Verfahren zur Herstellung von Präparaten gefriergetrockneter Bakterienkulturen mit verlängerter
Lebensfähigkeit zur Verwendung als Nahrungs- und Futtermittelzusatz
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Präparaten gefriergetrockneter Bakterienkulturen, deren Lebensfähigkeit selbst bei ungünstigen Aufbewahrungsund Lagerungsbedingungen bedeutend verlängert ist. Die nach diesem Verfahren hergestellten lyophilisierten Bakterienkulturen sind als Nahrungs- und Futtermittelzusatz verwendbar und zeichnen sich durch verbesserte Eigenschaften, z. B. in bezug auf die Dosierung, sowie die Suspendierung in flüssigen und festen Vehikeln aus.
Es wird bereits seit langem versucht, mit Kulturen von Bakterien, z. B. Milchsäurebakterien die Verdauung zu fördern.
Der Erfolg derartiger Versuche ist in erster Linie abhängig von der Lebensfähigkeit der aufgenommenen Bakterien. Insbesondere die Milchsäurebakterien besitzen jedoch in den ihnen zuträglichen natürlichen oder künstlichen Vermehrungssubstraten nur eine begrenzte Lebensfähigkeit, da sie in der von ihnen selbst gebildeten Säure nach Erreichen eines Grenz-pH Wertes schliesslich zu Grunde gehen. Ein Präparat dieser Art muss also immer frisch bereitet sein. Die Dosierbarkeit ist erschwert, da der Keimgehalt, d. h. die Anzahl lebensfähiger Organismen in der jeweiligen Dosierungseinheit zum Zeitpunkt des Verbrauchs nur durch jeweilige umfangreiche bakteriologische Kontrollen festgestellt werden kann.
Einen bedeutenden Fortschritt in der Verwendung lebender Mikroorganismen stellte die Möglichkeit der Gefriertrocknung der Kulturen dar. Dabei werden lebende Bakterien durch schnelles Einfrieren und Trocknen im Vakuum in ein Ruhestadium versetzt. Ihr Stoffwechsel wird abrupt unterbrochen. Sie sind aber nur konserviert, d. h. sie können durch Zusatz des entzogenen Wassers wieder in einen lebensfähigen Zustand versetzt werden.
Die Haltbarkeit, d. h. Überlebensrate dieser gefriergetrockneten Kulturen hängt jedoch vor allem davon ab, dass der bei der Gefriertrocknung erreichte Trockenzustand während der Lagerung im wesentlichen erhalten bleibt. Die im gefriergetrockneten Substrat enthaltene Restfeuchtigkeit darf nicht zu sehr ansteigen, da sonst die im trockenen Zustand sistierten Stoffwechselvorgänge wieder einsetzen. Bei einer Lagerung derartiger gefriergetrockneter Bakterien mit der Möglichkeit des Zutritts von normaler atmosphärischer Luft saugt das Lyophilisat beständig Feuchtigkeit auf. Der Stoffwechsel der Bakterien kann dann nach einiger Zeit insbesondere bei normalen Temperaturen wieder beginnen, wodurch sich der Nährstoffvorrat in der Zelle erschöpft bzw. Säurebildung eintritt und das Bakterium abstirbt.
Die bekannten Bakterien-Lyophilisate erfordern daher zur Erhaltung der Lebensfähigkeit der Kulturen eine spezielle Verpackung und Lagerung, d. h. Fernhaltung von Feuchtigkeit und Aufbewahrung bei Temperaturen unterhalb des Wachstums- und Vermehrungs-Minimums, z. B. im Eisschrank.
Jedes Bakterien-Lyophilisat, das seiner Verwendung zugeführt werden soll, muss jedoch vom Hersteller schon dosiert abgepackt, transportiert und zum Verkauf vorrätig gehalten werden.
Unweigerlich wird es dabei den oben genannten schädlichen Einwirkungen ausgesetzt. Die Absterberate ist daher relativ gross, je nach der Intensität der Einflüsse.
Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, um diese schädlichen Einflüsse bei der Lagerung zu vermindern, z. B. die Verpackung in luftdichtschliessenden Behältnissen, in denen vorzugsweise zusätzlich ein Trocknungsmittel enthalten ist oder das Aufbewahren unter Vakuum, oder das Pressen des Lyophilisatpulvers zu kompakten Einheiten, bei denen dann nur die Aussenbezirke der Feuchtigkeitseinwirkung ausgesetzt sind.
Allen diesen Verfahren haften jedoch Nachteile an, weshalb Aufgabe der Erfindung darin zu sehen ist, einVerfahren zu schaffen, das die Abpackung, Transportierung und Aufbewahrung lyophilisierter Bakterienkulturen mit möglichst geringer Absterberate auch bei längerer Lagerung gewährleistet, wobei die Bakterien trotzdem in einer Form vorliegen, bei der sie nach der Aufnahme sogleich wieder ihre biologische Aktivität erlangen und vermehrungsfähig sind.
Gelöst wird nun die Aufgabe durch das erfindungsgemässe Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die trokkenen Bakterien in vorzugsweise wasserfreie, flüssige oder leicht schmelzbare feste Glyceride von Fettsäuren einbettet, wobei man im Falle der festen Glyceride diese vorzugsweise auf Temperaturen wenig oberhalb des Schmelzpunktes erwärmt. Dabei ist zu beachten, dass die Fette, im menschlichen oder tierischen Organismus löslich, resorbierbar und physiologisch unbedenklich sind. Geeignet sind insbesondere die natürlichen Triglyceride, aber auch Mono- und Diglyceride sowie Gemische dieser Glyceride, wie sie z. B. als Suppositorienmasse dienen, können verwendet werden, um die lyophilisierten Bakterien gegenüber dem Einfluss von Feuchtigkeit zu schützen. Synthetische Öle und Fette wie Mineralöle oder Silicone sind nicht geeignet, obwohl diese besonders chemisch inert sind.
Sie mögen zwar die Lyophilisate ebenfalls schützen gegen den Einfluss von Luftfeuchtigkeit usw. Jedoch stellen sie biolgisch gesehen Fremdstoffe dar, welche die Entwicklung der Bakterien nach der Aufnahme hemmen. Auch werden diese Stoffe vom menschlichen bzw. tierischen Körper nicht resorbiert, wodurch eine Verfütterung beim Menschen bzw. beim Tier sowieso fraglich erscheint.
Beispiel 1
Für die Einbettung wird ein Neutralfettgemisch mit einem Schmelzpunkt von 33 bis 440C verwendet. Die Fettmischung besteht aus Triglyceriden von gesättigten Fettsäuren der Kettenlänge C10 bis CO2, vorzugsweise von C12 bis Ct8. Die Jodzahl der verwendeten Triglyceride liegt unter 3.
Das Verfahren der Einbettung geschieht folgendermassen: Mittels eines Rührwerkes wird das Pulver aus in bekannter Weise lyophilisierten Milchsäurebakterien in das verflüssigte Neutralfettgemisch, das in einem Thermostaten bei Temperaturen von nicht mehr als 450C gehalten wird, nach und nach eingerührt, bis die Konzentration der Bakterien, je nach der Zweckbestimmung des Fertigproduktes eine Konzentration zwischen 40 bis 80 Gewichtsprozenten an der Gesamtmenge des Fertigproduktes erreicht hat. Das Rühren wird so lange fortgesetzt, bis eine homogene Masse entstanden ist. Man kann die Gesamtmasse nach dem durch das Erkalten bedingten Erstarren in Teilchen verschiedener Grösse zerkleinern, je nach den Erfordernissen der jeweiligen Verwendung.
Beispiel 2
Für die Einbettung wird ein Neutralölgemisch verwendet, bestehend aus Triglyceriden der geradzahligen, gesättigten Fettsäuren der Kettenlänge C6 bis C12, deren Jodzahl unter 3 liegt. Auch hierbei wird das Lyophilisatpulver mit Hilfe eines Rührwerkes in das bei Zimmertemperatur flüssige Neutralölgemisch bis zu den bereits genannten Konzentrationen zwischen 40 und 80 Gewichtsprozenten homogen eingearbeitet.
Das Produkt besitzt eine pastenartige Konsistenz.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird eine geringere Absterberate der lebensfähigen Keime erreicht, als in den gleichen unbehandelten Lyophilisatproben. Dieser Unterschied ist besonders gross bei einer Aufbewahrung unter ungünstigen Bedingungen, z. B. bei Zimmertemperatur oder insbesondere in den Tropen.
Bei Säuglingen ist insbesondere die Zufütterung des Bifidus Bakteriums erwünscht. Erfindungsgemäss lassen sich auf diese Weise haltbare Bifidus-Präparate herstellen.
Bei einem Zerkleinern der festen Lyophilisat-Neutralfett Mischung zu kleinen Partikeln von 1 bis 2 mm Durchmesser ergibt sich zwar keine so starke Verbesserung hinsichtlich der Überlebensrate im Vergleich zum entsprechenden unbehandelten Lyophilisat, der Vorteil einer Einbettung besteht jedoch in der Möglichkeit einer besseren Handhabung bei der Abfüllung und Dosierung.
Eine Beimischung zu diätetischen Lebensmitteln durch die einzelnen Hersteller ist ebenfalls leichter möglich und sicherer, da durch die Neutralfetteinbettung Reaktionen mit dem jeweiligen Substrat vermieden werden, sofern keine Erwärmung im Bereich von 33 bis 440C und darüber hinaus erfolgt.
Besondere Bedeutung besitzt das in Fette eingebettete Lyophilisat für die Anwendung in der Tierernährung, bei der dieses Produkt Futtermischungen mit einer geringeren Gefahr der Entmischung beigefügt werden kann.
Bei Einbettung in ein Neutralölgemisch, wie es in Beispiel 2 gezeigt ist, haben sich die geringsten Absterberaten gezeigt.
Hierbei scheint bereits durch einen schützenden Ölfilm die Aufnahme von Feuchtigkeit aus der atmosphärischen Luft so weitgehend verhindert zu sein, dass selbst unter ungünstigen Lagerungsbedingungen bei Zimmertemperatur und bei grossflächigem Luftzutritt die Zahl lebensfähiger Keime nur ganz langsam abnimmt und im Vergleich zum unbehandelten Lyophilisat eine überraschend hohe Stabilisierung des Produktes hinsichtlich eines angestrebten lebensfähigen Mindestkeimgehalts erreicht wird.
Der Schutzumfang des Patentes ist beschränkt durch Art. 2, Ziff. 2 PatG.
Process for the production of preparations of freeze-dried bacterial cultures with extended
Viability for use as a food and feed additive
The invention relates to a process for the production of preparations of freeze-dried bacterial cultures, the viability of which is significantly prolonged even under unfavorable keeping and storage conditions. The lyophilized bacterial cultures produced by this process can be used as food and feed additives and are characterized by improved properties, e.g. B. with regard to the dosage, as well as the suspension in liquid and solid vehicles.
Attempts have been made for a long time with cultures of bacteria, e.g. B. Lactic acid bacteria to promote digestion.
The success of such attempts is primarily dependent on the viability of the bacteria ingested. However, lactic acid bacteria in particular have only a limited viability in the natural or artificial propagation substrates that are beneficial for them, since they ultimately perish in the acid they produce themselves after reaching a limit pH value. A preparation of this kind must always be freshly prepared. Dosing is difficult because the germ content, d. H. the number of viable organisms in the respective dosage unit at the time of consumption can only be determined by means of extensive bacteriological controls.
The possibility of freeze-drying the cultures represented a significant advance in the use of living microorganisms. Here, living bacteria are put into a dormant state by rapid freezing and drying in a vacuum. Your metabolism is interrupted abruptly. But they are only preserved, i.e. H. they can be returned to a viable state by adding the removed water.
The shelf life, i.e. H. However, the survival rate of these freeze-dried cultures depends above all on the fact that the dry state achieved during freeze-drying is essentially maintained during storage. The residual moisture contained in the freeze-dried substrate must not increase too much, otherwise the metabolic processes that had stopped in the dry state would start again. If such freeze-dried bacteria are stored with the possibility of access to normal atmospheric air, the lyophilizate constantly absorbs moisture. The metabolism of the bacteria can then start again after some time, especially at normal temperatures, as a result of which the nutrient supply in the cell is exhausted or acid formation occurs and the bacterium dies.
The known bacterial lyophilizates therefore require special packaging and storage in order to maintain the viability of the cultures; H. Keeping out moisture and storing at temperatures below the minimum growth and reproduction, e.g. B. in the refrigerator.
Every bacterial lyophilisate that is to be used must, however, be packed, transported and kept in stock for sale by the manufacturer.
It is inevitably exposed to the above-mentioned harmful effects. The death rate is therefore relatively high, depending on the intensity of the influences.
Various methods are already known to reduce these harmful effects during storage, e.g. B. the packaging in airtight containers, which preferably also contain a desiccant or the storage under vacuum, or the pressing of the lyophilizate powder into compact units, in which only the outer districts are exposed to the action of moisture.
However, all of these methods have disadvantages, which is why the object of the invention is to create a method which ensures the packaging, transport and storage of lyophilized bacterial cultures with the lowest possible death rate even with prolonged storage, the bacteria nevertheless being present in a form which they immediately regain their biological activity after ingestion and are capable of reproduction.
The object is now achieved by the method according to the invention, which is characterized in that the dry bacteria are embedded in preferably anhydrous, liquid or easily meltable solid glycerides of fatty acids, with the solid glycerides preferably being heated to temperatures a little above the melting point . It should be noted that the fats are soluble, absorbable and physiologically harmless in the human or animal organism. Particularly suitable are the natural triglycerides, but also mono- and diglycerides and mixtures of these glycerides, as they are, for. B. serve as a suppository mass, can be used to protect the lyophilized bacteria against the influence of moisture. Synthetic oils and fats such as mineral oils or silicones are not suitable, although these are particularly chemically inert.
They may also protect the lyophilizates against the influence of air humidity, etc. However, from a biological point of view they represent foreign substances which inhibit the development of bacteria after ingestion. These substances are also not absorbed by the human or animal body, which means that feeding in humans or animals appears questionable anyway.
example 1
A neutral fat mixture with a melting point of 33 to 440C is used for embedding. The fat mixture consists of triglycerides of saturated fatty acids with a chain length of C10 to CO2, preferably from C12 to Ct8. The iodine number of the triglycerides used is below 3.
The process of embedding is carried out as follows: Using a stirrer, the powder from lactic acid bacteria lyophilized in a known manner is gradually stirred into the liquefied neutral fat mixture, which is kept in a thermostat at temperatures of no more than 450C, until the concentration of bacteria, depending according to the intended use of the finished product has reached a concentration between 40 to 80 percent by weight of the total amount of the finished product. Stirring is continued until a homogeneous mass has formed. After the solidification caused by cooling, the total mass can be broken up into particles of various sizes, depending on the requirements of the particular use.
Example 2
A neutral oil mixture is used for embedding, consisting of triglycerides of the even-numbered, saturated fatty acids with a chain length of C6 to C12, the iodine number of which is below 3. Here, too, the lyophilizate powder is homogeneously incorporated into the neutral oil mixture, which is liquid at room temperature, with the aid of a stirrer up to the concentrations already mentioned between 40 and 80 percent by weight.
The product has a paste-like consistency.
The method according to the invention achieves a lower death rate of the viable germs than in the same untreated lyophilizate samples. This difference is particularly great when stored under unfavorable conditions, e.g. B. at room temperature or especially in the tropics.
In the case of infants, the feeding of the bifidus bacterium is particularly desirable. According to the invention, durable bifidus preparations can be produced in this way.
When the solid lyophilisate-neutral fat mixture is broken up into small particles with a diameter of 1 to 2 mm, there is no such great improvement in the survival rate compared to the corresponding untreated lyophilisate, but the advantage of embedding is the possibility of better handling during filling and dosage.
Adding them to dietetic foods by the individual manufacturers is also easier and safer, since the embedding of neutral fat prevents reactions with the respective substrate, provided that there is no heating in the range of 33 to 440C and beyond.
The lyophilisate embedded in fats is of particular importance for use in animal nutrition, where this product can be added to feed mixes with a lower risk of separation.
When embedding in a neutral oil mixture, as shown in Example 2, the lowest mortality rates have been shown.
A protective oil film seems to prevent the absorption of moisture from the atmospheric air to such an extent that even under unfavorable storage conditions at room temperature and with large areas of air ingress the number of viable germs only decreases very slowly and, compared to untreated lyophilisate, a surprisingly high level of stabilization of the product is achieved with regard to a targeted minimum viable germ content.
The scope of protection of the patent is limited by Art. 2, No. 2 PatG.