Способ автолиза дрожжевой биомассы

 

Использование: микробиология, медицина, пищевая и комбикормовая промышленность. Сущность изобретения: способ, по которому суспензию дрожжевой биомассы подвергают автолизу в непрерывном режиме в аппарате из 3-6 равноценных секций. Процесс ведут при постоянном перемешивании, температуре 52-58^oC и скорости разбавления 0,08-0,33 час^-1 в течение 2-12 часов. В качестве индуктора используют ненасыщенные жирные кислоты (олеиновую, линолевую, линоленовую) в количестве (0,5-1,0) · 10^-3 масс.%, которые подают в 1 секцию аппарата непрерывно или периодически с интервалами 25-50% от времени удержания дрожжевой суспензии в аппарате при рН среды 3,2-4,5. В остальных секциях поддерживают рН = 6,0-7,2. Во вторую секцию подают MqCl₂ и CaCl₂ в количестве 0,005-0,02% и NaCl в количестве 0,1-0,3%. В остальные секции (кроме последней) подают только NaCl в количестве 0,1-0,3%. Автолизированную суспензию подвергают плазмолизу в течение 45-60 минут при 90-100^oC и, при необходимости, высушивают любым известным способом. При микробном заражении суспензию из зараженной секции возвращают в 1-ю секцию аппарата. 1 ил., 8 табл. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к микробиологической, медицинской, пищевой и комбикормовой промышленности и может быть использовано при микробиологическом синтезе целевых продуктов и их вторичной переработке, для повышения биологической ценности микробной биомассы, получения компонентов пищевых продуктов и лекарственных препаратов, в научно-исследовательской работе.

Известен "Способ получения дрожжевого автолизата" путем нагревания до 20-60^oC водной суспензии в течение 6-36 час при добавлении 0,03 до 15% по весу (предпочтительно 0,3-0,6 по весу) одной или более жирных кислот, имеющих от 4 до 14 атомов углерода и/или их глицериды [1] Известен "Способ автолиза дрожжевой биомассы" путем нагревания ее в присутствии плазмолизатора и консерванта. С целью сокращения процесса и увеличения выхода аминокислот, в автолизируемую смесь вводят затравку в виде предварительно полученного автолизата в количестве 11,5-50 об. массы [2] Ближайшим аналогом является способ получения биологически активных дрожжевых автолизатов путем нагревания дрожжевой суспензии до 45-55^oC и ведения процесса при постоянном перемешивании в течение 15-40 час в присутствии индуктора смеси этилацетата и карбоновой кислоты (С₂ ^oC C₄) в соотношении 0,1-, 5 ^oC 0,1-1,0. [3] Однако, известный способ не дает возможности использования автолизатов в пищевых целях без дополнительной очистки от токсичного индуктора; процесс осуществляется только в периодическом режиме, что требует дополнительных затрат времени на загрузочно-разгрузочные работы, мойку оборудования и анализ каждой отдельной партии автолизируемой суспензии для стандартизации продукта, усложняет автоматизацию процесса, увеличивает затраты производства.

Технический результат от осуществления предлагаемого способа выражается в том, что без дополнительной очистки получают биологически активные дрожжевые автолизаты пищевого и кормового достоинства с повышенной питательной ценностью за счет гидролиза 30-50% внутриклеточных белков до свободных аминокислот и низкомолекулярных пептидов.

Поставленная задача достигается тем, что автолизу подвергают водную суспензию дрожжей с содержанием массы сухих клеток (МСК) 8-25% Автолиз ведут в аппарате, состоящем из 3-6 равноценных модулей (секций), при постоянном перемешивании и температуре 52-58^oС. В I-ю секцию аппарата подают непрерывно суспензию микроорганизмов и непрерывно или периодически индуктор автолиза (при периодической подаче индуктора интервалы его подачи составляют 25-50% времени удержания суспензии).

В качестве индуктора используют ненасыщенные жирные кислоты (С₁₆ - C₁₈) в количестве от 1:2000 до 1:1000 масс. Автоматической подачей H₃PO₄ в I-ю секцию и NaOH в последующие поддерживается рН в пределах 3,2-4,5 и 6,0-7,2 соответственно. Для стабилизации клеточных деполимерах во II-ю секцию аппарата подают CaCl₂ и MqCl₂. В количестве 0,005-0,02% по весу, а во II-ю или любую последующую (кроме последней) для повышения экстракционной способности инкубационной среды подают NaCl в количестве 0,1-0,3% по весу.

Процесс ведут при скорости разбавления 0,08-0,33 час^-1, время пребывания суспензии в аппарате составляет 2-12 часов. При необходимости (микробном заражении) автолизат из секции, где произошло заражение, возвращают в I-ю секцию аппарата, или в секцию, где произошло заражение, подают индуктор в количестве 0,02-0,06% по весу и на 3 часа переводят процесс на периодический режим.

Полученные автолизаты подвергают плазмолизу в течение 45-60 мин при 90-100^oC и высушивают любым из известных способов.

Для экономии индуктора возможно проведение непрерывной рециркуляции из последней секции в первую автолизированной биомассы в количестве 10-30% по объему.

Для получения дрожжевых автолизатов могут быть использованы любые разрешенные к применению дрожжи пищевого и кормового достоинства.

Проведение автолиза дрожжевой биомассы указанным способом позволяет: увеличить интенсивность автолиза при удержании суспензии в аппарате до 2-12 час за счет высокой удельной активности процесса, достигающей при использовании суспензии с концентрацией 8-25% МСК 60-100 мг растворимого белка/г в час; осуществлять непрерывный процесс получения автолизатов микроорганизмов без остановки аппарата в целом для его стерилизации и профилактики, за счет равноценности модулей, входящих в конструкцию аппарата, что позволяет их гибкое переключение; стабилизировать активности клеточных деполимерах за счет введения MgCl₂ и CaCl₂; повысить экстрактивную способность инкубационной среды за счет введения NaCl в количестве, не приводящем к засаливанию конечного продукта; получать конечный продукт, не требующий дополнительной очистки от токсичного индуктора; повысить эффективность использования оборудования и удешевить способ автолиза.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Автолизу подвергают пекарские дрожжи с МСК 12% Автолиз ведут в аппарате, состоящем из 4 секций общей рабочей емкостью 30 л, при постоянном перемешивании суспензии дрожжей и температуре 55-57^oC. В первой секции рН суспензии составляет 3,5, во второй, третьей и четвертой рН 6,8-7,2, что достигается автоматической подачей в первую секцию H₃PO₄, а в последующие NaOH. Дрожжевую суспензию непрерывно подают в первую секцию аппарата одновременно с подачей индуктора. (Данные условия являются постоянными для всех примеров (если не указаны иные) и, в дальнейшем, при описании будет даваться ссылка на пример 1). В качестве индуктора используют олеиновую кислоту в количестве 1:1000 мас. Время пребывания суспензии в аппарате составляет 4-12 час. В установившемся режиме получают автолизаты с показателями содержания растворимого белка и характеристиками процесса, приведенными в таблице 1.

П р и м е р 2. Автолизу подвергают пекарские дрожжи с МСК 12% и процесс ведут согласно стандартным условиям, приведенным в примере 1. Время пребывания суспензии в аппарате составляет 7 час. В качестве индуктора используют олеиновую кислоту в количестве 1:1000 мас. Во вторую секцию аппарата непрерывно вводят соли двухвалентных металлов до конечных концентраций: CaCl₂ (0,005-0,02% ) и MgCl₂ (0,005-0,02%). Соответственно в установившемся режиме получают автолизаты с показателями содержания растворимого белка и аминного азота, приведенными в табл. 2 и 3.

П р и м е р 3. Автолизу подвергают пекарские дрожжи с МСК 12% и процесс ведут согласно стандартным условиям, приведенным в примере 1. В качестве индуктора используют кислоту в количестве 1:2000 мас. Автолиз проводят при добавлении растворов солей CaCl₂ и MgCl₂, как описано в примере 2. Время пребывания суспензии в аппарате 7 часов. Часть автолизированной биомассы подвергается непрерывной рециркуляции из 4 секции в I секцию в количествах 5, 7,5, 10, 20, 30 и 35об. В установившемся режиме получают автолизаты с показателями содержания растворимого белка и аминного азота, а также характеристиками процесса, приведенными в табл. 4. Рециркуляция менее 7,5 и более 30% об. биомассы малоэффективна, оптимальной является рециркуляция 10% автолизата. При увеличении объема рециркулирующего продукта происходит дезаминирование с потерей части аминного азота.

П р и м е р 4. Автолизу подвергают пекарские дрожжи с МСК 12% и процесс ведут согласно стандартным условиям, приведенным в примере 1. Время пребывания суспензии в аппарате 6 часов. В качестве индуктора используют олеиновую кислоту в количестве 1:1000 мас. Подачу индуктора ведут дробно, т.е. в течение двух часов индуктор подается непрерывно, как описано в предыдущих примерах, затем насос подачи индуктора отключается и в течение следующих 2 часов индуктор не подается; по прошествии 2 часов после отключения насос подачи индуктора вновь включают на 2 ч и т.д. Таким образом индуктор подается дробно по 2 часа на протяжении всего времени ведения процесса автолиза. Соответственно также ведут дробную подачу индуктора по 3 и по 4 часа. В том случае, когда дробная подача ведется по 6 часов, индуктор подается 6 часов, а затем не подается 6 часов, к описанному в данном примере способу ведения процесса добавляется рециркуляция 15% об. автолизата из секции 4 в секцию I. Рециркуляцию проводят как описано в примере 3. В предварительных опытах было показано, что при задержке подачи индуктора более, чем на 6 часов (чертеж), интенсивность процесса автолиза резко снижается.

В установившемся режиме получают автолизаты с показателями содержания растворимого белка и аминного азота, а также характеристиками процесса, приведенными в табл. 5.

Таким образом, дробное внесение позволяет уменьшить количество используемого в процессе автолиза индуктора в 2 раза без потери качества автолизата по основным его показателям.

П р и м е р 5. Автолизу подвергают пекарские дрожжи с МСК 12% и процесс ведут согласно стандартным условиям, приведенным в примере 1. В качестве индуктора используют олеиновую кислоту в количестве 1:2000 мас. Время пребывания суспензии в аппарате 7 часов. Процесс автолиза ведется при добавлении солей CaCl₂ и MgCl₂ (в концентрации 0,02%), также как описано в примере 2. Одновременно с суспензией автолизированных дрожжей, поступающей в плазмолизатор, непрерывно подают NaCl в концентрациях 0,05+0,3% В плазмолизаторе суспензию с NaCl выдерживают в течение 30 минут при температуре 90-120^oС. Соответственно, при соблюдении данных условий получают продукт со следующими показателями: содержание в растворимой части белка 52,4% от МСК, аминного азота 20,8% от МСК (при добавлении 0,3% NaCl); содержание в растворимой части белка 50,1% аминного азота 18,0% (при добавлении 0,2% NaCl); содержание в растворимой части белка 46,3% аминного азота 16,1% (при добавлении 0,1% NaCl); содержание в растворимой части белка 42,8% аминного азота 14,7% (при добавлении 0,05% NaCl); без проведения плазмолиза с добавлением 0,3% NaCl содержание белка составляло 36,3% аминного азота 12,8% Увеличение внесения NaCl выше 0,3% приводит к засолению конечного продукта.

Таким образом использование NaCl с последующей термообработкой позволяет значительно интенсифицировать процесс.

П р и м е р 6. Автолизу подвергают пекарские дрожжи с МСК 12% Автолиз ведут в аппарате, состоящем из 3 равноценных модулей рабочей емкостью 10 л со скоростью разбавления 0,14 час_-1, при постоянном перемешивании суспензии и поддержании температуры 55-57^oC. В I секции поддерживают рН 4,0 подачей H₃PO₄; во второй секции рН доводят до 6,8-7,2 подачей NaOH и в дальнейшем постоянный рН не поддерживают. Дрожжевую суспензию непрерывно подают в I секцию аппарата одновременно с подачей индуктора (1:1000 мас.). Одновременно проводят автолиз в стандартных условиях (пример 1). В установившихся режимах получают конечные продукты со следующими показателями:
1) при поддержании рН 6,8-7,2 постоянно: содержание растворимого белка 35,7% аминного азота 8,9% зольность 6,9% (расход NaOH составил 8,0 г/л);
2) без поддержания постоянного рН во второй и третьей секциях: растворимого белка 32,2% аминного азота 8,0% зольность 6,1% (расход NaOH 5,12 г/л).

Таким образом, ведение процесса автолиза без поддержания рН в секциях, где происходит собственно автолиз, приводит к уменьшению зольности конечного продукта при незначительном снижении выхода белковых соединений и уменьшении расхода NaOH.

П р и м е р 7. Проводят автолиз пекарских дрожжей с МСК 12% как показано в примере 1. При этом в секцию 3 вносят вегетативную культуру E.coli для имитации бактериального заражения. Непрерывный процесс автолиза приостанавливают. Далее рассматриваются две возможности:
1) передача зараженной суспензии в I секцию,
2) подача в секцию, где произошло заражение дополнительного количества индуктора (1:2000 1:6000 мас.), затем процесс переводят на 3 часа на периодический режим, который ведут при поддержании тех же условий, что и в непрерывном процессе. По окончании процесса проводят контроль жизнеспособности бактериальных клеток путем высевов на твердые питательные среды. Результаты исследований представлены в табл. 6.

Таким образом, перевод зараженной суспензии на периодический режим ведения автолиза позволяет за 3 часа добиться практически полной потери жизнеспособности бактериальных и дрожжевых клеток.

П р и м е р 8. Автолизу подвергали суспензию дрожжей Candida guilliermondii с МСК 10-12% Индукцию автолиза осуществляли в 1 емкости в течение 1,5 часов. Процесс автолиза проводили при следующих параметрах:
скорость протока -1,2 м³/час,
время удержания суспензии в аппарате -6 часов,
количество индуктора -1:833 мас.

подача индуктора -1 раз в час.

Характеристики продукта представлены в табл. 7.

Таким образом, проведение процесса автолиза в непрерывном режиме и дробной подачей индуктора позволяет получить продукт высокого качества при уменьшении количества индуктора на 15-18%
П р и м е р 9. Автолизу подвергали суспензию дрожжей Candida guilliermondii после второй группы сепарации с МСК 12% Процесс автолиза ведут в четырехсекционной установке при следующих параметрах:
скорость разбавления -0,25 час^-1,
время удержания суспензии в аппарате -4 час,
возврат автолизированной суспензии из конечной секции в начальную -10%
количество индуктора -0,02% вес.

Индукцию автолиза осуществляли при рН 4,0 в течение 30 минут. В процессе автолиза по II секцию аппарата добавляют по 0,01 MgCl₂ и CaCl₂, а в III 0,02% NaCl. После проведения плазмолиза (90^oC в течение 1 часа) и высушивания распылением в конечном продукте определяли содержание растворимого белка. Данные представлены в таблице 7.

Таким образом, проведение автолиза в непрерывном режиме с добавлением ионов Mg²⁺ и Ca²⁺, NaCl и рециркуляцией 10% автолизированной суспензии позволяет сократить время автолиза на 2 часа и, повысив эффективность процесса, значительно снизить расход индуктора.

П р и м е р 10. Процесс ведут как в примере 1, но в качестве индуктора используют пальмитиновую, линолевую и линоленовую кислоты.

Результаты приведены в табл. 8.

Расчеты годового экономического эффекта от производства автолизата кормовых дрожжей в периодическом и непрерывном режимах, проведенные в соответствии с "Методикой определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рацпредложений", утвержденной 14.02.77 г. показали следующее:
годовой экономический эффект от производства автолизата кормовых дрожжей в периодическом режиме составляет 3,4 млн.руб, а в непрерывном 17,3 млн.руб (в ценах 1986 г.),
удельные кап.вложения составили 1041,67 руб./т для периодического режима и 100 руб./т для непрерывного режима (в ценах 1986 г.).

Таким образом проведение автолиза кормовых дрожжей в непрерывном режиме значительно удешевляет процесс и повышает его эффективность.

Источники информации:
1. Европейский патент N 0008728, 1983 г. МКИ³ C 12 N 1/06.

2. Авторское свидетельство СССР N 554854, 1977 г. МКИ³ C 12 N 1/06.

3. Авторское свидетельство СССР N 552953, 1977 г. (прототип), МКИ³ A 23 J 1/18. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Формула изобретения

1. Способ автолиза дрожжевой биомассы, включающий ее нагревание в присутствии индуктора при постоянном перемешивании, отличающийся тем, что автолиз ведут в непрерывном режиме в аппарате, состоящем из 3 6 равноценных секций со скоростью разбавления 0,08 0,33 ч^-1 в течение 2 12 ч при значении рН в первой секции 3,2 4,5, в последующих 6,0 7,2, в качестве индуктора используют ненасыщенные жирные кислоты C₁₆ C₁₈ в количестве (0,5 1,0)·10^-3мас. индуктор подают в первую секцию непрерывно или периодически с интервалами 25 50% от времени удерживания дрожжевой суспензии в аппарате, автолизат из последней секции подвергают плазмолизу при 90 100^oC в течение 45 60 мин и при необходимости высушивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят непрерывную рециркуляцию автолизированной биомассы в количестве 10 30% по объему из последней секции в первую.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что во вторую секцию подают хлорид магния и хлорид кальция в количестве 0,005 0,02 мас.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что во вторую секцию и/или в остальные секции, кроме последней, подают хлорид натрия в количестве 0,1 0,3 мас.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что при микробном заражении суспензию из зараженной секции возвращают в первую секцию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6