DD247920A5

DD247920A5 - Verfahren zur Gewinnung von mikrobiellem Eiweißisolat mit verbesserten Eigenschaften

Info

Publication number: DD247920A5
Authority: DD
Publication date: 1987-07-22

Abstract

Mikrobielle Proteine koennen durch Reinigung der Fermentationsbruehe mit Hilfe eines ein- oder mehrstufigen Membrantrennverfahrens und anschliessender Extraktion der Lipide und Nucleinsaeuren von unerwuenschten Geruchs- und Geschmacksstoffen sowie von Farbstoffen befreit werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gereinigten und von Nucleinsäuren und Lipiden befreiten mikrowellen Proteinisolaten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der DE-OS 2137038 wird beschrieben, daß Einzeller-Proteinmaterialien, insbesondere Hefen und Bakterien, durch Extraktion mit einer wäßrigen Lösung, die 60 bis 80VoI. -% eines niederen aliphatischen Alkohols enthält, von Substanzen mit unangenehmem Geschmack und Geruch befreit werden können.

Der Lipid- und Nucleinsäuregehalt in mikrobiellen Zellmassen kann ebenfalls durch Extraktion vermindert werden, wie aus der DE-PS 2633666 hervorgeht. Hierzu werden die Zellmassen in einer ersten Stufe mit einer Extraktionsmischung aus Ammoniak und einem polaren Lösemittel aus der Reihe der niederen Alkanole, niederen Glykole und der Methyl- oder Ethylether eines niederen Glykols behandelt, wobei der Gesamtwassergehalt höchstens 30Gew.-%, bezogen auf die Lösemittelmenge, und die Ammoniakkonzentration vorteilhaft 1 bis 10Gew.-%, ebenfalls bezogen auf die Menge des Lösemittels, beträgt. Hierbei werden die Lipide und ein großer Teil der Geruchs- und Geschmacksstoffe extrahiert. In einer zweiten Stufe wird der Rückstand der Zellmassen ein- oder mehrstufig mit Wasser extrahiert, wodurch die Nucleinsäuren entfernt werden. Das so erhaltene Proteinisolat ist dann weitgehend geruch- und geschmacklos und kann für viele Anwendungszwecke, zum Teil auch in der menschlichen Ernährung, unmittelbar eingesetzt werden.

In der Praxis ist es jedoch nicht immer zu vermeiden, daß solchen Eiweißisolaten noch ein an Chemikalien erinnernder, salziger Geschmack und eine bräunlich-gelbe Färbung anhaftet. Dies stört insbesondere bei Anwendungsgebieten in der menschlichen Ernährung. Die Europäische Patentanmeldung 0126289 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von unerwünschten Geruchsund Geschmacksstoffen aus mikrobiellen Proteinisolaten, indem man diese Materialien mit wäßrigen Lösungen behandelt, die ein Phosphat und/oder einen hydrophilen, niedermolekularen Aliphaten enthalten, die mindestens zwei funktioneile Gruppen aus der Reihe Hydroxy, Formyl, Keto und Carboxy enthält. Dieses Verfahren erreicht jedoch nur einen verbesserten Geruch und Geschmack und nicht Geschmacksneutralität und ist außerdem zeit- und kostenaufwendig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen und wirtschaftlichen Verfahrens, mit dem ein farbloses und geschmacksneutrales Protein-Produkt hergestellt werden kann, das vor allem auf dem Gebiet der menschlichen Ernährung universell einsetzbar ist.

-2- 247 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Technologie für die Herstellung von Protein-Produkten mit den gewünschten Eigenschaften aufzufinden.

Es wurde nun gefunden, daß die Fermentationsbrühe, aus der das mikrobielle Proteinmateriai isoliert wird, durch ein- oder mehrstufige Membrantrennverfahren von Geruchs- und Geschmacksstoffen sowie von Farbstoffen befreit werden kann. Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von gereinigten und von Nucleinsäuren und Lipiden befreiten mikrowellen Proteinisolaten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mikroorganismen enthaltende Fermentationsbrühe vor der Extraktion der Nucleinsäuren und/oder Lipide mit Hilfe eines Membrantrennverfahrens gereinigt wird. Erfindungsgemäß wird als Membrantrennverfahren die Ultrafiltration angewandt. Dabei werden bevorzugt Ultrafiltrationsmembranen mit einer Ausschlußgrenze von 1 000 bis 50000 Dalton eingesetzt.

Die Biomasse, wird erfindungsgemäß vor der Reinigung durch ein Membrantrennverfahren zur Flockulation gebracht, und zwar insbesondere derart, daß die Flockulation der Biomasse in der Fermentationslösung bei einer Temperatur von 50 bis 60⁰C durch Einstellen des pH-Wertes auf 7 bis 8 und danach auf 4 bis 5 erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Fermentationsbr-ühe mit der flockulierten Biomasse, vor der Reinigung durch ein Membrantrennverfahren, mit einer Nuclease behandelt. Die Behandlung erfolgt mit der Nuclease bei einer Temperatur von 50 bis60^oCundeinempH-Wertvon5bis6. Die Nuclease wird in Mengen von 10000 bis 40 000 U/l eingesetzt. Als Nuclease wird eine 5'-Phosphodiesterase eingesetzt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden methylotrophe und/oder obligat methylotrophe und/oder methanolverwertende Mikroorganismen eingesetzt. In der folgenden Beschreibung werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung aufgeführt.

Als Ausgangsmaterial kommen grundsätzlich alle mikrowellen Fermentationen in Betracht. Bevorzugt sind methylotrophe, vor allem obligat methylotrophe Mikroorganismen, insbesondere methanolverwertende Stämme, da Methanol eine billige, erdölunabhängige Kohlenstoffquelle darstellt. Methanolverwertende Mikroorganismen sind in großer Zahl bekannt und beispielsweise in den europäischen Patentanmeldungen 35831 und 37273, in der DE-AS 2161164 und insbesondere in der DE-PS 2633451 beschrieben. Diese Mikroorganismen werden in an sich bekannter Weise kultiviert und die Kulturbrühe nach beendeter Fermentation erfindungsgemäß durch ein Membrantrennverfahren, vorzugsweise Ultrafiltration, gereinigt. Die Ultrafiltration in Platten-, Rohr-, Kapillarrohr-, Wickelmembran- und insbesondere Hohlfaserapparaten mit einer Ausschlußgrenze von 1 000 bis 50000 Dalton ist besonders bevorzugt. Das die Membran nicht passierende Retentat wird nach Trocknung bei 70 bis 90⁰C isoliert und zur Gewinnung von Produkten für die menschliche Ernährung von Nucleinsäuren und Lipiden befreit. Die Extraktion dieser Stoffe wird bevorzugt mit dem in der DE-PS 2663666 genannten Verfahren durchgeführt, und zwar mit einem Methanol/Ammoniak-Gemisch als Lipidlösemittel, wobei der Ammoniakgehalt vorzugsweise bei 1 bis 10Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Lösemittelmenge, liegt und anschließender Extraktion mit Wasserzur Entfernung der Nucleinsäuren. Man erhält ein leicht gelbstichiges Proteinisolat mit sehr geringem Eigengeschmack. Es ist vorteilhaft, die Biomasse durch Manipulation des pH-Wertes bei erhöhter Temperatur zu flockulieren, und danach die erfindungsgemäße Reinigung durch Ultrafiltration durchzuführen. Hierzu wird bei Temperaturen zwischen 50 und 60°C, insbesondere bei 55°C gearbeitet. Der pH-Wert wird zuerst mit einer Lauge, vorzugsweise Natronlauge, auf einen pH-Wert von 7 bis 8 eingestellt und danach mit einer Säure, vorzugsweise Salzsäure, auf einen Wert von 4 bis 5 gesenkt. Besonders vorteilhaft zum Abbau der Nucleinsäuren ist die Behandlung der flockulierten ZeI I masse mit 10000 bis 40 000 U einer Nuclease (1 g = 10⁶ bis 10⁷U) pro Liter Fermentationslösung mit ca. 10 bis 15g Biomasse. Die Enzymbehandlung wird bei einer Temperatur von 50 bis 60⁰C und einem pH-Wert von 5 bis 6 durchgeführt. Bei der anschließenden Ultrafiltration werden die Abbauprodukte der Nucleinsäure in das Permeat überführt. Durch die Behandlung erhält man nach oben genannter Aufarbeitung ein geschmackneutrales, farbloses-Proteinisolat.

Ausführungsbeispiel

Weitere detaillierte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand von Beispielen dargestellt. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Methylomonas clara ATCC 31 226 wurde gemäß DE-PS 2633451 unter aeroben Bedingungen in einer Nährlösung gezüchtet, die Methanol als einzige Kohlenstoffquelle, Ammoniak als einzige Stickstoffquelle, Phosphat-, Eisen-, Magnesiumsalze und andere übliche Spurenelemente enthält. Man erhält eine Fermentationslösung mit etwa 14g Biomasse pro Liter, in der die Zellmasse durch Einstellen des pH-Wertes mit Natronlauge auf 8 und danach mit Salzsäure auf 5 einerTemperatur von 55°Cflockuliertwird. Aus 21 dieser Fermentationslösung wird durch Sprühtrocknen bei 80⁰C ein Rohprotein gewonnen, das gemäß DE-PS 2633666, Beispiel 1, von Lipiden durch Extraktion mit Methanol/Ammoniak im Verhältnis 10:1 und von Nucleinsäuren durch Extraktion mit Wasser befreit wird. Man erhält ein bräunlich-gelbes Isolat mit einem deutlich an Chemikalien erinnernden, salzigen Geschmack und einem Proteingehalt von 89,2%. Die Ausbeute beträgt etwa 23,8g.

Beispiel 2

Man kultiviert Methyiomonas clara ATCC 31 226 gemäß Beispiel 1. Zwei Liter der Kulturlösung mit 14g Biomasse pro Liter werden über eine Ultrafiltrations-Kassette, die mit einer Zelluloseacetatmembran (Ausschlußgrenze 1 000 Dalton) beschickt ist, bei einem Vordruck von 3 bar und einem Flux von 25l/m²h auf 200 ml aufkonzentriert. Das Konzentrat wird mit destilliertem Wasser auf 11 aufgefüllt und der Ultrafiltrationsvorgang wiederholt, bis erneut ein Endvolumen von 200 ml erreicht ist. Das Retentat wird durch Sprühtrocknen bei 80°C isoliert und gemäß Beispiel 1 von Lipiden und Nucleinsäuren befreit. Man erhält ein leicht gelbstichiges Isolat mit sehr geringem Eigengeschmack und einem Proteingehalt von 91,2%. Die Ausbeute beträgt etwa 20,1g.

Beispiel 3

Die Zellmasse aus 200I einer Kulturlösung der Fermentation von Methyiomonas clara ATCC 31226 gemäß Beispiel 1 mit 12,8g Biomasse pro Liter wird bei 55 ⁰C durch Einstellen des pH-Wertes mit Natronlauge auf 8 und danach mit Salzsäure auf öflockuliert. Die Suspension wird über ein Rohrmodul, das mit einer Zelluloseacetatmembran der Ausschlußgrenze 20000 Dalton belegt ist, durch Ultrafiltration bei einem Vordruck von 2,8 bar und einem Flux von 120i/m²h auf ein Volumen von 40 Litern eingeengt. Nach Auffüllen auf das Ausgangsvolumen mit destilliertem Wasser wird der Ultrafiltrationsvorgang bis zu einem Endvolumen von 501 wiederholt. Das Retentat wird anschließend durch Versprühen bei 80°C getrocknet, isoliert und gemäß Beispiel 1 von Lipiden und Nucleinsäuren befreit. Man erhält ein fast farbloses Pulver mit einem Proteingehaitvon 91,5%, das bei Verkostung als geschmacksneutral beurteilt wurde.

Beispiel 4

Man fermentiert Methyiomonas clara ATCC 31 226 gemäß Beispiel 1 und flockuliert die Biomasse gemäß Beispiel 3. Die Suspension wird bei einer Temperatur von 55 ⁰C und einem pH-Wert von 5 nach Zugabe von 30 000 U 5'-Phosphodiesterase 1g = 13 10⁶U) eine Stunde gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Lösung an einer Kassette, die mit einer Polysulfonmembran der Ausschlußgrenze 10000 Dalton belegt ist, bei einem Vordruck von 5 bar und einem Fluxvon40l/m²h auf 200ml eingeengt. Der Ultrafiltrationsschritt wird nach Auffüllen auf jeweils 1 Liter mit destilliertem Wasser zweimal wiederholt. Das Retentat wird nach Sprühtrocknen bei maximal 8O⁰CaIs Pulver isoliert und gemäß Beispiel 1 von Lipiden befreit. Man erhält ein farbloses, geschmacksneutrales Isolat mit einem Proteingehalt von 92,1 % und einem Nucleinsäuregehalt von 1,8%.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von gereinigten und von Nucleinsäuren und Lipiden befreiten mikrowellen Proteinisolaten, gekennzeichnet dadurch, daß die Mikroorganismen enthaltende Fermentationsbrühe vor der Extraktion der Nucleinsäuren und/oder Lipide mit Hilfe eines Membrantrennverfahrens gereinigt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Membrantrennverfahren die Ultrafiltration dient.
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß Ultrafiltrationsmembranen mit einer Ausschlußgrenze von 1 000 bis 50000 Dalton eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Biomasse in der Fermentationsbrühe, vor der Reinigung durch ein Membrantrennverfahren, zur Flockulation gebracht wird.
5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Flockulation der Biomasse in der Fermentationslösung bei einer Temperatur von 50 bis 6O⁰C durch Einstellen des pH-Wertes auf 7 bis 8 und danach auf 4 bis 5 erreicht wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Fermentationsbrühe mit der flockulierten Biomasse, vor der Reinigung durch ein Membrantrennverfahren, mit eine Nuclease behandelt wird.
7. Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Behandlung mit der Nuclease bei einer Temperatur von 50 bis 60⁰C und einem pH-Wert von 5 bis 6 erfolgt.
8. Verfahren nach Punkt 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß Nuclease in Mengen von 10000 bis 40000 U/l eingesetzt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 6 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß als Nuclease eine 5'-Phosphodiesterase eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß methylotrophe und/oder obligat methylotrophe und/oder methanolverwertende Mikroorganismen eingesetzt werden.