DD225436A1 - Verfahren zur abreicherung unerwuenschter fremdorganismen in kontinuierlichen backhefeprozessen - Google Patents
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Abstract
Ziel der Erfindung ist es, eine Backhefe mit hohem Reinheitsgrad herzustellen und durch Bakterien, Wuchshefen oder Schimmelpilze verursachte Kontaminationen gering zu halten. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass man in einem kontinuierlich betriebenen Fermenter nach Unterbrechung der Dosierstroeme den p H-Wert auf2,5 absenkt und die Luftzufuhr stoppt sowie nach einem Zeitraum0,5 h, unmittelbar nach Einstellung der Ausgangswerte fuer p H und Luftzufuhr, den kontinuierlichen Prozess weiter betreibt.
Description
Titel
Verfahren zur Abreicherung unerwünschter Fremdorganismen in kontinuierlichen Backhefeprozessen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Backhefe und wird zweckmäßigerweise in der Backhefeindustrie verwendet.
Auf Grund der Züchtungsweise von Backhefe läßt sich eine gewisse Kontamination mit Fremdorganismen nicht vermeiden. Eine Vielzahl von Mikroorganismen ist fähig, die in dem verwendeten Substrat Melasse enthaltenen Zucker und Wuchsstoffe zu assimilieren und somit in Konkurrenz mit dem verwendeten Backhefe stamm zu treten.
Die Verwendung der Backhefe als Nahrungsmittelzusatz erfordert jedoch einen möglichst geringen Gehalt an Fremdorganismen. Außerdem bewirken Kontaminationen eine Verschlechterung wesentlicher Qualitätsmerkmale der Backhefe, wie z. B. eine Verringerung des Gärvermögens in saccharose- und maltosehaltigen Teigen (Triebkraft) sowie eine Erniedrigung der LagerStabilität.
Als Schadorganismen bei der BackhefeZüchtung werden in der Literatur vor allem einige Säurebildner, wie z. B. Essigbakterien und verschiedene Wuchshefen, wie Torula-, Candida- und Macoderma-Arten (Kahmhefen) genannt, welche oft sehr
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schnellwüchsig sind und Backhefe verdrängen, Ferner können Kontaminationen durch Schimmelpilze, wie z. B· Penicillium- und Aspergillus-Arten auftreten. Die Kontaminationsgefahr ist ein Grund für die Anwendung diskontinuierlicher Züchtungsprozesse, der sogenannten Zulaufverfahren. In ihnen wird mit einer Reinzuchthefe mit einer hohen Konzentration angeimpft und das Hefewachstum möglichst rasch in Gang gebracht. Dadurch hat die Backhefe im Fermentor eine derartige zahlenmäßige Überlegenheit, daß ein Aufkommen von Fremd-Organismen vermindert wird. Außerdem wird der Prozeß nach 2 bis 4 Verdopplungen der Backhefen beendet und das Permentationssystem vor einem neuen Prozeßbeginn sterilisiert.
Das Risiko des Auftretens von Kontaminationen in nennenswertem umfang ist ein wesentlicher Grund dafür, daß sich kontinuierliche Backhefeverfahreη noch nicht durchgesetzt haben. Es bestehen erhebliche Schwierigkeiten, eine kontinuierlich arbeitende Anlage über einen längeren Zeitraum infektionsarm zu halten. Auch wenn dieses Problem durch technische Entwicklungen in den letzten Jahren prinzipiell lösbar geworden ist, rechtfertigen die durch eine sterile kontinuierliche Fermentation verursachten höheren Kosten noch nicht die Entwicklung kontinuierlicher Backhefeprozesse auf dieser Basis.
Es ist ein Verfahren bekannt (DE OS 26 45 386), bei dem Bakterien in Hefesuspensionen durch Zusatz von Monoperschwefelsäure oder ihrer wasserlöslichen Salze abgetötet werden. Auch durch eine Behandlung gekühlter Hefe suspensionen mit Schwefelsäure oder Salzsäure bei einem pH < 2,5 sollen Bakterien inaktiviert werden (White, J·, Yeast Technology, London 1954· 232). Ebenso ist die Säurewäsche eine mitunter in der Backhefeindustrie verwendete Methode, um aus Versandhefe erneut eine Reinzuchtkultur bereitzustellen.
Die erwähnten Methoden führen zwar zur selektiven Abtötung bakterieller Kontaminationen, jedoch werden Fremd-
hefen und Schimmelpilze nicht oder nur geringfügig durch diese Maßnahmen geschädigt· Außerdem können diese Methoden nicht in kontinuierlichen Backhefeprozessen verwendet werden, sondern dienen der nachträglichen Keimverminderung nach einem beendeten Fermentationsprozeß·
Ziel der Erfindung ist es, in einem kontinuierlich betriebenen Backhefeprozeß den Anteil an Bakterien, Fremdhefen und Schimmelpilzen zu vermindern und somit eine Backhefe mit konstanten Qualitätsmerkmalen zu erzeugen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, durch Einstellung und Einhaltung spezieller Verfahrensbedingungen unerwünschte Fremdorganismen im kontinuierlichen Fermentationsprozeß abzutöten bzw. so zu inhibieren, daß sie aus dem Fermentor ausgeschwemmt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem kontinuierlich betriebenen Backhefeprozeß nach Unterbrechung der Fährlösungsdosierung in den Fermentor gleichzeitig der pH auf einen Wert * 2,0 abgesenkt und die Luftzufuhr unterbrochen wird sowie nach einem Zeitraum von * 30 min unmittelbar nach Wiedereinstellung der Ausgangsparameter ein kontinuierlicher Prozeß weiterbetrieben wird.
Die Hefe Saccharomyces cerevisiae toleriert Änderungen des pH-Wertes in einem weiten Bereich. Entsprechende Stämme weisen ein gutes Wachstum in einem pH-Bereich von 4,0 bis 5,5 auf.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß diese Hefen bei pH-Werten * 2,0 bei gleichzeitiger Einstellung anaerober Fermentationsbedingungen zwar kein erkennbares Wachstum mehr aufweisen, daß sie jedoch auch über einen Zeitraum von mehreren Stunden nicht irreversibel inaktiviert v/erden. Somit sind sie in der Lage, unmittelbar nach Erhöhung
des pH-Wertes auf 4,0 oder darüber und Wiederherstellung partiell aerober Permentationsbedingungen weiterzuwachsen·
Andererseits werden sowohl Bakterien als auch die sich vor allem oxidativ vermehrenden Wuchshefen und Schimmelpilze durch einen niedrigen pH-Wert in Verbindung mit einer raschen Einstellung anaerober Milieubedingungen abgetötet oder derart nachhaltig inaktiviert, daß sie bei Weiterführung der kontinuierlichen Fermentation aus dem Permentor ausgeschwemmt werden.
Die kombinierte pH-Absenkung und Drosselung der Sauerstoffzufuhr läßt sich im Verlauf eines kontinuierlichen Backhefeprozesses mehrfach wiederholen. Sie wird durchgeführt, wenn mikrobielle Kontrollen des laufenden Fermentationsprozesses einen Anstieg des Infektionsgehalts über eine zulässige, vorher festgelegte Grenze ergeben.
In einem mit Rührung versehenen Permentor mit einem Bruttovolumen von 15 1, dessen Füllmasse 10 kg beträgt, werden 7 1 destilliertes Wasser mit einem pH-Wert von 4,5 sowie 125 ml eines heißgeklärten Melasse substrates mit einem Gehalt von 200 g/l Zucker, 12 g/l Ammoniumsulfat, 3,5 g/l Diammoniumhydrogenphosphat und 6 g/l Hefeeztrakt vorgelegt.
Bei einer Temperatur von 30 0C wird mit 740 g Uaßhefe (27 % £rockengehalt) angeimpft, die Fermentorfüllmasse durch Auffüllen mit destilliertem Wasser auf 10 kg gebracht und unter Rühren soviel Luft zugeführt, daß der Gelöstsauerstoffgehalt im Fermentationsmedium im Verlauf von 30 min auf einen Wert von 0,4 ppm abfällt.
ITach einsetzendem Biomassewachstum wird eine dosierpumpengesteuerte Substrat- und Wasser zulauf rege lung über die kontinuierlich mittels Streulichtphotometer und Flammenionisationsdetektor gemessenen Biomasse- und Ethanol-
konzentrationen in Betrieb genommen. Dieses System arbeitet derart, daß'bei Überschreiten eines Sollwertes von 20 g/l Biomasse trockensubstanζ dem Prozeß solange Wasser zudosiert wird, bis dieser Wert wieder erreicht ist. Bei Unterschreiten eines Sollwertes von 0,2 g/l Ethanol wird dem Prozeß solange Melasse substrat zugeführt, bis dieser Wert wieder erreicht ist. Durch eine Füllmasseablaufregelung wird dabei die Permentorfüllmasse auf 10 kg konstant gehalten.
Nach 72 h Fermentationszeit erfolgten Plattentests mit einer Probe aus dem Fermentationsmedium auf G 5,4 und P 6,6. Dabei zeigten sich etwa 80 % Saccharomyceskolonien, etwa 15 % Fremdhefen und 5 % Bakterienkolonien.
Nach der Probeentnahme zu einem Zeitpunkt, an dem die aktuelle Ethanolkonzentration im Fermentationsmedium einen Wert von 0,21 g/l aufwies und somit keine Melassedoaierung erfolgte, wurde durch Schwefelsäuredosierung der pH-Wert innerhalb 1 min auf pH = 1,8 abgesenkt, die Luftzufuhr abgestellt und die Rührerdrehzahl auf 150 U/min verringert.
Nach 1,5 h wurde durch Dosierung von konzentriertem Ammoniakwasser der pH-Wert innerhalb 1 min auf 4,5 erhöht und gleichzeitig Luftzufuhr und Ruhrerdrehzahl auf den Ausgangswert gebracht. Nach wenigen Minuten begann ein erneutes Mikroorganismenwachstum im Fermentor. Weitere Plattentests nach 3 h Fermentationsaeit mit G 5,4 und P 6,6 ergaben einen Anteil von 95 f° Saccharomvces-Kolonien, 4,5 % Fremdhefen und 0,5 % Bakterien.
400 g Backhefe wurden mit 100 ml Nährlösung und destilliertem Wasser bei einem pH von 4,0 in einem mit regelbarer Rührung versehenen Fermentor derart suspendiert, daß die Fermentorfüllmasse 16 kg betrug. Die Nährlösung bestand aus 120 g/l heißgeklärter Rübenzuckermelasse,
7 g/l (HH4)2SO4, 2,1 g/1 (NH4)2 HPO4 und 3,5 g/l Hefeextrakt.
Bei einer Fermentationstemperatur von 30 0G und einem pH von 4,0 wurde eine Zulaufrate der Nährlösung in den Fermentor von 1,6 l/h bei konstanter Fermentorfüllmasse eingestellt. Ein Flammenphotometer bestimmte kontinuierlich die Ethanolkonzentration und hielt über eine Drehzahlregelung des Rührers diese Konzentration auf einem Sollwert von 1 g/l.
Nach 72 h kontinuierlicher Prozeßfahrweise erfolgte eine Unterbrechung der Substratzufuhr, eine Probeentnahme aus dem Fermentationsmedium und die Durchführung von Plattentests auf G 4,5 und P 6,6. Dabei zeigten sich etv/a 80 % Saccharomyces-Kolonien, etwa 15 % Fremdhefen und 5 % Bakterienkolonien.
Unmittelbar nach der Probeentnahme wurde der pH-Wert im Fermentor mit HpSO4 innerhalb 1 min auf pH = 1,5 abgesenkt und die Luftzufuhr unterbrochen. Nach 1,5 h erfolgte eine Wiederherstellung der ursprünglichen Fermentationsbedingungen und eine Weiterführung der kontinuierlichen Fermentation.
Erneute Plattentests einer nach weiteren drei Stunden kontinuierlichen Fermentation entnommenen Probe zeigten, daß nur noch 1 Hefetryp sowie 3 Bakterie η type η mit einem Gesamtanteil von 2 % der Gesamtzeilzahl fähig waren, Kolonien zu bilden.
Claims (1)
- Er f in dung; sen spruchVerfahren zur Abreicherung unerwünschter Fremdorganismen in kontinuierlichen Backhefeprozessen, dadurch gekennzeichnet, daß während des Fermentationsprozesses für die Dauer von 0,5 bis 3,0 h, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 h, der pH-V/ert auf 1,0 bis 2,5, vorzugsweise 1,5 bis 2,0, abgesenkt und gleichzeitig die Luftzufuhr unterbrochen wird.
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