Способ получения молочнокислых бактериальных препаратов

 

Изобретение позволяет получить высококачественные молочно-кислые препараты для пищевой и комбикормовой промышленности, в которых в процессе обезвоживания сохраняется на исходном уровне количество жизнеспособных микроорганизмов. С целью повышения количества жизнеспособных клеток обезвоживание осуществляют предварительным концентрированием исходной биомассы посредством центрифугирования биомассы до влажности 89-91% с последующим контактно-сорбционным массопереносом путем смешивания концентрнрованной биомассы с наполнителем-сорбентом в пределах 1:1,5-1:4,5, Смешивание осуществляют при комнатной температуре путем одновременного диспергирования биомассы и наполнителя-сорбента . В качестве наполнителя используют предварительно простерилизованную картофельную муку или пшеничные отруби. 1 табл., 3 ил. с s (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (59 4 С 12 N 1/04, А 23 С 9/00, Р 26 В 5/00 // (С 12 N 1/04)

С 12 R 1:225

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ф(r .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /Ы

Уу1 ( фю

К А ВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4054690/28-13 (22) 28,02,86 (46) 23.07,87. Бюл. 1(27 (71) Институт тепло- и массообмена им. А,В.Лыкова (72) Э,Г.Тутова, П,С.Куц, Д.С,Слижук, Ф,Х.Темляк, Л,А.Никифорова, Э,В.Кузнецов и В,М.Васильев (53) 577.15 (088,8) (56) Никитин Е.Е., Звягин Н.В. Замораживание и высушивание биологических препаратов, — M,: Колос, 1971, Гаврилова Н.Н., Захаренко Л.И.

Физиолого-биохимические основы устойчивости микроорганизмов. Алма-Ата, Наука, 1984, с. 100-103. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЛОЧНО-КИСЛЫХ

БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ (57) Изобретение позволяет получить высококачественные молочно-кислые препараты для пищевой и комбикормовой промышленности, в которых в процессе обезвоживания сохраняется на исходном уровне количество жизнеспособных микроорганизмов. С целью повышения количества жизнеспособных клеток обеэвоживание осуществляют предв арительным концентрированием исходной биомассы посредством центрифугирования биомассы до влажности 89-912 с последующим контактно-сорбционным массопереносом путем смешивания концентрированной биомассы с наполнителем-сорбентом в пределах 1:1,5-1:4,5, Смешивание осуществляют при комнатнрй температуре путем одновременного диспер- с гирования биомассы и наполнителя-сорбента, В качестве наполнителя используют предварительно простерилиэованную картофельную муку нлн лненнчные отруби, 1 табл,, 3 ил, 1325070

Изобретение относится к технологии производства микробиологических препаратов для сельского хозяйства и может быть испогьзовано для получения молочно-кислых закнасок для сило- 5 сования кормов, ацидофильных кормовых и пищевых концентратов и т,п, Цель изобретения — повышение количества жизнеспособных клеток.

Способ предусматривает предварительное концентрирование биомассы, которое позволяет уменьшить необходимое для последующего обезвоживания количество наполнителя-сорбента. Исходная влажность биомассы молочнокислых бактерий 94-967, Предел обезвоживания на первой стадии обусловлен спецификой культуры: мелкие бактериальные клетки на существующих лабораторных и промышленных центрифугах 20 (-<1 число оборотов ротора до 4000 мин невозможно сконцентрировать в большей степени, Колебания в пределах

89-91Х связаны с тем, что с большей точностью сложно регулировать влажность осадка при центрифугировании.

Однако, несмотря на незначительное уменьшение влажности биомассы на первой стадии обезвоживания, эта операция является очень эффективной: со- 30 держание сухих веществ в биомассе возрастает в 1,6-2,5 раза, а на 100 кг сухого вещества удаляется 150 кг воды.

Выбор в качестве сорбента-наполнителя муки, преимущественно карто- 35 фельной, или пшеничных отрубей обусловлен определенными требованиями, предъявляемыми к наполнителю, В частности наполнитель-сорбент не должен обладать бактерицидным воздействием 40 на культуру обеэвоживаемых бактерий, Применение для аналогичной цели травяной муки (кормового ингредиента и хорошего сорбента) дает отрицательный результат: культура бактерий 45 гибнет через 10-15 дн, Причиной, очевидно, является выделение травяной мукой каких-то летучих соединений, оказывающих бактерицидное влияние на бактерии. 50

Наполнитель-сорбент не должен являться субстратом, Применение кукурузной муки в качестве сорбента способствует росту культуры молочнокислых бактерий (силосной закваски).

В процессе роста микроорганизмов происходит выделение метаболитов, в т,ч, молочной кислоты ° Насыщение преп ар ат а мет аболитами приводит к гибели бактерий, Сущность второй стадии обезвоживания состоит в сорбционном массопереносе между двумя контактирующими капиллярно-пористыми телами — концентрированной биомассой и наполнителем-сорбентом, Массоперенос происходит за счет разности потенциалов массопереноса вэаимод йствуюших тел, Сист ема стремится к термодинамическому равновесию за счет перераспределения влаги между элементами системы — взаимодействующими телами, которое пропорционально отношению массоемкостей этих тел. Количество сорбента-наполнителя на единицу веса биомассы определяется, исходя иэ материального баланса, Для расчета используют соотношение

ms(Us — 11 с UK с с где m — абсолютно сухая масса компонентов, кг; U — влагосодержание, кг/кг; с — сорбент; б — биомасса, н, к - соответственно начальное и конечное значение величин.

Начальное влагосодержание биомассы в приведенном выражении соответствует в среднем влажности, равной

907., т,е, составляет 9 кг/кг. Конечное влагосодержание биомассы молочнокислых бактерий, относящихся к категории ксеролабильных материалов, соответствует величине критического влагосодержания, при котором начинается массовое отмирание клеток, На фиг.1 приведены ксерограммы различных микробных культур (1,6 и

7 — молочно-кислые бактерии, 2 — клубеньковые бактерии, 3 — грибы, 4,5 дрожжи); на фиг,2 — схема графического определения конечного влагосодержания сорбента по изотермам сорбции водяного пара при термодинамическом равновесии двух контактирующих тел (Ч вЂ” относительная влажность воздуха соответствует состоянию равновесия; 1 — иэотерма влажного материала (биомассы), 2 — изотерма сорбента; на фиг.3 — технологическая схема конкретного осуществления способа смешивания биомассы с наполнителем-сорбентом, Из анализов ксерограмм (фиг,1) следует, что для каждой культуры микроорганизмов существует некоторая критическая влажность, Удаление вла3 13250 ги из биомассы ниже этой критической точки неизбежно приводит к гибели микроорганизмов. Поэтому нельзя сушить ксеролабильные материалы типа молочно-кислых препаратов ниже ука- 5 эанной критической влажности, следовательно, конечное влагосодержание этих материалов выбирают с учетом ксероустойчивости объекта сушки, Начальное влагосодержание сорбен- 10 та — наполнителя в приведенном соотношении соответствует влажности наполнителя перед смешиванием с биомассой, Для повышения влагоемкости сорбента и при наличии условий (в частности, 15 сушильных установок) сорбент может быть предварительно высушен до абсолютно сухого состояния, В это - слун чае U = О. Конечное влагосодержание сорбента можно определить по иэотер- 20 мам сорбции, Таким образом, пределы соотношения биомассы и наполнителя-сорбента определяют . согласно физическим свойствам биомассы (ксероустойчивости) и наполнителя (поглощательной способности по влаге).

Предлагаемая схема содержит емкость 1 для сорбента, дозатор 2 сорбента, форсунку 3 для диспергирова- 30 ния жидкости, камеру 4 смешивания, емкость 5 для готового продукта, бактерицидный фильтр 6, фильтр 7 для сброса отработанного воздуха, дозатор 8 культуральной жидкости (био- 35 массы), емкость 9 для биомассы, Технология способа состоит в следующем.

После ферментации биомасса посту40 пает на первую стадию обезвоживания, в центрифугу, тип которой выбирают, исходя из следующих основных условий: осаждению подвергаются бактериальные клетки, размером 2,3> 0,6 мкм, потери 45 клеток не должны превышать 0,37. (по весу). Затем полученный после центрифугирования осадок с влажностью 89917 поступает в емкость 9 для биомассы. Емкость 1 для сорбента соот50 ветственно заполняют сорбентом-напол нителем, заранее простерилиэованным для уничтожения посторонней микрофлоры. Дозировку биомассы и сорбента осуществляют доэаторами 2 и 8, Биомассу диспергируют форсункой 3, например пневматической, Готовый продукт собирают в емкости 5, Для очистки подаваемого на распыл воздуха слу70 4 жит бактерицидный фильтр 6, а для предотвращения уноса продукта, биомассы и наполнителя иэ камеры смешивания испочь уют фильтр 7, Обезвоживанию подвергают три вида типичных для промышленности молочнокислых бактериальных препарата: Lactobactvrium plantarum> 1.acrobacterium pentoaceticum, Streptococcus .>

Lactis diastatxcus, Биомассу получают в лабораторных условиях путем культивирования в термостате суховоздушного типа 2ц-450 М о при 30 С, Затем биомассу подвергают центрифугированию на лабораторной центрифуге в течение 5 мин при 3,5 тыс,оборотов в 1 мин, Влажность после центрифугирования всех образцов составляет 90+17., что соответствует влагосодержанию 9,0 кг/кг.

Конечную влажность всех трех препаратов выбирают с учетом сохранения в готовом продукте около 1007 жизнеспособных микроорганизмов что позво> ляет получить продукт высокого качества при снижении себестоимости (уменьшаются потери).

Значения исходной> конечной влажности биомассы и конечного влагосодержания приведены в таблице, В качестве наполнителя-сорбента используют пшеничные отруби. Выбор оптимального вида наполнителя-сорбента производят в течение длительного экспериментирования, Готовые препараты закладывают на хранение (длительность хранения до 6 мес,), через определенные промежутки времени (10-20 дней, 1-6 мес,) образцы подвергают микробиологическому анализу по стандартной методике с целью определения жизнеспособности микроорганизмов — основного качественного показателя препарата.

В качестве наполнителл используют простерилизованные пшеничные отруби с начальной влажностью 57 (влагосодержание О, 05 кг/кг) . Влажности биомассы и наполнителя определяют стандартным гравиметрическим методом (высушивание в сушильном шкафу при о

105 С до постоянного веса) . Конечное влаго содержание сорбента — пшеничных отрубей определяют по изотермам сорбции водяного пара пшеничными отрубями и соответствующими молочно-кислыми заквасками, Построение изотерм сорбции осуществляют на основании

Препарат hl„

Количество сор бент а

m,, кг на

1 кг биоКонечное влагосоСоотношение биомасса: сорбент

Оптимальная конечная влажность биомассы, (влагосодержание U

h кг/Kl" ) держание отрубей

Uê с массы

Lactobacterium piantarum

1:1,66

95 40 (О 67) 0 560

1,66

Lactobacterium pentoaceticum 94 47,6 (0,91) 0,278 3,50

1:3,5

Streptococcus lactis

diastaticus

96 35,0 (1,22) 0,230

4,30

1:4,3

5 13250 экспериментальных данных, полученных стандартным статическим методом определения гигроскопических свойств (выдерживание образцов над растворами серной кислоты в эксикаторах и периодическое взвешивание этих образцов).

Порядок определения конечного влагосодержания сорбента приведен на фиг,2. 10

Значения конечного влагосодержания сорб ента приведены в таблице.

На основании имеющихся данных по приведенному соотношению рассчитывают количество сорбента, необходимое 15 для получения высококачественного молочно-кислого препарата, который может храниться длительное время без существенного изменения основных качественных показателей (в течение 2О

3-х мес. сохраняется до 75-80 . жизнеспособных клеток, а затем наблюдается снижение жизнеспособности до 1 015Х к 6 мес.).

Расширение диапазона соотношений на 5-10Х (от 1:1,5 до 1:4,5) позволяет исключить возможное влияние по.грешностей микробиологического анализа при определении жизнеспособности бактерий и построении ксерограм- ЗО мы соответствующей культуры микроорганизмов, При использовании предлагаемого способа получения молочно-кислых бактериальных препаратов значительно 35 повышается жизнеспособность микроорганизмов в продукте после завершения .операции обезвоживания (примерно в

70 6 о-10 раэ ) и лишь после длительного хранения (установленные сроки бмес,) жизнеспособность препарата достигает величины, получаемой согласно известному способу, в то время как жизнеспособность микроорганизмов в препарате, полученном распылительной сушкой, после длительного хранения падает до О, Благодаря повышению жизнеспособности клеток повышается выход готового продукта, снижается его себестоимость за счет сокращения потерь (необходимо учесть, что стоимость операции культивирования микроорганизмов включая стоимость питательных сред, достаточно высока), снижается себестоимость продукта эа счет уменьшения энергозатрат на тепловую сушку, упрощается технологическая схема процесса, Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Способ получения молочно-кислых бактериальных препаратов, предусматривающий накопление клеток, отделение полученной биомассы клеток, концентрирование ее, введение наполнителя и последующую распылительную сушку, отличающийся тем, что, с целью повышения количества жизнеспособных клеток, концентрирование проводят центрифугированием до достижения влажности биомассы 8991Х а в качестве наполнителя используют предварительно простерилизованную картофельную муку или пшеничные отруби, вводимые путем одновременного диспергирования биомассы и наполнителя в соотношении 1:1,5-1:4,5, 1325070

"г

Уиг.2

40 бО

Уиг,1

Составитель И,Привалова

Редактор Н.Гунько Техред Н.Глущенко Корректор М,Демчик

Заказ 3021/24 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4