Технология производства биосорбента на основе осадочных пивных дрожжей

 

1. Технология производства биосорбента на основе осадочных пивных дрожжей

 

Способ получения пищевого биосорбента путем микробиологического синтеза основан на получении глубинной культуры пищевого гриба Pleurotus ostreatus. Культивирование ведут с использованием штаммов ВКПМ F-697 и F-720 в течение 48 ч в условиях аэрации на жидкой крахмалсодержащей питательной среде при отсутствии дополнительных источников азота. Способ экологически чист и дешев, позволяет получить хитинсодержащий биосорбент с высокой сорбционной емкостью на основе микробиологического синтеза без применения методов химической обработки. Получаемый таким способом биосорбент оказывает стимулирующее действие на процесс пивного брожения, которое выражается в увеличение выхода спирта на этапе главного брожения.

Изобретение относится к  микробиологической промышленности, в  частности к способам получения  биосорбента путем микробиологического синтеза, который может найти применение в качестве активатора пивного брожения.

Известен способ получения  хитинсодержащих биосорбентов на основе использования низших грибов Allomyces, Aspergillus Renicillium, Muсor, Phycomyces, Choanophora и др., биомасса которых напрямую не может быть использована в пищу.

Недостатком такого способа  является использование в качестве сырьевого источника отходов  микробиологических производств (производства лимонной кислоты, антибиотиков), что  само по себе значительно усложняет  процесс получения экологически чистого продукта. Кроме того, предложенный способ выделения биосорбента связан с применением кислот и щелочей, что с одной стороны определяет данный способ как экологически вредный, а с другой существенно удорожает реализацию такого способа в производстве.

Известен способ получения  хитинсодержащего биосорбента из плодовых тел пищевого гриба Pleurotus ostreatus.

Данный способ, как и  описанный выше, является экологически вредным, т.к. в его основе лежит  использование в качестве сырья  сухих плодовых тел, которые, как  правило, имеют определенный естественный фон радио- и токсинозагрязнения. Использование такого сырья в технологическом производстве создает дополнительные трудности в процессе очистки мицелия от естественных загрязнений.

Данный способ также основан  на использовании кислот и щелочи, что удорожает получение конечного  продукта.

Наиболее близким по технологической  сущности и достигаемому результату является способ получения хитинсодержащего биосорбента на основе использования плодовых тел и глубинной культуры высших грибов.

Данный способ включает обработку  грибной мицелиальной массы щелочью, промывку полученного продукта водой и сушку, отличающийся тем, что в качестве грибной мицелиальной массы используют мицелиальную массу базидиальных грибов, полученный после щелочной обработки и промытый продукт – волокнистую массу – перед сушкой последовательно обрабатывают смешивающимися с водой органическими растворителями в порядке понижения их точек кипения, а после сушки пропитывают растворами солей металлов – ферромагнетиков – с последующим переводом этих солей в нерастворимое ферромагнитное состояние путем восстановления до металла или получения ферромагнитного соединения.

Однако недостатком данного  способа является то, что он основан  на применении целого ряда органических растворителей, что не только определяет этот способ как экологически вредный, но также значительно удорожает  его реализацию в производстве.

Задачей данного изобретения  является разработка экологически чистого  и дешевого в производстве метода получения хитинсодержащего биосорбента с высокой сорбционной емкостью на основе микробиологического синтеза без применения методов химической обработки. Это достигается описываемым способом получения грибной биомассы, включающим глубинное культивирование гриба Pleurotus ostreatus в условиях аэрации на питательной среде отъемно-доливным методом с последующим отделением биомассы, причем отличительной особенностью способа является то, что используют штамм Pleurotus ostreatus ВКПМ-F-697 и F-720, культивирование ведут при рН 6,0-7,5 в отсутствии дополнительных источников азота, таких как пептон и другие, при этом содержание муки в питательной среде не превышает 1%.

Применяемые в способе  штаммы-продуценты Pleurotus ostreatus ВКПМ F-697 и F-720 депонированы во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов и хранятся в частной коллекции автора. В целом предлагаемый способ позволяет получать не только экологически чистый биосорбент, но и значительно удешевляет процесс получения хитинсодержащего комплекса с высокой сорбционной емкостью. Благоприятно сказывается на увеличение хитинсодержащего биосорбента снижение в питательной среде источника азота.

Пример 1. Культуру выращивают на агаризованной среде. Затем переносят ее в колбы на 150-200 мл со средой, состоящей из неохмеленного сусла (4^o по Биллингу), без петона, рН 6,0-7,5. Выращивание культуры проводят на качалке при температуре 26-28^oС в течение 48-72 часов. Полученную культуру "захолаживают" в течение 4-8 часов и используют как посевной материал на последующей стадии ферментации. Выход биомассы на этой стадии 20-25 г/л питательной среды.

Для ферментации используют 15-литровые или 100-литровые, или 300-литровые ферментеры, заполненные питательной  средой с добавкой 0,1-1,0 % ПАВ по объему.

Процесс ферментации продолжается 30-48 часов в условиях аэрации (воздуха  – 0,5 л на 1 л среды в минуту) через 30 часов с момента посева культуру сливают в стерильных условиях в количестве 40-50% к объему жидкости. Долив стерильной питательной среды осуществляют непосредственно после отъема культуральной жидкости. При этом ПАВ не добавляют. Культивирование отъемно-доливным методом ведут в течение 1-3 месяцев, после чего всю культуральную жидкость сливают и процесс начинают с использования в качестве посевного материала поверхностной агаризованной культуры. По окончании каждой ферментации биомассу отфильтровывают, промывают и высушивают при температуре 50-60^oС.

Выход сухой биомассы на стадии ферментации составляет 10-15 г/л питательной среды. Предлагаемый способ может быть воспроизведен  на различных средах, применяемых  для штамма Pleurotus ostreatus F-697 и F-720.

Ниже приводятся данные по химическому составу биомассы при  культивировании штамма F-697 на пшенично-крахмальной  муке (мука – 1%, крахмал – 1,5%) (см. табл. 1).

Таблица 1

Питательная среде	Содержание ХТГ
Мука пшеничная (2%) Крахмал (1,5%)	54,3%
Мука пшеничная (2%) Пептон (0,1%) Крахмал (1,5%)	50,4%
Мука пшеничная (1%) Крахмал (1,5%)	60,3%

 

Элементный анализ (в %): N общий – 5,15; N белковый – 3,14; С – 59,5; Н – 7,04; белок – 21,1; зола – 4,4; липиды – 2,1; влага – 6,5; хитинглюканы – 63,5.

Пример 2. Процесс культивирования  штаммов ведут так же, как описано  в примере 1, но при разном содержании азота в питательной среде. Таким образом в получаемой таким способом биомассе содержание хитинглюканов составляет не менее 60%, что является важным фактором, определяющим сорбционные свойства хитинсодержащего продукта. Данные о сорбционной способности полученного нами биосорбента представлены в табл. 2.

Таблица 2

Полная ионная емкость (ПОЕ) сухого глубинного мицелия штамм (F-697)

Ион металла	ПОЕ (мг/г)
Cd2+ Pb2+ Zn2+ Cu2+ Cr3+	80,1 50,5 120,0 25,3 55,0

Таблица 3

Коэффициент распределения (КД) глубинного мицелия гриба вешенка отношении извлечения из водного раствора радионуклидов (штамм F-697)

Радионуклид	Коэффициент распределения (КД см3/г)
Pu239 Am241 Sr85 Cs137	600 820 650 220

 

Данные, представленные в  табл. 2 и 3, показывают, что полученный биосорбент (глубинный мицелий) обладает высокой сорбционной емкостью в отношении таких высокотоксичных металлов, как кадмий, свинец и цинк, а также в отношении таких радионуклидов, как цезий и стронций.

Кроме того, исследована  сорбционная активность данного  продукта по отношению к некоторым  веществам (табл. 4).

Исследовано влияние полученного  биосорбента в качестве активатора пивного брожения на стадии главного этапа на примере "низового" брожения.

В качестве критериев оценки влияния биосорбента на процесс брожения были выход спирта и время, необходимое для завершения главного этапа брожения.

В качестве контроля использован  процесс "низового брожения" охмеленного  сусла (12^o по Баллингу), которое осуществлялось пивными дрожжами (дрожжи Sacharomyces cerevisiae раса А-14) без каких-либо добавок.

Результаты этих экспериментов  представлены в табл. 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

Динамика накопления спирта при «низовом» брожении в присутствии  биосорбента (%)

	Концентрация	Время брожения
		3	4	5	6	7
Контроль Биосорбент (низкотемпературная сушка) Биосорбент (сушка в кипящем слое) Биосорбент (лиофильная сушка) Биосорбент (влажный продукт 40% влаги)	0,1   0,05   0,1   0,1	0,91 0,30   1,65   1,52   1,26	1,52 1,67   2,38   3,04   2,02	2,74 3,46   2,94   3,42   2,89	3,37 3,65   4,00   4,46   3,59	3,85 3,98   4,56   4,97   4,20

 

Результаты, представленные в табл.5, показывают, что полученный биосорбент активно стимулирует процесс "низового" брожения. Причем оба вида сухого продукта стимулируют выход спирта. Кроме того, и влажный продукт оказывает большой эффект.

Сравнительные данные стимуляции процесса брожения по сравнению с  контролем представлены в табл. 6.

Таблица 6

Увеличение выхода спирта к 7-м суткам главного этапа по сравнению  с контролем

Форма сорбента	Концентрация в % к объему	Увеличение выхода по сравнению  контролем
Биослобент (сушка в кипящем слое) влага-6,5% Босорбент (лиофильная сушка) влага-6,5% Биосорбент влага-40%	0,05   0,3   0,1	18,44   21,8   9,09

 

Способ получения пищевого биосорбента путем глубинного культивирования дереворазрушающего базидиомицета, отличающийся тем, что используют штаммы Pleurotus ostreatus ВКП-F-697 и F-720, культивирование ведут в течение 48 ч в условиях аэрации при рН 6,0-7,5 с последующим отделением биомассы, причем культивирование ведут на крахмалсодержащих средах при отсутствии дополнительных источников азота.

Еще один способ получения  биосорбентов является изобретение относящаяся к промышленной биотехнологии и предназначено для получения биосорбентов, в частности энтеросорбентов и гемосорбентов. Способ получения биосорбентов предусматривает приготовление раствора в 5-15% растворе гидроксида натрия и внесение раствора в обводненную микрокристаллическую целлюлозу. Внесение газообразователя осуществляется во влажную смесь β-казеина и микрокристаллической целлюлозы в количестве 1-3% по массе к микрокристаллической целлюлозе. Биофильтр стабилизируют ацетоном или этиловым спиртом, подкисленным до рН 4,6, и сушат. Способ позволяет обеспечить высокую ёмкость целевого продукта.

Наиболее близким к по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ производства модифицированных целлюлозных материалов (патент RU 2256675, 2001.07.24), в котором целлюлозный материал при комнатной температуре пропитывают водным раствором 0,25-2,0 мас.% AgNO₃ при соотношении целлюлозный материал: раствор AgNO₃ 1 г на 15-30 мл. Реакционную смесь нагревают при 85-150°С в течение 1-4 часов. Для увеличения содержания серебра в водный 0,25-2,0 мас.% раствор AgNO₃ дополнительно вводят аммиак, глицерин, либо смесь аммиака и глицерина при концентрации аммиака 0,5-15 об.%, концентрации глицерина 20-50 мас.%, соотношение целлюлозный материал: водный раствор составляет 1 г на 15-30 мл, и нагревают реакционную смесь при 85-150°С в течение 1-4 часов. В качестве целлюлозного материала используют микрокристаллическую целлюлозу, хлопчатобумажное волокно, ткань и изделия из них, льняное волокно, полотно и изделия из них, хлопчатобумажный перевязочный материал. Недостатком является то, что полученная система используется для изготовления перевязочных материалов и не может быть использована для создания энтеро- и гемосорбентов.