комбинированные дрожжи, пригодные для ферментации с высокой концентрацией спирта

Формула изобретения

1. Комбинированные дрожжи, пригодные для ферментации с высокой концентрацией спирта, содержащие термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, кислую протеазу, фитазу и целлюлазу, отличающиеся тем, что они дополнительно содержат -глюканазу и пектиназу при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae	61-83
кислая протеаза	5-30
фитаза	3-10
целлюлаза	2-10
-глюканаза	1-2
пектиназа	1-2

2. Комбинированные дрожжи по п.1, отличающиеся тем, что имеют следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae	61-78
кислая протеаза	10-20
фитаза	3-8
целлюлаза	5-8
-глюканаза	1-15,8
пектиназа	1-1,5

3. Комбинированные дрожжи по п.2, отличающиеся тем, что имеют

следующее соотношение ингредиентов, мас.%:

термостабильные дрожжи Saccharomyces cerevisiae	75
кислая протеаза	12
фитаза	5
целлюлаза	5
-глюканаза	1,5
пектиназа	1,5

Описание изобретения к патенту

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, -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%,

-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%,

-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%,

-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, -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; -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 -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
-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%	-глюканаза 1%
целлюлаза 2-	пектиназа 1%
10%	термостабильные
-глюканаза 1%-	Saccharomyces
2%	cerevisiae 72%
пектиназа 1%-	кислая протеаза	17,0%	0,17%	0,6%
2%	15%
	фитаза 5%
	целлюлаза 5%
	-глюканаза 1,5%
	пектиназа 1,5
	термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 83% кислая протеаза 5%	16,1%	0,24%	1,5%
	фитаза 4%
	целлюлаза 4%
	-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%
	-глюканаза 1%
	пектиназа 1%
термостабильные
	Saccharomyces
пшеница	cerevisiae 72% кислая протеаза 15%	16,6%	0,21%	1,0%
	фитаза 5%
	целлюлаза 5%
	-глюканаза 1,5%
	пектиназа 1,5%
термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 83% кислая протеаза 5%	17,0%	0,18%	0,7%
	фитаза 4%
	целлюлаза 3%
	-глюканаза 2%
	пектиназа 2%
маниока	термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 62%
	кислая протеаза 20%	16,5%	0,2%	1,2%
	фитаза 8%
	целлюлаза 8%
	-глюканаза 1%
	пектиназа 1%
термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 72%
	кислая протеаза 15%	17,0%	0,15%	0,6%
	фитаза 5%
	целлюлаза 5%
	-глюканаза 1,5%
	пектиназа 1,5%
	термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 83% кислая протеаза 5%	16,1%	0,24%	1,4%
	фитаза 4%
	целлюлаза 4%
	-глюканаза 2%
	пектиназа 2%
рис	термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 62%
	кислая протеаза 20%	16,4%	0,2%	1,2%
	фитаза 8%
	целлюлаза 8%
	-глюканаза 1%
	пектиназа 1%
	термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 72%
	кислая протеаза 15%	17,0%	0,16%	0,8%
	фитаза 5%
	целлюлаза 5%
	-глюканаза 1,5%
	пектиназа 1,5%
	термостабильные
	Saccharomyces
	cerevisiae 83%
	кислая протеаза 5%	16,8%	0,2%	0,9%
	фитаза 4%
	целлюлаза 4%
	-глюканаза 2%
	пектиназа 2%