Rodzaj projektu:
Projekt finansowany przez ministra rolnictwa ze środków budżetu Państwa
Nazwa programu:
badania podstawowe na rzecz rolnictwa ekologicznego
Nazwa projektu:
„Przetwórstwo produktów roślinnych i zwierzęcych metodami ekologicznymi. Opracowanie technologii drożdży ekologicznych”
Nr projektu:
Decyzja MRiRW HORre-msz-078-4/16(220)
Kierownik projektu:
dr inż. Katarzyna Piasecka-Jóźwiak
Termin realizacji:
01.05.2016-15.11.2016
Wnioskodawca projektu:
Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego
Wartość dofinansowania:
164 480 ZŁ
Całkowity koszt inwestycji:
164 480 ZŁ
Przetwórstwo produktów roślinnych i zwierzęcych metodami ekologicznymi. Opracowanie technologii drożdży ekologicznych
Krótki opis projektu: (Cel projektu, zadania, grupy docelowe, efekty projektu)
Celem zrealizowanego zadania było opracowanie procesu technologicznego otrzymywania, drożdży piekarskich o wysokiej aktywności fermentacyjnej w warunkach produkcji ekologicznej. Ze względu na niemożliwość wykonania badań w skali technicznej, w drożdżowni, w zaplanowanym czasie zadanie dotyczące powiększenia skali hodowli (6) nie zostało wykonane. Zostało to uwzględnione w zmniejszonym wykonaniu finansowym kosztów badań. W badaniach korzystano z ekologicznej melasy trzcinowej i buraczanej dostępnej na polskim rynku – cztery partie od różnych producentów. Ocena tego podstawowego surowca do produkcji drożdży ekologicznych obejmowała analizę składu chemicznego i badanie przydatności do hodowli, tj. obecności związków hamujących rozwój drożdży. Badane melasy ekologiczne różniły się znacząco, zwłaszcza pod względem zawartości cukrów i mikroelementów. Szczególnie istotna jest niska zawartość azotu ogółem i azotu przyswajalnego, zatem związki azotowe muszą być dostarczane w odpowiedniej ilości podczas hodowli. Melasy ekologiczne są niestandaryzowane , często pod nazwą melasa sprzedawane są syropy zawierające bardzo małe ilości substancji odżywczych. Dobra przydatnością do hodowli drozdży ekologicznych charakteryzowały się malasy 1 (buraczana) i 2 trzcinowa, w ich przypadku ogólna ocena charakterystyki Do otrzymywania autolizatów i ekstraktów wykorzystano drożdże uzyskane z użyciem surowców ekologicznych. Wykorzystanie drożdży poprodukcyjnych lub pochodzących ze zwrotów może wpłynąć na niezależność producenta od rynku, ponadto byłoby to rozwiązanie zmierzające do obniżenia kosztów produkcji drożdży ekologicznych. Autolizaty, otrzymane z drożdży z hodowli prowadzonych w melasach ekologicznych, charakteryzowały się zróżnicowanym składem aminokwasów. Różnice te wynikają z zastosowania do ich otrzymania partii drożdży pochodzących z hodowli wykonanych w różnych schematach i przy wykorzystaniu różnych melas (autolizat I- melasy buraczanej 1, autolizat II- melasy trzcinowej 3). Stwierdzono stosunkowo wysoką zawartość tryptofanu w melasie I i ekstrakcie. Przydatność autolizatu I jako źródła związków azotowych w hodowlach drożdży ekologicznych jest wyższa niż autolizatu II. Ze względu na koszty związane z suszeniem rozpyłowym w hodowli korzystniejsze jest stosowanie autolizatów niż ekstraktów drożdżowych. Należy zaznaczyć, że ekstrakty charakteryzują się właściwościami powierzchniowo czynnymi wiązania tłuszczu i wody. Doświadczenia dotyczące doboru składu podłoży hodowlanych do propagacji drożdży, z uwzględnieniem ograniczeń w produkcji ekologicznej, wynikających z Rozporządzenia Rady (WE) nr 834/2007 i Rozporządzenia 889 z 2008 roku, załącznik VIII obejmowały dobór źródła substancji azotowych w pożywce do hodowli drożdży. Oceniono wpływ takich dodatków jak autolizat drożdżowy, ekstrakt drożdżowy, kazeiniany- wapnia i potasu, namok kukurydziany na wydajność syntezy biomasy drożdży. Dodatki te są zróżnicowane pod względem składu chemicznego, w tym zawartości białka, a także związków sumarycznie wchodzących w jego skład. Wyniki wskazują, że dobre efekty w postaci podwyższonej wydajności biomasy uzyskano w przypadku brzeczki z melasy buraczanej z dodatkiem ekstraktu drożdżowego i namoku kukurydzianego; przy zwiększeniu dodatku w badaniach do 4g/l (w przeliczeniu na s.m.), również ilość biomasy drożdży uzyskiwanej z użyciem autolizatu drożdżowego była zbliżona do wydajności z namokiem i ekstrakte.. Najmniejszą ilość biomasy otrzymywano z dodatkiem kazeinianu sodu. W kolejnym etapie oceniono wpływ wybranych substancji, poza kazeinianem sodu, jako źródła białka w skali mikrotechnicznej. Badania w skali mikrotechnicznej pozwoliły stwierdzić, że dobre efekty w hodowli w brzeczkach otrzymanych z melas ekologicznych, zarówno trzcinowych jak i buraczanych, daje stosowanie autolizatów drożdżowych. Stwierdzono, że jakkolwiek namok kukurydziany stanowi także dodatek korzystny pod względem wpływu na wydajność i aktywność fermentacyjną drożdży to jego stosowanie może stwarzać problemy ze względu na wytrącanie się osadów podczas sterylizacji. Aktywność fermentacyjna drożdży otrzymanych w hodowlach z wykorzystaniem melas ekologicznych była stosunkowo niska w porównaniu do drożdży piekarskich konwencjonalnych. Najwyższą aktywność fermentacyjną zanotowano w przypadku hodowli w brzeczkach z melasy buraczanej, w których jako źródło azotu wykorzystano autolizat drożdżowy w ilości 300 ml – 1415 ml CO2 oraz 100 ml-1390 ml CO2, a także ekstrakt drożdżowy – 1405ml CO2. W analogicznie prowadzonych hodowlach z użyciem melasy trzcinowej zaobserwowano nieco wyższą wydajność biomasy drożdży. W kolejnym etapie badań określono optymalne stężenie i schemat dozowania substratu węglowego w skali laboratoryjnej i mikrotechnicznej oraz przeprowadzono ocenę wpływu składników podłoża na wydajność biomasy drożdży, a także na ich aktywność fermentacyjną. Substancje stanowiące źródło węgla (i energii) są podstawowym składnikiem pożywek stosowanych do hodowli mikroorganizmów. Ponadto podłoża muszą zawierać składniki niezbędne do prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych czyli będące źródłem azotu, składników mineralnych i stanowiących biostymulatory. W celu zapewnienia właściwych warunków procesu hodowli wykorzystywane są dodatki regulujące pH i antypieniące. W hodowlach wstrząsanych, kolbkowych stosunkowo wysokie ilości biomasy drożdży otrzymano przy stężeniu cukru w pożywce melasowej 50 g/l i 71 g/l, podwyższenie stężenia cukru w pożywce do 100g/l nie spowodowało proporcjonalnego przyrostu biomasy. Hodowle obejmowały dobór stężenia pożywki melasowej w skali laboratoryjnej, a następnie mikrotechnicznej z uwzględnieniem schematu dozowania tak aby uzyskać najwyższą wydajność w stosunku do substratu (ilość uzyskanych drożdży w przeliczeniu na melasę o zawartości cukru 50% (D 27/M50). W badaniach uwzględniono różne stężenia brzeczki melasowej (końcowe rozcieńczenie melasy w zakresie 1:10 ÷1:5, wynikające z ilości dozowanego substratu), tak aby odpowiadało stężeniu cukru w zakresie około 50 g/l do około 100 g/l). W hodowlach, w których zastosowano jako substrat mieszaninę dwu rodzajów melas ekologicznych otrzymano drożdże, charakteryzujące się aktywnością fermentacyjną na stosunkowo wysokim poziomie, w porównaniu do drożdży, uzyskanych w hodowlach w melasach trzcinowych i buraczanych stosowanych oddzielnie. Jednak biorąc pod uwagę ogólnie niższe wyniki aktywności fermentacyjnej niż w hodowlach drożdży w systemie konwencjonalnym można stwierdzić, że przydatność melas ekologicznych do hodowli drożdży jest niższa niż surowców konwencjonalnych. Wymagana jest suplementacja brzeczki melasowej w niezbędne stymulatory wzrostu. Optymalizacja hodowli pod względem takich parametrów jak: pH, zawartość tlenu rozpuszczonego w brzeczce drożdżowej, ich wpływu na aktywność fermentacyjną i wydajność biomasy, substancji pomocniczych do regulowania pH hodowli i ewentualnie dodatku mikroelementów i witamin pozwoliła na ustalenie najlepszych schematów dozowania tak aby zawartość tlenu rozpuszczonego w brzeczce hodowlanej była utrzymywana powyżej 8%, optymalnie 15%. Dodatek biostymulatorów wpływał pozytywnie na aktywność fermentacyjną drożdży otrzymywanych z udziałem ekologicznej melasy buraczanej. Rozporządzenie 834 nie wymienia jednak biostymulatorów jako dodatków stosowanych w produkcji drożdży, biorąc jednak pod uwagę niewielkie, w stosunku do melasy i substancji pomocniczych, ilości dodatków celowe byłoby wzbogacanie brzeczki podczas hodowli wykorzystując ich naturalne źródła. Wnioski 1. Na wydajność biomasy i jakość drożdży w produkcji ekologicznej decydujący wpływ ma jakość surowca – melasy ekologicznej. W porównaniu do ekologicznej melasy buraczanej zastosowanie melasy trzcinowej pozwala na uzyskanie wyższych wydajności biomasy drożdży. 2. W hodowlach drożdży ekologicznych dobre efekty pod względem wydajności biomasy daje wykorzystanie autolizatów i ekstraktów drożdżowych jako źródło azotu. 3. W przypadku szczepu Saccharomyces cerevisiae KKP 512 prowadzenie hodowli powinno odbywać się w pH 4,5 – 5,2 i temperaturze 25 – 30°C. Substrat węglowy powinien być dozowany w schemacie wzrastająco-malejącym (w badaniach II lub III). Poziom etanolu w brzeczce nie powinien przekraczać 0,05%. 4. Aktywność fermentacyjna drożdży otrzymanych w warunkach hodowli ekologicznych nie przekraczała 1415 ml CO2, po 2 godzinach fermentacji. Jest to związane z niską zawartością białka w drożdżach oraz niestosowaniem dodatków biostymulatorów. 5. Zawartość tlenu rozpuszczonego w brzeczce hodowlanej powinna być utrzymywana powyżej 8%, optymalnie 15%.
Wyniki pracy przedstawiono na konferencji „Podsumowanie zadań badawczych z zakresu rolnictwa ekologicznego realizowanych w roku 2016” w dniu 08.03.2017 r. w Radomiu organizowanej przez Centrum Doradztwa Rolniczego Oddział Radom Wyniki pracy zostały przedstawione w postaci instrukcji technologicznej na stronach internetowych MRiRW oraz IBPRS.
Sprawozdanie merytoryczne:
https://www.ibprs.pl/wp-content/uploads/2018/12/spr_drodze_ekologiczne.pdf
Instukcja technologiczna procesu otrzymywania:
https://www.ibprs.pl/wp-content/uploads/2018/12/instrukcja_technologiczna_drozdze_ekologiczne.pdf