PL180001B1

PL180001B1 - Method of inhibiting growth of thermophilic micro-organisms in sugar-bearing aqueous environment

Info

Publication number: PL180001B1
Application number: PL95308470A
Authority: PL
Inventors: Guenter Pollach
Original assignee: Tulln Zuckerforschung Gmbh; Zuckerforschung Tulln Gmbh
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1995-05-05
Publication date: 2000-11-30
Also published as: EP0681029A3; HU9501326D0; GR3024318T3; HU218863B; SK58595A3; CZ282983B6; PL308470A1; ATA95194A; DE59500431D1; EP0681029B1; DK0681029T3; SK281480B6; ES2106629T3; SI0681029T1; EP0681029A2; CZ115795A3; ATE156194T1; HUT72485A; AT404469B

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób hamowania rozwoju mikroorganizmów ciepłolubnych w cukronośnych środowiskach wodnych.

Jako cukronośne środowiska wodne w sensie niniejszego wynalazku rozumie się po pierwsze ekstrakty i soki z cukronośnych roślin, takich zwłaszcza jak buraki cukrowe i trzcina cukrowa, i po drugie roztwory cukrów rozmaitego typu, zwłaszcza sacharozy, glukozy i im podobnych, powstające w toku najróżniejszych postępowań lub wytwarzane umyślnie.

Jako cukry w sensie niniejszego wynalazku należy rozumieć mono-, dwu- i oligosacharydy, takie jak wspomniana sacharoza i glukoza, oraz fruktoza itp.

Specjalnym celem sposobu według wynalazkujest konserwowanie produktów termicznej ekstrakcji buraków cukrowych i trzciny cukrowej.

Cukronośne ekstrakty i soki roślinne przetwarzane w temperaturze do 50°C, którą stosuje się podczas uzyskiwania soku za pomocą mechanicznego otwierania komórek, narażone są na mikrobiologiczne psucie przez drożdże, pleśnie i bakterie. W przeciwieństwie do tego podczas termicznego otwierania komórek, gdy stosuje się temperaturę powyżej 50°C, zdolne do namnażania są tylko bardzo ciepłolubne bakterie. Przykładem takiego termicznego sposobu ekstrakcyjnego są obecnie powszechnie przeprowadzane ekstrakcje buraków cukrowych w celu produkcji cukru.

180 001

W przypadku tej ekstrakcji uzyskuje się z krajanki buraczanej w temperaturze 60-70°C roztwór ekstrakcyjny. W tych warunkach ciepłolubne bakterie mogązawartąw surowcu sacharozę rozkładać na glukozę, fruktozę, kwasy i gazowe produkty metabolizmu. Powoduje to oprócz bezpośredniej utraty sacharozy równieżjeszcze dodatkowe niedogodności w toku dalszego uzyskiwania sacharozy. Należy liczyć się z silniejszym przebarwieniem syropu, z podwyższonym zapotrzebowaniem na środki alkalizujące i z otrzymywaniem zwiększonej ilości melasy.

Stąd też ciepłolubne bakterie w urządzeniach ekstrakcyjnych przeważnie zwalcza się dzięki temu, że do strumienia soku okresowo lub nieprzerwanie dodaje się chemiczne środki pomocnicze, takie jak formalina lub dwutiokarbaminiany. Jeśli dodawanie takich środków nie jest pożądane lub prawnie zabronione, należy liczyć się ze zwiększonymi stratami celulozy.

W przypadku wystąpienia szczepów bakteryjnych, produkujących egzo-|3-fruktofuranozydazę, mogą wyniknąć szczególnie wysokie straty sacharozy, gdyż sacharoza na niekontrolowanej drodze rozszczepia się na glukozę i fruktozę. W praktyce niemożliwejest wyeliminowanie takich szczepów przez samo stosowanie wysokiej temperatury, gdyż tkanka buraczana z uwagi na wyciskalność ekstrahowanych wytłoczyn może być termicznie obciążana tylko w stopniu ograniczonym.

Celem wynalazku jest stłumienie rozwoju niepożądanych ciepłolubnych szczepów bakteryjnych w cukronośnych ekstraktach lub sokach roślinnych bez stosowania chemicznych środków pomocniczych.

Osiąga się ten cel według wynalazku dzięki temu, że na te cukronośne środowiska wodne oddziaływuje się środkiem pomocniczym na bazie chmielu w temperaturze 50-80°C.

Chmieljest od dawna w browarach piwnych użytkowanym składnikiem spożywczym, który tamże dodaje się z powodów smakowych. Wiadomo, że także w przypadku wytwarzania piwa można zaobserwować bakteriostatyczne działanie względem pewnych bakterii, mianowicie względem bakterii kwasu mlekowego. Działanie to rozwija się w temperaturze fermentacji drożdży i stanowi poszukiwany objaw brzegowy, który może być stosowany nie celowo, bowiem piwo w przypadku większej dawki chmielu miałoby zbyt gorzki smak. Dzięki chmielowi zatem w nie ulegającym wpływom rozmiarze tłumi się rozwój bakterii kwasu mlekowego, które ze swej strony przeszkadzałyby fermentacji drożdżowej.

W publikacji Chem. Abstr. tom 11 19i^S2,254404d bada się wpływ różnych czynników, takich jak wartość pH, moc jonowa itd., na przeciwbakteryjne działanie preparatów chmielowych względem bakterii kwasu mlekowego o nazwie Lactobacillus brevis.

Lactobacillus brevis nie namnaża się bądź co najwyżej namnaża się skrajnie wolno w temperaturze powyżej 50°C.

W Chem. Abstr. tom 83,1975,17104j omawia się odbicie określonych strukturalnych cech chmielowych substancji goryczkowych, takich jak ich hydrofobowe bądź hydrofilowe części składowe, w bakteriostatycznym działaniu tych substancji chmielowych. Bakterie Gram-dodatnie są wrażliwsze na traktowanie chmielem niż bakterie Gram-ujemne.

O bakteriach ciepłolubnych, które namnażają się w temperaturze powyżej 50°C, tu nie wspomniano.

Zgodnie z opisem patentowym US-PS nr 4 170 638 w dezodoryzujących preparatach stosuje się produkty chmielowe do zwalczania wzrostu bakterii Gram-dodatnich na skórze.

Nieoczekiwanie stwierdzono obecnie bakteriostatyczne działanie chmielu także w gorących środowiskach wodnych, przy czym można zwalczać bakterie, które w browarach piwnych nie odgry wajążadnej roli, mianowicie bakterie ciepłolubne, rozwijające się w zakresie temperaturowym 50-80°C.

Tym samym w niniejszym przypadku następuje konserwacja cukronośnych środowisk wodnych, zwłaszcza cukronośnych ekstraktów i soków, za pomocąod dawna w technologii środków spożywczych znanego produktu, a przykre stosowanie formaliny, które ostatnio wskutek wymogówprawajest w wielu krajachograniczone lub zabronione, stało się całkowicie zbędne.

W temperaturze termicznej ekstrakcji, tj. w przypadku buraków cukrowych w temperaturze 65-75°C, ciepłolubne bakterie mogą się namnażać tylko wtedy, gdy mogą one nieprzerwanie

180 001 utrzymywać swój metabolizm. Jeśli zablokuje się ten metabolizm, co np. ma miejsce wskutek bakteriostatycznego działania chmielowej substancji czynnej, dochodzi w następstwie wysokiej temperatury do obumarcia zarodka wegetatywnego. Dzięki temu chmiel w gorących sokach cukrowych działa konserwująco także w przypadku okresowego wprowadzania, jeśli tak dobierze się przerwy w dozowaniu, żeby nie dochodziło do ponownego wylęgnięcia przetrwalników.

Jeśli zastosowano by chmiel do konserwowania chłodnego soku cukronośnego w temperaturze poniżej 50°C, to byłoby to nieskuteczne, gdyż ten chłodny sok zostałby zepsuty przez drożdże i pleśnie, których wzrost nie zostaje ograniczany przez chmiel.

Dopiero dzięki kombinacji dodatku chmielowego z oddziaływaniem temperatury powyżej 50°C osiąga się skuteczne zakonserwowanie.

Jako dodatkowy korzystny efekt dodawania chmielu przejawiło się poza tym to, że dzięki niemu można stłumić niepożądane tworzenie azotynów w roztworach ekstrakcyjnych.

Jako środek pomocniczy na osnowie chmielu można stosować każdy dowolny produkt chmielowy, który swą substancję czynną oddaje do roztworu cukrowego.

Korzystnie jako środek pomocniczy na osnowie chmielu stosuje się rozpuszczony lub zemulgowany produkt chmielowy, korzystnie wyciąg chmielowy.

Również można stosować też wysuszony chmiel lub peletki chmielowe, albo odpady browarnicze, takie jak zawierające resztki chmielu drożdże piwne i/lub wysłodziny chmielowe.

Wyciągi chmielowe są dostępne w handlu. Produkty te mają różną konsystencję, barwę i rozpuszczalność. Sąone ciekłe, gęstopłynne lub stałe, zabarwienie może zmieniać się od żółtego do ciemnozielonego. W celu nadania rozpuszczalności jest niekiedy, oprócz wody, potrzebny też dodatek alkoholu.

Jako środki do sporządzania wyciągu znane są ciekły CO₂, chlorek metylenu i alkohol.

W celu zemulgowania nierozpuszczalnego lub trudnorozpuszczalnego wyciągu chmielowego można jako środek przeciwpieniący stosować znany w przemyśle cukrowniczym ester anhydrosorbitu.

Ponieważ w ramach niniejszego wynalazku zakres smakowy nie odgrywa żadnej roli, a wykorzystuje się tylko bakteriostatyczne działanie chmielu, można stosować także takie wyciągi, które z powodu wad smakowych są dla sporządzania piwa nieprzydatne lub mniej przydatne.

Zgodnie z korzystną postacią wykonania wynalazku oddziaływuj e się chmielowym środkiem pomocniczym podczas termicznej ekstrakcji części roślin.

Przy tym korzystnie do gorącego (o temperaturze 50-80°C) roztworu reakcyjnego dodaje się ciekły bądź rozpuszczony lub zemulgowany wyciąg chmielowy, który swoje konserwujące działanie przejawia tak długo, jak długo temperatura roztworu mieści się w wyżej podanym zakresie.

Ponadto korzystnym może okazać się dodawanie do ekstrahowanych części roślin stałego produktu chmielowego, korzystnie wysuszonego chmielu, peletek chmielowych lub zawierających chmiel odpadów browarniczych. Działanie to przejawia się w ten sposób, że równocześnie z ekstrakcją cukru następuje też ekstrakcja chmielowej substancji czynnej w gorącym soku. Przy odciskaniu wyekstrahowanych resztek roślinnych usuwa się wówczas z nimi także resztki chmielowego środka pomocniczego.

W przypadku ciągłego dozowania produktów chmielowych można, godząc się z bieżącymi kosztami środka pomocniczego, długotrwale stłumić rozwój bakterii.

W przypadku okresowego dawkowania może następować krótkotrwałe wyeliminowanie określonego szczepu bakterii, przy czym po odstawieniu dozowania dochodzi do wyklucia przetrwalników, które dotychczas były już zawarte w roztworze, lecz nie rozwijały się jednak w obecności innych mikroorganizmów.

Dalszy aspekt wynalazku polega na tym, że w przypadku obróbki roztworów cukru, korzystnie roztworów sacharozy bądź glukozy, albo sacharozo- bądź glukozonośnych soków w sposobach obróbki membranowej i/lub jonitowych, zabezpiecza się te membrany i/lub jonity za pomocą środka pomocniczego na bazie chmielu przed porażeniem bakteryjnym. Wspomniane

180 001 elementy urządzeń są pod tym względem szczególnie zagrożone i mogą stanowić źródło strat cukru,, takie samo jak zakażenie całego łańcucha produkcyjnego.

Środek pomocniczy można do zabezpieczanego elementu urządzenia doprowadzać z roztworem cukrowym albo można w postaci odrębnego dodawania wprowadzać bezpośrednio do tego elementu urządzenia.

Podane niżej przykłady wykonania objaśniają bliżej konserwujące działanie chmielu w gorących sokach cukronośnych.

Przykład I. Sok buraczany o zawartości 16% substancji suchej z wielkoprzemysłowego urządzenia ekstrakcyjnego prowadzi się zprędkościąprzepływu 1 objętości naczynia/l godzinę przez 22 1 naczynie z mieszadłem i utrzymuje się przy tym temperaturę 68-80°C. Między dopływem a odpływem otrzymuje się w wyniku różnicę-pH zależną od stopnia zakażenia bakteryjnego, takąjak np. pokazuje niżej podana tabela 1. W przypadku ciągłego wpompowywania chmielowego ekstraktu w ilości 1/100θΟ zawartości naczynia/l godzinę, w niżej podanej tabeli 1 począwszy od momentu 14:18:00, zmniejsza się ta różnica-pH wskutek obniżonej czynności metabolicznej mikroorganizmów z około 0,5 do około 0,15, czyli bardzo znacznie.

Tabela 1

Czas:	pH-dopływ	pH-odpływ	różnica
13:40:00	5,69	5,20	0,49
13:53:00	5,68	5,20	0,48
13:59:00	5,70	5,20	0,50
14:05:00	5,68	5,20	0,48
14:18:00	5,67	5,17	0,50	ciągłe dodawanie chmielu
14:50:00	5,70	5,19	0,51
15:59:00	5,65	5,21	0,44
16:19:00	5,60	5,23	0,37
16:31:00	5,57	5,25	0,32
16:50:00	5,56	5,27	0,29
17:16:00	5,59	5,31	0,28
17:54:00	5,65	5,39	0,26
18:19:00	5,68	5,43	0,25
18:32:00	5,68	5,45	0,23
19:03:00	5,68	5,49	0,19
19:35:00	5,68	5,51	0,17
20:25:00	5,71	5,53	0,18
21:47:00	5,70	5,55	0,15
22:25:00	5,72	5,56	0,16

Przykładu. Sok buraczany prowadzi się przez naczynie tak, jak w przykładzie I. Dopływ nagle zatrzymuje się, wskutek czego zaczyna się obniżanie-pH zależne od stopnia czynności bakteryjnej, wniżej podanej tabeli 2 począwszy od momentu 13:42:06, w rzędzie wielkości 0,04-0,05 jednostek-pH na 6 minut.

W przypadku jednorazowego dodania wyciągu chmielowego w ilości 1/20000 zawartości naczynia, w niżej podanej tabeli 2 w momencie 13:48:24, zatrzymuje się spadek-pH w ciągu minut.

180 001

Tabela 2

Czas:	pH w naczyniu	spadek-pH/6 minut
13:16:58	5,40
13:23:16	5,40	0,0
13:29:34	5,39	-0,0
13:35:50	5,39	0,0	zatrzymanie dopływu
13:42:06	5,34	-0,0
13:48:24	5,30	-0,0	1-razowe dodanie chmielu
13:54:42	5,26	-0,0
14:01:00	5,26	0,0
14:07:18	5,26	0,0
14:13:34	5,25	-0,0

Przykład III. Sok buraczany prowadzi się przez naczynie tak, jak w przykładzie I. Dopływ nagle zatrzymuje się, wskutek czego zaczyna się obniżanie-pH zależne od stopnia czynności bakteryjnej, w niżej podanej tabeli 3 począwszy od momentu 17:46:20, w rzędzie wielkości 0,04 jednostek pH na 6 minut. W przypadku jednorazowego dodania innego, drugiego wyciągu chmielowego w ilości 1/40000 zawartości naczynia, w niżej podanej tabeli 3 w momencie 17:52:38 zatrzymuje się spadek-pH w ciągu 6 minut.

Tabel a 3

Czas:	pH w naczyniu	spadek-pH/6 minut
17:27:30	5,29
17:33:48	5,29	0,00
17:40:04	5,29	0,00	zatrzymanie dopływu
17:46:20	5,28	-0,01
17:52:38	5,24	-0,04	1-razowe dodanie chmielu
17:58:54	5,25	0,01
18:05:12	5,25	0,00
18:11:28	5,26	0,01
18:17:46	5,26	0,00
18:24:03	5,26	0,00
18:30:19	5,27	0,01
18:36:37	5,27	0,00

Przykład IV. W przykładzie tym omawia się działanie wyciągu chmielowego w technicznym urządzeniu do ekstrakcji buraków.

Działające metodą ciągłą urządzenie do ekstrakcji buraków dla przerobu 10000 ton buraków na dzień, składające się z wieży ekstrakcyjnej i trzech przeciwprądowych mieszalników krajanki, eksploatuje się bez dodawania formaliny. Mieszaninę z krajanki buraczanej i soku, wytworzonąw tych trzech mieszalnikach, przetłacza się zapomocąpomp na wieżę ekstrakcyjną, a sok ściąga się z tej wieży ekstrakcyjnej do tych trzech mieszalników. W eksploatacyjnej temperaturze 70°C w wyniku otrzymuje się tworzenie kwasu w urządzeniu ekstrakcyjnym, które wyraża się zawartością 600 mg kwasu mlekowego na i litr uzyskanego soku surowego.

180 001

Tu należy wspomnieć, że ciepłolubne bakterie tworząkwas mlekowy jako produkty metaboliczne, tak więc pomiar kwasu mlekowego w gorącym soku można przyjąć za miarę porażenia przez bakterie ciepłolubne. Ponadto stwierdza się, żejako uboczny objaw wskutek porażenia bakteriami osiąga się dobrą odciskalność wytłoków. W niniejszym przypadku chodzi o odciskalność do około 28% substancji suchej. Ta wysoka odciskalność jest przede wszystkim korzystna wówczas, gdy krajanka ta termicznie powinna być wysuszona do zawartości 10-12% wody.

Drogą bezpośredniego dozowania wyciągu chmielowego, ogrzanego do temperatury 50°C, w ilości 3 kg/h do przewodu ssącego pompy krajankowej obniża się zawartość kwasu mlekowego soku surowego w strefie dolnych części urządzenia ekstrakcyjnego do wartości 300 mg/litr, bez powodowania obniżenia odciskalności wytłoków. Zmniejsza to poważnie straty cukru w urządzeniu, nie prowadząc do trudności przy odciskaniu wytłoków.

Przykład V. Działające metodą ciągłą urządzenie do ekstrakcji buraków dla przerobu 10000 ton buraków na dzień, składające się z wieży ekstrakcyjnej i trzech przeciwprądowych mieszalników krajanki, eksploatuje się bez dodawania formaliny. W eksploatacyjnej temperaturze 70°C w wyniku otrzymuje się tworzenie kwasu w urządzeniu ekstrakcyjnym, które wyraża się zawartościąóOg mg kwasu ndekowego na 1 litr uzyskgnego soku surowego. Odciskalność krajanki plasuje się przy 28% substancji suchej. Drogądozowania wyciągu chmielowego, zemulgowanego za pomocą estru anhydlouolbitu, w ilości 2 kg/h w 3% wodnym rozcieńczeniu poprzez dozujące dnplowadzesik pierścieniowe do środka wieży ekstrakcyjnej obniża się zawartość kwasu mlekowego soku surowego w strefie dolnych części urządzenia ekstrakcyjnego do wartości 200 mg/l, bez powodowania obniżenia odciskalności wytłoków.

180 001

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób hamowania rozwoju mikroorganizmów ciepłolubnych w cukronośnych środowiskach wodnych, znamienny tym, że na te cukronośne środowiska wodne oddziaływuj e się środkiem pomocniczym na bazie chmielu w temperaturze 50-80°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że cukronośne części roślin, zwłaszcza z buraków cukrowych lub z trzciny cukrowej, ekstrahuje się termicznie w obecności środka pomocniczego na bazie chmielu.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako środek pomocniczy na bazie chmielu stosuje się rozpuszczony lub zemulgowany produkt chmielowy, korzystnie wyciąg chmielowy.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako środek pomocniczy na bazie chmielu stosuje się stały produkt chmielowy, korzystnie wysuszony chmiel lub peletki chmielowe, albo odpady browarnicze, takie jak zawierające resztki chmielu drożdże piwne i/lub wysłodziny chmielowe.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do roztworu ekstrakcyjnego dodaje się wyciąg chmielowy w postaci ciekłej lub zemulgowanej.
6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do ekstrahowanychczęści roślin dodaje się środek pomocniczy na bazie chmielu.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w przypadku nieprzerwanie prowadzonej ekstrakcji ciągle doprowadza się dodatek chmielowy.
8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w przypadku ciągle prowadzonej ekstrakcji dodawanie chmielu następuje okresowo.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku obróbki roztworów cukru, korzystnie roztworów sacharozy bądź glukozy, albo sacharozo- bądź glukozonośnych soków w sposobach obróbki membranowej i/lub jonitowych, zabezpiecza się te membrany i/lub jonity za pomocą środka pomocniczego na bazie chmielu przed porażeniem bakteryjnym.

* * *