Разработка биотехнологий получения иммобилизованных дрожжей и их применения в бродильных производствах 05. 18. 07  Биотехнология пищевых продуктов (пивобезалкогольная, спиртовая и винодельческая промышленности) 05.

Вид материала

Автореферат

Содержание S. cerevisiae phv bayanus 3. Применение разработанного биокатализатора для получения спирта из различных отходов S. cerevisiae Список работ по теме диссертации

Подобный материал:

• Интенсификация процесса брожения методом электронно-ионной обработки (эио) пивных дрожжей, 547.73kb.
• Методические рекомендации по выполнению лабораторного и научно-исследовательского практикума, 952.7kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Молекулярная и промышленная биотехнология Специальность, 49.3kb.
• Учебное пособие по курсу "Биотехнология" для студентов фармацевтического факультета, 1364.67kb.
• Потребительское поведение на рынке функциональных пищевых продуктов приморского края, 71.92kb.
• Совершенствование биотехнологий высокоочищенной α-циклодекстринглюканотрансферазы, 372.26kb.
• Санкт-Петербургский Государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий, 55.14kb.
• Особенности использования иммобилизованных ферментов в пищевой промышленности, 89.87kb.
• Совершенствование технологии производства природно-полусладких вин в условиях российской, 313.28kb.
• Микробиология пищевых продуктов специальность 111201 «Ветеринария» Пояснительная записка, 312.22kb.

2.2. Применение иммобилизованных в криогель ПВС клеток дрожжей S. cerevisiae phv bayanus для устранения винных недобродов и для биологического кислотопонижения вина, получаемого из различных плодово-ягодных соков

Учитывая то, что иммобилизованные дрожжи значительно устойчивее к воздействию различных ингибирующих веществ, чем свободные клетки, было решено испытать их для устранения винных недобродов.

Было показано, что в результате дображивания виноматериалов с использованием иммобилизованного биокатализатора концентрация этанола (г/л) может быть увеличена на 6-28% от исходного уровня (Рис. 10).

Также было апробировано использование иммобилизованных в криогель ПВС клеток дрожжей для кислотопонижения вина, получаемого из виноградного и крыжовникового соков. Было установлено, что в результате спирто-яблочно-молочнокислого сбраживания соков с применением разработанного биокатализатора, получается вино с концентрацией этанола 45-86 г/л и пониженным содержанием яблочной кислоты на 18-23% от исходного уровня (Рис. 11).




Рис. 10. Кинетика дображивания виноматериалов с разной исходной концентрацией этанола свободными и иммобилизованными в криогель ПВС клетками дрожжей. Свободные и иммобилизованные клетки дрожжей обозначены черными и белыми символами, соответственно; виноматериал с концентрацией спирта 10,5 об. % и 13,5 об. % обозначен, соответственно, круглыми и треугольными символами.


Рис. 11. Динамика накопления молочной кислоты и потребления яблочной кислоты в процессе спирто-яблочно-молочнокислого брожения с использованием иммобилизованных клеток дрожжей виноградного сока (А) и сока из крыжовника (Б). Кислоты обозначены символами: - яблочная, - молочная.


3. Применение разработанного биокатализатора для получения спирта из различных отходов

Так как клетки, иммобилизованные по предложенной в работе технологии, обладали высокой метаболической активностью и были успешно применены для решения разнообразных задач в виноделии, то была исследована возможность их применения для получения спирта из различных отходов сельского хозяйства и промышленности.

В работе исследовалась возможность сбраживания растворов соевого порошка, как отхода пищевой промышленности с предобработкой растворов сои α-галактозидазой и без нее (Табл. 10). Также исследовалась возможность сбраживания иммобилизованными и свободными клетками дрожжей гидролизатов различных целлюлозосодержащих отходов (Табл. 11).


Таблица 10. Динамика накопления этанола в растворах сои с ферментативной обработкой и без нее при проведении брожения с участием иммобилизованных и свободных клеток дрожжей в течение 24 ч

Клетки дрожжей	Раствор сои	Этанол, г/л	Выход спирта от теор. возможного, %
Свободные Иммобилизованные	Без ферментативной обработки	31,56 33,14	55,70 58,45
Свободные Иммобилизованные	Обработанный α-галактозидазой	50,50 53,65	85,01 90,32

Таблица 11. Концентрация спирта, накапливающегося при сбраживании глюкозосодержащих сред, полученных после гидролиза различных целлюлозосодержащих отходов, свободными и иммобилизованными клетками дрожжей в течение 90 ч

Отход	Глюкоза, г/л	Дрожжи	Выход спирта от теор. возможного, %
Багасса	18,5	Свободные Иммобилизованные	92,0 94,8
Пшеничная солома	24,0	Свободные Иммобилизованные	87,8 92,8
Неосветленные волокна свекловичного жома	13,0	Свободные Иммобилизованные	91,3 93,5
Пергамент	23,0	Свободные Иммобилизованные	93,0 93,6

Более полное сбраживание сахаров наблюдалось в пробах при использовании иммобилизованных дрожжей независимо от исходной среды. Было установлено (Табл 10 и 11), что концентрация этанола (г/л) в 4,5-10 раз была выше в пробах при сбраживании ферментативно предобработанной сои.


Выводы

1. Разработана технология получения биокатализатора на основе иммобилизованных в криогель ПВС клеток дрожжей S. cerevisiae Шампанская –39 для использования в технологии шампанизации вина.
   
2. Установлено на основе биохимических характеристик клеток (концентрации внутриклеточного АТФ, содержанию трегалозы и жирнокислотному пулу липидов клеток), что целесообразно наращивание биомассы дрожжей для включения в криогель ПВС при 20^оС до конца логарифмической фазы роста на полусинтетической питательной среде.
   
3. Выявлена возможность использования разработанного иммобилизованного биокатализатора для шампанизации вина классическим и непрерывным методами, обеспечивающими получение высококачественного продукта.
   
4. Показана возможность многократного использования биокатализатора на основе иммобилизованных клеток дрожжей в процессе шампанизации вина. Расчетные периоды полуинактивации биокатализатора при его эксплуатации и хранении при -20^оС составили 150 сут. и  6,5 лет, соответственно.
   
5. Определена высокая эффективность использования разработанного иммобилизованного биокатализатора в технологии получения виноградных вин по красному и белому методам. Установлено, что вина, приготовленные с использованием иммобилизованных клеток разных штаммов дрожжей S. vini, характеризуются высоким качеством и по органолептическим характеристикам (вкус, букет, запах) превосходят вина, получаемые с использованием свободных клеток.
   
6. Установлена возможность использования разработанного биокатализатора для устранения винных недобродов с исходно высокой концентрацией этанола (10,5-13,5 об.%). Определено, что после дображивания концентрация спирта в вине увеличивается на 6-28 %.
   
7. Показано использование иммобилизованного биокатализатора, полученного согласно разработанному способу, для биологического кислотопонижения вина, полученного из различных плодово-ягодных соков.
   
8. Выявлена высокая эффективность применения разработанного иммобилизованного биокатализатора на основе криогеля ПВС в технологии получения биоэтанола из ферметативных гидролизатов различного полисахаридсодержащего сырья. Выход конечного продукта составил более 90% от теоретически возможного. Впервые была показана возможность эффективного сбраживания ферментативно обработанных соевых отходов пищевой промышленности.
   
9. Экономическая оценка затрат на получение разработанного биокатализатора показала его высокую конкурентоспособность на внешнем и внутреннем рынках, так как его применение по сравнению с известными зарубежными иммобилизованными и сухими препаратами дрожжей позволяет удешевить производство шампанского в 1,9-19 раз.
   

Список работ по теме диссертации

1. Степанов Н.А., Мартыненко Н.Н., Грачева И.М., Ефременко Е.Н. Применение иммобилизованных клеток дрожжей для производства спиртосодержащих напитков.// Изв. вузов. Пищевая технология, 2006 № 6, с.45-47.
   
2. Efremenko E., Stepanov N., Martinenko N., Gracheva I. Cultivation conditions preferable for yeast cells to be immobilized into poly(vinyl alcohol) and used in bottled sparkling wine production. // Chem.Ind.Chem.Engin.Quart., 2006 V.12 (1), p.18-23.
   
3. Stepanov N.A., Efremenko E.N. Perspective heterogenous biocatalyst for the wine fermentation. // In book: Biocatalysis and Biocatalytic Technologies (Ed. Zaikov G.E.), Nova Science Publishers Inc., N.-Y., 2006, p.67-75.
   
4. Степанов Н.А., Мартыненко Н.Н., Ефременко Е.Н. Оптимизация условий получения активного биокатализатора для шампанизации вина на основе дрожжевых клеток, иммобилизованных в криогель поливинилового спирта. // Межд. конференция «От фундаментальной науки – к новым технологиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии», Тверь, Россия, 15 ноября, 2002 с.100-102.
   
5. Stepanov N. A., Efremenko E. N. Different approaches to the prevention of cell release from biocatalyst used for preparation of sparkling wine. // XII Intern. Workshop on Bioencapsulation, Vitoria (Spain), 24-26 September, 2004, p. 190-193.
   
6. Stepanov N. A., Efremenko E. N. Highly active immobilized yeast for secondary wine making. // XIII Intern. Workshop on Bioencapsulation, Kingston, Canada, 24-26 June, 2005, p. 65-66.
   
7. Stepanov N., Efremenko E. Optimization of sparkling wine production with immobilized biocatalyst. // XIV Intern. Workshop on Bioencapsulation, Lausanna, Switzerland, 5-7 October, 2006, p. 313-316.
   
8. Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Мартыненко Н.Н., Грачева И.М. Способ получения иммобилизованного биокатализатора и биокатализатор для производства спиртосодержащих напитков. // Заявка на патент РФ на изобретение № 2006113768, приоритет от 24.04.2006.
   
9. Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Мартыненко Н.Н., Грачева И.М. Биокатализатор на основе иммобилизованных клеток дрожжей для шампанизации вина. // 2-й Москов. Межд. конгресс. «Биотехнология – состояние и перспективы развития», Москва, 10-14 ноября, 2003, с.234.
   
10. Степанов Н. А., Ефременко Е. Н. Получение биокатализатора на основе поливинилового спирта для производства игристых вин с обеспечением минимального выхода клеток из матрицы носителя. // Всерос. симпозиум с межд. участием «Биотехнология микробов», Москва, Россия, 20-23 октября, 2004, с. 84.
    
11. Степанов Н.А., Ефременко Е.Н., Мартыненко Н.Н., Грачева И.М. Биокаталитическая система на основе иммобилизованных дрожжей для шампанизации вина. // 3-й Моск. Межд. конгресс. «Биотехнология – состояние и перспективы развития», Москва, 14-18 марта, 2005, с. 214.
    
12. Степанов Н. А., Ефременко Е. Н., Мартыненко Н. Н. Иммобилизованный биокатализатор с улучшенными характеристиками для получения игристых вин. // 9-я Межд. пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология – Наука XXI века", Пущино, 18-22 апреля, 2005, с. 364.
    
13. Степанов Н. А., Мартыненко Н. Н., Ефременко Е. Н. Иммобилизация дрожжей в криогель поливинилового спирта - эффективный подход к улучшению биотехнологии получения вина. // 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых, Пущино, 18-21 апреля, 2006, с. 397.
    
14. Stepanov N. A., Martinenko N. N., Efremenko E. N. Multipurpose biocatalyst for production of Alcoholic beverages. // Intern. Congress on Bioprocessing in Food production, 18-21 June, Patras, Greece, 2006, p.173.
    
15. Степанов Н. А. Сенько О. В., Спиричева О. В., Лозинский В. И., Синицын А. П., Ефременко Е. Н. Примение клеток дрожжей и мицелиальных грибов, иммобилизованных в криогель поливинилового спирта для получения этанола из различного сырья. // 4-й Моск. Межд. конгресс. «Биотехнология – состояние и перспективы развития», Москва, 12-16 марта, 2007, 308.