Особливості зброджування сусла підвищеної концентрації з крохмалевмісної сировини змішаною культурою мікроорганізмів

Олексій Олійнічук, Любомир Хомічак, Ольга Коваль
Анотація

Сучасний технологічний процес гідролізу крохмалю до зброджуваних цукрів у виробництві етанолу з крохмалевмісної сировини базується на використанні комерційних ферментних препаратів амілолітичної дії та застосуванні стадії низькотемпературного розрідження для більшої ефективності процесу, що суттєво впливає на собівартість готового продукту. За таких умов пошук альтернативних шляхів зменшення витрат на дані компоненти технологічного процесу і, відповідно, собівартості виробленої продукції є актуальним. Метою роботи було дослідження використання комерційної суміші мікроорганізмів, а саме спиртових дріжджів Saccharomyces cerevisiae та плісеневого грибу Rhyzopus як складових комерційного продукту «Angel Leaven» для одностадійного процесу гідролізу крохмалю та зброджування сусла підвищеної концентрації на основі крохмалевмісної сировини на етанол. В дослідженнях використовували методи та процеси підготовки сировини, що є загальноприйнятими у виробництві спирту етилового. Експериментально обґрунтовано технологічний режим одностадійного гідролізу крохмалю та зброджування цукрів в суслі підвищеної концентрації асоціацією плісеневого гриба та спиртових дріжджів. Встановлено, що оцукрювання та зброджування крохмалю змішаною культурою відбувається в одну стадію і практично одночасно за температури 30-32 °С, що створює передумови для енергозбереження та спрощення перебігу технологічного процесу. Ефект енергозбереження посилюється за рахунок зброджування сусла підвищеної концентрації, отриманого без стадії низькотемпературного розрідження, однак зі стадією витримки з протеолітичним ферментом впродовж 1 години за температури 50 °С. Даний технологічний прийом був ефективним для середовища з концентрацією до 306,6 г/дм3 сухих речовин, що дозволило отримати бражку зі вмістом спирту до 14,2 % об. Підвищення концентрації середовища до 350 г/дм3 сухих речовин не дозволяє отримати розрахунковий вміст спирту в зрілій бражці за одностадійного процесу і потребує подальших досліджень щодо оптимізації умов зброджування. Сукупність технологічних рішень оптимізації процесу гідролізу і зброджування крохмалю змішаною культурою створює умови для підвищення ефективності використання сировини та зростання енергоефективності виробничого процесу

Ключові слова

амілолітичні ферменти; гідроліз крохмалю; зріла бражка; Saccharomyces cerevisiae; асоціація мікроорганізмів

ЦИТУВАТИ
Oliynichuk, O., Khomichak, L., & Koval, O. (2025). Specific features of fermentation of higher gravity wort from starch-containing raw materials with a mixed culture of microorganisms. Animal Science and Food Technology, 16(4), 59-69. https://doi.org/10.31548/animal.4.2025.59
Використані джерела
  1. Allwood, J.G., Wakeling, L.T., & Bean, D.C. (2021). Fermentation and the microbial community of Japanese koji and miso: A review. Journal of Food Science, 86(6), 2194-2207. doi: 10.1111/1750-3841.15773.
  2. Auesukaree, C. (2017). Molecular mechanisms of the yeast adaptive response and tolerance to stresses encountered during ethanol fermentation. Journal of Bioscience and Bioengineering, 124(2), 133-142. doi: 10.1016/j.jbiosc.2017.03.009.
  3. Büyükkileci, A.O., Hamamcı, H., & Yucel, M. (2006). Lactate and ethanol productions by Rhizopus oryzae ATCC 9363 and activities of related pyruvate branch point enzymes. Journal of Bioscience and Bioengineering, 102(5), 464-466. doi: 10.1263/jbb.102.464.
  4. Daba, G.M., Mostafa, F.A., & Elkhateeb, W.A. (2021). The ancient koji mold (Aspergillus oryzae) as a modern biotechnological tool. Bioresources and Bioprocessing, 8, article number 52. doi: 10.1186/s40643-021-00408-z.
  5. Drosos, A., Boura, K., Dima, A., Soupioni, M., Nigam, P.S., Kanellaki, M., & Koutinas, A.A. (2021). A cell-factory model of Saccharomyces cerevisiae based on bacterial cellulose without GMO for consolidated bioprocessing of starch. Food and Bioproducts Processing, 128, 202-214. doi: 10.1016/j.fbp.2021.05.006.
  6. DSTU 4854:2007. (2009). Starch-containing raw materials for alcohol production. Determination of mass concentration of fermentable carbohydrates by photoelectrocolorimetric method. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=85091.
  7. DSTU 4864:2007. (2009). Starch-containing raw materials for alcohol production. Methods for determining moisture content. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=85099.
  8. DSTU 7457:2013. (2014). Aqueous-alcoholic solutions. Methods for determining the content of ethyl alcohol. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=61147.
  9. DSTU EN ISO/IEC 17025:2019. (2021). General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=88724.
  10. GSTU 46.045.2003. (2003). Grain. Methods for determining conditional starch content. Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0250555-03#Text.
  11. Han, I.Y., & Steinberg, M.P. (1987). Amylolysis of raw corn by Aspergillus niger for simultaneous ethanol fermentation. Biotechnology and Bioengineering, 30(2), 225-232. doi: 10.1002/bit.260300212.
  12. Heo, S., Park, J., Lee, K.G., Lee, J.H., & Jeong, D.W. (2023). Quality characteristics of soybean fermented by Mucor, Rhizopus, and Aspergillus from meju. Heliyon, 9(3), article number e14092. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e14092.
  13. Kim, M., & Seo, J.A. (2021). Fermentation profiling of rice wine produced by Aspergillus oryzae KSS2 and Rhizopus oryzae KJJ39 newly isolated from Korean fermentation starter. Applied Biological Chemistry, 64(1), article number 25. doi: 10.1186/s13765-020-00582-2.
  14. Li, J., Tang, X., Qian, H., Yang, Y., Zhu, X., Wu, Q., Mu, Y., & Huang, Z. (2021). Analysis of saccharification products of high-concentration glutinous rice fermentation by Rhizopus nigricans Q3 and alcoholic fermentation of Saccharomyces cerevisiae GY-1. ACS Omega, 6(12), 8038-8044. doi: 10.1021/acsomega.0c05452.
  15. Prybylskyi, V.L., Kuts, A.M., Boiarchuk, Ya.A., & Dulka, O.S. (2024). The impact of enzyme preparations and growth activators on yeast in the technology of alcohol fermentation. Journal of Chemistry and Technologies, 32(2), 333-342. doi: 10.15421/jchemtech.v32i2.299359.
  16. Puligundla, P., Smogrovicova, D., Obulam, V.S.R., & Ko, S. (2011). Very high gravity (VHG) ethanolic brewing and fermentation: A research update. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 38(9), 1133-1144. doi: 10.1007/s10295-011-0999-3.
  17. Saito, H., & Posas, F. (2012). Response to hyperosmotic stress. Genetics, 192(2), 289-318. doi: 10.1534/genetics.112.140863.
  18. Shmatkova, G.K., & Hubenko, N.Yu. (2013). Formation of the cost price of ethanol production in the context of innovative development. Scientific Works of the National University of Food Technologies, 48, 169-174.
  19. Uyar, E.O., Hamamci, H., & Türkel, S. (2010). Effect of different stresses on trehalose levels in Rhizopus oryzae. Journal of Basic Microbiology, 50(4), 368-372. doi: 10.1002/jobm.200900339.
  20. Watarai, N., Yamamoto, N., Sawada, K., & Yamada, T. (2019). Evolution of Aspergillus oryzae before and after domestication inferred by large-scale comparative genomic analysis. DNA Research, 26(6), 465-472. doi: 10.1093/dnares/dsz024.
  21. Wong, B., Muchangi, K., Quach, E., Chen, T., Owens, A., Otter, D., Phillips, M., & Kam, R. (2023). Characterisation of Korean rice wine (makgeolli) prepared by different processing methods. Current Research in Food Science, 6, article number 100420. doi: 10.1016/j.crfs.2022.100420.
  22. Zhang, J., Liu, K., Duan, X., Wang, X., Ge, W., & Jin, W. (2023). Restoration of Choujiu Koji and evaluation of its brewing performance. LWT, 183, article number 114933. doi: 10.1016/j.lwt.2023.114933.
  23. Zhao, C., Su, W., Mu, Y., Luo, L., Zhao, M., Qiu, S., Su, G., & Jiang, L. (2023). Effects of Jiuqu inoculating Rhizopus oryzae Q303 and Saccharomyces cerevisiae on chemical components and microbiota during black glutinous rice wine fermentation. International Journal of Food Microbiology, 385, article number 110012. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2022.110012.