Способ интенсификации процесса брожения

 

Изобретение относится к технологии выращивания дрожжевых клеток и может быть использовано в производстве дрожжей и хлебобулочных изделий. В предлагаемом способе на дрожжевые клетки воздействуют светодиодным квантовым излучателем, пропущенным через информационную матрицу из метациклина толщиной от 0,2 мм непосредственно или через стенки технологического оборудования независимо от материала, из которого они изготовлены, и его толщины. Воздействие производят в импульсном режиме с частотой повторения импульсов от 2 до 5 кГц при длительности импульса 100-200 нс. При этом обеспечивается интенсификация процесса брожения при производстве дрожжей и теста для хлебобулочных изделий без реконструкции существующего технологического оборудования и упрощение процедуры предварительного определения параметров информационного воздействия. 4 ил.

Изобретение относится к улучшению технологических свойств дрожжей и может быть использовано в производстве дрожжей и хлебобулочных изделий.

Известен способ электрохимической активации (ЭХА) концентрата молочной сыворотки, используемого для повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий [1]. При использовании в пшеничных полуфабрикатах активированного концентрата, полученного путем пропускания через молочную сыворотку тока плотностью 0,35-0,37 кА/м² в течении 17-19 мин, продолжительность процесса брожения теста сокращается на 20 мин.

К недостаткам способа относятся:

1. необходимость точного соблюдение временного и мощностного параметров ЭХА,

2. необходимость реконструирования оборудования цеха и введения в его состав дополнительной установки УЭВ-7 или “Эсперо”;

3. сравнительно узкий спектр областей применения способа, например, в производстве дрожжей молочная сыворотка не используется;

4. обязательное наличие молочной сыворотки, что осложняет технологический процесс и ведет к удорожанию готовой продукции.

Известен способ интенсификации процесса брожения путем воздействия на дрожжевые клетки лазерным излучением с длиной волны λ=632,8 нм [2]. Воздействия производились на прессованные и сушеные дрожжи в нативном виде, в водном растворе и опосредованно, через активированную воду. Установлено, что при оптимальных режимах (2-4 Дж/см²) лазерная обработка хлебопекарных дрожжей стимулирует метаболизм дрожжевых клеток и повышает их биотехнологические свойства. К недостаткам способа относятся:

1. необходимость обеспечения оптического контакта с объектом, что требует проведения существенной реконструкции цехового оборудования;

2. найденные оптимальные режимы обработки жергоемки;

3. для обеспечения ускоренного роста микроорганизмов в масштабах промышленного производства необходимая продолжительность воздействия может исчисляться часами;

4. необходимость использования дорогих лазерных излучателей ограничивает их конечное количество в одной установке.

Известен способ управляемой информационно-направленной коррекции наследственных признаков биологического объекта, при котором коррекция производится путем воздействия торсионным излучением, несущим информацию о структуре вещества информационной матрицы, через которую это излучение пропускается [3].

Основной недостаток способа заключается в том, что для достижения заданного результата необходимо предварительное проведение сложных исследований, направленных на определение вещества информационной матрицы, временных и частотных параметров информационного воздействия.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в интенсификации процесса брожения при производстве дрожжей и теста для хлебобулочных изделий без реконструкции существующего технологического оборудования, а также упрощении процедуры предварительного определения параметров информационного воздействия.

Указанный технический результат достигается тем, что на дрожжевые клетки информационно воздействуют светодиодным квантовым излучателем через информационную матрицу, например, из метациклина толщиной от 0,2 мм непосредственно или через стенки технологического оборудования (ферментеров, контейнеров, аппаратов для подготовки теста и т.д) независимо от материала, из которого они изготовлены, и его толщины. Воздействие производят в импульсном режиме с частотой повторения импульсов от 2 до 5 кГц при длительности импульса 100-200 нс.

Для проведения информационного воздействия используют излучение квантового генератора, например импульсного квантового излучателя на светодиодах, включающего набор из 100 и более светодиодов, например, типа АЛ336В.

Оптимальная продолжительность воздействия (экспозиция) зависит от объема дрожжей, подвергаемых воздействию.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 приведена блок-схема устройства для воздействия на дрожжевые клетки излучением, исходящим от квантового излучателя. На фиг.2-4 приведены материалы, содержащие результаты экспериментов, подтверждающие возможность реализации предложенного способа.

Способ осуществляют следующим образом: на дрожжевые клетки, загруженные в бродильный аппарат 1, воздействуют через его стенки пропущенным через информационную матрицу 2 светодиодным квантовым излучателем 3, заключенным в экранирующую камеру 4.

Примеры выполнения способа.

Исследования проводились на сухих и прессованных дрожжах. Эффективность информационного воздействия определялась путем сравнения показателя роста (ПР) дрожжевых клеток в “экспериментальных” и контрольных популяциях, о котором судили по интенсивности газовыделения в этих популяциях. Объем выделенного газа регистрировали в относительных единицах - делениях шкалы.

Влияние информационного воздействия на жизнедеятельность дрожжевых клеток определялось по результатам серии из не менее десяти экспериментов, в каждом из которых одинаковому воздействию подвергалась одна (или более) группа “образцов” или “экспериментальных популяций”. Еще одна группа популяций - “контрольных” - воздействию не подвергалась.

Продолжительность каждого эксперимента регламентировалась средней величиной ПР в контрольных популяциях: эксперимент заканчивался при достижении значения этого показателя порядка 300 усл. ед. (делений шкалы).

Эффективность воздействия определялась путем сравнения средней (по результатам всей серии) величины ПР в группах экспериментальных популяций со средней величиной в группах контрольных популяций. Средние величины ПР определялись путем усреднения величин этого показателя в соответствующих популяциях во всех группах данной серии.

В каждой серии экспериментов выборки, на основании которых делался вывод об эффективности того или иного информационного воздействия, составляли от 30 до 120 чисел.

1. В 4 сериях по 10 экспериментов в каждой на сухие дрожжи производили информационные воздействия через экран из нержавеющей стали толщиной 25 мм (см. эскиз на фиг.2А). Сухие дрожжи перед облучением помещали в контейнер с завинчивающейся крышкой и на них производили воздействие непосредственно через стенки контейнера. В первой серии воздействие производили импульсным излучателем СД-зел. на светодиодах типа АЛ336В (длина волны 530 нм, всего 100 светодиодов, световое пятно 100×100 мм) с экспозицией 88 с. В каждом эксперименте из общего числа 15 популяций информационному воздействию подвергались 12 образцов; на 3 "контрольные" популяции воздействие не производилось. Выборки содержат соответственно 120 и 30 значений ПР.

После окончания информационного воздействия создавались т.н. “экспериментальные популяции”. Для этого дрожжи, изъятые из контейнера, путем взвешивания распределялись в равных долях по пробиркам. В “контрольные популяции” аналогично распределялись дрожжи, не подвергавшиеся информационному воздействию. После формирования популяций им всем одновременно раздавался питательный раствор, пробирки плотно закупоривались и производилась регистрация начального уровня жидкости в измерительном блоке устройства.

Как видно из фиг.3А, в результате воздействия на дрожжи излучением светодиодного квантового излучателя, пропущенным через стальной экран толщиной 25 мм, получено статистически достоверное увеличение показателя роста на 7,5%.

На фиг.3(Б-Г) приведены результаты трех других серий опытов, в которых воздействие на дрожжи производилось лазерным излучателем ЛИ и излучателями СД-кр (на светодиодах типа АЛ336А, длина волны 680 нм) и СД-зел. с экспозицией 300 с. В каждом эксперименте количество экспериментальных популяций составляло 8 (или 7); контрольных - 7 (или 8). Чередование производили так, чтобы выборки значений ПР в контрольных и экспериментальных популяциях содержали равное количество - по 75 чисел.

Как и в первой серии, при воздействии на дрожжи излучателем СД-зел. с экспозицией 300 с получен статистически достоверный результат: превышение средней величины ПР в экспериментальных популяциях относительно контрольных составило 19,7%. Эффективность воздействия излучателем СД-кр. равна 5,7%; этот показатель статистически не достоверен. Результаты приведенных выше серий экспериментов позволяют заключить:

а. Стальной экран толщиной 25 мм пропускает излучение, исходящее от квантовых источников.

б. Реакция дрожжевых клеток на воздействие излучения, исходящего от квантового источника, возникает независимо от того, является ли этот источник генератором когерентного или некогерентного электромагнитного излучения.

2. На фиг.4 приведены результаты двух серий опытов - по 10 экспериментов в каждой, в которых исследовалась зависимость затухания излучения квантового излучателя от толщины экрана и расстояния между излучателем и контейнером с дрожжами.

Воздействие с экспозицией 300 с производилось на дрожжи, помещенные в три контейнера, установленные друг на друга (см. фиг.2Б) и в три контейнера, установленные на расстоянии S₁=S₂=12 см друг от друга, как показано на фиг.2В. В каждом опыте участвовало по 4 популяции с дрожжами, отобранными из каждого контейнера - всего 12 “экспериментальных” и 3 контрольных популяции. Для каждого типа излучателя выборки в сериях составляли соответственно 40 и 30 чисел.

Как видно из фиг.4, независимо от расположения контейнеров и направления воздействия, в обеих сериях средняя величина ПР в экспериментальных популяциях превышала среднюю величину этого показателя в контроле, причем наибольшее ее значение всегда регистрировалось в ближнем к излучателю контейнере. Превышение средней величины ПР в популяциях с дрожжами из ближних к излучателю контейнеров f и p, над средней величиной показателя в контрольных популяциях варьировало в пределах от 21 до 27,7%. Этот результат, несмотря на высокую дисперсию чисел в выборках, в обоих случаях статистически достоверен.

В обеих сериях расстояние между дрожжами в крайних контейнерах и суммарная толщина экранов примерно совпадают, однако эффективность воздействия, производившегося перпендикулярно осям симметрии контейнеров (по схеме, представленной на фиг.2В), с удалением от излучателя быстро спадает, тогда как при воздействии, направленном по осям симметрии (по схеме, представленной на фиг.2Б), падение эффективности в четыре раза ниже: средние значения показателя роста в популяциях дрожжей из контейнеров p и r разнятся на 20%, а в популяциях дрожжей из контейнеров f и n разнятся лишь на 5% (см. фиг.4).

Из приведенных экспериментальных результатов следует:

1. Наиболее эффективным является информационное воздействие с применением излучателя СД-зел.

2. Реакция на информационное воздействие возникает при толщине стального экрана 75 мм. Реакция на воздействие и, следовательно, интенсивность воздействия мало меняются в случае распространения излучения квантовых излучателей в стали и значительно быстрее при его распространении по воздуху на расстояние до 25 см.

3. Исследовалась эффективность использования метода информационного воздействия при производстве хлеба. Воздействия на раствор прессованных дрожжей производились с применением метациклина в качестве информационной матрицы (при экспозиции 60 с) и с применением биотина (экспозиция - 245 с). Воздействие производилось после пятнадцатиминутной выдержки образца. Анализ результатов показал:

1. В результате информационного воздействия на дрожжи с применением метациклина и биотина в качестве информационных матриц

1.1. газообразующая способность теста увеличивается на 8%;

1.2. продолжительность процесса брожения сокращается на 33,3 и 26,7% соответственно;

1.3. продолжительность расстойки сокращается на 23,4 и 18,4% соответственно.

2. Информационная обработка дрожжей приводит:

2.1. к улучшению качества подового хлеба - увеличению удельного объема с применением метациклина в качестве информационной матрицы - на 17,5% и с применением биотина - на 5,8%;

2.2. к увеличению пористости на 5,3 и 1,6% и формоустойчивости на 8,7 и 2,2% соответственно.

Органолептические показатели хлеба остаются неизменными относительно контроля.

Из приведенных данных следует: информационная обработка дрожжей с экспозицией 60 и 245 с при использовании соответственно метациклина и биотина в качестве информационной матрицы приводит к ускорению технологического процесса хлебопекарного производства и улучшению качества хлеба.

Приведенные экспериментальные материалы подтверждают возможность реализации изобретения с получением вышеуказанного технического результата. В зависимости от рода производства (производство дрожжей, подготовка теста для производства хлебобулочных изделий), ускорение процесса брожения может составлять от 10 до 35-40% от нормы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пащенко Л.П. Научные и практические основы интенсификации биотехнологических процессов хлебопекарного производства. //Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. - М., 1992.

2. RU 2158503 C1, 10.11.2000.

3. RU 2171582 C1, 10.08.2001.

Формула изобретения

Способ интенсификации процесса брожения, характеризующийся тем, что информационно воздействуют на дрожжевые клетки светодиодным квантовым излучателем импульсно с частотой повторения импульсов 2-5 кГц при длительности импульса 100-200 нс через информационную матрицу, изготовленную из метациклина или биотина, толщиной от 0,2 мм, непосредственно или через стенки технологического оборудования ферментеров, контейнеров, аппаратов для подготовки теста.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4