KR20080034133A - 안정화된 액체 이스트 제제, 이의 제조방법 및 이의 용도 - Google Patents

안정화된 액체 이스트 제제, 이의 제조방법 및 이의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리하이드록시 화합물, 바람직하게는 글리세롤, 및 캐롭 고무, 구아 고무, 트라가칸트 고무, 아라비아 고무 또는 크산탄 고무를 포함하는 고무, 바람직하게는 크산탄 고무를 함유하는 신규한 안정화된 액체 이스트 제제에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 제제의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다.
Figure P1020087001909
발효, 안정화된 액체 이스트 제제, 폴리하이드록시 화합물, 고무

Description

안정화된 액체 이스트 제제, 이의 제조방법 및 이의 용도{Stabilized liquid yeast preparation, method for producing the same, and the use thereof}
관련 출원
본 발명은 본원에 참조로서 특히 인용되는 2005년 6월 24일에 출원된 미국 가특허원 제60/694,098호의 우선권을 청구한다.
본 발명은 폴리하이드록시 화합물, 바람직하게는 글리세롤, 및 캐롭 고무, 구아 고무, 트라가칸트 고무, 아라비아 고무 또는 크산탄 고무를 포함하는 고무, 바람직하게는 크산탄 고무를 함유하는 신규한 안정화된 액체 이스트 제제에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이의 제조방법 및 용도에 관한 것이다.
연료 에탄올의 제조는 지난 수년 간 뚜렷하게 인기를 얻어왔다. 현재 미국에서만 80개 이상의 공장이 운용되고 있다. 이러한 열의는 MTBE의 교체에 대한 필요와 다른 국가에 대한 에너지 의존도를 낮추고자 하는 욕망에 의해 추진되어 왔다. 전형적인 에탄올 제조 공장은 이스트(전형적으로 사카로마이세 스(Saccharomyces))를 사용하여, 전부는 아니지만 대부분은 2,000,000ℓ이상의 대형 발효기에서 가수분해된 옥수수 전분으로부터, 연간 평균 50,000,000갤론의 순수 에탄올을 제조한다.
이스트 성장의 기본적인 탄소원 및 에너지원은 당이다. 개질되지 않은 전분은 이스트가 이들 기질을 발효성 당으로 가수분해시키는 적절한 효소를 갖고 있지 않기 때문에 사용될 수 없다. 당밀, 자당, 과당 및 포도당의 혼합물에 존재하는 당이 쉽게 발효되기 때문에, 비트 및 사탕수수 당밀이 일반적으로 발효의 원료 물질로서 사용된다. 이스트는 또한, 당 이외에, 성장에 필요한 특정 물질, 비타민 및 염을 필요로 한다. 이들 중 일부는 급속 멸균 전에 비트 및 사탕수수 당밀의 혼합물에 가해지고, 다른 것들은 발효 중 별도로 공급된다. 대안적으로, 별도의 영양분 공급 탱크를 일부 필수 비타민 및 무기질의 혼합 및 전달에 사용할 수 있다. 필요한 질소는 암모니아 형태로 제공되고, 인산염은 인산 형태로 제공된다. 이들 각 영양분은 발효 중 별도로 공급됨으로써 공정의 pH 조절을 우수하게 한다. 일반적으로 매쉬(mash) 또는 맥아즙으로 언급되는 멸균된 당밀을 별도의 스테인리스 스틸 탱크에 저장한다. 그 다음, 당해 탱크에 저장된 엿기름을 적절한 발효 용기로 당 및 기타 영양분을 공급하는데 사용한다.
대규모의 산업적 에탄올 제조에서, 옥수수 전분은 낮은 비용 및 이용가능성 때문에 선택되는 기질이다. 옥수수 전분의 사용에서, 종종 (알파-아밀라제를 사용하는) 제1 부분적 가수분해 단계는, 증류가 뒤따르는 공-당화 발효 단계(글루코아 밀라제 존재하에) 보다 선행된다.
이스트 제제는 소위 증식기라고 불리우는 것을 포함하여, 다양한 발효기에 접종되는데 사용되고, 일반적으로 이는 공-당화 발효 단계에서 발생한다. 공-당화 발효는 선행된 부분적 가수분해 단계에서 제조된 덱스트린의 조절된 점진적 가수분해를 보증한다. 이러한 동시적인 가수분해 및 발효는 느린 당 방출을 제공하고, 모든 덱스트린이 이미 발효 단계 시작시 이스트 접종 전 가수분해되는 경우에 존재할 수 있는 예정된 매우 큰 삼투압에 이스트가 노출되지 않도록 한다.
산업적 발효에서 사용되기 위한 이스트의 제조는, 그 자체로, 다단계 공정이다. 다양한 경우에서 산업적 제조는 최종 이스트 제품의 순도 및 생명력을 보장하는 방식으로 다량으로 이스트를 포장하고, 저장하고, 다량으로 운반하는 것이 필요하다.
제과용 이스트의 제조는, 예를 들면, 종종 순수한 배양 튜브 또는 적절한 이스트 종의 냉동된 바이알로 시작한다. 당해 이스트는 종자가 정밀한 살균 조건하에 배지에서 성장하는 소압 용기인, 예비-순수한 배양 탱크를 위한 접종원으로서 제공된다. 성장함에 따라, 당해 용기의 내용물을, 통기시키면서 증식시키고 다시 살균 조건하에 넣으면서, 더 큰 순수한 배양 발효기로 옮긴다. 이러한 초기 단계는 세트식(set-batch) 발효로서 수행된다. 세트식 발효에서, 모든 성장 배지 및 영양분은 접종 전 탱크로 도입된다.
성장한 세포를 순수한 배양 용기로부터 일련의 점진적으로 커지는 종자 및 반종자 발효기로 옮긴다. 이들 후기 단계는 유가식(fed-batch) 발효로서 수행된 다. 유가식 발효 중 당밀, 인산, 암모니아 및 무기질이 조절된 속도로 이스트로 공급된다. 이러한 속도는 증식을 최대화하고 알코올의 생산을 방지하는데 충분한 당과 영양분을 이스트에 공급하도록 설계된다. 또한, 이들 유가식 발효는 완전한 살균 상태가 아니다. 이들 발효기에서 필요한 많은 용적의 공기의 살균성을 보장하는 가압된 탱크를 사용하거나, 다수의 파이프, 펌프 및 원심분리기를 통하는 모든 이동 동안에 살균 상태를 달성하는 것은 비경제적이다. 가능한 한 무균 조건을 보장하도록, 설비의 광대한 세척, 파이프와 탱크의 증기 쐼 및 공기의 여과가 시행된다.
반종자 발효의 말기에, 용기의 내용물을 소비된 당밀로부터 이스트를 분리하는 일련의 분리기로 펌핑한다. 그 다음, 이스트를 냉수로 세척하고, 산업적 발효 탱크를 접종하는데 사용될 때까지 약 34℉로 유지시키는 반종자 이스트 저장 탱크로 펌핑한다. 이들 산업적 발효기는 발효 공정의 최종 단계이고, 종종 최종 또는 트레이드(trade) 발효로서 언급된다.
트레이드 발효는 50,000갤론 이하의 작업 용적의 대형 발효기에서 수행된다. 산업적 발효를 시작하기 위해서, 세트수(set water)로서 언급되는 용적의 물을 발효기에 펌핑한다. 그 다음, 피칭(pitching)이라고 언급되는 공정에서, 반종자 이스트를 저장 탱크로부터 발효기로 옮긴다. 종자 이스트의 첨가 후, 통기, 냉각 및 영양분 첨가를 발효 15 내지 20시간에서 시작한다. 발효 시작시 액체 종자 이스트 및 추가의 물은 발효기 용적의 약 1/3 내지 1/2 까지만 채울 수 있다. 발효 과정 중 영양분의 일정한 첨가가 발효기를 최종 용적에 이르게 한다. 보다 많은 영양분 이 증가하는 세포수의 성장을 지지하기 위하여 공급되어야 하기 때문에, 영양분 첨가 속도는 발효에 걸쳐 증가한다. 이스트의 세포 수는 당해 발효 동안 약 5 내지 8배로 증가한다.
공기는 용기의 바닥에 위치한 일련의 천공성 튜브를 통해 발효기로 공급된다. 기류의 속도는 약 1 공기 용적/발효기 용적/분이다. 다량의 열이 이스트 성장 중 발생하고, 냉각은 내부 냉각 코일로 달성되거나, 외부 열 교환기를 통해 브로쓰(broth)로 알려진 발효 액체를 펌핑함으로써 달성된다. 영양분의 첨가 및 pH, 온도 및 기류의 조절은 전체 제조 공정 동안 컴퓨터 시스템에 의해 조심스럽게 모니터링되고 조절된다. 발효 전체에 걸쳐, 온도를 약 86℉로 유지되고, pH는 일반적으로 4.5 내지 5.5의 범위이다.
발효 말기에, 발효기 브로쓰를 노즐형 원심분리기로 분리하고, 물로 세척하고, 다시 원심분리시켜 고체 함량이 15 내지 24%, 및 종종 18%인 이스트 크림을 수득한다. 이스트 크림을 약 45℉로 냉각시키고, 분리하여 저장하고, 스테인리스 스틸 크림 탱크에서 냉장보관한다. 크림 이스트를 탱크 트럭으로 직접적으로 적하하고 적절한 크림 이스트 관리 시스템이 장착된 거래처에 전달될 수 있다. 대안적으로, 이스트 크림을 플레이트 및 프레임 필터 압착기로 펌핑하고, 27 내지 33%의 이스트 고체를 함유하는 케이크와 유사한 밀도로 탈수시킬 수 있다. 이러한 압착 케이크 이스트를 조각으로 부수고 팔레트 상에 쌓아지는 50파운드 백으로 포장한다. 압착 및 포장 동안 이스트를 가열하고, 조각 이스트의 백은 반드시 적절한 통풍하에 냉각된 공기에 자유롭게 노출되도록 팔레트를 교체시키면서 일정한 기간 동안 냉장실에서 냉각되어야 한다. 그 다음, 조각 이스트의 팔레트 백은 냉장 트럭으로 거래처로 전달된다. 크림 이스트는 또한 유동성 베드 건조기 또는 유사한 형태의 건조기를 사용하여 건조 이스트(92 내지 97% 고체)로 추가 공정시킬 수 있다.
대조적으로, 연료 에탄올 공장을 위한 이스트 제조는 매우 다르다. 심지어 연료 에탄올 공장이 매우 대규모임에도 불구하고, 이들은 산업용 제과점 보다 적은 양의 이스트를 소비한다. 예를 들면, 대형 산업용 제과점은 주당 약 20,000ℓ의 크림 이스트(평균 18% 고체)의 트럭적하량을 1 내지 4 대 5로 취한다. 따라서, 일반적으로 크림 이스트 시스템은 이러한 제과점에서 볼 수 있고, 이들은 일반적으로 각각 액체 이스트를 하나 이상의 트럭적하량을 수용할 수 있는 2개의 대형 냉장 및 교반 리시버, 반죽 믹서로의 분산 링 및 완전한 원위치 세척(CIP) 시스템을 포함한다. 이와 유사하게, 대형 연료 에탄올 공장은 전형적으로 주당 건조 이스트 200 내지 500kg 또는 주당 당량의 약 1500 내지 2500ℓ의 크림 이스트를 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 감소된 사용은 제과 산업에서 일반적인 정교한 크림 이스트 시스템의 장착에는 적절하지 않다.
연료 에탄올 공장은 대조적으로 건조 이스트 및 일련의 증식 탱크를 사용하여 이스트를 증식시키고 활성화시킨다. 이러한 증식 탱크의 사용은 이스트의 필요량을 감소시키고, 냉장 저장의 필요성을 효과적으로 제거한다. 건조 이스트는 상대적으로 긴 저장 수명(약 3개월 이하)을 갖는 추가의 장점을 갖는다. 불행하게도, 건조 이스트는 건조 공정 및 재수화 과정 중 발효 활성의 일부가 손실된다. 또한, 건조 이스트는 휴면 상태(따라서 연료 에탄올 공장에서 일반적으로 보이는 증식 단계)이고, 생 이스트(27 내지 33% 고체)만큼 빠르지 않다.
에탄올 산업은 또한 생 이스트를 사용하지만 생 압착 또는 조각 이스트는 저장을 위해 냉장이 필요하고, 2 내지 3주의 평균 저장 기간을 갖는다. 압착 이스트는 물론 보다 장기간(6주 이하) 보관할 수 있지만, 뚜렷한 활성의 손실을 야기하고, 이스트의 표면에 곰팡이의 발달 가능성이 존재한다. 액체 크림 이스트(15 내지 24%)는 이와 동일한 숙성 및 냉장 문제를 겪고, 이스트 본래의 침전 경향 때문에 교반을 필요로 한다.
현재 공급되는 상기 언급된 이스트 형태 중 어느 것도 완전히 만족스럽지 못하다. 운용 크기에 비해, 산업적 에탄올 설비에서 요구되는 소량의 이스트는, 이들 공장으로 빈번하게 소량의 이스트를 전달하는 것을 비경제적으로 만든다. 많은 경우, 생 이스트는 이용가능하지 않을 수 있고, 또는 생 압착 이스트는 건조되거나, 곰팡이가 생기거나, 비활성화될 수 있다. 대조적으로, 건조 이스트 제품은 장기간 활성을 유지하지만, 경우에 따라, 적절하게 휴면을 깨주어야 하고, 이는 생 이스트만큼 빠르지 않으며, 이는 증식기가 일반적으로 산업에서 존재하는 중요한 이유 중 하나이다. 크림 이스트는 운반되는 용기의 바닥에 침전되는 경향이 있다. 결과적으로 크림 이스트는 사용 전 교반이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 기재된 단점을 제거하는 것이다.
발명의 개요
본 발명의 하나의 목적은 표준 액체 이스트에 비해 90일까지 개선된 저장 수 명을 갖는, 교반을 필요로 하지 않는, 신규하고 용이하게 배치(batch)된, 안정화된 액체 이스트(SLY) 제제를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 상응하는 압착 이스트 보다 짧은 침체기(lag phase) 및 전체적으로 우수한 성능을 갖는 안정화된 액체 고 활성 이스트 제제를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 알코올 제조용 생산 발효기의 직접적인 피칭을 위한 안정화된 액체 이스트 제제를 제공하는 것이고, 따라서 보다 짧은 침체기에 의해 제안되는 바와 같이, 증식 단계를 회피한다.
상기 언급된 목적은 폴리하이드록시 화합물, 바람직하게는 글리세롤 및 고무의 배합물을 사용하여 안정화된 액체 이스트 제제를 제조하는 신규한 방법에 의해 달성된다. 글리세롤은 이스트 생명력을 안정화시키고, 크산탄 고무는 이스트 고정을 방지하는 농도를 안정화시킨다.
본 발명의 추가의 목적은 고 활성 및/또는 고 발아성 이스트의 산업적 양을 제조하는 안정화된 액체 이스트의 용도이다. 특히, 고무 및 폴리하이드록시 화합물, 바람직하게는 글리세롤과 함께 고 질소, 고 단백질, 고 활성 또는 고 발아성 이스트를 포함하는 제형이 의도된다.
본 발명의 추가의 목적은 고 발아성의 안정화된 액체 이스트의 직접적인 첨가 또는 피칭을 포함하고, 따라서 증식 단계가 제거된 신규한 에탄올의 제조방법이다.
도 1은 백(bag)(압착 이스트) 및 통상적인 액체 이스트에 대한 안정화된 액체 이스트 제제의 상대적인 발효 활성을 도시한다.
도 2는 옥수수 매쉬 발효의 처음 12시간 동안 통상적인 압착 이스트 및 건조된 이스트에 대한 안정화된 액체 이스트 제제의 우수한 성능을 도시한다.
도 3은 압착 이스트에 대한 안정화된 액체 이스트의 개선된 에탄올 수율을 도시한다.
생 이스트는 액체(크림) 형태 또는 압착 또는 조각 형태인지 여부와 상관없이 많은 장점을 갖는다. 이러한 이스트는 활성에 대해 최적화되고, 재수화 과정이 필요없으며, 발효기에서 보다 짧은 침체기를 갖는다. 생 이스트는 일반적으로 건조에 내성이 없는 종에 사용된다.
건조 이스트는 활성 또는 불활성 여부와 관계없이 상이한 장점의 세트를 갖는다. 이는 일반적으로 안정화를 위해 최적화되고, 냉장이 필요하지 않으며, 간헐적 사용(연속적인 발효의 개시)에 유용하다. 일반적으로 소량으로 사용되는 종에 사용된다.
따라서 액체 이스트 및 건조 이스트 둘 다의 많은 장점을 갖는 안정화된 액체 이스트(SLY)가 요구된다. 특히, 통상적인 생 이스트 보다 높은 활성, 통상적인 생 이스트 보다 우수한 안정성 및 발효기에서 보다 짧은 침체기를 갖고, 교반이 필요하지 않으며, 증식기가 필요하지 않은 직접적인 피칭의 기능성을 제공하는 이스트 제형이 요구된다.
본 발명은 이러한 채워지지 않은 요건을 만족시키는 SLY를 제공한다. 본 발명의 SLY는 하나 이상의 고무 및 하나 이상의 폴리하이드록시 화합물과 배합물로서 액체 또는 크림 이스트를 포함한다.
보다 특정하게는, 본 발명은 고무 및 폴리하이드록시 화합물을 추가로 포함하는 크림 또는 액체 이스트(15 내지 24% 고체)를 포함한다. 고무는 적합하게 크림 이스트의 0.03 내지 1중량% 농도로 크림 이스트 중에 존재하고, 바람직하게는 캐롭 고무, 구아 고무, 트라가칸트 고무, 아라비아 고무 또는 크산탄 고무이다. 용어 '고무'는 식물로부터 수득될 수 있거나 미생물학적 발생 또는 이의 혼합물인 고무를 포함한다.
본 발명의 제형은 또한 하나 이상의 폴리하이드록시 화합물을 포함한다. 바람직한 폴리하이드록시 화합물은 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 비발효성 단당류 또는 올리고당류, 예를 들면, 크실로스, 또는 비발효성 당 알코올, 예를 들면, 만니톨 및 소르비톨, 가용성 올리고- 또는 중합체성 탄수화물, 예를 들면, 부분적으로 가수분해된 전분, 셀룰로오스 또는 아가로스 및 폴리에틸렌 글리콜 또는 이의 혼합물이다. 바람직하게는, 본 발명은 크림 이스트의 1 내지 5중량%의 글리세롤을 함유한다. 가장 바람직한 양태에서, 3.2%(w/v)의 95% 글리세롤 및 0.1%(w/v)의 크산탄 고무를 포함하는 SLY 매쉬 0.5g/kg가 사용된다.
또한, 본 발명은 이스트가 고 질소, 고 단백질, 고 활성 또는 고 발아성 이스트인 안정화된 액체 이스트를 의도한다. 이러한 고 활성 또는 고 발아성 이스트는, 이로써 제한되지는 않지만, 사카로마이세스(Saccharomyces)속, 클루이베로마이세스(Kluyveromyces)속, 토룰라포라(Torulaspora)속, 특히 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)로부터의 살아있는 이스트 세포를 포함한다. 용어는 또한 하나 이상의 이스트 종의 배합일 수 있다.
본 발명의 추가의 목적은 고 발아성의 안정화된 액체 이스트의 제조 발효기로의 직접적인 첨가 또는 피칭을 포함하고, 따라서 증식 단계가 필요하지 않은 신규한 에탄올 제조방법이다.
이러한 안정화된 액체 이스트 제제는 연료 에탄올 산업(옥수수 매쉬 발효로만 제한되지 않고, 연료 에탄올의 제조에 사용되는 '생물량' 또는 셀룰로오스 기질 또는 임의의 기타 기질을 포함한다)에서 흥미로울 뿐만 아니라, 알코올 음료(증류), 양조, 제빵, 일반적인 발효 음료 및 상기 안정화된 액체 이스트의 특성을 필요로하는 임의의 발효 공정에 적용할 수 있다.
본 발명의 조성물을 발효 혼합물 또는 반죽에 가하는 경우, 공정 보조제를 상기 조성물에 최종 생성물의 특성이 개선되는 양으로 가할 수 있다. 하기 기재된 바와 같이 공정 보조제는 영양분, 화학적 첨가제 및 효소로 분리될 수 있다.
영양소 성분은 무기 질소(예: 우레아 및 질소 염), 유기 질소(예: 이스트, 이스트 오토라이세이트(yeast autolysate), 이스트 추출물 또는 발효 가용성물질), 인(예: 질소 및 인의 염), (염으로서의) 무기질 및 비타민을 포함할 수 있다.
적합한 화학적 첨가제는 산화제, 예를 들면, 아스코르브산, 브로메이트 및 아조디카본아미드 및/또는 환원제, 예를 들면, L-시스테인 및 글루타티온이다. 종종 제과용으로 사용되는 바람직한 산화제는 밀가루 1kg 당 5 내지 300mg 단위의 양으로 조성물에 가해지는 아스코르브산이다. 기타 적합한 화학적 첨가제는 모노/디클리세라이드의 디아세틸 타르타릭 에스테르(DATEM), 나트륨 스테아로일 락틸레이트(SSL) 또는 칼슘 스테아로일 락틸레이트(CSL)와 같이 반죽 개량제로서 작용하거나, 글리세롤 모노스테아레이트(GMS) 또는 담즙염, 지방 물질, 예를 들면, 트리글리세라이드(지방) 또는 레시틴 등과 같이 연화제로서 작용하는 유화제이다. 바람직한 유화제는 DATEM, SSL, CSL 또는 GMS이다. 바람직한 담즙염은 콜레이트, 데옥시콜레이트 및 타우로데옥시콜레이트이다.
적합한 효소는 전분 분해 효소, 아라비녹실란- 및 기타 헤미셀룰로오스 분해 효소, 셀룰로오스 분해 효소, 산화 효소, 지방 물질 분열 효소 및 단백질 분해 효소이다. 바람직한 전분 분해 효소는 엔도-작용성(endo-acting) 아밀라제, 예를 들면, 알파-아밀라제 및 엑소-작용성(exo-acting) 아밀라제, 예를 들면, 베타-아밀라제 및 글루코아밀라제이다. 바람직한 아라비녹실란 분해 효소는 펜토사나제, 헤미셀루라제, 크실라나제 및/또는 아라비노푸라노시다제, 특히 바실러스(Bacillus) 종의 아스퍼질러스(Aspergillus)로부터의 크실라나세스이다. 바람직한 셀룰로오스 분해 효소는 특히 아스퍼질러스, 트리코데르마(Trichoderma) 또는 휴미콜라(Humicola) 종으로부터의 셀룰라제(즉, 엔도-1,4-베타-글루카나제) 및 셀로바이오하이드롤라제이다. 바람직한 산화 효소는 리폭시제나제, 포도당 옥시다제, 피라노스 옥시다제 및 락카제이다. 바람직한 지방 물질 분열 효소는 리파제, 특히 아스파질러스 또는 휴미콜라 종으로부터의 진균성 리파제, 및 포스포리파제, 예를 들면, 포스포리파제 A1 및/또는 A2이다. 바람직한 단백질 분해 효소는 엔도-작용성 프로테이나제, 예를 들면, 티올프로테아제, 메탈로프로테아제, 세린 프로테아제 부류에 속한 것들 뿐만 아니라 펩티다제로 언급되기도 하는 엑소-작용성 프로테이나제, 예를 들면, 아미노펩티다제 및 카복시펩티다제 부류에 속한 것들이다. 또한, 곡물의 단백질로부터 아미노 무함유 질소를 제조하는 미생물성 및 식물성 프로테아제를 가할 수 있다.
효소는 동물원, 식물원 또는 미생물원으로부터 유래될 수 있고, 이들은 당해 분야에 공지된 분류 방법으로 이들 발생원으로부터 수득될 수 있거나, 대안적으로 재조합 DNA 기술을 통해 제조될 수 있다. 바람직한 제조방법은 본래 또는 유전적 개질(재조합 DNA 기술)의 결과로서, 진균류, 이스트 또는 박테리아를 성장시키고, 목적하는 효소를 생산하는 발효 공정을 포함한다. 이들 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 바람직하게는 효소는 미생물에 의해 발효 브로쓰로 분비된다. 발효 공정 말기에, 세포 생물량은 일반적으로 분리되고, 브로쓰의 효소 농도에 따라, 후자는 추가로 농축되고, 공지된 기술, 예를 들면, 한외여과로 임의로 세척된다. 임의로, 효소 농축물 또는 이러한 농축물의 혼합물은 공지된 기술, 예를 들면, 스프레이 분무에 따라 건조될 수 있다.
본 발명은 임의의 특정한 종류의 이스트로 한정되지 않고, 특히 본 발명은 이스트가 사카로마이세스인 SLY 제형으로 제한되지 않는다. 사실, 당해 분야의 숙련가에게 본 발명이 모든 종류의 이스트 뿐만 아니라 에탄올 제조에 사용되는 박테리아를 포함하여 산업적 발효 공정에서 사용되는 박테리아를 포함하는 것은 명백하다.
추가로, 본 발명은 상업적 발효기에서 상기 안정화된 액체 이스트 제제의 사용을 의도하고 있지만, 이로써 제한되지는 않는다. SLY은 증식기를 포함하여, 공정의 임의의 단계에 가해질 수 있다.
옥수수 매쉬 및 이스트 시료
산업용 옥수수 매쉬를 모든 벤치 규모의 비교 발효 실험에 사용하였다. 매쉬는 이미 가해진 백셋(backset)을 갖는다. 약 60% 액체를 매쉬를 만드는데 사용하였다.　 매쉬를 사우스다코타의 옥수수로부터 제조하고, 130℃에서 2분 동안 젯(jet) 쿠킹하였다. 옥수수 매쉬를 액화 직후 수득하였다. 글루코아밀라제 또는 우레아를 매쉬에 가하지 않았다. 옥수수 매쉬의 총 고체량은 약 30%로 측정되었다.
사용한 이스트는 랄레망 인코포레이티드(Lallemand Inc.)에서 제조된 사카로마이세스 세레비지애의 연료 에탄올 종이고, 에탄올 기술로 분배하였다. 압착 이스트를 동일한 종으로 제조하였다.
플라스크 매쉬 발효 실험
표준적인 실험실 옥수수 매쉬 발효 프로토콜을 사용하였다. 상기 기재된 바 와 같은 산업용 옥수수 매쉬 100g을 정확히 125㎖들이 삼각 플라스크에 분산시켰다. 각 플라스크에 20㎕의 글루코아밀라제 및 16mM 우레아를 가하였다. 실험을 위한 피칭 비율을 0.5g/kg(As Is)이었다. IDY 이스트 시료를 먼저 접종 전에 37℃에서 15분 동안 수돗물에서 재수화시켰다. 각 플라스크에 접종 후, 옥수수 매쉬 발효를 35℃ 및 150rpm의 회전 진탕기에서 수행하였다. 모든 진탕기 플라스크 실험을 3회 실시하였다.
중량 측정법의 기본은 옥수수 매쉬 발효 중 중량 손실을 기준으로 한다. 발효 중 이산화탄소가 발생하고 방출되기 때문에, 단지(jar) 또는 플라스크에서 중량 손실이 발생한다. 그 다음, 에탄올 제조는 이산화탄소 및 에탄올 사이의 화학량론적 관계를 기준으로 측정한다. 발효 중 특정한 간격으로 중량 손실을 기록하여, 에탄올 제조 속도와 수율을 측정할 수 있다. 중량 측정법은 신뢰성 있고 편리하고 값이 싼 에탄올 측정 방법을 제공한다.
실시예 1: 안정성 시험: 저장 수명 비교
안정화된 액체 이스트의 안정성 및 저장 수명을 전통적인 액체 이스트 및 압착 이스트 제품과 비교하였다. 발효 활성을 중량 측정법으로 측정하였다. 사용된 이스트는 랄레망 인코포레이트에서 제조된 사카로마이세스 세레비지애 연료 에탄올 종을 사용하고, 에탄올 기술로 분리하였다. 활성은 중량 측정법으로 측정하였다.
하기 표 및 도 1에 나타낸 바와 같이, 안정화된 제제는 우수한 저장 수명을 갖고, 뚜렷한 침전 기미를 나타내지 않는다.
저장 수명 비교
시간(일) 안정화된 액체 이스트 액체(크림) 이스트 압착 이스트
발효 활성(%)
0 100 100 100
15 95 90 85
30 92 80 75
45 88 70 65
60 85 65 55
75 82 45 40
90 83 38 30
실시예 2: SLY 이스트 에탄올 제조의 비교 성능
활성 건조 이스트, 압착 이스트 및 안정화된 액체 이스트의 에탄올 제조능의 비교를 수행하였다. 상기 언급된 바와 같이, 실험에 사용된 모든 이스트는 랄레망 인코포레이트에서 제조된 사카로마이세스 세레비지애 연료 에탄올 종을 사용하고, 에탄올 기술로 분리하였다. 활성은 중량 측정법으로 측정하였다. 시험된 안정화된 액체 이스트는 3.2%(w/v)의 95% 글리세롤 및 0.1%(w/v)의 크산탄 고무를 포함하였다.
이스트를 옥수수 매쉬에 접종시키고, 에탄올 제조를 12시간 동안 2시간 간격으로 측정하였다. 표 2 및 도 2에서 SLY는 압착 이스트 또는 활성 건조 이스트 보다 빠른 발효 역할을 갖는 것으로 나타났다.
산업용 발생원의 옥수수 매쉬는 60%의 백셋을 함유하고, 이미 알파-아밀라제로 처리하였다. 상기를 참조한다. 이는 글리세롤이 "매우 활성"인 이스트의 생명력을 안정화시킨 다음, 보다 짧은 침체기로 옮기는 방법을 설명한다. 본 발명이 모든 생리학적 상태(성장의 대수증식기, 성장의 정지기 등)의 이스트를 포함함에도 불구하고, 용어 "매우 활성"인 이스트는 3% 이상의 발아성 세포를 갖는 이스트 또는/및 단백질 함량(N x 6.25)이 40% 이상이고/거나 인(P2O5) 함량이 2% 이상인 이스트를 의미한다. 이러한 보다 짧은 침체기는 매쉬로부터의 본래의 박테리아 오염의 강도를 줄이고, 연료 에탄올 제조가 증식 단계를 생략하고 발효기에 직접적으로 이스트를 가하는데(피칭 단계) 기여한다. 또한, 당해 산업에서 일반적으로 사용되는 항생제의 사용을 감소시키는데 기여할 수 있다.
Figure 112008005935688-PCT00001
실시예 3: 안정화된 액체 이스트의 개선된 에탄올 수율
표 3 및 도 3에는 추가로 액체 이스트 제제의 성능을 우수하게 하는(즉, 우수한 에탄올 수율을 갖도록 하는) 안정화 공정 방법이 설명되어 있다. 안정화된 액체 이스트를 "그대로의" 고체의 동일한 양에 대하여 압착 이스트와 비교하였다. 실시예 2와 동일한 옥수수 매쉬 조성물을 사용하였다.
상기 언급된 바와 같이, 당해 실험에 사용된 모든 이스트는 랄레망 인코포레이트에서 제조된 사카로마이세스 세레비지애 연료 에탄올 종을 사용하고, 에탄올 기술로 분리하였다. 활성은 상기 언급된 중량 측정법으로 측정하였다. 시험된 안정화된 액체 이스트는 3.2%(w/v)의 95% 글리세롤 및 0.1%(w/v)의 크산탄 고무를 포함하였다.
결과적으로, 안정화 공정이 안정화되지 않은 형태 보다 우수한 이스트의 에탄올 수율을 야기함이 명백하다. 관찰된 작은 차이는 완전한 산업적 규모에서 매우 큰 개선점이 된다.
Figure 112008005935688-PCT00002
실시예 4: 8주 저장 후 발효 성능 비교
상기 언급된 바와 같이, 당해 실험에 사용된 모든 이스트는 랄레망 인코포레이트에서 제조된 사카로마이세스 세레비지애 연료 에탄올 종을 사용하고, 에탄올 기술로 분리하였다. 활성은 상기 언급된 중량 측정법으로 측정하였다. 시험된 안정화된 액체 이스트는 3.2%(w/v)의 95% 글리세롤 및 0.1%(w/v)의 크산탄 고무를 포함하였다.
8주 저장 후 발효 성능
시간 생 이스트 백 안정화된 액체 이스트
6.5시간 0.630g 0.664g
8시간 1.341g 1.393g
10시간 2.633g 2.710g
24시간 8.012g 8.085g
32시간 9.712g 9.868g
48시간 11.007g 11.234g
실시예 5: 8주 저장 후 활성
당해 실험에서, 랄레망사의 제과용 이스트를 사용하고, SLY는 3.2%의 95% 글리세롤 및 0.1% 크산탄 고무(모두 w/v)를 사용하여 제조하였다. 중압하에 이스트를, 기타 성분 중에서, 밀가루 275g에 대하여 당 3.8%(밀가루에 대해 w/w), 식탁용 소금(NaCl) 1.7%(w/w) 및 물 181g을 함유하는 흰 식빵 제형에서 시험하였다. 압력 조건하에, 이스트의 기체 발생을 밀가루 300g에 대하여 당(슈크로스) 16.7%(밀가루에 대해 w/w), 지방(쇼트닝) 16.7%(밀가루에 대해 w/w), 염 2%(w/w) 및 물 147g을 함유하는 반죽에서 시험하였다.
기체 발생은 퍼멘토그래프(fermentograph)(SJA(스웨덴) 또는 리소그래프(Risograph)(USA))에 반죽의 공지된 양을 넣고, 35℃에서 1시간 동안 배양함으로써 평가하였다. 동일한 양의 이스트를 당해 실시예에서 사용하고, 즉, 중압 조건하에 압착 이스트 4.7%(밀가루에 대해 w/w) 또는 이의 당량의 SLY 및 고압 조건하에 압착 이스트 5.0% 또는 이의 당량의 SLY이다.
당해 실험은 안정화된 액체 이스트가 장기간의 저장(8주) 후 생 이스트 백 보다 성능이 우수함을 나타낸다. 또한 SLY가 고압의 상황에서 뚜렷하게 개선된 발효 특성을 가짐을 나타낸다.
8주 저장 기간 후 활성 시험 결과
활성 시험 생 이스트 백 안정화된 액체 이스트
고압 275cc 360cc
중압 550cc 575cc

Claims (21)

  1. 이스트, 하나 이상의 고무 및 하나 이상의 폴리하이드록시 화합물을 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 이스트가 크림 이스트 형태인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 이스트가 사카로마이세스(Saccharomyces)인 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 크림이 약 15 내지 24%의 고체를 포함하는 조성물.
  5. 제2항에 있어서, 고무가 크림 이스트의 약 0.03 내지 약 1중량%로 존재하는 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 고무가 캐롭 고무, 트라가칸트 고무, 아라비아 고무, 구아 고무 및 크산탄 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 조성물.
  7. 제2항에 있어서, 폴리하이드록시 화합물이 크림 이스트의 약 1 내지 5%로 존재하는 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 폴리하이드록시 화합물이 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 비발효성 단당류, 비발효성 올리고당류, 비발효성 당 알코올, 가용성 올리고-탄수화물, 가용성 중합체성 탄수화물 및 폴리프로필렌 글리콜로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 조성물.
  9. 제7항에 있어서, 비발효성 단당류가 크실로스인 조성물.
  10. 제7항에 있어서, 비발효성 당 알코올이 만니톨 및 소르비톨로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 조성물.
  11. 제7항에 있어서, 중합체성 탄수화물이 가수분해된 전분, 셀룰로오스 및 아가로스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 이스트가 고 활성 이스트, 고 발아성 이스트, 고 질소 이스트 및 고 단백질 이스트를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 이스트가 고 발아성 이스트인 조성물.
  14. 제1항의 조성물을 제조 발효기에 직접적으로 피칭함을 포함하는 에탄올의 제조방법.
  15. 제13항의 조성물을 제조 발효기에 직접적으로 피칭함을 포함하는 에탄올의 제조방법.
  16. 박테리아, 하나 이상의 고무 및 하나 이상의 폴리하이드록시 화합물을 포함하는 액체 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 고무가 조성물의 약 0.03 내지 약 1중량%로 존재하는 조성물.
  18. 제16항에 있어서, 폴리하이드록시 화합물이 조성물의 약 1 내지 5중량%로 존재하는 조성물.
  19. 제1항의 조성물을 발효 성분과 배합함을 포함하는 발효 방법.
  20. 제16항의 조성물을 발효 성분과 배합함을 포함하는 발효 방법.
  21. 제1항의 조성물을 반죽과 배합함을 포함하는 발효 방법.
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