8, одержувані обробкою концентрованою сірчаною кислотою хітину, що утворюється як відхід при виділенні м'яса ракоподібних тварин (UA №2126012 С1, .С07Н 3/06, 1997 р.), за їх загальної концентрації (1·10 -5 -1·10-10)% До обсягу.
Склад та співвідношення зазначених компонентів вибирають за відомими їх властивостями в залежності від технічних вимог до продукту. У разі їх зручно називати за номерами - КБС1, КБС2 тощо.
У цьому окремі компоненти композиційного биостимулятора подають апарати для вирощування біомаси або одночасно, тобто. синхронно, або окремо, чергуючи їх подачу, у кількості (1×10 -5 -1×10 -10 )% обсягу. Найменше значення діапазону не дає необхідного ефекту, а більше - знижує економічну ефективність способу через значні витрати на придбання компонентів.
В апарат чистої культури біостимулятор подають безпосередньо після подачі в нього інокулята і вирощують дріжджі в періодичному режимі, після чого активовану біомасу дріжджів переводять у ферментер, куди вводять композиційний біостимулятор повністю або періодичними порціями.
Вирощування дріжджів проводять при температурі 25-40°З при рН 3,0-6,0 при безперервному процесі як в одну, так і в кілька стадій.
Після закінчення процесу вирощування біомасу відокремлюють, а рідку фазу, тобто. відпрацьовану культуральну рідину (ОКЖ), що залишається після виділення цільового продукту, повертають у процес вирощування через апарат для приготування гідролізату рослинної сировини. При цьому перед подачею на стадії розрідження або оцукрювання зерносировини ОКЖ піддають обробці перегрітою водяною парою до встановлення температури рідкої фази 80-95°С.
Приклади реалізації способу
Приклад 1. Готують живильне середовище, для чого 37,5 г дерті та 87,5 г житніх висівок заливають 875 мл водопровідної води. Гідромодуль: тверда та рідка фракції - 1:7. Суспензію піддають термообробці на киплячій водяній бані протягом 4-х годин при рН 6,7. Післятермообробки суміш охолоджують до кімнатної температури, доводять за допомогою 10%-ної сірчаної кислоти рН до 5,0 і додають солі: 3 г/л (NH4)2SO4 та 0,8 г/л КH2PO4, після чого до суспензії додають 2 г/ л ферментного препарату глюкаваморину ГЗХ. Ферментоліз проводять протягом 5 годин, після чого термостатують суспензію протягом 1,5 години на водяній бані.
Дріжджі Sacharomyses serevisiae ВКПМ-у-1985 вирощують у колбах на гойдалці з 200-240 об/хв, при температурі 32-34°С протягом 20 годин з об'ємом живильного середовища 100 мл.
У живильне середовище додають як стимулятор композиційний біостимулятор КБС1 у кількості 1×10 -10 , що містить, вага.%: сульфіт натрію 1,0·10 -4 -1·10 -8 ; гіберелінову кислоту 1·10 -7 -10 -12 ; хітинові олігосахариди 1·10 -5 1·10 -9 .
У контрольних дослідах до живильного середовища стимулятори не додають.
Приклад 2. Дріжджі Candida scotti ВСБ-775 вирощують за прикладом 1.
Приклад 3. Дріжджі Saccharomyces cerevisiae diastaticus (ВКПМ-у-1218) вирощують у безперервному режимі в промисловому апараті з V=1000 м 3 (Vраб=500 м 3 ) на ферментативному гідролізаті з сировини. В апарат подають композиційний біостимулятор КБС1 у кількості 10 -9 % (вага/об'єм).
Технологічні показники роботи промислового апарату представлені у табл.1.
| Табл.1. | ||||||||
| № п/п | варіант | Протока м 3 /година | Час вирощування, година | АСВ% | Витратний коефіцієнт. по зерносировині | Сирий протеїн % | Білок за Барнштейном, % | Вироблення дріжджів ЛСВ. т/добу |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1. | Контроль | 54 | 8,0 | 8,2 | 1,55 | 39,8 | 29,0 | 80,7 |
| 2. | Досвід | 67 | 7,2 | 8,9 | 1,42 | 41,2 | 30,8 | 106,7 |
Таким чином, введення в живильне середовище з гідролізатом зерносировини композиційного біостимулятора КБС1 дозволяє суттєво інтенсифікувати процес вирощування дріжджів, що проявляється у збільшенні протоки на 13 м 3 /год (24 відн.%), зменшенні часу вирощування на 10 відн.%, збільшенні дріжджів на 26 т/добу (32 відн.%), зниження витратного коефіцієнта на 8,4 відн.%. При цьому покращується якість готового продукту, що проявляється у збільшенні вмісту сирого протеїну на 3,5 відн.% та білка за Барнштейном на 5,2 відн.%.
Приклад 4. Дріжджі Saccharomyces cerevisiae diastaticus (ВКПМ-1218) вирощують у безперервному режимі в промисловому апараті з Vраб=1000 м 3 (Vраб=500 м 3 ) на ферментативному гідролізаті зерносировини. В апарат подають композиційний біостимулятор КБС2 у кількості 10 -8 % обсягу.
Технологічні показники роботи промислового апарату представлені у табл.2.
| Табл. 2 | ||||||||
| № п/п | варіант | Протока, м 3 /година | Час вирощування година | АСВ, % | Витратний коефіцієнт. по зерносировині | Сирий протеїн, % | Білок за Барнштейном, % | Вироблення дріжджів АСВ, т/добу |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1. | Контроль | 54 | 8,2 | 8,2 | 1,55 | 40,5 | 29,0 | 80,7 |
| 2. | Досвід | 75 | 6,6 | 8,6 | 1,37 | 42,1 | 30,6 | 113,7 |
Таким чином, введення композиційного біостимулятора КБС2 в живильне середовище промислового апаратусуттєвого поліпшення всіх технологічних показників та якості біомаси: протока зростає в середньому на 21 м 3 /год; час вирощування знижується на 20%; концентрація сухих речовин збільшується на 4,9%; розрахункова продуктивність ферментера збільшується на 40%; видатковий коефіцієнт із зерносировини знижується на 11,4%; добове виробництво дріжджів збільшується на 33 т/сут, тобто. на 40 відн.%.
1. Спосіб отримання біомаси дріжджів, що включає культивування дріжджів в умовах аерації при температурі 25÷40°З рН 3,0÷6,0 на живильному середовищі, що містить джерела вуглецю, азоту, мінеральні добавки та стимулятори росту; в якості живильного середовища використовують гідролізати або ферментолізати зерносировини та/або відходів борошномельного виробництва, як біостимулятори росту клітин дріжджів, використовують, ваг. 10 -7 ÷1·10 -12 ), водорозчинні олігосахариди хітину (1·10 -5 ÷1·10 -9 ) за їх загальної концентрації (1·10 -5 ÷1·10 -10 )% до обсягу.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що використовують дріжджі: Saccharomyces cerevisiae, Candida scotti.
3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що після закінчення процесу культивування, біомасу відокремлюють, а відпрацьовану культуральну рідину повертають у процес культивування дріжджів, попередньо обробивши перегрітою водяною парою до встановлення температури рідкої фази 80÷95°С.