Способ активации дрожжей

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам активации дрожжей, и предназначено для использования при производстве биологически активных пищевых добавок. Способ активации дрожжей осуществляют путем воздействия на дрожжевую суспензию лазерным излучением. В способе согласно изобретению активацию осуществляют излучением лазера с длиной волны от 9 мкм до 11 мкм и плотностью мощности от 0,1 кВт/см² до 1,0 кВт/см². При осуществлении активации используют пивные дрожжи и в этом случае дрожжевую суспензию получают внесением дрожжей в пивное сусло или используют хлебопекарные дрожжи и дрожжевую суспензию, которую получают внесением дрожжей в сахарный сироп, или используют винные дрожжи и дрожжевую суспензию, которую получают внесением дрожжей в виноградное сусло. Дрожжевую суспензию с концентрацией дрожжей от 5% до 80% подают в зону облучения в виде сплошной или капельной струи диаметром от 0,5 мм до 15 мм, со скоростью истечения струи дрожжевой суспензии от 0,05 м/с до 10 м/с. Излучение лазера подают на расстоянии от 5 мм до 25 мм от среза сопла, из которого истекает струя дрожжевой суспензии. Способ позволяет повысить производительность процесса активации дрожжей. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам активации дрожжей, и предназначено для использования при производстве биологически активных пищевых добавок.

Известен способ производства дрожжей, включающий культивирование дрожжей на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, микро- и макроэлементы, стимуляторы роста при аэрации; отделение биомассы после культивирования от культуральной жидкости сепарированием; промывание биомассы с получением при этом дрожжевого молока; внесение в молоко источника йода, углеводов и окислителя, в качестве которого используется перекись водорода или озон. Способ позволяет получить дрожжевую биомассу, содержащую йод [патент РФ №2119952, МПК C 12 N 1/18, 1/16, А 61 К 35/72, 33/18, опубл. 10.10.1998].

На основе такого способа обогащения хлебопекарных дрожжей йодом организовано производство пищевой добавки «пищевые дрожжи с био-йодом». Продукт, получаемый при реализации этого способа, позволяет осуществлять наиболее эффективную профилактику йод-дефицитных состояний, однако, этот продукт не эффективен или даже противопоказан для большой части населения, например для людей, страдающих йодонепереносимостью.

Известен способ получения пищевого биологически активного продукта переработки дрожжей, пригодного для использования в качестве профилактического средства, способного предупреждать заболевания населения, проживающего на территории с повышенным уровнем радиации, который включает очистку исходной дрожжевой биомассы от примесей, проведение лизиса очищенной дрожжевой биомассы с образованием целевого продукта, последующее концентрирование и сушку целевого продукта, а также ультразвуковое воздействие на дрожжевую биомассу на стадии ее очистки и на стадии проведения лизиса с увеличенной плотностью акустической энергии на стадии лизиса [патент РФ №2195846, МПК A 23 L 1/30, A 23 J 1/18, опубл. 10.01.2003].

Получаемый этим способом продукт обладает повышенной питательной ценностью, лечебно-профилактической ценностью, нормализует обмен веществ, повышает иммунитет и не обладает побочным действием. Однако ультразвуковой способ обработки биомассы нерационален с точки зрения использования энергии, так как из-за большой длины волны ультразвукового излучения невозможно создавать высокие плотности энергии в большом объеме, и поэтому для накопления практически значимых количеств целевого продукта необходимо значительное время обработки.

Известен способ активации дрожжей микроволнами, в котором для повышения уровня их бродильной энергии, интенсификации процесса брожения и достижения активирующего эффекта используется ультравысокочастотное электромагнитное поле на волне 18 см с частотой 1667 МГц, вызывающее быструю и эффективную активацию дрожжевой культуры перед ее использованием [патент РФ №2200194, МПК C 12 N 1/18, 13/00, A 21 D 8/02, опубл. 10.03.2003].

Этот способ позволяет усилить энергию брожения, увеличить число живых клеток в облученной суспензии. Однако для его осуществления и получения продукта в масштабах, близких к промышленным, требуются сложные в изготовлении и эксплуатации мощные СВЧ-генераторы.

Известно, что для интенсификации размножения дрожжей наряду с такими физическими факторами роста, как ультразвуковое воздействие, ультрафиолетовые лучи и электромагнитные волны СВЧ-диапазона, может быть использовано лазерное излучение.

В частности, известен способ выращивания дрожжей Saccharomyces vini, предусматривающий посев дрожжевых клеток на питательную среду, содержащую виноградное сусло и микроэлементы, в котором перед посевом дрожжевые клетки облучают азотным лазером с длинной волны 3370 А, интенсивностью 1,5×10⁴ эрг/см²·с в течение 8×10^-9 - 2×10² секунд при температуре 18-20°С [авторское свидетельство СССР №902462, МПК C 12 N 13/00, опубл. 15.08.1982].

Этот способ, направленный на увеличение выхода дрожжей и выбранный авторами за прототип заявляемого изобретения, был исследован в отделе биологии Дагестанского филиала АН СССР с использованием азотного лазера типа ЛГН-21 ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 3370 А - 3371 А при облучении суспензии двухсуточной культуры дрожжей с концентрацией 100 тысяч клеток в 1 мм³ с интенсивностью излучения 1,5×10⁴ эрг/см²·с[С.Ц.Котенко, В.И.Рыбникова, А.Т.Мамаев, Влияние лазера на размножение винных дрожжей. - Биохимия отдельных видов вин. Сборник четвертый: Махачкала, Дагестанский филиал АН СССР, 1982 г.]. Исследования показали, что азотный лазер с указанными в формуле изобретения по а.с. №902462 длиной волны и интенсивностью при длительности импульса 8×10^-9 с, частотой следования импульсов 100 Гц в течение 5 минут стимулирует процесс размножения винных дрожжей рода Saccharomyces vini в аэробных и анаэробных условиях в 2,8-3 раза.

Однако запатентованные в а.с. №902462 и подтвержденные опытным путем параметры используемого в этом способе лазерного излучения не являются оптимальными с точки зрения производительности и получения биостимулирующего эффекта конечного продукта.

Изобретение решает задачу создания высокоэффективного, пригодного для использования в промышленных масштабах способа активации дрожжей.

Сущность изобретения заключается в способе активации дрожжей путем воздействия на дрожжевую суспензию лазерным излучением. В этом способе согласно изобретению активацию осуществляют излучением лазера с длиной волны от 9 мкм до 11 мкм и плотностью мощности от 0,1 кВт/см² до 1,0 кВт/см².

Согласно заявляемому изобретению при осуществлении активации используют пивные дрожжи и в этом случае дрожжевую суспензию получают внесением дрожжей в пивное сусло или используют хлебопекарные дрожжи и дрожжевую суспензию получают внесением дрожжей в сахарный сироп, или используют винные дрожжи и дрожжевую суспензию получают внесением дрожжей в виноградное сусло.

Согласно заявляемому изобретению концентрация дрожжей от 5% до 80%, излучение подают на поверхность дрожжевой суспензии, либо дрожжевую суспензию подают в зону облучения в виде сплошной или капельной струи, при этом целесообразно, чтобы струя дрожжевой суспензии имела диаметр от 0,5 мм до 15 мм, скорость истечения струи дрожжевой суспензии составляла от 0,05 м/с до 10 м/с, а излучение лазера подавалось на расстоянии от 5 мм до 25 мм от среза сопла, из которого истекает струя дрожжевой суспензии.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в повышении энергии, воздействующей на дрожжевую суспензию, и повышении, тем самым, производительности процесса активации дрожжей. Активация осуществляется при высокой селективности воздействия и хорошей управляемости процессом. Благодаря малой длине волны (9-11 мкм), излучение лазера фокусируется до плотности мощности ˜0,1 кВт/см² и более, а время взаимодействия с обрабатываемым веществом легко устанавливается менее 0,1 сек. При таких условиях облучение дрожжевой суспензии осуществляется без нагрева ее основной массы.

Лазерная активация приводит к выраженному увеличению как биомассы дрожжей (до 16 раз), так и к повышению их функциональной активности и усилению в 1,5 раза выделения метаболитов (этанола и углекислого газа).

Заявляемое изобретение поясняется графическими изображениями, где на Фиг.1 приведена диаграмма роста активности дрожжевой массы при лазерной обработке, на Фиг.2 - диаграмма роста относительного содержания этанола в пиве при лазерной обработке суспензии дрожжей, а на Фиг.3 в качестве примера практической реализации способа приведена функциональная схема лазерного комплекса для получения биологически активного продукта модификации дрожжей.

Излучение СО₂-лазера с длиной волны, варьируемой в пределах 9-11 мкм, и плотностью мощности в пределах 0,1-1,0 кВт/см² фокусируется на специально сформированную струю, содержащую дрожжевую суспензию. Дрожжи (пивные, хлебопекарные или винные) в концентрации от 5% до 80% вносят соответственно в пивное сусло, сахарный сироп или виноградное сусло и осуществляют процесс подготовки дрожжевой суспензии. Струя дрожжевой суспензии имеет диаметр 0,5-15 мм, а скорость истечения струи составляет от 0,05 м/с до 10 м/с. Излучение лазера подают на расстоянии от 5 мм до 25 мм от среза сопла, из которого истекает струя дрожжевой суспензии. Излучение лазера может подаваться непосредственно на поверхность помещенной в рабочий объем дрожжевой суспензии. Авторами экспериментально установлено, что при концентрации дрожжей менее 5% эффект лазерной активации выражен значительно слабее, чем при больших концентрациях. Концентрации более 80% оказались технически не приемлемы из-за высокой вязкости суспензии, что делало очень затруднительным ее подачу через сопло. Диаметр 0,5 мм оказался наименьшим диаметром, при котором было возможно непрерывно подавать суспензию. При меньших диаметрах требовалось делать технологические перерывы для прочистки сопла и значительно снижалась производительность установки. При диаметрах струи дрожжевой суспензии больших, чем 15 мм, авторам не удалось получить заметной активации дрожжей. При скоростях истечения в пределах от 0,05 м/с до 10 м/с был наиболее заметен эффект лазерной активации дрожжей. Расстояния облучения 5-25 мм от среза сопла также были определены путем экспериментальной оптимизации.

При осуществлении процесса экспериментально обнаружено значительное повышение активности роста дрожжевой биомассы, что иллюстрирует Фиг.1, где показан рост дрожжевой биомассы при различных мощностях лазерного излучения и различных объемных концентрациях дрожжей в дрожжевой суспензии. Черные колонки представляют 20% концентрацию дрожжей, а более светлые - 10%. По горизонтальной оси отложена мощность излучения в условных относительных единицах, по вертикальной оси отложен суточный прирост массы дрожжей в процентах по отношению к их начальной массе. Виден существенный рост активности дрожжевой массы при определенных мощностях лазерного излучения для объемных концентраций дрожжей в пивном сусле 10% и 20%. Обнаружена довольно сильная зависимость содержания алкоголя в пиве от плотности мощности излучения и концентрации дрожжей в пивном сусле, что иллюстрирует Фиг.2. На этом графике по горизонтальной оси отложена мощность излучения в тех же условных относительных единицах, что и на Фиг.1, а по вертикали отложено содержание этанола в пиве, отнесенное к его начальной концентрации. Пунктирная линия построена для 5% концентрации дрожжей, а сплошная - для 20% концентрации.

В примере реализации способа (Фиг.3) выходящий из СО₂-лазера 1 луч транспортируется к фокусирующему устройству 2, которое фокусирует его на текущей в поперечном направлении струе обрабатываемого материала в пятно с плотностью мощности в диапазоне 0,1-1 кВт/см². Для контроля за процессом часть излучения (до 10% мощности) с помощью плоскопараллельной пластинки 3 ответвляется на датчик мощности излучения 4. В устройстве формирования струи 5 с помощью профилированного сопла - конфузора создаются необходимые параметры (диаметр - 1,5 мм и скорость истечения - 2 м/с) сплошной струи суспензии хлебопекарных дрожжей. В зоне взаимодействия 6 происходит лазерная модификация исходного вещества, и оно поступает в сборник 7. Для визуального контроля за процессом взаимодействия используется He-Ne лазер 8, луч которого, сформированный коллиматором 9, проецируется на экран 10. Содержание этанола и двуокиси углерода осуществлялось методом газожидкостной хромотографии.

1. Способ активации дрожжей путем воздействия на дрожжевую суспензию лазерным излучением, отличающийся тем, что активацию осуществляют излучением лазера с длиной волны от 9 до 11 мкм и плотностью мощности от 0,1 до 1,0 кВт/см², дрожжевую суспензию подают в зону облучения в виде сплошной или капельной струи диаметром от 0,5 до 15 мм, со скоростью истечения струи от 0,05 до 10 м/с, с концентрацией дрожжей в дрожжевой суспензии от 5 до 80%, а излучение лазера подают на расстоянии от 5 до 25 мм от среза сопла, из которого истекает струя дрожжевой суспензии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения дрожжевой суспензии используются пивные дрожжи.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения дрожжевой суспензии используются хлебопекарные дрожжи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения дрожжевой суспензии используются винные дрожжи.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что дрожжевую суспензию получают внесением дрожжей в пивное сусло.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что дрожжевую суспензию получают внесением дрожжей в сахарный сироп.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что дрожжевую суспензию получают внесением дрожжей в виноградное сусло.