DD155287A3 - Verfahren zur herstellung von trockenhefe mit verbesserten applikationseigenschaften - Google Patents

Abstract

Das Verfahren betrifft eine Verbesserung der Einsatzmoeglichkeit von Trockenhefe als Futtermittel. Ziel der Erfindung ist die Herstellung einer Trockenhefe, deren Gehalt an Aschebildnern, insbesondere in Form von anorganischen Zellinhaltsstoffen, wesentlich gesenkt ist, ohne dass der Gehalt an wasserloeslichen organischen Wertstoffen, wie Proteine und Kohlenhydrate, in gleichem Masse vermindert wird. Vor einer thermolytischen Behandlung, die oberhalb 328 K erfolgt, wird in der Suspension der Rohproteinkomponentengehalt so eingestellt, dass der Gehalt an organisch gebundenem Stickstoff mindestens 2 % des in den Hefezellen der Suspension gebundenen Stickstoffs betraegt. Die mechanische Abtrennung der waessrigen Phase erfolgt bis zu einem Hefetrockensubstanzgehalt der trocknenden Suspension von mindestens 10 %.

Description

Verfahren zur Herstellung von Trockenhefe mit verbesserten Applikationseigenschaften

IPK: C 12 D

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Einsatzmöglichkeit von Trockenhefe als Futtermittel oder für Verfahren, in denen Trockenhefe durch Lösungsmittelextraktion von Kohlenwasserstoffen und Lipiden befreit und anschließend der Tierernährung oder einer anderen Verwendung zugeführt werden soll. Sie kann in Anlagen, in denen Trockenhefe mit einem niedrigen Gehalt an Aschebildnern und organischen Nichteiweißstoffen sowie einem hohen Proteingehalt erzeugt werden soll, angewendet werden. Dazu zählen insbesondere großtechnische Anlagen zur Futterhefegewinnung aus Kohlehydraten und Kohlenwasserstoffen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In industriellen Anlagen zur Gewinnung von Futterhefe wird in der Regel Trockenhefe als Zwischen- oder Endprodukt erzeugt. Diese Trockenhefe enthält ca. 7-9 Gew.-% anorganische Komponenten, sogenannte Aschebildner, die teils naturgemäß als Zellinhaltsstoffe der Hefen vorliegen oder durch Auftrocknung von anorganischen Komponenten aus den Restnährmedien der zu trocknenden Hefezellensuspension in das Trockenprodukt gelangen.

Der Anteil an organischen Nichteiweißstoffen beträgt zwischen 3^ £nd 50 Gew.-^. Der Anteil der stickstoffhaltigen Verbinduir^; im folgenden Rohprotein genannt, bewegt sich in der GrOZ^-Ordnung von 40 - 55 Gew.-%·

Qualitativ hochwertige Produkte zeichnen sich durch einen niedrigen Gehalt an Aschebildnern und durch einen hohen Rohproteingehalt aus. Trockenhefen, die auf Basis der Züchtung von Hefen auf Kohlenwasserstoffen gewonnen werden, enthalten 0,5 bis ca. 10 Gew.-% Kohlenwasserstoffe, die in der Hegel durch Extraktion mit organischen Lösungsmitteln entfernt werden müssen. Als Extraktionsmittel eignen sich dafür u.a. gemäß Patentschrift DD 124 057 Gemische aus Benzin und Alkoholen, ökonomisch günstige Extraktionsverfahren arbeiten nach dem Gegenstromprinzip. Die Extraktion mit Gegenstrumführung des Extraktionsmittels setzt ein gutes Benetzungs- und Absinkverhalten voraus, da die Trockenhefepartikel allein· durch die Erdschwerkraft im Gegenstrom zum Extraktionsmittel bewegt werden. Durchsatz und Sxtraktionswirksamkeit stehen somit in direktem Verhältnis zur Benetzbarkeit und zum Absinkverhalten des zu extrahierenden Feststoffes. Insbesondere muß der Austrag an unextrahierter Hefe mit dem Extraktionsmittel verhindert werden. Dieses Problem des Hefeaustrages mit dem Extraktionsmittel ist.ein generelles Problem bei der Gegenstromextraktion. ..... ...-

Nach dem Verfahren gemäß DD 110 644 wird eine Vorrichtung verwendet, in der durch Zugabe einer mit dem.Extraktionsmittel nicht mischbaren Flüssigkeit, 2..B· Wasser, eine Koagulation des ausgetragenen unextrahierten Feststoffes angestrebt wird. Dieser koagulierte Feststoff hat nunmehr ein besseres Absinkverhalten, so daß er in den Extraktor zurückgefahren werden kann. Damit wird der Teil des Hefetrockenproduktes, bei dem schlechtes Benetzungs- und Absinkverhalten in Benzin- Alkohol- Gemischen direkt sichtbar wird, durch Benetzung und Koagulation mit einem zweiten Stoff in

eine dem Verfahren besser angepaßte Form überführt. Der überwiegende Anteil des Hefetrockenproduktes liegt jedoch naturgemäß hinsichtlich seines Benetzungs- und Absinkverhaltens in der Nähe des Produktes mit den schlechten Eigenschaften, da die Suspension vor der Trocknung ein homogenes Gemisch darstellt und auch im Trocknungsprozeß im wesentlichen einheitliche Bedingungen für die Trocknung aller Trcfcenproduktanteile herrschen. Die anorganischen Komponenten, die beim» Trocknungsprozeß auf die Hefe aufgetrocknet werden - sowohl die Restkomponenten aus der Nährlösung als auch die anorganischen Zeilinhaltsstoffe, die während des Trockenprozesses durch Platzen der Hefezellen in das Umgebungswasser der Hefezelle gelangen und ebenfalls auf die äußere Schicht der Trockenpartikel als kristalline Schicht aufgetrocknet vorliegen sind ein wesentlicher Störfaktor für die Benetzungsund Diffusionsvorgänge beim Extraktionsprozeß mittels organischer Lösungsmittel,

Eine weitgehende Entfernung der anorganischen Komponenten, sowohl der Zellinhaltsstoffe als auch der mit der Restnährlösung aufgetrockneten, wäre dementsprechend wünschenswert.

Die Abtrennung der Restnährlösung kann durch Waschen mit Wasser und Trennung, z.B. durch Zentrifugation, erfolgen. Die Entfernung anorganischer Zellinhaltsstoffe kann erreicht werden, indem man die Hefezellen teilweise tbermolysiert, die anorganischen Zellinhaltsstoffe in die wäßrige Phase der Suspension überführt und die wäßrige Phase durch Zentrifugieren mechanisch abtrennt. Gleichzeitig werden in Abhängigkeit vom Thermolysegrad 50 % der Proteine in die wäßrige Phase überführt.

Die Abtrennung anorganischer Zellinhaltsstoffe nach vorangegangener ThermoIyse und mechanischer Abtrennung der wäßrigen Phase führt somit zur gleichzeitigen Entfernung von stickstoffhaltigen organischen wasserlöslichen Verbindungen, wie Aminosäuren und Peptide, aus der der Trocknung zuzuführenden Suspension, so daß es zur spürbaren Senkung des Gehaltes an diesen Verbindungen im Trockenprodukt und somit zu unerwünschten Verlusten kommen kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer Trockenhefe, deren Gehalt an Aschebildnern, ins-. besondere in Form von anorganischen Zellinhaltsstoffen, wesentlich gesenkt ist, ohne daß der Gehalt an wasserlöslichen, organischen Wertstoffen, wie Proteine und Kohlehydrate, in gleichem Maße vermindert wird. Insbesondere soll eine erhebliche Senkung des Kaliumgehaltes im Trockenprodukt erreicht werden. Die erzeugte Trockenhefe soll eine weitgehend amorphe Oberflächenbeschaffenheit besitzen und ein gutes Benetzungs- und Absinkverhalten in organischen Lösungsmitteln aufweisen·

Darlegung de3 Lesens der Erfindung

Es wurde gefunden, daß eine weitgehend selektive Abgabe von vorwiegend anorganischen Komponenten aus der Hefezelle an das wäßrige ümgebungsiaedium bei ausreichender

thermischer Behandlung der Hefesuspension erreicht wird, wenn in der wäßrigen Hefesuspension bereits vor der thermischen behandlung wasserlösliche Rohproteinkomponenten oder ein in der chemischen Zusammensetzung dem. Rohprotein ähnlicher Stoffgruppenkomplex vorhanden ist.

Unter dieser Voraussetzung kann die Abgabe von wasserlöslichen Proteinen aus der Zelle an das wäßrige ümgebungsmedium bis auf etwa 10 Gew.-% des unter diesen thermischen Bedingungen ansonsten üblichen Wertes gesenkt werden. Gleichzeitig wird die Abgabe bis zu 95 Gew.-% dos Kalium und 20 Gew.-% des Phosphors an die wäßrige Phase der Suspension erreicht.

Um eine ausreichende Wirkung zu erzielen, ist es notwendig, die Lysatmenge so einzustellen, daß der organisch gebundene Stickstoff des Lysats mindestens 2 Gew»-% des in der Hefezelle gebundenen organischen Stickstoffs der Suspension beträgt· Die so vorbereitete Suspension wird anschließend auf 333 - 353 K erwärmt und durch Abtrennen des wäßrigen Mediums mindestens 16 Gew.-%, vorzugsweise 18 - 28 Gew,-% Hefetrockensubstanz zur weitgehenden mechanischen Entfernung des wäßrigen Mediums aufkonzentriert. Diese Suspension kann nunmehr beliebig zu Trockenprodukten verarbeitet werden·

Soll das Trockenprodukt anschließend einer kontinuierlichen Gegenstromextraktion zugeführt werden, ist es vorteilhaft, zur Erzeugung eines geeigneten Kornspektrums ein Sprühtrocknungsverfahren anzuwenden*

Die bei der Zentrifugation oder Separation erhaltene wäßrige Phase, die das aus der Zelle abgetrennte Kalium und Magnesium, den Phosphor sowie den überwiegenden Anteil

des vorher zugesetzten Lysates enthält, kann vorteilhafterweise in der gleichen Anlage zur NährlÖsungsbereitung verwendet werden oder der Nährlösung zugesetzt werden· In Fermentationsprozessen, bei denen das Lysat nicht oder nur zum Teil von den Mikroorganismen utilisiert wird, kann dabei gegebenenfalls die erforderliche zusätzliche Lysatmenge verringert werden.

Die wasserlösliche Rohproteinkomponente kann durch teilweise oder vollständige Thermolyse oder Hydrolyse aus der Hefesuspension oder auch aus ITeben- oder Abfallprodukten der mikrobiologischen Industrie erzeugt werden. Sie hat in der Regel folgende durchschnittliche Zusammensetzung bezogen auf Trockensubstanz

Aminosäure 10 - 30 Gew.-% Proteine 40-60 Gew.-% Nukleinsäure 10 - 30 Gew.-%

Der Vorteil des Verfahrens äußert sich darin, daß das erzeugte Trockenprodukt, trotz thermolytischer Behandlung der zu trocknenden Suspension und mechanischer Abtrennung einer Wasserphase aus dieser Suspension, im Proteingehalt zugunsten einer Senkung des Aschegehaltes erhöht wird.

Bei der Trocknung dieser Suspension unter den üblichen technischen Bedingungen wird damit ein Produkt erhalten, das auf Grund des stark erhöhten Verhältnisses von wasserlöslichen organischen Komponenten zu wasserlöslichen anorganischen Komponenten in der Endphase der Trocknung eine weitgehende amorphe Oberflächenstruktur der Trockenhefepartikel annimmt. Diese amorphe Struktur schafft bessere Voraussetzungen

für die Benetzbarkeit und für die Diffusionsprozesse bei einer gegebenenfalls erforderlichen Extraktion der Trockenhefe mit organischen Lösungsmitteln.

Ausführun^sbeispiele

Die Erfindung soll anhand folgender Beispiele näher erläutert werden:

Beispiel 1

In einer Versuchsanlage zur Gewinnung von Futterhefe auf Erdöldestillatbasis fällt eine 5 %ige Hefesuspension, bezogen auf Trockensubstanz, an. Diese Suspension wurde zur Gewinnung von Lysat über ca· 27OO s auf 353 K erwärmt und anschließend kontinuierlich separiert· Die Elarphase enthielt 1400 mg/1 organisch gebundenen Stickstoff, der in folgenden Hauptgruppen gebunden war:

24 % in Aminosäuren

48 % in Proteinen

28 % in Nukleinsäuren und Nukleotiden.

In einem kleintechnischen Fermentor mit einem Fassungsvermögen von ca. 5OO 1 wurde gleichzeitig Hefe der Gattung Lodderomyces elongisporus auf n-Paraffinen unter Normalbedingungen gezüchtet· Dem Fermentor wurden kontinuierlich 40 l/h Fermentationsgemisch entnommen. Dieses Fermentationsgemisch stellte eine Hefesuspension mit folgenden

Kennwerten dar:

Temperatur 326 K

pH - Wert 4,0 - 4,2

Hefegehalt 1,9 % Hefetrockensubstanz

Kaliumgehalt 90 - 110 mg/1

Phosphor-Gehalt 20 - 60 mg/1

organischer _?0 _ ^_{50 mg/1#}

Stickstoff

Dieser Suspension wurde kontinuierlich soviel von der o.g. Klarphase zugegeben, daß der Pegel an organischem Stickstoff in dem Gemisch rund I50, 250 und 350 mg/1 betrug.

Dieses Gemisch wurde über 2100 s auf 353 K erwärmt und mit einem Düsenseparator ein Hefekonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 22,5 Gew.-% abgetrennt. Die erhaltene Klarphase wurde auf organischen Stickstoff und Kalium analysiert und die aus der Hefezelle abgegebene Kalium- und organische Stickstoffmenge in mg/1 Hefetrockensubstanz errechnet.

Die Werte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt, Die einzelnen Spalten enthalten:

1. Organisch gebundener Stickstoff in der Wasserphase des Separationsgemisches vor der Erwärmung in mg/1.

2. Organisch gebundener Stickstoff in der Klarphase nach Erwärmung und Separation in mg/1.

3· Abgabe an organischem Stickstoff aus der Hefe in mg/g Hefetrockensubstanz.

4. Kalium im Separationsgemisch vor der Erwärmung in mg/1.

5· Kalium in der Klarphase nach Erwärmung und Separation in mg/1.

6. Spezifische Abgabe von Kalium in mg/g Hefe, 7· Spezifische Abgabe von Phosphor in mg/g Hefe.

153	365	11	6	120	540	18	5	4	4
,252	371	6	260	690	18	3,	1
354	382	1»	350	770	17,	«ι

Aus der Spalte 3 ist zu erkennen, daß mit steigender Menge an wasserlöslichen Rohproteinkomponenten die thermoIytische Abgabe von organischen Stickstoffverbindungen aus der Hefezelle nahezu unterbunden wird. Aus der Spalte 6 ist die davon unabhängige hohe, selektive Kaliumabgabe von 18 mg/g = ca· 90 Gew.-% deutlich erkennbar.

Die abgetrennte Kalium- und lysathaltige Klarphase wurde vollständig zur Nährlösungsbereitung für den "Fermentationsprozeß verwendet.

Der Versuchsfermentor wurde unter den Bedingungen des Versuchspunktes 3 noch einige !Page kontinuierlich betrieben.

Unter Verwendung der vollständigen Klarphasenmenge für die Nährlösungsbereitung 3tellte sich nach einem Tag im Fermentor ein Pegel von ca. 150 mg/1 unverbrauchten organisch gebundenen Stickstoffs ein.

Um den Versuchspunkt 3 unter den angegebenen Bedingungen, d.h. Konzentration an organischem Stickstoff vor der Erwärmung und Separation weiter zu betreiben, konnte die eingesetzte Frischmenge an Rohproteinkomponenten auf ca. 30 Gew.-% verringert werden·

Von den einzelnen Versuchsabschnitten wurden Trockenproduktmuster erzeugt und auf Rohprotein- und Aschegehalt analysiert.

Folgende Werte wurden erhalten:

	Rohprotein	2	Asche	in %
1.	53,2	4,2
2.	54,7	3,9
з.	57,1	3,5
Beispiel

Ein nahezu analoger Versuch wurde unter Einsatz von n-paraffinhaltigem Erdöldestillat als Kohlenstoffquelle durchgeführt.

Hier wurden etwa gleiche Verhältnisse hinsichtlich der Biomassekonzentration und der sich einstellenden Konzentrationen an organischem Stickstoff sowie Kalium erhalten.

Die thermoionische Behandlung wurde bei 353 K nach Einstellung eines Pegels von 35О mg/1 organisch gebundenem Stickstoff über 2100 s durchgeführt.

Zur Herstellung des Hefekonzentrates wurde zunächst unter Zugabe von 1,2 g/kg eines nichtionogenen Tensides aus Ethylenoxid und Propylenoxid das unverbrauchte Erdöldestillat und anschließend die wäßrige Klarphase abgetrennt·

Die aufkonzentrierte Hefesuspension mit 23 Gew.-% Hefetrockensubstanz wurde in einem Düsensprühtrockner bei 368 K Brüdenausgang getrocknet. Es wurde ein Hefepulver folgender Charakteristik erhalten.

Rohproteingehalt	57	,1	Gew.-%
Kohlenwasserstoffe		,5	Gew.-%
Lipide	8	,5	Gew.-36
Asche	2	,2	Gew.-%
Wasser	9		Gew.-JS
Kornspoktrum	97	im Berei

Von diesem Produkt wurden 5 Proben diskontinuierlich in vier Stufen mit einem Gemisch aus Benzin, Siedelage 338 - 378 K und Ethy!alkohol extrahiert. Die Extraktionstemperatur betrug 298 K Peststoff/Lösungsmittelverhältnis 1:5·

Das Gemisch wurde in einem 2 1 Gefäß über 500 s intensiv gerührt und anschließend absetzen gelassen. In der ersten Extraktionsstufe wurden der Anteil an aufschwimmenden, nicht benetzbarem Trockenprodukt sowie die mittlere Absetzzeit bestimmt« Hach der 4. Stufe wurde das Trockenprodukt filtriert, über eine Nutsche lufttrocken gesaugt und das Restlösungsmittel bei 383 K abgetrieben. Anschließend wurden eine Totalhydrolyse durchgeführt und die unextrahierten Restkohlenwasserstoffe bestimmt.

In der 6. Spalte ist ein Vergleichstrockenprodukt mit einem Aschegehalt von 7 Gew.-% und einem Rohproteingehalt von 52,9 Gew.-% mit angegeben.

Produktproben Vergleichsprodukt 1, 2, 3, 4,, 5, 6

Auf se hw< imraendes in der

1. Stuf© in 0,3 0,1 0,2 0,2 0,1 7,4 Gew.-%

Absetzseit in Sekunden 14 I3 16 15 I3

Restkohlenwasserstoff- gehalt nach

der 4. Extrak- °'¹ 0,08 0,12 0,1 0,05 0,21 tion in Gew.-%

Claims (2)

1. - ль

   Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Trockenhefe mit niedrigem Asche- und hohem Rohproteingehalt durch selektiv© thermoionische Überführung von Kalium und Phosphor aus der HefezeHe in die wäßrige Phase der zu trocknenden Hefesuspension und anschließende weitgehende mechanische Abtrennung dieser wäßrigen Phase, gekennzeichnet dadurch, daß vor der thermolytischen Behandlung und mechanischen Trennung in der Suspension ein Gehalt an natürlichen wasserlöslichen Rohproteinkomponenten in einer solchen Menge eingestellt wird, daß der Gehalt an organisch gebundenem Stickstoff dieser wasserlöslichen Rohproteinkomponente mindestens
2. 2 Gew.-% des in den Hefesellen der Suspension gebundenen Stickstoffs beträgt, daß die thermolytische Behandlung oberhalb 328 K erfolgt und die mechanische Abtrennung der wäßrigen Phase soweit erfolgt, daß die su trocknende Suspension mindestens 10 Gew.-% Hefstrockensubstana enthält.