способ получения молочной кислоты

Формула изобретения

1. Способ получения молочной кислоты, включающий сбраживание сахарсодержащей питательной среды молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii в присутствии обработанных молочной кислотой солодовых ростков и нейтрализацию образующейся молочной кислоты мелом, отличающийся тем, что в питательную среду дополнительно вводят мел в количестве 60% от общего количества мела, рассчитанного для нейтрализации молочной кислоты, дрожжевой экстракт и питательные соли, обработку солодовых ростков в количестве 12-15 г/л проводят водой, подкисленной молочной кислотой до рН 4,0-5,0 и ферментным препаратом ксилоглюканофоетидином в количестве, соответствующем 200-600 ед./л ксиланазной активности, в качестве молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii используют штамм Lactobacillus delbrueckii ВКПМ В-8744 в возрасте 48-72 ч, а для нейтрализации образующейся молочной кислоты через 24 ч от начала процесса брожения вносят оставшиеся 40% мела.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве питательных солей используют сульфаты магния, марганца и железа, цитрат аммония, одно- и двухзамещенные фосфаты калия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам получения молочной кислоты на основе микробиологического синтеза, и может быть использовано в производстве пищевой молочной кислоты.

Известен способ получения молочной кислоты, предусматривающий сбраживание сахарсодержащего раствора, приготовленного из смеси тростникового сахара-сырца, рафинадной патоки и свекловичной мелассы, молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii штамма Л-3 при температуре 48-50°С в присутствии нестерильных солодовых ростков и нейтрализацию образующейся молочной кислоты мелом для поддержания титруемой кислотности сброженного раствора на уровне 0,3-0,4%. Основные показатели процесса брожения по этому способу следующие: среднесуточное накопление лактата кальция - 1,5%, продолжительность процесса - 6-8 суток, выход молочной кислоты от введенного сахара - около 85% [1].

К недостаткам данного способа можно отнести необходимость поддержания заданного уровня титруемой кислотности, недостаточно высокие показатели процесса брожения, использование нестерильных солодовых ростков.

Известен способ получения молочной кислоты, предусматривающий сбраживание сахарсодержащего сырья молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii Л-3 с добавлением нестерильных солодовых ростков в количестве 1,8-2,0% к объему раствора и внесением в сбраживаемый раствор через 24-48 ч от начала процесса комплексного ферментного препарата литического действия, содержащего протеолитические, амилолитические, пектолитические и целлюлозолитические ферменты в количестве 5-6 мг/л. Выход молочной кислоты в процессе брожения через 168 ч составляет 73,3% [2].

К недостаткам известного способа относится использование нестерильных солодовых ростков, низкий выход молочной кислоты и длительность процесса брожения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения молочной кислоты, включающий сбраживание сахарсодержащей питательной среды молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii в присутствии обработанных раствором молочной кислоты солодовых ростков и нейтрализацию образующейся молочной кислоты мелом. Способ дает возможность получить среднесуточное накопление лактата кальция до 2,0-2,2%, выход молочной кислоты от внесенного сахара до 86,4-88,5% [3].

К недостаткам прототипа можно отнести низкие показатели продуктивности процесса и выхода молочной кислоты, необходимость поддержания заданного уровня титруемой кислотности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются повышение общей продуктивности процесса брожения и выхода молочной кислоты, упрощение процесса за счет исключения операции контроля и поддержания уровня титруемой кислотности.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения молочной кислоты, включающем сбраживание сахарсодержащей питательной среды молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii в присутствии обработанных молочной кислотой солодовых ростков и нейтрализацию образующейся молочной кислоты мелом, в питательную среду дополнительно вводят мел в количестве 60% от общего количества мела, рассчитанного для нейтрализации молочной кислоты, дрожжевой экстракт и питательные соли, обработку солодовых ростков в количестве 12-15 г/л проводят водой, подкисленной молочной кислотой до рН 4,0-5,0 и ферментным препаратом ксилоглюканофоетидином в количестве, соответствующем 200-600 ед./л ксиланазной активности, в качестве молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii используют штамм Lactobacillus delbrueckii ВКПМ В-8744 в возрасте 48-72 ч, а для нейтрализации образующейся молочной кислоты через 24 ч от начала процесса брожения вводят оставшиеся 40% мела. В качестве питательных солей для молочнокислых бактерий используют сульфаты магния, марганца и железа, цитрат аммония, одно- и двухзамещенные фосфаты калия.

Технический результат изобретения, заключающийся в повышении общей продуктивности процесса и выхода молочной кислоты, достигается за счет непрерывной нейтрализации образующейся молочной кислоты, создания оптимальных условий для роста и развития продуцента, проявления его потенциально возможной наивысшей ферментативной активности.

Способ осуществляется следующим образом.

Для приготовления питательной среды предварительно готовят концентрированный сахарсодержащий раствор 380-420 г/л из сахара-песка (ГОСТ 21-94), затем в соответствии с действующей технологической инструкцией по производству пищевой молочной кислоты (ТИ 18-8-1-83) [4] раствор нагревают до 90°С, выдерживают не менее 1 ч и охлаждают до 50-52°С.

В колбу помещают сухие солодовые ростки, заливают водой (гидромодуль 1:40-1:50), подкисленной молочной кислотой до рН 4,0-5,0, и нагревают до 50-52°С. Солодовые ростки выдерживают в термостате в течение 1-2 ч при температуре 50-52°С, вводят ферментный препарат ксилоглюканофоетидин в количестве, соответствующем 200-600 ед/л ксиланазной активности, и выдерживают в течение 1 ч при этой же температуре.

После обработки солодовых ростков, проводимой с целью снижения их микробной обсемененности и повышения эффективности извлечения из них питательных и стимулирующих веществ, в среду вводят концентрированный сахарсодержащий раствор, дрожжевой экстракт, питательные соли, мел в количестве 60% от общего количества мела, рассчитанного для нейтрализации молочной кислоты. Полученную питательную среду засевают культурой молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii штамма ВКПМ В-8744 в возрасте 48-72 ч в количестве 10% к объему субстрата и сбраживают при температуре 50-52°С и периодическом перемешивании. Для нейтрализации образующейся молочной кислоты через 24 ч от начала процесса брожения вводят оставшиеся 40% мела.

В примерах 1-4 приведены данные, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого способа получения молочной кислоты.

Пример 1

Сбраживание сахарсодержащего раствора, приготовленного из сахара-песка для промышленной переработки (ГОСТ 21-94) проводили в стеклянных колбах вместимостью 2 л в термостате при 50-52°С.

В колбу помещали 15 г сухих солодовых ростков, заливали 600 мл воды, подкисленной до рН 4,0 молочной кислотой, и нагревали до 50-52°С. Солодовые ростки выдерживали в термостате в течение 2 ч при температуре 50-52°С, вносили 0,09 г ксилоглюканофоетидина (600 ед. ксиланазной активности) и выдерживали в течение 1 ч при этой же температуре.

В подготовленную среду вносили 300 мл сахарного раствора, содержащего 380 г/л сахара-песка (114 г редуцирующих сахаров), 5 г дрожжевого экстракта, композицию питательных солей (MgSO₄·7Н ₂О - 0,575 г/л, MnSO₄·4H ₂O - 0,143 г/л, FeSO₄·7Н ₂O - 0,034 г/л, цитрат аммония - 2 г/л, K ₂HPO₄ и KH₂ PO₄ по 0,5 г/л) и 46 г мела. Полученную питательную среду засевали 100 мл культуры молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii штамм ВКПМ В-8744 в возрасте 48 ч, содержащей 6,0 г редуцирующих сахаров, и сбраживание проводили при температуре 50-52°С и периодическом перемешивании. Через 24 ч от начала брожения добавляли еще 31 г мела.

Накопление лактата кальция за 49 ч культивирования составило 145,0 г. Сброженный раствор содержал 0,3% редуцирующих сахаров. Продуктивность процесса составила 2,96 г/(л·ч) лактата кальция. Выход молочной кислоты на стадии брожения от исходного сахара составил 94,7%. Конверсия сахара в молочную кислоту - 95,0%.

Пример 2

Подготовка солодовых ростков осуществлялась как в примере 1.

В подготовленную среду из солодовых ростков вносили 300 мл сахарного раствора, содержащего 420 г/л сахара-песка (126 г редуцирующих сахаров), 5 г дрожжевого экстракта, композицию питательных солей (MgSO ₄·7Н₂О - 0,575 г/л, MnSO ₄·4H₂O - 0,143 г/л, FeSO ₄·7Н₂О - 0,034 г/л, цитрат аммония - 2 г/л, K₂HPO₄ и KH₂PO₄ по 0,5 г/л) и 50 г мела. Полученную питательную среду засевали 100 мл культуры молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii штамм ВКПМ В-8744 в возрасте 72 ч, содержащей 3,9 г редуцирующих сахаров, и сбраживание проводили при температуре 50-52°С и периодическом перемешивании. Через 24 ч от начала брожения добавляли еще 34 г мела.

Накопление лактата кальция за 54 ч культивирования составило 157,8 г. Сброженный раствор содержал 0,3% редуцирующих сахаров. Продуктивность процесса составила 2,92 г/(л·ч) лактата кальция. Выход молочной кислоты на стадии брожения от исходного сахара составил 95,2%. Конверсия сахара в молочную кислоту - 95,5%.

Пример 3

Сбраживание сахарсодержащей среды осуществляли как в примере 1.

В колбу помещали 12 г сухих солодовых ростков, заливали 600 мл воды, подкисленной до рН 5,0 молочной кислотой, и нагревали до 50-52°С. Солодовые ростки выдерживали в термостате в течение 1 ч при температуре 50-52°С, вносили 0,03 г ксилоглюканофоетидина (200 ед. ксиланазной активности) и выдерживали в течение 1 ч при этой же температуре.

В подготовленную среду вносили 300 мл сахарного раствора, содержащего 380 г/л сахара-песка (114 г редуцирующих сахаров), 5 г дрожжевого экстракта, композицию питательных солей (MgSO ₄·7Н₂О - 0,575 г/л, MnSO ₄·4Н₂O - 0,143 г/л, FeSO ₄·7H₂O - 0,034 г/л, цитрат аммония - 2 г/л, K₂HPO₄ и KH₂PO₄ по 0,5 г/л) и 46 г мела. Полученную питательную среду засевали 100 мл культуры молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii штамм ВКПМ В-8744 в возрасте 48 ч, содержащей 6,0 г редуцирующих сахаров и сбраживание проводили при температуре 50-52°С и периодическом перемешивании. Через 24 ч от начала брожения добавляли еще 31 г мела.

Накопление лактата кальция за 49 ч культивирования составило 143,6 г. Сброженный раствор содержал 0,3% редуцирующих сахаров. Продуктивность процесса составила 2,93 г/(л·ч) лактата кальция. Выход молочной кислоты на стадии брожения от исходного сахара составил 93,8%. Конверсия сахара в молочную кислоту - 94,1%.

Пример 4

Сбраживание сахарсодержащей среды осуществляли как в примере 1.

В колбу помещали 13 г сухих солодовых ростков, заливали 600 мл воды, подкисленной до рН 4,5 молочной кислотой, и нагревали до 50-52°С. Солодовые ростки выдерживали в термостате в течение 2 ч при температуре 50-52°С, вносили 0,06 г ксилоглюканофоетидина (400 ед. ксиланазной активности) и выдерживали в течение 2 ч при этой же температуре.

В подготовленную среду вносили 300 мл сахарного раствора, содержащего 420 г/л сахара-песка (126 г редуцирующих сахаров), 5 г дрожжевого экстракта, композицию питательных солей (MgSO ₄·7Н₂О - 0,575 г/л, MnSO ₄·4Н₂O - 0,143 г/л, FeSO ₄·7Н₂О - 0,034 г/л, цитрат аммония - 2 г/л, K₂НРО₄ и KH₂PO₄ по 0,5 г/л) и 50 г мела. Полученную питательную среду засевали 100 мл культуры молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii штамм ВКПМ В-8744 в возрасте 72 ч, содержащей 3,9 г редуцирующих сахаров и сбраживание проводили при температуре 50-52°С и периодическом перемешивании. Через 24 ч от начала брожения добавляли еще 34 г мела.

Накопление лактата кальция за 53 ч культивирования составило 156,8 г. Сброженный раствор содержал 0,3% редуцирующих сахаров. Продуктивность процесса составила 2,96 г/(л·ч) лактата кальция. Выход молочной кислоты на стадии брожения от исходного сахара составил 94,6%. Конверсия сахара в молочную кислоту - 94,9%.

Ведение процесса с использованием Lactobacillus delbrueckii ВКПМ В-8744 в возрасте 48-72 ч и высококонцентрированной сахарсодержащей питательной среды, включающей сахар, солодовые ростки в количестве 12-15 г/л, обработанные водой, подкисленной молочной кислотой до рН 4,0-5,0 и ферментным препаратом ксилоглюканофоетидином, дрожжевой экстракт, соли и мел, вводимый в количестве 60% при подготовке питательной среды и 40% через 24 ч от начала брожения, позволяет повысить эффективность процесса молочнокислого брожения по сравнению с прототипом: увеличена общая продуктивность процесса в среднем на 236%, выход молочной кислоты - на 8%.

В ходе процесса брожения для исключения возможного торможения нарастания лактата кальция и достижения высокого показателя общей продуктивности вторую порцию мела необходимо вносить не позднее чем через 24 ч от начала брожения. При внесении мела позднее чем через 24 ч увеличивается продолжительность брожения и, таким образом, снижается продуктивность процесса.

При использовании более молодой заквасочной культуры (возраст менее 48 ч) в культуральной среде отсутствуют необходимые ауторегуляторные факторы, стимулирующие процесс и обеспечивающие достижение высокого показателя общей продуктивности.

Источники информации

1. Смирнов В.А. Пищевые кислоты. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, - 264 с.

2. Патент России 1113409. Способ получения молочной кислоты / Р.Н.Голубчина, И.Д.Никулина, В.В.Евелева, Н.П.Кремнева, Н.Я.Новотельнова. Заявл. 10.12.1982. №3539707, опубл. 15.09.84, Бюл. №34.

3. Патент РФ 2149188, 20.05.2000.

4. ТИ 18-8-1-83. Технологическая инструкция по производству молочной кислоты. Л., 1983, с.48.