Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zur menschlichen Ernährung und als Viehfutter geeigneten Eiweiss-Vitamin-Konzentrates unter Verwendung von Hefen.
Bekanntlich zeigt sich in den meisten Ländern der Erde ein ständig wachsender Bedarf nach vollwertigen, in wirtschaftlicher Weise herstellbaren, verhältnismässig billigen Eiweissquellen, durch welche die tierischen Eiweisse zum Teil ersetzt beziehungsweise die nicht vollwertigen Eiweissquellen (Getreideprodukte, Grünfutter) komplettiert werden können.
Für diese Zwecke sind die Mikroorganismen, besonders die Hefen sehr geeignet, da sie auf industrielle Weise gezüchtet werden können und ihre Wachstumsgeschwindigkeit gegen über der von Tieren und Pflanzen ausgesprochen gross ist. Die Hälfte des Trockengehaltes der Hefezellen besteht aus Eiweiss, dessen Aminosäurezusammensetzung annähernd die gleiche ist wie die des Referenz-Eiweissmusters nach FAO.
Zur Information sind in der folgenden Tabelle die Aminosäurezusammensetzungen des FAO-Referenzmusters, des Volleis und des Hefeeiweisses zusammengefasst.
Aminosäure (gN/16 g FAO* Vollei** Hefe*** Eiweissstickstoff) Leucin 4,8 8,8 6-8 Isoleucin 4,2 4,2 Lysin 4,2 7,2 Methionin 2,2 3,85 1,5-2 Cystin 2,0 0,8-1 Phenylalanin 2,8 5,7 3-5 Tryptophan 1,4 1,3 1-1,5 Valin 4,2 8,8 Tyrosin 2,8 3,6 2,5-4 Treonin 2,8 5,3 2-6 * FAO Nutritional Studies N" 16 Rome, 1957 ** World Protein Resources Amer. Chem. Soc. 1966, Kap. 2 *** Literaturangaben und eigene Messungen
Aus Literatur und Praxis ist bekannt, dass spezielle Mikroorganismenstämme in Nährmedien, die verschiedene Zucker (Hexosen, Pentosen), Alkohole (Methanol, Äthanol, Glycerin), geradkettige Säuren (Fettsäuren) oder Alkane enthalten, unter geeigneten Bedingungen vermehrt werden können, wobei sie eine Zellsubstanz von hohem Eiweiss- und Vitamingehalt herstellen.
Die in der Praxis bisher bekannten Verfahren beziehen sich auf die Züchtung von Hefestämmen, die entweder als Hefekultur (Backhefe, Weinhefe) oder als Fütterung des Viehs dienende, eiweisshaltige, nichtgärend wirkende Zellsubstanz verwendet werden (Futterhefe). In einigen Ländern sind die ersten Schritte getan worden, die Gärhefestämme zu inaktivieren, zu trocknen und in dieser Form für Ernährungszwecke (komplettierende Zusatzstoffe, Nährmittelkomponenten) nutzbar zu machen.
Die in der industriellen Praxis für diesen Zweck verwende- ten Hefestämme und Energiequellen (Kohlenstoffquellen) sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: Hefestamm Substrat Saccharomyces cerevisiae Melasse Saccharomyces fragilis Molke Torulopsis utilis Schlempe Candida guilliermondii Sulfitablauge Candida lipolytica Hydrolysate von Cellulose und Stärke, Alkane
Die Grundprinzipien der bekannten Verfahren sind in Fachbüchern zu finden. Als Beispiele seien die folgenden genannt:
Telegdy Kováts-Halló: Elelmezesi iparok II. Budapest, 1962.
Mateles, RI, Tannenbaum, S. R.: Single-Cell Protein, M. I. T. Press, Cambridge-London, 1968.
Simon, P., Meunier, R.: Mikrobiologie Industrielle et Genie Biochimique, Masson et Cie, Paris, 1970.
Cook, A. H.: Chemistry and Biology of Yeasts, Academic Press In. New York, 1958.
Zur neueren Entwicklung seien - ohne dass auf Vollständigkeit Anspruch erhoben wird - die folgenden, sich mit diesem Thema befassenden Patentschriften angeführt:
Schweizer Patent Nr. 15 621/65: Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Hefe, insbesondere Backhefe (Tettex AG, Zürich).
Holländisches Patent Nr. 64 058 70/1965: Werkwijze voorhet bereiden van een eiwitrijk voedsel (Esso Research and Engineering Company New-Jersey).
Sowjetisches Patent Nr. 214 473/1968: Sposob vüraschtschiwanja kormovüch droschsei (Vjurst, L. S. W.).
DDR-Patent Nr. 13 645/1967: Verfahren zur Synthese von mikrobiologischer Zellsubstanz an mineralischen Nährböden (Akademie der Wissenschaften, Berlin).
Sowjetisches Patent Nr. 217 330/1968: Sposob ptoidstostva kormovüch droschsei (V. V. Callik, L. V. Martinson).
Französisches Patent Nr. 1 505 489/1966: Perfectionnements à la production de microorganismes à partir d'hydrocarbures (British Petrol).
Französisches Patent Nr. 1 553 602/1968: Procede de culture de microorganismes et produits obtenus.
Methoden zur Züchtung von Mikroorganismen und zur Isolierung der Produkte sind ausserdem noch in den folgenden britischen Patentschriften beschrieben: Nr. 914 567, 915 568, 1 017 584, 1 021 697, 1 021 698, 1 049 066, 1 049 067, 1 059 881, 1 059 882, 1 059 887, 1 059 889, 1 059 890. Mit dem genannten Gegenstand beschäftigen sich ferner die französische Patentschrift Nr. 1 334 466 und die ungarischen Patentschriften Nrn. 152 495, 152 628, 152 817, 152 818, 152 819, 153 696, 152 949, 152950 und 152 951.
Die Nachteile der verwendeten Energiequellen sind folgende: Entweder sie stehen nicht in ausreichender Menge zur Verfügung (Melasse, Molke), oder sie erfordern eine mehr oder weniger komplizierte Vorbereitung (Sulfitablauge, Cellu lose), oder ihre verbreitete Anwendung stösst auf Probleme des Gesundheitsschutzes (Alkane), oder aber sie sind nur unter bestimmten Umständen wirtschaftlich.
Beinahe gleichzeitig mit der Verschiebung der Ernährungsansprüche in Richtung der Eiweisse zeigt sich in vielen Ländern der Erde ein ständig wachsender Überschuss an in erster Linie tierischen Fetten. Die für Ernährungszwecke nicht verwendeten oder nicht verwendbaren Fette wurden bisher als Waschmittel (Seifen) verwertet, oder es wurde versucht, diese Fette als Ergänzungskomponenten in Mischfuttermitteln zu verwenden. Die Nutzbarmachung als Waschmittel wird jedoch durch die Fabrikation synthetischer Waschmittel immer mehr in den Hintergrund gedrängt, und die unmittelbare Verwendung als Futtermittel erweist sich als unwirtschaftlich.
Es wurde nun gefunden, dass die vom Standpunkt der Ernährung überschüssigen Fette nutzbar gemacht werden können, indem auf biologischem Wege ungefähr die Hälfte des Fettgehaltes zu wertvollem Eiweiss umgesetzt wird, wobei gleichzeitig wertvolle Vitamine und sonstige, biologisch nutzbare Stoffe entstehen, so dass ein für den menschlichen Genuss und die Tierfütterung gleichermassen unmittelbar anwendbares Eiweiss-Vitamin-Konzentrat gebildet wird.
Die Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung eines unmittelbar für die menschliche Ernährung oder die Tierfütterung geeigneten Eiweiss-Vitamin-Konzentrates auf biologischem Wege und kann dadurch gekennzeichnet werden, dass vorher adaptierte Hefen in einem Fermentor bei 3040" C in schwach saurem Medium bei einer Belüftungsintensität von 150-300 m3/h m2 Fermentorgrundfläche auf einem Nährmedium, das als Kohlenstoffquelle pflanzliche oder tierische Fette sowie anorganische Stoffe enthält, vermehrt und die gebildete Biomasse von der Flüssigkeit abgetrennt wird.
Das Produkt kann gewünschtenfalls zu unmittelbar für die menschliche Ernährung oder die Tierfütterung geeigneten Präparaten verarbeitet, gegebenenfalls auch mit anderen Nährstoffen vermischt werden, und auf diese Weise können Lebensmittel oder Futterstoffe mit höherem Nährwert hergestellt werden.
Das erfindungsgemäss hergestellte Produkt kann für folgende Zwecke verwendet werden: a) Herstellung von Nährmitteln.
b) Anreicherung von eiweissarmen Nährmitteln.
c) Komplettierung von Lebensmitteln und Produkten, deren Aminosäurezusammensetzung nicht der gewünschten Zusammensetzung entspricht.
d) Herstellung von zur Speisekomplettierung dienenden Produkten (Sossen, Pulver usw.).
e) Herstellung von eiweiss- und B-vitaminreichen Diätspeisen.
f) Herstellung von eiweissreichen Präparaten für körperlich stark in Anspruch genommene Personen (Sportler, schwere physische Arbeit verrichtende Personen).
g) Komplettierung von Futterkonzentraten für die Tierhaltung.
Von den aus der Praxis und der Literatur bisher bekanntgewordenen Verfahren zur Vermehrung von Mikroorganismen unterscheidet sich das erfindungsgemässe Verfahren in folgenden Punkten:
1. Als Energiequelle (Kohlenstoffquelle) werden tierische oder pflanzliche Fette benutzt.
2. Die verwendeten Fette werden keinerlei Vorbehandlung (Hydrolyse) unterworfen.
3. Es werden Mikroorganismen verwendet, die nach der Adaption eine unmittelbar für die menschliche Ernährung geeignete Zellsubstanz produzieren.
Ausser dem Vorteil, dass die Kohlenstoffquelle (tierische oder pflanzliche Fette) ohne jede Vorbereitung verwendet wird, ist das erfindungsgemässe Verfahren noch aus folgenden Gründen vorteilhaft: - es erfordert keine besondere Vorrichtung und keine Teilver fahren, die Vermehrung der Mikroorganismen erfolgt in üb licher Weise und mit üblichen Vorrichtungen, - die als Produkt isolierte Zellmasse bedarf keiner speziellen
Reinigung, weil das Substrat (Fette und deren Zerfallpro dukte) und auch die Stoffwechselprodukte Elemente unse rer Ernährung sind.
Erfindungsgemäss können als tierische oder pflanzliche Fette alle Fette verwendet werden, die bei 30-40 C im Nährmedium oder mit dem Nährmedium emulgierbar sind. In Frage kommen demnach alle bei Zimmertemperatur flüssigen Fette, ferner Schweinefett, ranziges Fett, Abfallfette und Talg.
Als gezüchteter Mikroorganismus wird in dem erfindungs gemässen Verfahren in erster Linie Hefe verwendet. Vorzugsweise werden die in die Unterfamilie Saccharomycetoideae der Familie Endomycetaceae sowie die in die Unterfamilie Cryptococcoidae der Familie Cryptococcaceae gehörenden Stämme verwendet. Es kann jedoch auch von den Gliedern der Gruppe Fungi imperfecti Deuteromycetes Verwendung finden.
Im folgenden werden einige der im erfindungsgemässen Verfahren vorzugsweise anwendbaren Mikroorganismen aufgeführt. Grundlage für die Benennung der Hefen bildete die Arbeit The Yeasts - a Taxonomic Study von Looder und Kreger van Rij (Herausgeber: North Holland Publishing Comp., Amsterdam 1967).
Candida guilliermondii
Candida tropicalis
Candida lipolytica
Candida utilis (auch Torula utilis, Torulopsis utilis)
Saccharomyces fragilis
Saccharomyces lactis
Deuteromycetes
Geotrichum candidum (auch Oidium lacits)
Das zur Vermehrung der Hefen verwendete Nährmedium enthält ausser dem als Kohlenstoffquelle dienenden Fett noch Ammoniumsalze, Carbamid und sonstige anorganische Ionen (Po43-, Cr, K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Zn2+, Mn2+, Fe2+, Cu2+).
Von diesen werden die als Stickstoffquelle verwendeten Salze in einer Konzentration zugesetzt, die ein Stickstoffniveau des Nährmediums von 0,1- 0,2 % und ein N:P-Verhältnis von 4:1 gewährleistet. K- und Cl-Ionen werden in Form von 0,1-0,2% KCI, Mg- und SO4-Ionen in Form von 0,080-0,1% MgSO4 in die Nährlösung eingebracht. Als Spurenelemente werden Znund Mn-Salze zugesetzt, die restlichen Ionen sind in dem verwendeten Leitungswasser im allgemeinen in ausreichender Menge enthalten. Bei der Vermehrung von Saccharomycetes wird notwendigenfalls ein Wachtumsfaktoren enthaltender Stoff, zweckmässig Hefeextrakt, zugesetzt, wobei eine Menge von 10-25 mg/Liter zur Anwendung gelangt.
Die Vermehrung wird bei einer Temperatur von 30-40 C und zur Vermeidung von möglichem Befall durch fremde Mikroorganismen bei einem pH-Wert von 4,5-5 durchgeführt.
Zur ständigen Einhaltung dieses pH-Wertes muss für die Zuführung eines wässrigen Mediums mit hohem pH-Wert (zweckmässig verdünntes Ammoniumhydroxyd) gesorgt werden.
Die zur Vermehrung unbedingt notwendige Sauerstoffversorgung wird durch Einleiten von Luft gewährleistet, was mit den iiblichen Vorrichtungen nach Vogelbusch oder Lefrancios geschieht. Pro Stunde und Quadratmeter Fermentorgrundfläche werden 150-300 m3 Luft zugeführt.
Bei Beendigung der Vermehrung ist das Fett praktisch völlig aufgebraucht. Die Hefe wird nun mit Hilfe von Separatoren in üblicher Weise von dem wässrigen Medium abgetrennt. Das erhaltene Produkt kann zur weiteren Verwendung gepresst oder getrocknet werden.
Auf diese Weise wird, je nach Art des verwendeten Fettes, pro Kilogramm eingesetztes Fett 0,7-0,8 kg Trockenhefe erhalten. Der Eiweissgehalt der Hefe beträgt wenigstens 50%, ihre Aminosäurezusammensetzung entspricht der charakteristischen Aminosäurezusammensetzung der Hefen, und der Fettsäureanteil ihrer Lipide spiegelt den Typ des verwendeten Fettes wider. Daneben enthält die Hefe noch Vitamine, besonders die der B-Gruppe, in erster Linie die Vitamine B2, B6, Bl2, ferner Nikotinsäure und Pantothensäure.
Das erhaltene Vitamin-Eiweiss-Konzentrat kann infolge seines verhältnismässig neutralen Geschmackes in Form von Pulver oder Pastillen in Grossküchen und auch bei der Speisenbereitung im Haushalt verwendet werden, indem es Gemüsespeisen, Teigwaren oder dem Gebäck beigemischt wird.
Damit wird die täglich aufgenommene Eiweiss- und Vitaminmenge erhöht.
Das erfindungsgemäss hergestellte Produkt kann ferner den für Diätzwecke hergestellten Konserven, Gemüsespeisen und Gebäcken beigegeben werden, wodurch in industriell durchführbarer Weise eiweissreiche Produkte billiger hergestellt werden und dadurch die durch zahlreiche Krankheiten, vor allem durch Diabetes, verursachten Forderungen erfüllt werden können. Die angewendete Menge ist Geschmackssache, maximal sollen 200 g Produkt pro Kilogramm Nährmittel angewendet werden.
Das erfindungsgemäss hergestellte Produkt kann auch in der Fleisch- und Wurstindustrie verwendet werden, zum Beispiel indem der bei Rotwurstwaren und Pasteten verwendete, wegen seines hohen Stärkegehaltes hauptsächlich als Kalorienquelle dienende Anteil an pflanzlichen Mehlen (Reis, Mehl, Kartoffelmehl) ganz oder teilweise (zu ungefähr 25-5067r,) durch das erfindungsgemäss hergestellte Produkt ersetzt wird, wodurch eiweissreichere Produkte von besserer Qualität hergestellt werden können.
Mit den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert, ohne dass sie jedoch auf diese Beispiele beschränkt würde.
Beispiel 1
Der Hefepilz Candida utilis wird in einem Nährmedium vermehrt, welches 1 Gc Schweinefett enthält.
Der auf in der Mikrobiologie übliche Weise aufrechterhaltene Hefepilz wird in einer Schüttelkolbenkultur vorvermehrt und gleichzeitig in einem Nährmedium folgender Zusammensetzung adaptiert:
Schweinefett 1 We
Ammoniumsulfat 0,5 5
Superphosphat 0,3 'Ho
Kaliumchlorid 0,1 cif MgSO4 7 H20 0,1 % ZnS04 7H2O 0,017% MnSO4 7 zu 7 H20 0,005
Nach 24- bis 48stündiger Vorvermehrung bei 30" C wird die erhaltene Hefe als Impfstoff verwendet.
Das die anorganischen Salze enthaltende Nährmedium wird in die Fermentationswanne geleitet und die Lüftung mit einer Intensität von 150-300 m3/h m2 Fermentorgrundfläche in Betrieb gesetzt. Das Fett wird emulgiert, indem es mit der 2- bis 10fachen Menge der die anorganischen Salze enthaltenden Nährlösung vermengt und unter Rühren auf 50-70" C erwärmt wird. Die auf diese Weise bereitete Fettemulsion wird in die Wanne gegeben und das in dieser enthaltene Nährmedium danach mit der auf die Kohlenstoffquelle bezogenen Menge von 10-20Sc Impfhefe beimpft.
Es wird bei 30-35" C fermentiert, der pH-Wert wird mittels 2- bis 10ciciger Ammoniumhydroxydlösung ständig bei 4,5-5 gehalten.
Nach 10-12 Stunden ist die Vermehrung beendet, das Fett ist völlig verbraucht, d. h zu Hefe umgesetzt worden.
Das Produkt hat, auf den Trockengehalt bezogen, folgende Zusammensetzung:
Eiweiss wenigstens 50
Lipide 7%
Asche 6%
Vitamine
Thiamin (B,) wenigstens 3 mg/100 g
Riboflavin (B2) wenigstens 5 mg/100 g
Niacin (PP) wenigstens 20 mg/100 g
Pyridoxin (B6) wenigstens 1,5 mg/l00 g
Ergosterin wenigstens 3 mg/100 g (Provitamin P2)
Die gebildete Hefe wird in üblicher Weise mit Hilfe von Separatoren von dem wässrigen Medium abgetrennt und durch Trocknung (Trockentrommel, Zerstäubungstrocknung) lagerfähig gemacht.
Beispiel 2
Candida guilliermondii wird in einem Nährmedium vermehrt, das als Fett 3 ciS ranziges Schweinefett enthält.
Die Zusammensetzung des Nährmediums entspricht der des im Beispiel 1 verwendeten, nur wird die Stickstoffquelle und die Phosphormenge in einer der Energiequelle entsprechenden Menge zugesetzt. Im vorliegenden Fall wurden 0,4'k Carbamid und 0,45 Xc Superphosphat verwendet.
Die Vermehrung wird auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise eingeleitet. Nach ungefähr 9-10 Stunden, wenn die Zellenkonzentration einen Wert von 1,2-1,5ck erreicht hat, wird mit dem kontinuierlichen Betrieb begonnen, bei welchem stündlich 20-25 % des Nährmediums abgezogen werden und diese Menge fortlaufend ersetzt wird. Die Zellenkonzentration beträgt auch im kontinuierlichen Betrieb 1,21,5 %.
Das abgezogene, hefehaltige Nährmedium wird auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise aufgearbeitet. Die Qualität der erhaltenen Hefe ist die gleiche wie im Beispiel 1 angegeben.
Beispiel 3
Der Hefestamm Saccharomyces fragilis wird in einem Nährmedium vermehrt, welches 2 Citc pflanzliches Fett enthält.
Das Nährmedium enthält 1 % Ammoniumsulfat und 0,6 % Superphosphat, die Konzentration der restlichen Bestandteile entspricht den im Beispiel 1 angegebenen Konzentrationen.
Die Vermehrung wird wie im Beispiel 1 oder 2 beschrieben vorgenommen, die Temperatur beträgt jedoch 37" C.
Das hefehaltige Nährmedium wird auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise aufgetrennt, der Feststoff getrocknet.
Die durchschnittliche Zusammensetzung des erhaltenen Produktes ist, bezogen auf den Trockengehalt, folgende:
Eiweiss ca. 50 mm
Lipide 7-9%
Asche 4-61e
Vitamine
Thiamin (B1) 3-5 mg/100 g
Riboflavin (B2) 4-5 mg/l00 g
Niacin (PP) 25-30 mg/100 g
Pyridolin (B6) 2-3 mg/100 g
Ergosterin 3-5 mg/100 g (Provitamin P2)
Beispiel 4
Zur Vermehrung wird eine gemischte Kultur von dem in die Unterfamilie Cryptococcoideae gehörenden Candida utilis und dem zu Deuteromycetes gehörenden Geotrichum candidum verwendet.
Das Nährmedium kann ein beliebiges Fett in einer Menge von 1-3% enthalten, die in den Beispielen 1-3 beschriebenen Salze werden in einer der Fettkonzentration entsprechenden Menge zugegeben.
Die Vermehrung wird mit Candida utilis begonnen. Wenn im Nährmedium eine intensive Säuerung auftritt, wird mit Geotrichum candidum geimpft, im weiteren wird in der bereits beschriebenen Weise in diskontinuierlichem, halbkontinuierlichem oder kontinuierlichem Betrieb gearbeitet.
Das hefehaltige Nährmedium wird auf die in den Beispielen 1 bis 4 beschriebene Weise aufgearbeitet.
Die Zusammensetzung der erhaltenen Biomasse entspricht der nach den vorangehenden Beispielen erhaltenen, mit dem Unterschied, dass ihr Eiweissgehalt etwas geringer (um 45%), ihr Lipidgehalt jedoch grösser (10-15%) ist, als dies bei den vorhergehenden Beispielen der Fall war.
Beispiel 5
10-20 g der nach den Beispielen 1-4 erhaltenen Trockenhefe werden mit 40 g geriebener Kartoffel, 2 g Salz und 2,5 g Milchpulver vermischt und nach Zugabe von 100-120 ml Wasser die Masse zu einem Teig verknetet. Aus dem Teig werden Stäbchen geformt und diese gebacken. Es werden Kartoffelkroketten mit erhöhtem Eiweissgehalt erhalten.
Beispiel 6
Ein zur Bereitung von Boulletten geeignetes Hackfleisch wird mit der gleichen Menge des nach den Beispielen 1-4 hergestellten Eiweisskonzentrates vermischt. Auf diese Weise wird ein Produkt erhalten, dessen Eiweissgehalt um 20 % höher ist als der gewöhnliche.
Beispiel 7
Pro Portion werden 20 g der nach den Beispielen 1-4 erhaltenen Biomasse zu einer Gemüsespeise gegeben. Es wird ein Gemüsegericht mit erhöhtem Eiweissgehalt erhalten.
The present invention relates to a process for the production of a protein-vitamin concentrate suitable for human nutrition and as cattle feed using yeast.
It is well known that in most countries of the world there is a steadily growing need for full-fledged, economically producible, relatively cheap protein sources, with which the animal protein can be partially replaced or the incomplete protein sources (cereal products, green fodder) can be completed.
The microorganisms, especially the yeasts, are very suitable for this purpose, since they can be cultivated in an industrial manner and their growth rate is extremely high compared to that of animals and plants. Half of the dry content of the yeast cells consists of protein, the amino acid composition of which is approximately the same as that of the FAO reference protein sample.
For information, the amino acid compositions of the FAO reference sample, the whole egg and the yeast protein are summarized in the following table.
Amino acid (gN / 16 g FAO * whole egg ** yeast *** protein nitrogen) leucine 4.8 8.8 6-8 isoleucine 4.2 4.2 lysine 4.2 7.2 methionine 2.2 3.85 1, 5-2 cystine 2.0 0.8-1 phenylalanine 2.8 5.7 3-5 tryptophan 1.4 1.3 1-1.5 valine 4.2 8.8 tyrosine 2.8 3.6 2, 5-4 Treonin 2.8 5.3 2-6 * FAO Nutritional Studies N "16 Rome, 1957 ** World Protein Resources Amer. Chem. Soc. 1966, Chapter 2 *** References and own measurements
It is known from literature and practice that special microorganism strains in nutrient media that contain various sugars (hexoses, pentoses), alcohols (methanol, ethanol, glycerine), straight-chain acids (fatty acids) or alkanes can be propagated under suitable conditions, whereby they contain a Produce cell substance with a high protein and vitamin content.
The methods known so far in practice relate to the cultivation of yeast strains which are used either as yeast culture (baker's yeast, wine yeast) or as feed for the cattle, protein-containing, non-fermenting cell substance (feed yeast). In some countries, the first steps have been taken to inactivate the fermentation strains, to dry them and to make them usable in this form for nutritional purposes (complementary additives, nutrient components).
The yeast strains and energy sources (carbon sources) used in industrial practice for this purpose are listed in the following table: Yeast strain substrate Saccharomyces cerevisiae molasses Saccharomyces fragilis whey Torulopsis utilis sludge Candida guilliermondii sulphite waste liquor Candida lipolytica hydrolysates of cellulose and starch, alkanes
The basic principles of the known processes can be found in specialist books. The following are examples:
Telegdy Kováts-Halló: Elelmezesi iparok II. Budapest, 1962.
Mateles, RI, Tannenbaum, S.R .: Single-Cell Protein, M.I. T. Press, Cambridge-London, 1968.
Simon, P., Meunier, R .: Mikrobiologie Industrielle et Genie Biochimique, Masson et Cie, Paris, 1970.
Cook, A. H .: Chemistry and Biology of Yeasts, Academic Press In. New York, 1958.
Regarding the more recent developments - without claiming to be exhaustive - the following patent specifications dealing with this topic are cited:
Swiss Patent No. 15 621/65: Continuous process for the production of yeast, especially baker's yeast (Tettex AG, Zurich).
Dutch Patent No. 64 058 70/1965: Werkwijze voorhet bereiden van een eiwitrijk voedsel (Esso Research and Engineering Company New Jersey).
Soviet patent No. 214 473/1968: Sposob vüraschtschiwanja kormovüch droschsei (Vjurst, L. S. W.).
GDR patent no. 13 645/1967: Process for the synthesis of microbiological cell substance on mineral nutrient media (Academy of Sciences, Berlin).
Soviet patent No. 217 330/1968: Sposob ptoidstostva kormovüch droschsei (V. V. Callik, L. V. Martinson).
French Patent No. 1 505 489/1966: Perfectionnements à la production de microorganismes à partir d'hydrocarbures (British Petrol).
French Patent No. 1 553 602/1968: Procede de culture de microorganismes et produits obtenus.
Methods for growing microorganisms and for isolating the products are also described in the following British patents: Nos. 914 567, 915 568, 1 017 584, 1 021 697, 1 021 698, 1 049 066, 1 049 067, 1059 881, 1 059 882, 1 059 887, 1 059 889, 1 059 890. The French patent specification No. 1,334,466 and the Hungarian patent specification No. 152,495, 152,628, 152 817, 152 818 also deal with this subject , 152 819, 153 696, 152 949, 152950 and 152 951.
The disadvantages of the energy sources used are as follows: Either they are not available in sufficient quantities (molasses, whey), or they require a more or less complicated preparation (sulphite waste liquor, cellulose), or their widespread use encounters problems of health protection (alkanes ), or they are only economical under certain circumstances.
Almost simultaneously with the shift in nutritional requirements in the direction of protein, there is a steadily growing excess of primarily animal fats in many countries around the world. The fats that are not or cannot be used for nutritional purposes have so far been used as detergents (soaps), or attempts have been made to use these fats as supplementary components in compound feed. However, the manufacture of synthetic detergents is being pushed more and more into the background, and direct use as animal feed is proving to be uneconomical.
It has now been found that the excess fats from the point of view of nutrition can be made usable by biologically converting about half of the fat content into valuable protein, with valuable vitamins and other biologically usable substances being produced at the same time, so that one for the protein-vitamin concentrate that can be used directly for human consumption and animal feeding is formed.
The invention is accordingly a process for the production of a protein-vitamin concentrate suitable for human nutrition or animal feeding by biological means and can be characterized in that previously adapted yeasts are stored in a fermentor at 3040 "C in a weakly acidic medium with aeration intensity From 150-300 m3 / h m2 fermentor base area on a nutrient medium that contains vegetable or animal fats as well as inorganic substances as a carbon source, is increased and the biomass formed is separated from the liquid.
If desired, the product can be processed into preparations that are directly suitable for human or animal feeding, and if necessary also mixed with other nutrients, and in this way food or feed with a higher nutritional value can be produced.
The product produced according to the invention can be used for the following purposes: a) Production of nutrients.
b) Enrichment of low-protein nutrients.
c) Completion of foods and products whose amino acid composition does not correspond to the desired composition.
d) Manufacture of food completing products (sauces, powders, etc.).
e) Production of diet foods rich in protein and B vitamins.
f) Manufacture of protein-rich preparations for people who are physically stressed (athletes, people doing heavy physical work).
g) Completion of feed concentrates for animal husbandry.
The method according to the invention differs in the following points from the methods for the propagation of microorganisms that have become known from practice and the literature:
1. Animal or vegetable fats are used as an energy source (carbon source).
2. The fats used are not subjected to any pretreatment (hydrolysis).
3. Microorganisms are used which, after adaptation, produce a cell substance that is immediately suitable for human nutrition.
In addition to the advantage that the carbon source (animal or vegetable fats) is used without any preparation, the method according to the invention is also advantageous for the following reasons: It does not require any special device or partial method, the microorganisms are multiplied in the usual way with conventional devices - the cell mass isolated as a product does not require any special ones
Cleaning, because the substrate (fats and their decomposition products) and also the metabolic products are elements of our diet.
According to the invention, all fats can be used as animal or vegetable fats which can be emulsified at 30-40 ° C. in the nutrient medium or with the nutrient medium. All fats that are liquid at room temperature, as well as pork fat, rancid fat, waste fats and tallow come into question.
Yeast is primarily used as the cultured microorganism in the method according to the invention. The strains belonging to the subfamily Saccharomycetoideae of the family Endomycetaceae and those belonging to the subfamily Cryptococcoidae of the family Cryptococcaceae are preferably used. However, it can also be used by the members of the Fungi imperfecti Deuteromycetes group.
Some of the microorganisms which can preferably be used in the process according to the invention are listed below. The basis for naming the yeasts was the work The Yeasts - a Taxonomic Study by Looder and Kreger van Rij (publisher: North Holland Publishing Comp., Amsterdam 1967).
Candida guilliermondii
Candida tropicalis
Candida lipolytica
Candida utilis (also Torula utilis, Torulopsis utilis)
Saccharomyces fragilis
Saccharomyces lactis
Deuteromycetes
Geotrichum candidum (also Oidium lacits)
The nutrient medium used to propagate the yeast contains, in addition to the fat that serves as a carbon source, ammonium salts, carbamide and other inorganic ions (Po43-, Cr, K +, Na +, Mg2 +, Ca2 +, Zn2 +, Mn2 +, Fe2 +, Cu2 +).
Of these, the salts used as the nitrogen source are added in a concentration that ensures a nitrogen level in the nutrient medium of 0.1-0.2% and an N: P ratio of 4: 1. K and Cl ions are introduced into the nutrient solution in the form of 0.1-0.2% KCI, Mg and SO4 ions in the form of 0.080-0.1% MgSO4. Zn and Mn salts are added as trace elements; the remaining ions are generally contained in sufficient quantities in the tap water used. When Saccharomycetes propagate, a substance containing growth factors, suitably yeast extract, is added if necessary, an amount of 10-25 mg / liter being used.
The propagation is carried out at a temperature of 30-40 C and to avoid possible infestation by foreign microorganisms at a pH of 4.5-5.
In order to maintain this pH value at all times, an aqueous medium with a high pH value (appropriately diluted ammonium hydroxide) must be supplied.
The oxygen supply, which is absolutely necessary for reproduction, is ensured by introducing air, which is done with the usual devices according to Vogelbusch or Lefrancios. 150-300 m3 of air are supplied per hour and square meter of the fermentor area.
When the increase is complete, the fat is practically completely used up. The yeast is then separated from the aqueous medium in the usual way with the aid of separators. The product obtained can be pressed or dried for further use.
In this way, depending on the type of fat used, 0.7-0.8 kg of dry yeast is obtained per kilogram of fat used. The protein content of yeast is at least 50%, its amino acid composition corresponds to the characteristic amino acid composition of yeast, and the fatty acid content of its lipids reflects the type of fat used. In addition, the yeast also contains vitamins, especially those of the B group, primarily vitamins B2, B6, Bl2, as well as nicotinic acid and pantothenic acid.
The vitamin-protein concentrate obtained can be used due to its relatively neutral taste in the form of powder or pastilles in large kitchens and also in the preparation of meals in the household by adding it to vegetable dishes, pasta or baked goods.
This increases the daily intake of protein and vitamins.
The product produced according to the invention can also be added to the preserves, vegetable dishes and baked goods produced for diet purposes, whereby protein-rich products can be produced cheaply in an industrially feasible manner and the requirements caused by numerous diseases, especially diabetes, can be met. The amount used is a matter of taste, a maximum of 200 g of product per kilogram of nutrient should be used.
The product produced according to the invention can also be used in the meat and sausage industry, for example by using the proportion of vegetable flours (rice, flour, potato flour) used in red sausage products and pies, which is mainly used as a source of calories due to its high starch content, in whole or in part (approximately 25-5067r,) is replaced by the product produced according to the invention, whereby higher-protein products of better quality can be produced.
The invention is explained in more detail with the following examples, without, however, being restricted to these examples.
example 1
The yeast Candida utilis is propagated in a nutrient medium which contains 1 gc of pork fat.
The yeast, which is maintained in the usual way in microbiology, is pre-propagated in a shake flask culture and at the same time adapted in a nutrient medium of the following composition:
Pork fat 1 We
Ammonium sulfate 0.5 5
Superphosphate 0.3 'Ho
Potassium chloride 0.1 cif MgSO4 7 H20 0.1% ZnS04 7H2O 0.017% MnSO4 7 to 7 H20 0.005
After pre-propagating at 30 ° C for 24 to 48 hours, the yeast obtained is used as a vaccine.
The nutrient medium containing the inorganic salts is fed into the fermentation tank and the ventilation is activated at an intensity of 150-300 m3 / h m2 fermenter base area. The fat is emulsified by mixing it with 2 to 10 times the amount of the nutrient solution containing the inorganic salts and heating it to 50-70 ° C. with stirring. The fat emulsion prepared in this way is added to the tub and the nutrient medium contained in it then inoculated with the amount of 10-20Sc inoculating yeast based on the carbon source.
It is fermented at 30-35 "C, the pH value is constantly kept at 4.5-5 by means of 2 to 10 cig ammonium hydroxide solution.
After 10-12 hours the reproduction is over, the fat is completely consumed, i.e. h converted to yeast.
Based on the dry content, the product has the following composition:
Protein at least 50
Lipids 7%
Ash 6%
Vitamins
Thiamine (B,) at least 3 mg / 100 g
Riboflavin (B2) at least 5 mg / 100 g
Niacin (PP) at least 20 mg / 100 g
Pyridoxine (B6) at least 1.5 mg / 100 g
Ergosterol at least 3 mg / 100 g (provitamin P2)
The yeast formed is separated from the aqueous medium in the usual way with the aid of separators and made storable by drying (drying drum, spray drying).
Example 2
Candida guilliermondii is propagated in a nutrient medium that contains 3 ciS of rancid pork fat as fat.
The composition of the nutrient medium corresponds to that used in Example 1, only the nitrogen source and the amount of phosphorus are added in an amount corresponding to the energy source. In the present case 0.4'k carbamide and 0.45% superphosphate were used.
The propagation is initiated in the manner described in Example 1. After approximately 9-10 hours, when the cell concentration has reached a value of 1.2-1.5ck, continuous operation is started, in which 20-25% of the nutrient medium is drawn off every hour and this amount is continuously replaced. The cell concentration is 1.21.5% even in continuous operation.
The drawn off, yeast-containing nutrient medium is worked up in the manner described in Example 1. The quality of the yeast obtained is the same as that given in Example 1.
Example 3
The yeast strain Saccharomyces fragilis is propagated in a nutrient medium which contains 2 citc of vegetable fat.
The nutrient medium contains 1% ammonium sulfate and 0.6% superphosphate, the concentration of the remaining components corresponds to the concentrations given in Example 1.
The propagation is carried out as described in Example 1 or 2, but the temperature is 37 "C.
The yeast-containing nutrient medium is separated in the manner described in Example 1, and the solid is dried.
The average composition of the product obtained, based on the dry content, is the following:
Egg white approx. 50 mm
Lipids 7-9%
Ash 4-61e
Vitamins
Thiamine (B1) 3-5 mg / 100 g
Riboflavin (B2) 4-5 mg / 100 g
Niacin (PP) 25-30 mg / 100 g
Pyridoline (B6) 2-3 mg / 100 g
Ergosterol 3-5 mg / 100 g (provitamin P2)
Example 4
A mixed culture of Candida utilis, which belongs to the subfamily Cryptococcoideae, and Geotrichum candidum, which belongs to Deuteromycetes, is used for propagation.
The nutrient medium can contain any fat in an amount of 1-3%; the salts described in Examples 1-3 are added in an amount corresponding to the fat concentration.
Propagation is started with Candida utilis. If intensive acidification occurs in the nutrient medium, inoculation is carried out with Geotrichum candidum, and in the further work carried out in the manner already described in discontinuous, semi-continuous or continuous operation.
The yeast-containing nutrient medium is worked up in the manner described in Examples 1 to 4.
The composition of the biomass obtained corresponds to that obtained according to the preceding examples, with the difference that its protein content is slightly lower (around 45%), but its lipid content is greater (10-15%) than was the case in the previous examples.
Example 5
10-20 g of the dry yeast obtained according to Examples 1-4 are mixed with 40 g of grated potatoes, 2 g of salt and 2.5 g of milk powder and, after adding 100-120 ml of water, the mass is kneaded to form a dough. Chopsticks are formed from the dough and baked. Potato croquettes with an increased protein content are obtained.
Example 6
A minced meat suitable for the preparation of boullettes is mixed with the same amount of the protein concentrate prepared according to Examples 1-4. In this way a product is obtained with a protein content 20% higher than the usual one.
Example 7
Per serving, 20 g of the biomass obtained according to Examples 1-4 are added to a vegetable dish. A vegetable dish with an increased protein content is obtained.