Es ist bekannt, dass man durch Aufschliessen von Hefezellen aus dem Inhalt derselben verschiedene wertvolle Stoffe, insbesondere zum Beispiel Proteinsubstanzen, gewinnen kann.
Für das Aufbrechen oder Zerstören der Zellwände der Hefezellen zum Zugänglichmachen ihres Inhaltes gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie chemische, thermische und mechanische Verfahren. So kann man beispielsweise in chemischen Verfahren die Zellwände durch Lösungsmittel mindestens teilweise auflösen. Solche chemischen Verfahren haben den Nachteil, dass die Lösungsmittel auch den Zellinhalt beeinflussen und schädigen können und dass es sehr oft schwierig oder praktisch unmöglich ist, die Lösungsmittel von den zu gewinnenden Produkten anschliessend wieder vollständig zu trennen. Insbesondere wenn die Produkte später in Nahrungsmitteln verwendet werden sollen, sind auch Spuren von den eingesetzten Lösungsmitteln in den Produkten oft unzulässig. Zudem sind diese chemischen Verfahren relativ kompliziert und für den grosstechnischen Einsatz wenig geeignet.
Von den bekannten thermischen Verfahren, bei welchen die Zellwände der Hefezellen durch Wärmeeinwirkungen zum Platzen gebracht werden, wird insbesondere das folgende häufig verwendet: Man schleudert eine Suspension der aufzuschliessenden Hefezellen gegen eine heisse Platte, wobei die Hefezellen, wenn sie mit der Platte in Berührung kommen, plötzlich erhitzt werden und mindestens teilweise platzen.
Auch dieses Verfahren, welches heute im grosstechnischen Masstab praktisch ausschliesslich angewandt wird, weil es kontinuierlich durchführbar ist, ist relativ umständlich und aufwendig. Zudem kann durch die Wärmeeinwirkung auch bei diesem Verfahren der Zellinhalt geschädigt werden, und wenn man aus diesem Grund die Wärmeeinwirkung kleiner macht, d. h. die Temperatur der genannten Platte reduziert, dann nimmt der Prozentsatz der aufgeschlossenen Hefezellen stark ab.
Um Hefezellen im Labormasstab auf mechanischem Wege möglichst schonend aufzuschliessen, ist auch schon versucht worden, in einem Reagenzglas in einer Suspension von Hefezellen und Glasperlen die Glasperlen mittels eines Vibrators oder Vibromischers zum Vibrieren zu bringen, wobei die Hefezellen durch aufeinanderprallende Glasperlen zerquetscht werden. Dieses chargenweise durchgeführte Verfahren wäre natürlich zum Aufschliessen von Hefezellen im grosstechnischen Masstab ungeeignet. Zudem besitzt dieses Verfahren den Nachteil, dass in der Suspension von vibrierenden Glasperlen im Reagenzglas tote Zonen entstehen können, wo die Vibration der Perlen ungenügend ist und wo sich nicht aufgeschlossene Hefezellen ansammeln können. Auch müssen anschliessend in einer zusätzlichen Operation die mehr oder weniger aufgeschlossenen Hefezellen wieder von den Glasperlen getrennt werden.
Es wurde nun gefunden, dass es, ausgehend von dem letztgenannten bekannten Verfahren, möglich ist, ein kontinuierliches Verfahren zu schaffen, welches in grosstechnischem Masstab durchführbar ist, wobei gleichzeitig auch die anderen genannten Nachteile des bekannten Verfahrens vermieden werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufschliessen von Hefezellen, wobei man in einer Suspension der Hefezellen vibrierende Perlen auf die Zellen einwirken lässt, dadurch gekennzeichnet, dass man die Suspension der Hefezellen in einem kontinuierlichen Strom von einem Einlass zu einem Auslass durch ein Gefäss führt, in welchem in der Suspension eine Zone vibrierender Perlen derart aufrecht erhalten wird, dass die beim Einlass zugeführten Hefezellen diese Zone durchqueren müssen, bevor sie den Auslass erreichen.
Die Perlen können dabei mindestens teilweise dauernd in dem Gefäss verbleiben, wobei also die Trennung der aufgeschlossenen Hefezellen von den Perlen in dem Gefäss selbst erfolgen kann. Besonders vorteilhaft kann hierbei die Suspension der Hefezellen unten in das Gefäss eingeführt und aus einem oberen Teil des Gefässes abgeführt werden, wobei die Trennung der aufgeschlossenen Hefezellen von den Perlen durch Flotation, unterstützt von Verdrängung durch die nachströmende Suspension, bewirkt werden kann. Es ist natürlich auch möglich, die Perlen, die einem gewissen Verschleiss ausgesetzt sind, in relativ langsamem Strom kontinuierlich aus dem Gefäss abzuziehen und durch frische Perlen zu ersetzen.
wobei dieser langsame Strom der Perlen im Gegenstrom.
Querstrom oder Gleichstrom zur Hefesuspension geführt werden kann.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Gefäss. in welchem Hefezellen aufgeschlossen werden, schematisch dargestellt.
Gemäss der Zeichnung wird eine Suspension von aufzuschliessenden Hefezellen in Wasser oder einer wässrigen Lösung, insbesondere einer Pufferlösung. aus einer Leitung 1 über einen Einlass 2 in den unteren Teil eines kreiszylindri- schen Gefässes 3 in kontinuierlichem Strom eingeführt. In dem Gefäss ist ein Vibratorglied 4 angeordnet. das über einen Stössel 5 in vertikale Vibration versetzt wird. z. B. mit einer Frequenz von etwa 50 Hz. Ferner befinden sich in der Flüssigkeit, die im Gefäss etwa bis zur Höhe a steht, Perlen, die vom Vibratorglied 4 zum Vibrieren gebracht werden. Im vibrierenden Zustand, wobei die Perlen miteinander zusammenstossen und Hefezellen zwischen sich zerquetschen. reichen die Perlen etwa bis zur Höhe b.
Die Perlen können insbesondere Glasperlen oder Glaskügelchen von etwa 0.5 mm Durchmesser sein; stattdessen könnten aber auch die Perlen aus anderem Material, z. B. aus Stahl, Rubin. Saphir usw., verwendet werden. Im ruhenden Zustand, d. h. bei abgestelltem Vibrator.
wäre die Dicke der Perlenschicht z. B. etwa 2 bis 3 mal kleiner als im vibrierenden Zustand.
Es ist klar, dass man mit dem Vibratorglied A. das zusätzlich in bekannter Weise eine Zirkulation nach den Pfeilen P bewirkt, relativ leicht im mittleren Teil des Gefässes 3 eine sich über den ganzen Querschnitt des Gefässes erstreckende Zone, in der die Perlen maximal vibrieren. aufrecht erhalten kann, insbesondere wenn der Gefässquerschnitt kreisrund ist.
Statt mit dem Vibratorglied 4 könnte man eine solche Zone aber gewünschtenfalls auch in anderer Weise erzeugen: so könnte man beispielsweise in oder an dem Gefäss 3 eine oder mehrere Schall- oder Ultraschallquellen in geeigneter Weise anordnen. Durch diese Zone maximaler Vibration müssen alle Hefezellen, die durch den Einlass 2 zugeführt werden. hindurchtreten, bevor sie einen im oberen Teil des Gefässes angeordneten Auslass 6 erreichen. Damit wird sichergestellt. dass ein maximaler Prozentsatz der den Auslass 6 erreichenden Hefezellen aufgeschlossen ist, auch wenn sich in toten Räumen, etwa in den unteren Ecken des Gefässes. vorübergehend nicht aufgeschlossene Hefezellen aufhalten können.
Der Auslass 6 kann einfach ein Überlauf sein; gewünschtenfalls könnte man aber die Suspension der aufgeschlossenen Hefezellen auch in anderer Weise aus dem oberen Teil des Gefässes 3 oberhalb der Perlenvibrationszone kontinuierlich abziehen.
In dem anhand der Zeichnung beschriebenen Verfahren ist die Tatsache besonders vorteilhaft, dass die aufgeschlossenen Hefezellen innerhalb des Gefässes 3 selbsttätig wieder von den Perlen getrennt werden, nachdem sie die Zone maximaler Perlenvibration durchlaufen haben. da die Perlen von der Schwerkraft im wesentlichen unterhalb der Höhe b gehalten werden, so dass im wesentlichen nur die Hefezellensuspension den Auslass 6 erreichen kann. Die Trennung der Hefezellen von den Perlen erfolgt also gewissermassen durch Flotation.
und sie wird noch dadurch unterstützt, dass die aufgeschlossenen Hefezellen von der nachströmenden Suspension nach oben verdrängt werden.
Gewünschtenfalls kann man aber auch auf diese besondere Art der Trennung verzichten; die Vorteile des möglichst vollständigen Aufschlusses und der kontinuierlichen Arbeitsweise lassen sich auch erzielen. wenn man die Hefesuspension in anderer Weise durch die Zone maximaler Perlenvibration hindurchführt. Beispielsweise könnte man eine aufzuschliessende Hefesuspension oben beim Durchlass 6 zuführen und unten beim Durchlass 2 abführen und dabei mittels eines Siebes 7 im Durchlass 2 die Perlen zurückhalten. Es wäre ferner auch möglich, die Trennung der aufgeschlossenen Hefe von den Perlen ausserhalb des Gefässes vorzunehmen, d. h., die Hefesuspension und die Perlen gemeinsam, im Gleichstrom (von oben nach unten oder von unten nach oben) durch das Gefäss zu führen.
Dabei kann die Trennung mittels irgend welcher geeigneter bekannter Trennverfahren, wie Filtrieren, Zentrifugieren, Flotation usw., erfolgen. und die abgetrennten Perlen können wieder der frisch zugeführten Suspension von aufzuschliessenden Hefezellen zugesetzt werden.
Die beschriebenen Verfahren eignen sich vorzüglich für den kontinuierlichen Dauerbetrieb. Dabei sind die Perlen natürlich einem gewissen Verschleiss ausgesetzt. Um nun ein Stillsetzen des Verfahrens zum Auswechseln der Perlen auch nach längerer Zeit unnötig zu machen, kann man vorzugsweise kontinuierlich Perlen aus dem Gefäss oder, bei dem zuletzt geschilderten Verfahren, aus dem Perlenkreislauf entfernen und durch frische Perlen ersetzen, und zwar mit einer (im Vergleich zur mittleren resultierenden Geschwindigkeit der Hefezellen) relativ langsamen, dem Perlenverschleiss angepassten Geschwindigkeit.
Hierfür bieten sich verschiedene Möglichkeiten. Bei dem zuletzt geschilderten Verfahren werden die Perlen im Gleichstrom mit der Hefesuspension durch das Gefäss geführt. Bei anderen Verfahren kann man einen relativ langsamen Strom von Perlen durch das Gefäss im Querstrom oder im Gegenstrom zum Strom der Hefesuspension erzeugen, wobei kontinuierlich frische Perlen zugeführt und mehr oder weniger verbrauchte Perlen abgeführt werden.
Wenn beispielsweise die Hefesuspension wie beschrieben von oben nach unten vom Durchlass 6 zum Durchlass 2 geführt wird, dann kann man frische Perlen in geringer Menge mit der Hefesuspension durch den Durchlass 6 zuführen und verbrauchte Perlen durch einen zusätzlichen unteren Auslass 8 (in der Zeichnung in unterbrochenen Linien angedeutet) oder durch einen zusätzlichen oberen Auslass 9 (ebenfalls in unterbrochenen Linien angedeutet), der etwa auf der
Höhe b liegt, langsam abführen. Man könmte auch Perlen bei
8 zuführen und bei 9 abführen oder umgekehrt.
Wenn die Hefesuspension in der zuerst geschilderten, bevorzugten Weise von unten nach oben vom Einlass 2 zum
Auslass 6 geführt wird, dann kann man wieder Perlen bei 8 zuführen und bei 9 wieder abführen oder umgekehrt. Das
Abführen einer geringen Menge von Perlen kann auch durch den Auslass 6 erfolgen, wenn dieser etwas tiefer als dargestellt liegt, so dass er die Höhe b noch tangiert.
Andererseits kann der Auslass 6 auch zum Zuführen von Perlen im Gegenstrom zur Hefesuspension verwendet werden. Ähnlich können Perlen auch durch den Einlass 2 in geringer Menge zu- oder abgeführt werden, wenn man das Sieb 7 weglässt: Wenn die Strömung in der Leitung 1 so stark ist, dass sie das Eindringen von Perlen in die Leitung 1 verhindert, dann kann eine geringe Menge
Perlen mit der Hefesuspension durch den Einlass zugeführt werden; wenn dagegen die Strömung in der Leitung 1 kleiner ist. dann können Perlen im Gegenstrom zur Hefesuspension durch den Einlass 2 abgeführt werden.
Beispiel
Es wurde ein Gefäss der in der Zeichnung dargestellten Art mit einem Innendurchmesser von 3,5 cm verwendet, in welchem sich etwa 35 g Glasperlen von etwa 0,5 mm Durchmesser befanden. Durch den Einlass 2 wurde eine Suspension von aufzuschliessenden Hefezellen in einer wässrigen Pufferlösung zugeführt, welche Suspension zusammengesetzt war aus 1 kg Presshefe + 350 ml Pufferlösung auf 1,3 Liter Suspension.
Die Durchflussgeschwindigkeit der Suspension durch das Gefäss betrug etwa 3-5 ml/min, wobei sich stets etwa 35 ml Suspension im Gefäss befanden. Das in die Suspension mit den Perlen eingetauchte Vibratorglied 4 hatte einen Durchmesser von 2 cm und wurde mit 50 Hz betrieben. Aus der das Gefäss verlassenden Suspension aufgeschlossener Hefezellen konnte durch Zentrifugieren mit der Ultrazentrifuge aus ursprünglich 1 kg Presshefe ein Extrakt gewonnen werden, das nach Verdünnen auf 1,5 Liter 20-25 mg Protein pro ml enthielt.
In diesem Beispiel wurde in relativ kleinem Masstab gearbeitet. Für die grosstechnische Anwendung des beschriebenen Verfahrens wird man selbstverständlich grössere Gefässe einsetzen, wobei die Gefässgrösse lediglich begrenzt ist durch das Erfordernis. dass in dem Gefäss eine Zone möglichst gleichmässig starker Vibration der Perlen erzeugt werden soll, durch die alle Hefezellen zwischen dem Einlass und dem Auslass hindurchtreten müssen. Mit geeigneten Vibrationserzeugern. wie z. B. Schall- oder Ultraschallquellen, kann man eine solche durchgehende Vibrationszone auch in relativ grossen Gefässen aufrechterhalten. Schliesslich können selbstverständlich, zur weiteren Erhöhung der aufgeschlossenen Hefemenge.
mehrere Gefässe parallelgeschaltet werden.
It is known that by disrupting yeast cells, various valuable substances, in particular protein substances, for example, can be obtained from their contents.
There are various possibilities for breaking open or destroying the cell walls of the yeast cells in order to make their contents accessible, such as chemical, thermal and mechanical processes. In chemical processes, for example, the cell walls can be at least partially dissolved using solvents. Such chemical processes have the disadvantage that the solvents can also influence and damage the cell content and that it is very often difficult or practically impossible to then completely separate the solvents from the products to be recovered. Especially if the products are to be used later in food, traces of the solvents used in the products are often inadmissible. In addition, these chemical processes are relatively complicated and unsuitable for large-scale use.
Of the known thermal processes in which the cell walls of the yeast cells are burst by the effects of heat, the following in particular is frequently used: A suspension of the yeast cells to be disrupted is thrown against a hot plate, the yeast cells when they come into contact with the plate , are suddenly heated and at least partially burst.
This process, which is practically exclusively used today on a large-scale technical scale because it can be carried out continuously, is also relatively cumbersome and expensive. In addition, the cell contents can also be damaged by the effect of heat in this method, and if the heat effect is reduced for this reason, i.e. H. If the temperature of the said plate is reduced, then the percentage of disrupted yeast cells decreases sharply.
In order to mechanically break down yeast cells on a laboratory scale as gently as possible, attempts have already been made to vibrate the glass beads in a test tube in a suspension of yeast cells and glass beads using a vibrator or vibromixer, the yeast cells being crushed by colliding glass beads. This process carried out in batches would of course be unsuitable for disrupting yeast cells on a large-scale technical scale. In addition, this method has the disadvantage that dead zones can arise in the suspension of vibrating glass beads in the test tube, where the vibration of the beads is insufficient and where undigested yeast cells can accumulate. The more or less disrupted yeast cells must then be separated again from the glass beads in an additional operation.
It has now been found that, starting from the last-mentioned known method, it is possible to create a continuous method which can be carried out on an industrial scale, while at the same time also avoiding the other mentioned disadvantages of the known method.
The invention relates to a method for disrupting yeast cells, wherein vibrating beads are allowed to act on the cells in a suspension of the yeast cells, characterized in that the suspension of the yeast cells is conducted in a continuous stream from an inlet to an outlet through a vessel, in which a zone of vibrating pearls is maintained in the suspension in such a way that the yeast cells supplied at the inlet must pass through this zone before they reach the outlet.
The pearls can remain at least partially permanently in the vessel, so the separation of the disrupted yeast cells from the pearls in the vessel itself can take place. The suspension of the yeast cells can particularly advantageously be introduced into the vessel at the bottom and discharged from an upper part of the vessel, whereby the separation of the disrupted yeast cells from the beads can be effected by flotation, supported by displacement by the suspension flowing in. It is of course also possible to continuously withdraw the pearls, which are exposed to a certain amount of wear and tear, from the vessel in a relatively slow flow and to replace them with fresh pearls.
this slow flow of pearls in countercurrent.
Cross flow or direct current can be passed to the yeast suspension.
Exemplary embodiments of the method according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
In the drawing there is a vessel. in which yeast cells are disrupted, shown schematically.
According to the drawing, a suspension of yeast cells to be disrupted in water or an aqueous solution, in particular a buffer solution. Introduced from a line 1 via an inlet 2 into the lower part of a circular cylindrical vessel 3 in a continuous flow. A vibrator member 4 is arranged in the vessel. which is set in vertical vibration via a plunger 5. z. B. at a frequency of about 50 Hz. Furthermore, there are pearls in the liquid, which is in the vessel approximately up to level a, which are made to vibrate by the vibrator member 4. In a vibrating state, the pearls colliding with each other and crushing yeast cells between them. the pearls reach about the height b.
In particular, the beads can be glass beads or glass spheres with a diameter of about 0.5 mm; Instead, however, the beads could also be made of other material, e.g. B. made of steel, ruby. Sapphire, etc., can be used. In the resting state, i.e. H. with the vibrator switched off.
the thickness of the pearl layer would be e.g. B. about 2 to 3 times smaller than in the vibrating state.
It is clear that with the vibrator member A., which also causes a circulation according to the arrows P in a known manner, relatively easily in the middle part of the vessel 3 a zone extending over the entire cross section of the vessel, in which the pearls vibrate maximally. can be maintained, especially if the cross-section of the vessel is circular.
Instead of using the vibrator member 4, however, such a zone could, if desired, also be generated in a different manner: for example, one or more sound or ultrasound sources could be arranged in or on the vessel 3 in a suitable manner. All yeast cells that are supplied through inlet 2 must pass through this zone of maximum vibration. pass before they reach an outlet 6 arranged in the upper part of the vessel. This ensures. that a maximum percentage of the yeast cells reaching the outlet 6 are unlocked, even if they are in dead spaces, for example in the lower corners of the vessel. temporarily not disrupted yeast cells.
The outlet 6 can simply be an overflow; if desired, however, the suspension of the disrupted yeast cells could also be continuously withdrawn in another way from the upper part of the vessel 3 above the pearl vibration zone.
In the method described with reference to the drawing, the fact is particularly advantageous that the disrupted yeast cells are automatically separated again from the beads within the vessel 3 after they have passed through the zone of maximum bead vibration. since the beads are held by gravity essentially below the height b, so that essentially only the yeast cell suspension can reach the outlet 6. The yeast cells are separated from the pearls to a certain extent by flotation.
and it is supported by the fact that the disrupted yeast cells are displaced upwards by the suspension flowing in.
If desired, however, this special type of separation can also be dispensed with; the advantages of the most complete possible digestion and the continuous operation can also be achieved. when the yeast suspension is passed through the zone of maximum bead vibration in another way. For example, a yeast suspension to be digested could be fed in at the top at the passage 6 and discharged at the bottom at the passage 2, while retaining the pearls in the passage 2 by means of a sieve 7. It would also be possible to separate the digested yeast from the pearls outside the vessel, i. This means that the yeast suspension and the pearls are fed through the vessel together in cocurrent (from top to bottom or from bottom to top).
The separation can be carried out by means of any suitable known separation method, such as filtration, centrifugation, flotation, etc. and the separated beads can be added again to the freshly supplied suspension of yeast cells to be disrupted.
The methods described are particularly suitable for continuous operation. The pearls are of course exposed to a certain amount of wear and tear. In order to make it unnecessary to stop the process for changing the pearls even after a long period of time, pearls can preferably be continuously removed from the vessel or, in the case of the method described last, from the pearl cycle and replaced with fresh pearls, with a (im Compared to the mean resulting speed of the yeast cells) relatively slow speed, adapted to pearl wear.
There are various options for this. In the process described last, the pearls are passed through the vessel in cocurrent with the yeast suspension. In other methods, a relatively slow flow of pearls through the vessel can be generated in cross-flow or in countercurrent to the flow of the yeast suspension, fresh pearls being continuously fed in and more or less used pearls being discharged.
If, for example, the yeast suspension is fed from top to bottom from passage 6 to passage 2 as described, then a small amount of fresh pearls can be fed in with the yeast suspension through passage 6 and used pearls through an additional lower outlet 8 (in the drawing in interrupted Lines indicated) or by an additional upper outlet 9 (also indicated in broken lines), which is approximately on the
Height b, remove slowly. Pearls could also be added
Feed 8 and discharge at 9 or vice versa.
If the yeast suspension in the first described, preferred manner from bottom to top from inlet 2 to
Outlet 6 is guided, then you can feed again pearls at 8 and remove them again at 9 or vice versa. The
A small amount of pearls can also be discharged through the outlet 6 if it is somewhat lower than shown, so that it still affects the height b.
On the other hand, the outlet 6 can also be used to feed beads in countercurrent to the yeast suspension. Similarly, small quantities of pearls can also be fed in or removed through inlet 2 if the sieve 7 is omitted: If the flow in line 1 is so strong that it prevents pearls from penetrating into line 1, then a small amount
Pearls with the yeast suspension are fed through the inlet; if, on the other hand, the flow in line 1 is smaller. pearls can then be discharged through inlet 2 in countercurrent to the yeast suspension.
example
A vessel of the type shown in the drawing with an inner diameter of 3.5 cm was used, in which there were about 35 g of glass beads of about 0.5 mm diameter. A suspension of yeast cells to be disrupted in an aqueous buffer solution, which suspension was composed of 1 kg of compressed yeast + 350 ml of buffer solution to 1.3 liters of suspension, was fed through inlet 2.
The flow rate of the suspension through the vessel was around 3-5 ml / min, with around 35 ml of suspension always being in the vessel. The vibrator member 4 immersed in the suspension with the beads had a diameter of 2 cm and was operated at 50 Hz. From the suspension of disrupted yeast cells leaving the vessel, it was possible to obtain an extract from originally 1 kg of compressed yeast by centrifugation with the ultracentrifuge, which after dilution to 1.5 liters contained 20-25 mg protein per ml.
In this example the work was done on a relatively small scale. For the large-scale application of the method described, larger vessels will of course be used, the vessel size being only limited by the requirement. that a zone of evenly strong vibration of the beads should be created in the vessel, through which all yeast cells must pass between the inlet and the outlet. With suitable vibration generators. such as B. sound or ultrasonic sources, you can maintain such a continuous vibration zone in relatively large vessels. Finally, you can of course, to further increase the amount of digested yeast.
several vessels can be connected in parallel.