BE900029A

BE900029A - Microbial prepn. of alimentary acid concentrate e.g. citric acid - by aerobic fermentation of fruit juice in presence of microorganism

Info

Publication number: BE900029A
Application number: BE0/213231A
Authority: BE
Inventors: H J Radcke; H Heinz; W Ebert; J Forsthoffer; S Kromar; S Balint
Original assignee: Zentrales Warenkantor Obst Gem; Liko Gen Riaditelst Truste
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1984-10-15

Abstract

Microbial prepn. of a concentrate of alimentary acids is effected by aerobic fermentation under emersion or submersion conditions using as nutritive substrate juices of fruits or vegetables, obtd. by pressing or by extracting and/or from rediluted concn. prods. contg. pref. 10-20 wt.% solids, or raw materials and secondary fruit and vegetable prods., ground or liquefied by mechanical, thermal and/or enzymatic processes, and using as moulds micro-organisms, pref. of the Aspergillus niger type or yeasts pref. of the Candida type.

Description

       

  "PROCEDE DE PREPARATION MICROBIENNE D'UN CONCENTRATD'ACIDES ALIMENTAIRES" 

  
Procédé de préparation microbienne d'un concentrat d'acides alimentaires

  
La présente invention concerne un procédé de préparation d'un concentrat d'acides alimentaires par synthèse microbienne et traitement de compression thermique de solutions d'acides. Le procédé se rapporte à la transformation aérobie en acides alimentaires des composés carbo nés contenus dans des jus de fruits et dans des jus de légumes, ainsi que dans des matières premières et des produits secondaires de fruits et de légumes liquéfiés par des procédés mécaniques et/ou thermiques et/ou enzymatiques, cette transformation étant produite à l'aide de micro-organismes convenables, tels que des moisissures ou des levures, dans des conditions d'émersion et de submersion.

  
A l'heure actuelle, il est principalement répondu à la nécessité, constamment croissante, de disposer d'acides alimentaires, en ordre principal d'acide citrique, dans l'industrie des produits alimentaires, mais également dans d'autres branches de l'industrie, par l'emploi de procédés de production microbiens. De plus, des sources de carbone végétales, telles que le glucose, la saccharose et la mélasse, sont transformées en acide citrique à l'aide de micro-organismes du genre Aspergillus niger par des procédés de traitement en surface ou en submersion
(Müller. G. "Mikrobiologie pflanzlicher Erzeugnisse", Fachbuchverlag Leipzig 1974, AT 345 225, AT 296 194).

  
D'autres procédés de production d'acide citrique sont basés sur l'emploi de composés hydrocarbures pétrochimiques, tels que la paraffine, avec utilisation de levures telles que la Candida aerob, la C. lipolytica (CH
513237, DD 130046), ou avec utilisation de bactéries telles que l'Arthrobacter parafinens (CH 496806).

  
D'autres procédés qui ont antérieurement été mis au point se rapportent à la préparation microbienne d'acides organiques tels que l'acide malique
(DE 2363285), l'acide lactique (DE 1947038), l'acide tartrique (DE 2600589), et d'acides organiques en général (CH 541621). 

  
Les procédés actuellement connus qui sont destinés à l'extraction microbienne d'acides alimentaires, en ordre principal d'acide citrique, comportent un isolement, un lavage et une cristallisation de l'acide, la séparation étant alors effectuée à l'aide de carbonate de plomb basique
(DE 1642719), à l'aide de sels alcalins (AT 320567), de même que par ultra-filtration (DE 2450670), (AT 345761), ou encore à l'aide d'agents d'extraction organiques insolubles dans l'eau (AT 337130).

  
En ce qui concerne les procédés décrits, il s'agit en ordre principal de substrats nutritifs qui, pour des raisons de physiologie alimentaire et d'hygiène ou au point de vue sensoriel, ne peuvent pas être utilisés directement en tant que solution d'acides dans des produits alimentaires, de telle sorte qu'il est nécessaire d'avoir recours à des traitements compliqués au point de vue technique et onéreux pour la séparation, le lavage et la cristallisation des acides, afin qu'il puisse être obtenu des acides alimentaires se prêtant à répondre aux fins d'obtention de produits alimentaires.

  
D'autre part, les procédés en question se caractérisent en ce qu'il ne peut être obtenu que des concentrations en acides allant jusqu'à
100 g/1., ce qui signifie que le rapport entre la dépense et l'utilité est défavorable.

  
Le but de la présente invention est de procurer un procédé de préparation d'un concentrat d'acides alimentaires qui se prête à être utilisé directement dans des produits alimentaires et dans d'autres produits, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours au traitement compliqué et onéreux de séparation, de lavage et de cristallisation. De plus, il sera utilisé des matières premières inimaginablement convenables au point de vue de la physiologie alimentaire et des micro-organismes convenables dont l'emploi garantira une production élevée d'acides alimentaires de bonne qualité au point de vue sensoriel, et il sera en même temps prévu des phases de procédé complémentaires pour la séparation de matières et l'utilisation des produits secondaires. 

  
Le but qui vient d'être énoncé est atteint selon la présente invention, par l'utilisation de jus de fruits et de jus de légumes obtenus par pressage ou par extraction aqueuse, et de concentrats de jus de fruits et de jus de légumes redilués, en tant que substrats nutritifs. Ces substrats nutritifs se caractérisent par une teneur élevée en composés carbonés naturels transformables. Une désaromatisation est recommandable, mais elle ne constitue cependant pas une condition indispensable. Le substrat nutritif est additionné de matières d'addition destinées à favoriser la formation d'acides alimentaires, telles que, par exemple, des sels nutritifs, des agents régulateurs de la teneur en éléments traces et des inhibiteurs d'enzymes, le tout est mélangé et il est réglé à une valeur de pH optimum comprise entre 3 et 4,5.

   Le substrat nutritif ainsi préparé est soumis à la stérilisation , de préférence par chauffage à température élevée de courte durée, et il est placé dans des conditions de stérilité dans les récipients de fermentation. Comme micro-organismes appropriés au but poursuivi, il est au préalable cultivé des germes d'Aspergillus niger ou des levures du genre Candida, qui sont ajoutés au substrat nutritif dans le récipient de fermentation. La fermentation se déroule dans des conditions aérobies, facultativement par émersion ou par submersion, un régime de température et d'aération optimum pour la synthèse des acides étant observé. L'apport d'air à lieu par un filtre d'air stérile et il est réglé en fonction du besoin d'air au cours du déroulement de la fermentation. La fermentation est achevée après un laps de temps de 5 à 12 jours.

  
Environ 50 % à 90 % des composés carbonés transformables sont transformés en acides alimentaires.

  
Les matières contenues non transformées se présentent sous la forme d'acides de fruits, de monosaccharides et de disaccharides propres aux fruits, ainsi que de constituants de pectine, qui peuvent être utilisés. La solution d'acides obtenue de cette manière est retirée des récipients de fermentation et est débarrassée par un procédé de séparation mécanique du résidu de mycélium et de la masse de levures. 

  
La solution d'acides préparée de cette manière est concentrée par un procédé thermique à une teneur en substances sèches et 70 % à 90 % et elle est déposée dans des récipients d'emmagasinage et de transport convenables.

  
Dans le cas d'une autre forme d'application du procédé qui fait l'objet de la présente invention, le but que l'on se propose d'atteindre est réalisé par l'utilisation de matières premières et de produits secondaires de fruits et de légumes qui sont liquéfiés par des procédés mécaniques et/ou thermiques et/ou enzymatiques et qui, après avoir été traités de façon convenable, sont utilisés comme substrats nutritifs. Pour la synthèse microbienne des acides, il est également utilisé des moisissures ou des levures.

  
Selon cette forme de réalisation, le but poursuivi est encore atteint suivant la présente invention par le fait qu'après la séparation mécanique de la biomasse de la solution d'acides, il est procédé par une ultra-filtration à la séparation des matières de haut poids moléculaire qui sont gênantes au point de vue sensoriel, en ordre principal des composés d'albumine. Sont en outre séparés en ordre principal les complexes d'enzymes pectinolytiques et amylolytiques produits au cours de la fermentation par les micro-organismes. Ces préparations d'enzymes extraites en tant que produits secondaires sont ensuite traitées et elles peuvent trouver leur emploi dans l'industrie de traitement des fruits et des légumes, par exemple, dans le cas de la clarification des jus de fruits.

  
On donnera ci-après une plus ample explication du procédé qui fait l'objet de la présente invention en en décrivant un exemple d'application.

  
100 t. de jus de pomme, extrait par le procédé à la presse, avec une proportion de 12,0 % en volume de sucre sous forme de saccharose, de fructose et de glucose, 0,9 % en volume d'acide, ainsi que de la pectine, et une valeur de pH de 3,5 ont été additionnés de sels nutritifs et ont été soumis à la stérilisation dans un transmetteur de chaleur à plaques. Le passage par le transmetteur de chaleur à plaques a assuré un bon mélange. On a fait passer le substrat nutritif stérile dans un appareil de fermentation dans des conditions de stérilité. Une culture de germination de la moisissure Aspergillus niger a été ajoutée au substrat nutritif et y a été uniformément et régulièrement répartie par mise en circulation.

   Le régime de température variable au cours de la marche de la fermentation (chauffage du substrat nutritif dans la phase de germination, refroidissement dans la phase de fermentation) a été obtenu par mise en circulation par un échangeur de chaleur.

  
 <EMI ID=1.1> 

  
dans l'appareil de fermentation par un système de tubes. La transformation des composants carbonés du jus de pomme en acides alimentaires a été terminée après un laps de temps d'environ 8 jours. Il a été obtenu une solution d'acides de la composition qui est indiquée ci-après :

  
8,4 % en volume d'acide citrique,

  
0,9 % en volume d'acide malique et d'acide tartrique,

  
2,0 % en volume de saccharose, de fructose, de pectine à

  
courte chaîne et d'acide galacturonique,

  
ainsi que de faibles quantités d'autres substances contenues dans le jus de pomme. La solution d'acides a été séparée à l'aide d'un filtre à vide tournant du mycélium, lequel trouve son emploi comme produit d'addition à des substances alimentaires.

  
Le produit de la filtration a alors été concentré à une teneur en substance sèche de 80 % à l'aide d'un appareil d'évaporation sous vide à plusieurs étages. Le produit, concentrat d'acides alimentaires ainsi obtenu en une quantité de 14,8 t contenait 66 % d'acides alimentaires. 

  
Revendications.

  
1. Procédé de préparation microbienne d'un concentrât d'acides alimentaires par fermentation aérobie dans des conditions d'émersion ou de submersion, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser comme substrat nutritif des jus de fruits et des jus de légumes obtenus par pressage ou par extraction et/ou à partir des produits de concentration redilués ayant de préférence une teneur en substance sèche de 10 à 20 %, ou des matières premières et des produits secondaires de fruits et de légumes, broyés ou liquéfiés par des procédés mécaniques et/ou thermiques et/ou enzymatiques, et à utiliser comme micro-organismes des moisissures, de préférence du genre Aspergillus niger, ou des levures, de préférence du genre Candida.



  "PROCESS FOR THE MICROBIAL PREPARATION OF A CONCENTRATE OF FOOD ACIDS"

  
Process for the microbial preparation of a concentrate of food acids

  
The present invention relates to a process for preparing a concentrate of food acids by microbial synthesis and thermal compression treatment of acid solutions. The process relates to the aerobic transformation into carbohydrates of the carbohydrate compounds contained in fruit juices and in vegetable juices, as well as in raw materials and secondary products of liquefied fruits and vegetables by mechanical processes and / or thermal and / or enzymatic, this transformation being produced using suitable microorganisms, such as molds or yeasts, under conditions of emersion and submersion.

  
At present, the main answer is the constantly growing need for food acids, mainly citric acid, in the food industry, but also in other branches of the industry, through the use of microbial production processes. In addition, vegetable carbon sources, such as glucose, sucrose and molasses, are transformed into citric acid using microorganisms of the genus Aspergillus niger by surface treatment or submersion processes.
(Müller. G. "Mikrobiologie pflanzlicher Erzeugnisse", Fachbuchverlag Leipzig 1974, AT 345 225, AT 296 194).

  
Other methods of producing citric acid are based on the use of petrochemical hydrocarbon compounds, such as paraffin, with the use of yeasts such as Candida aerob, C. lipolytica (CH
513237, DD 130046), or with the use of bacteria such as Arthrobacter parafinens (CH 496806).

  
Other processes which have previously been developed relate to the microbial preparation of organic acids such as malic acid
(DE 2363285), lactic acid (DE 1947038), tartaric acid (DE 2600589), and organic acids in general (CH 541621).

  
The currently known processes which are intended for the microbial extraction of food acids, in the main order of citric acid, comprise an isolation, a washing and a crystallization of the acid, the separation then being carried out using carbonate basic lead
(DE 1642719), using alkaline salts (AT 320567), as well as by ultra-filtration (DE 2450670), (AT 345761), or also using organic extractants insoluble in l 'water (AT 337130).

  
As far as the methods described are concerned, these are in the main nutrient substrates which, for reasons of food physiology and hygiene or from a sensory point of view, cannot be used directly as acid solution in food products, so that technically complicated and expensive treatments are necessary for the separation, washing and crystallization of acids, so that it can be obtained from food acids suitable for answering for the purpose of obtaining food products.

  
On the other hand, the processes in question are characterized in that it can only be obtained acid concentrations up to
100 g / 1., Which means that the ratio between expenditure and utility is unfavorable.

  
The object of the present invention is to provide a process for the preparation of a concentrate of food acids which is suitable for use directly in food products and in other products, without the need for recourse to complicated and expensive separation, washing and crystallization treatment. In addition, raw materials which are unimaginably suitable from the point of view of food physiology and suitable micro-organisms will be used, the use of which will guarantee a high production of food acids of good quality from a sensory point of view, and it will be the same time provided for additional process phases for the separation of materials and the use of secondary products.

  
The object which has just been stated is achieved according to the present invention, by the use of fruit juices and vegetable juices obtained by pressing or by aqueous extraction, and of fruit juice and rediluted vegetable juice concentrates, as nutritious substrates. These nutritious substrates are characterized by a high content of transformable natural carbon compounds. Flavoring is recommendable, but it is not, however, an essential condition. The nutrient substrate is supplemented with addition materials intended to promote the formation of food acids, such as, for example, nutrient salts, agents for regulating the content of trace elements and enzyme inhibitors, the whole is mixed. and it is set to an optimum pH value between 3 and 4.5.

   The nutritive substrate thus prepared is subjected to sterilization, preferably by heating at high temperature for a short period, and it is placed under sterile conditions in the fermentation vessels. As microorganisms suitable for the purpose pursued, it is first cultivated with Aspergillus niger germs or yeasts of the genus Candida, which are added to the nutritive substrate in the fermentation vessel. The fermentation takes place under aerobic conditions, optionally by emersion or by submersion, an optimum temperature and aeration regime for the synthesis of acids being observed. The air is supplied by a sterile air filter and is adjusted according to the need for air during the course of the fermentation. Fermentation is complete after 5 to 12 days.

  
About 50% to 90% of the transformable carbon compounds are transformed into food acids.

  
The unprocessed contents are in the form of fruit acids, fruit-specific monosaccharides and disaccharides, as well as pectin constituents, which can be used. The acid solution obtained in this way is removed from the fermentation vessels and is freed by a process of mechanical separation of the mycelium residue and the yeast mass.

  
The acid solution prepared in this way is concentrated by a thermal process with a content of dry substances and 70% to 90% and it is placed in suitable storage and transport containers.

  
In the case of another form of application of the process which is the subject of the present invention, the aim which it is proposed to achieve is achieved by the use of raw materials and secondary fruit products and vegetables which are liquefied by mechanical and / or thermal and / or enzymatic processes and which, after being suitably processed, are used as nutrient substrates. For the microbial synthesis of acids, molds or yeasts are also used.

  
According to this embodiment, the object pursued is further achieved according to the present invention by the fact that after the mechanical separation of the biomass from the acid solution, an ultra-filtration is carried out to separate the materials of high molecular weights which are troublesome from a sensory point of view, in the main order of the albumin compounds. The complexes of pectinolytic and amylolytic enzymes produced during fermentation by microorganisms are further separated in main order. These enzyme preparations extracted as secondary products are then processed and they can find their use in the fruit and vegetable processing industry, for example, in the case of clarification of fruit juices.

  
A further explanation of the process which is the subject of the present invention will be given below by describing an example of its application.

  
100 t. apple juice, extracted by the press process, with a proportion of 12.0% by volume of sugar in the form of sucrose, fructose and glucose, 0.9% by volume of acid, as well as pectin, and a pH value of 3.5 were added with nutrient salts and were subjected to sterilization in a plate heat transmitter. The passage through the plate heat transmitter ensured a good mixture. The sterile nutrient substrate was passed through a fermentation apparatus under sterile conditions. A sprout culture of the Aspergillus niger mold was added to the nutrient substrate and was uniformly and evenly distributed therein by circulation.

   The variable temperature regime during the course of the fermentation (heating of the nutritive substrate in the germination phase, cooling in the fermentation phase) was obtained by circulation by a heat exchanger.

  
 <EMI ID = 1.1>

  
in the fermentation apparatus by a system of tubes. The transformation of the carbon components of apple juice into food acids was completed after a period of about 8 days. An acid solution of the composition which is indicated below was obtained:

  
8.4% by volume of citric acid,

  
0.9% by volume of malic acid and tartaric acid,

  
2.0% by volume of sucrose, fructose, pectin to

  
short chain and galacturonic acid,

  
as well as small amounts of other substances found in apple juice. The acid solution was separated using a rotating vacuum filter from the mycelium, which finds use as an additive to food substances.

  
The filtration product was then concentrated to a dry substance content of 80% using a multistage vacuum evaporation apparatus. The product, a concentrate of food acids thus obtained in an amount of 14.8 tonnes, contained 66% of food acids.

  
Claims.

  
1. Method for the microbial preparation of a concentrate of food acids by aerobic fermentation under conditions of emersion or submersion, characterized in that it consists in using as nutritive substrate fruit juices and vegetable juices obtained by pressing or by extraction and / or from the diluted concentration products preferably having a dry substance content of 10 to 20%, or from the raw materials and secondary products of fruits and vegetables, crushed or liquefied by mechanical processes and / or thermal and / or enzymatic, and to be used as microorganisms molds, preferably of the genus Aspergillus niger, or yeasts, preferably of the genus Candida.

Claims

2. Method according to claim 1, characterized in that the nutritive substrate is optimized by means of nutritive salts, agents regulating the content of trace elements and enzyme inhibitors, and is adjusted to a pH value of 3 to 4.5.

3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that after fermentation, the biomass is separated from the food acid solution.

4. Method according to claims 1 and 2, characterized in that, if necessary, the materials of high molecular weight, in principal order the albumin compounds, are separated from the food acid solution by ultra-filtration.

5. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the complexes of pectinolytic and amylolitic enzymes are separated as secondary products by ultra-filtration.

6. Method according to claims 1 to 5, characterized in that the food acid solution is concentrated, preferably from 70% to 90% of dry mass.

7. Concentrate of food acids characterized in that it is prepared by the process according to claims 1 to 6.