Способ задержки роста бактерий в средах спиртовой ферментации

 

Использование: микробиологическая и пищевая промышленность. Сущность изобретения: Способ задержки роста бактерий в средах спиртовой ферментации осуществляют добавлением полиэфирного ионофорного антибиотика в ферментационную среду в концентрации 0,3-3,0 частей на миллион. 2 з.п.ф-лы, 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способу задержки роста бактерий в спиртовых ферментационных средах.

Известно, что установки спиртовой ферментации не работают в стерильных условиях и поэтому могут содержать популяции бактерий, которые достигают концентрации от 10⁴ до 10⁶ микроорганизмов/мл, а в экстремальных случаях и больше. Эти микроорганизмы могут принадлежать к семейству молочных бактерий, но также могут включать и другие виды микроорганизмов, такие как streptococcus, bacillus, pediococcus, clostridium или leuconostoc (см. табл. 1).

Все эти бактерии обладают способностью образовывать органические кислоты. Если концентрация бактерий в популяции превышает 10⁶ микроорганизмов/мл, образование органических кислот может достичь значительного уровня. При концентрациях выше 1 г/л такие органические кислоты могут препятствовать росту и ферментации дрожжей и приводить к снижению производительности установки на 10-20% или более.

В некотором сырье, таком как, вино, сидр, или продукты их производства, такие бактерии могут также превращать глицерин в акролеин, который является канцерогенным соединением попадающим в конечный спиртовый продукт, предназначенный для потребления людьми.

Таким образом, для предупреждения отрицательных эффектов, обусловленных избыточным ростом бактерий в ферментационной среде необходимы бактериостатические и/или бактерицидные способы, которые не оказывают отрицательного влияния на процесс ферментации.

Известно использование с этой целью антибиотиков, таких как пенициллин, лактоцид, низин, которые вводят в ферментационные среды, в частности, из меласс, крахмала и зерна при производстве спирта (1).

Недостаток таких способов заключается либо в невысокой активности антибиотика, либо в том, что некоторые антибиотики (пенициллин) приводят к образованию мутантных штаммов, резистентных к действию антибиотика. Задача изобретения - устранение указанных недостатков. Эта задача решается с помощью предлагаемого способа, согласно которому вводят в ферментационную среду полиэфирный ионофорный антибиотик бактериостатического или бактерицидного агента. Способ настоящего изобретения может быть использован с широким спектром ферментационных сред, в том числе таких, как сок сахарной свеклы, сок сахарного тростника, разбавленная меласса сахарной свеклы, разбавленная меласса сахарного тростника, гидролизат зерновых (например, кукурузы или пшеницы), гидролизат крахмальных клубней (например, картофеля или топинамбура), вино, побочные винные продукты, сидр, а также его побочные продукты. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы любые крахмал- или сахар- содержащие материалы, которые могут быть подвергнуты ферментации с помощью дрожжей с выходом спирта (этанола). Достигаемый в результате контроль за содержанием бактерий или в значительной степени уменьшает проблемы, вызываемые присутствием бактерий и продуцируемых ими органических кислот. Полиэфирные ионофоры, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, не оказывают отрицательного воздействия на дрожжи (saccharomices sp.) и на процесс ферментации.

Полиэфирные ионофорные антибиотики, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, представляют собой любые антибиотики, которые не оказывают значительного влияния на дрожжи и которые обладают бактериостатическим и/или бактерицидным действием на бактерии ферментационной среды, продуцирующие органические кислоты. Наиболее полезными в настоящем изобретении являются антибиотики, которые эффективны в отношении бактерий, перечисленных в табл. 1 (см. выше). Предпочтительными полиэфирными ионофорными антибиотиками являются монензин, лазалозид, салиномицин, наразин, мадурамицин и семдурамицин. Более предпочтительными являются монензин, лазалозид и салиномицин, однако, наиболее предпочтительным антибиотиком является монензин.

Ферментационные среды, которые могут быть эффективно обработаны по способу настоящего изобретения включают такое сырье, как, например, сок сахарной свеклы, сок сахарного тростника, разбавленная меласса сахарной свеклы, разбавленная меласса сахарного тростника, гидролизат зерновых (например, кукурузы или пшеницы), гидролизат крахмальных клубней (например, картофеля или топинамбура), вино, побочные продукты виноделия, сидр и побочные продукты при его получении. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы любые крахмал- или сахар-содержащие материалы, которые могут быть подвергнуты ферментации с помощью дрожжей с выходом спирта (этанола).

Полиэфирные ионофорные антибиотики являются высокостабильными соединениями. Они не способны легко разлагаться с течением времени или при высокой температуре. Это имеет значение для установок по ферментации, так как: 1. они сохраняют активность в течение многих дней в обычных условиях работы установки ферментации; 2. они сохраняют активность при высоких температурах, имеющих место в процессе ферментативного гидролиза, предшествующего ферментации зерновых или клубней (например, 2 ч при 90^oC или 1,5 ч при 100^oC).

Эти соединения коммерчески доступны и поставляются фармацевтическими фирмами.

Были проведены опыты с различными полиэфирными ионофорными антибиотиками, такими как монензин, лазалозид и салиномицин, с использованием сырья для ферментации на основе мелассы сахарной свеклы. Проведенные эксперименты подтвердили существование бактериостатических или бактерицидных концентраций, которые лежат в интервале от приблизительно 0,5 до 1,5 частей на миллион. При бактериостатических условиях рост популяции бактерий прекращается и может быть обнаружено, что содержание органических кислот в популяции не увеличивается. При бактерицидных концентрациях популяция бактерий уменьшается и, следовательно, концентрация органических кислот не увеличивается.

Согласно способу настоящего изобретения в ферментационную среду вводят бактериостатический или бактерицидноэффективное количество, по меньшей мере, одного полиэфирного ионофорного антибиотика. Предпочтительно, в ферментационную среду вводят, по меньшей мере, один полиэфирный ионофорный антибиотик в концентрации приблизительно от 0,3 до 3 частей на миллион. В наиболее предпочтительном варианте концентрация полиэфирного ионофорного антибиотика составляет приблизительно от 0,5 до 1,5 частей на миллион.

Полиэфирный ионофор согласно изобретению предотвращает или ингибирует рост бактерий в ферментационной среде, не влияя при этом на дрожжи, при концентрации до 100 частей на миллион. Бактериальная флора может поддерживаться при концентрации 10⁴ микроорганизмов/мл и ниже, что приводит к практически полному прекращению образования органических кислот. Следовательно, бактерии не могут в значительной степени уменьшить спиртовую ферментацию. При этих условиях бактерии обычно не способствуют образованию акролеина. При концентрациях около 0,5 частей на миллион антибиотик обладает бактерицидным действием и, следовательно, делает возможным достижение пониженного содержания бактерий.

На фиг. 1 показано уменьшение популяции бактерий в разбавленной мелассе после добавления монензина; на фиг. 2 - влияние монензина на популяцию бактерий в непрерывном процессе ферментации на промышленной установке.

Пример 1. Влияние монензина на концентрацию Lachobacillus buchneri.

К разбавленной мелассе сахарной свеклы добавляют в различных концентрациях монензин и измеряют кислотность и концентрацию микроорганизмов. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Пример 2. Стабильность и бактерицидное действие монензина в соке мелассы.

В разбавленный сок мелассы, содержащий 10⁶ микроорганизмов/мл вводят монензин в концентрации 1 часть на миллион. На фиг.1 показано уменьшение популяции бактерий через 20 дней при температуре 33^oC. Возобновление роста бактерий не наблюдалось. Эти данные показывают, что монензин сохраняет активность в течение 20 дней при температуре 33^oC в нормальных условиях работы установки ферментации.

Пример 3. Промышленное использование монензина.

Еще один пример настоящего изобретения представлен на фиг.2. Он относится к установке спиртовой ферментации, которая работает в непрерывном режиме. Ферментационной средой является меласса, содержащая 14% сахара (около 300 г/л). Скорость потока составляет 40-50 м³/ч, температура - 33^oC. На 7 день загрязненность микроорганизмами превышает 10⁶ микроорганизмов/мл. На 8 день начинают обработку введением в бродильный аппарат активного количества монензина (растворенного в этаноле). Эту концентрацию монензина поддерживают в течение 24 ч введением обогащающего сырья, содержащего монензин в той же концентрации. На 9 день добавление монензина в сырье прекращают. Сразу же после начала обработки популяция бактерий начинает быстро уменьшаться. Это снижение продолжается до 10-го дня, то есть в течение 24 ч после окончания обработки. На этой стадии монензин вымывается из ферментационной среды и рост бактерий медленно возобновляется. Он поддается контролю в течение последующих 15 дней, однако, это обусловлено уменьшенным уровнем загрязнения после обработки.

Формула изобретения

1. Способ задержки роста бактерий в средах спиртовой ферментации путем добавления антибиотика в ферментационную среду, отличающийся тем, что в качестве антибиотика используют полиэфирный ионофорный антибиотик.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полиэфирный ионофорный антибиотик добавляют в ферментационную среду в концентрации 0,3 3,0 млн^-1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что антибиотик добавляют в ферментационную среду на основе сока или мелассы сахарной свеклы или сахарного тростника, либо крахмального гидролизата из хлебных злаков или клубневых культур, либо сред виноделия или изготовления сидра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3