DE2042571A1 - Verfahren zur Gewinnung von Proteinen - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von ProteinenInfo
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Description
Ein spezielles Problem bei der Verwendung von Mikroorganismenzellen
als Nahrungsmittel besteht in der Ex- · traktion der Proteine aus den Zellen. Das Aufschliessen
von Zellen durch physikalische Methoden, wie es zur
Freilegung von aktiven Enzymen angewandt wird, ist für industrielle Zwecke nicht geeignet. Enzymatische Methoden sind im allgemeinen unökonomisch und führen häufig zu abgebauten Proteinen mit niedrigem Molekulargewicht und niedriger Gesamtausbeute. Vorgeschlagene chemische Extraktionsverfahren erfordern schwierige Behandlungen und hohe Konzentrationen an Extraktionsmitteln, welche wiederum leicht zu einem abgebauten Produkt mit niedrigem Nährwert führen.
Freilegung von aktiven Enzymen angewandt wird, ist für industrielle Zwecke nicht geeignet. Enzymatische Methoden sind im allgemeinen unökonomisch und führen häufig zu abgebauten Proteinen mit niedrigem Molekulargewicht und niedriger Gesamtausbeute. Vorgeschlagene chemische Extraktionsverfahren erfordern schwierige Behandlungen und hohe Konzentrationen an Extraktionsmitteln, welche wiederum leicht zu einem abgebauten Produkt mit niedrigem Nährwert führen.
Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Gewinnung von Proteinen aus Mikroorganismen besteht in der Auswahl geeigneter Mikroorganismen. Neben der Beachtung der Subetratverwendung, Hauptwachetumeraten und Durchführbarkeit
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von kontinuierlichen Kulturen, hat das auf Hefen gerichtete Interesse zum Aufbau von Industrien geführt, die grosse Mengen
von Hefeproteinmaterial zur Anreicherung von Futtermitteln
herstellen. Zur Gewinnung von Proteinen für den menschlichen Verbrauch werden offenbar grampositive Bakterien vorgezogen,
weil sie frei von Endotoxinen sind. Unbeschadet dieser Überlegungen
führt die Isolierung von essbaren Proteinen aus Mikroorganismen zu Problemen bei der Isolierung von unerwünschten
Zellenbestandteilen, speziell der Purinbasen und wachstumshindernden Paktoren.
Ziel der Erfindung ist ein einfaches Verfahren zur Isolierung von Bakterienproteinen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zur Gewinnung von Protein
durch Freimachen aus einer bakteriellen Biomasse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse einer kurzen schockartigen
alkalischen Behandlung bei einer Alkalikonzentration von n-0,1 bis n-2,0 behandelt wird, um den Gehalt an Zellplasma
freizumachen, dass anschliessend eine Säure zugegeben wird, um eine Konzentration an freier Säure von n-O,1 bis n-2,0
zu erhalten, dass die Säurebedingungen lange genug aufrechterhalten werden, um einen Abbau und Lösung der unerwünschten
Zellbestandteile zu bewirken, worauf das freigelegte Zeilenprotein
isoliert wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient
als Ausgangsmaterial eine Gärbrühe, die durch aerobische
Züchtung eines Bakteriums in einer Nährlösung, enthaltend
Kohlenstoff- und Stickstoffmaterial sowie übliche Zusatz« wie Mineralsalze, Vitamine, Vachstumsförderer und dgl. enthalten,
erhalten ist. He Kohlenetoffquellβ kann ein Paraffin-Kohl«nwasserstoff (linear oder cyclisch), ein oxygenierter Kohlenwasserstoff wi· Äthanol oder ein Kohlenhjdrat sein. Di« Gärbrüh·, enthaltend di« Bioma···, hat gewöhnlich «inen Z«ll«atrock«n*a«e«ng«h*lt von etwa 1-2 G«v.Jt. Dieser Gehalt kann
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unter bestimmten Bedingungen bis zu etwa 4- ?6 betragen. Die
Masse wird vorteilhaft zunächst, beispielsweise durch Verdampfung oder Zentrifugeerung, konzentriert bis zu einem
Trockengehalt an Zellen von 7 bis 15 %· Der Gärbrühe wird,
vorzugsweise nach dem Konzentrieren, ein Alkali in einer solchen Menge zugegeben, dass eine Konzentration von 0,1 bis
2,0 η erreicht wird. Praktisch werden Konzentrationen ausserhalb
dieses Bereiches möglichst vermieden, da dabei kein besonderer Vorteil erreicht wird. Das Alkali, vorzugsweise
Natrium- oder Kaliumhydroxid, kann in Form einer konzentrierten Lösung zugegeben werden. Andere Alkaliverbindungen,
wie Ammoniak oder Erdalkalimetalloxide oder -hydroxide, können ebenfalls verwendet werden, jedoch sind Natrium- oder Kaliumhydroxid
praktisch am üblichsten. Die Alkalibehandlung der Biomasse soll so durchgeführt werden, dass ein schneller
Kontakt erreicht wird. Dies kann beispielsweise durch starkes Rühren erfolgen oder durch Zusammenbringen von dünnen Schichten der Gärbrühe und Alkalilösung. Durch diese Behandlung
sollen die Zytoplasmasubstanzen innerhalb der Zellwände
freigelegt werden. Bei homogener Verteilung der Alkaliverbindung wird dies innerhalb weniger Minuten erreicht. Eine
derartige kurze Behandlung, die vorzugsweise 10 Minuten nicht überschreiten soll, vermeidet einen Abbau des Proteins.
Unmittelbar darauf wird der Gärbrühe eine Säure zugegeben, die den Alkalieinfluss auf die Biomasse stoppt und dann zur
Lösung der verschiedenen unerwünschten Stoffe in den Zellen führt, insbesondere der Purinbasen und der wachstumshindernden
Faktoren. Die Säurebehandlung wird vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, etwa zwischen 50 und 100° C, zweckmässig unter
Rühren, durchgeführt. Die Säure kann eine starke Säure wie Schwefelsäure, Salzsäure oder Phosphorsäure sein, die Konzentration
0,1 - 2,0 η betragen. Ausserhalb dieses Bereiches werden keine besonderen Vorteile erzielt. Die Säurebehandlung
soll solange dauern, bis ein Abbau und eine Lösung der uner-
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wünschten Bestandteile der Biomasse erreicht ist. Sie hängt von der angewandten Behandlungstemperatur ab.
Es ist vorteilhaft, während oder nach der Säurebehandlung eine
weitere Säure mit reduzierenden und/oder chelierenden Eigenschaften zuzugeben, z. B. Weinsäure, Essigsäure, Citronensäure
und Ascorbinsäure. Hierdurch soll eine Oxidation der in der Biomasse vorhandenen Pigmente zu dunkel gefärbten Verbindungen
vermieden werden. Die Säuren mit chelierenden Eigenschaften verhindern eine Absorption der Pigmente durch
das Protein und damit eine Verfärbung der Produkte.
Die Isolierung des freigemachten Proteins kann auf übliche Weise erfolgen. Da die überstehende Flüssigkeit die gelösten
unerwünschten Substanzen enthält, wird vorzugsweise zur Proteinabscheidung die isoelektrische Fällung bei einem pH
angewandt, das dem isoelektrischen Punkt des Proteins entspricht. Dieser variiert natürlich bei den verschiedenen verwendeten
Bakterien, liegt aber gewöhnlich zwischen pH 3 und 5·
Die isoelektrische Fällung als solche ist so allgemein bekannt, dass sie im einzelnen nicht näher beschrieben zu
werden braucht. Es ist jedoch zu beachten, dass die isoelektrische Fällung in Verbindung mit dem Verfahren gemäss der
Erfindung zu einem Protein von besonders hoher Qualität führt, da es aus einem Medium gefällt wird, was vor der Einstellung
auf den isoelektrischen Punkt eher sauer als basisch war.
Falls erwünscht, kann die reduzierende und/oder clielierende organische Säure in dieser Verfahrensstufe zugegeben werden.
Das gefällte Protein kann durch Zentrifugieren, Filtrieren
oder Dekantierung erhalten werden. Danach kann es gewaschen und getrocknet werden, z. B. durch Sprüh-Gefrier- oder
Walzentrocknung. Das Trockenprodukt stellt ein weisses Pulver mit einem neutralen Geschmack dar. Es ist leicht assimilierbar
und stellt eine ausgezeichnete Proteinquelle für menschliche und tierische Ernährung dar.
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Das Verfahren kann mit irgendeinem brauchbaren Bakterium durchgeführt werden, unabhängig vom Substrat, auf dem es wächst,
Zur Bildung von Protein können nach dem Verfahren sowohl gramnegative als auch gram-positive Bakterien verwendet; werden.
Das Verfahren ist aber besonders zur Behandlung von gramnegativen Bakterienstämmen geeignet. Beispiele von Genera
von Bakterien, für die das erfindungsgemässe Verfahren besonders
geeignet ist, sind Micrococcus, Pseudemonas, Alcaligenesurid
Arthobacter. Selbstverständlich umfasst die Erfindung eine allgemeine Methode zur Isolierung von Protein aus einer
Bakterienmasse und nicht nur eine Methode zur Behandlung eines
bestimmten Bakterienstammes.
In denfolgenden Ausführungsbeispielen sind die Prozentangaben
Gewichtsprozente.
200 ml einer 20%igen Lösung von Kaliumhydroxid werden schnell
5 Liter einer heftig gerührten Suspension von Micrococcus cerificans (ATCC 14987) Zellen, enthaltend 425 g Biomasse
(auf Trockenzellenbasis) zugegeben, die in einem Substrat,
enthaltend C^10- bis C.g-lineare Paraffine als Kohlenstoffquelle,
gebildet ist. Die Zellensuspension wurde durchZentrifugieren der nativen Gärbrühe erhalten.
Nach einer Behandlung von einigen Hinuten wird die Suspension durch Zugabe von 500 ml einer 20 %igen Salzsäurelösung
angesäuert zu einer Säurekonzentration von 0,3 n. 12 g
Citronensäure werden weiterhin zugegeben, dann die Suspension 3 Stunden bei 60° C gerührt.
Der pH der Suspension wird auf 3,5 durch Zugabe von 2OJtLger
laliumhydroxidlöeung eingestellt, das gefällte Protein durch
Zentrifugieren abgetrennt. Sie Proteinmasse wird durch ßua-
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ORlGiHAt !NSPECTBD
pendieren in 5 Liter Wasser gewaschen, der pH auf 7»5 gebracht
und das Protein bei pH 3,5 wieder gefällt. Durch Zentrifugieren
und Gefriertrocknen werden 250 g Trockenprodukt
mit 12,8 % Proteinstickstoff erhalten. Las Produkt ist ein weisses Pulver mit neutralem Geschmack. Es ist leicht assimilierbar
und kann für Nahrungsmittel mit verschiedenhohem Proteingehalt verwendet werden.
200 ml einer 20%igen Natriumhydroxidlösung werden schnell
5 Liter einer heftig gerührten Suspension von Alcaligenes sp. (ATCC 15525) Zellen, enthaltend 350 g Biomasse (auf Basis
Trokenzeilen) zugegeben, die in einem Substrat gezüchtet
wurde, das Äthanol als Kohlenstoffquelle enthielt. Die Zellensuspension wurde durch Verdampfung der Gärbrühe erhalten und
auf 50° erhitzt, wenn das Alkali zugegeben wurde.
Nach dem Rühren während 1 Minute wurde die Suspension mit 3OO ml einer 40%igen Orthophosphorsäure auf eine Säurekonzentration
von 0,4 η angesäuert. 25 g Weinsäure wurden weiterhin zugegeben und die Suspension 1 Stunde bei 90° gehalten.
Danach wurde die Suspension gekühlt und das Protein durch Einstellung auf pH 4,5 init NatriumhydroxLdlösung gefällt.
Das ausgefällte Protein wurde durch Zentrifugieren abgetrennt,
durch Suspendieren in 5 Liter Wasser gewaschen, zentrifugiert
und gefriergetrocknet. Ausbeutet 210 g weisβes
Pulver mit neutralen Geschmack, enthaltend 12,1 % Proteinstickstoff.
Das leicht assimilierbare Produkt kann zu Nahrungsmitteln
mit verschieden hohem Proteingehalt verwendet werden.
Si· Arbeitsweise wird wie nach Beispiel 2 wiederholt mit
der Ausnahme, da·· keine Veiaaäur·mi««e«b«n wird·· Dm·
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Trockenprodukt zeigte eine schwache Verfärbung, war aber im
übrigen identisch mit dem Produkt nach Beispiel 2.
Die Arbeitsweise wie nach Beispiel 1 wurde wiederholt mit
der Ausnahme, dass die Citronensäure durch 15 g Ascorbinsäure
ersetzt wurde. Das Trockenprodukt war vom Produkt nach Beispiel
1 nicht zu unterscheiden.
Während das isolierte Protein besonders geeignet für menschliche Nahrungsmittel ist, kann es auch zu Fasern versponnen
oder zu neuen Nahrungsmitteln verarbeitet werden. Weiterhin kann es als Proteinkomponente bei der Herstellung von
synthetischen Harzen, Klebstoffen und dgl. dienen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Gewinnung von Proteinen aus einer bakteriellen
Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse einer kurzen schockartigen Alkalibehandlung bei einer
Alkalikonzentration von n-0,1 bis n-2,0 unterworfen wird, dass anschliessend eine Säure zugegeben wird, um eine
Konzentration an freier Säure von n-0,1 bis n-2,0 zu erhalten, dass die Säurebedingungen lange genug aufrechterhalten
werden, bis ein Abbau und eine Auflösung unerwünschter Zellenbestandteile erreicht ist, worauf
das freigelegte Zellenprotein abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bakterielle Biomasse 7 ^is 15 Gew.% an trockener
Zellenmasse enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Alkali Natrium- oder Kaliumhydroxid ist.
M. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Behandlungsdauer mit Alkali 10 Minuten nicht überschreitet.
5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Säure Schwefelsäure, Salzsäure
oder Phosphorsäure ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Säurebehandlung bei einer Temperatur
von 50 bis 100° erfolgt.
7- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dndui'ch
gekennzeichnet, dass nach der Behandlung mit Alkali ausserdem
eine Säure mit reduzierenden und/oder chelierenden Eigenschaften zugesetzt wird.
ORIGINAL INSPECTED
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8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Säure mit reduzierenden und/oder chelierenden Eigenschaf
beil Weinsäure, Essigsäure, Ascorbinsäure oder Citronensäure ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellenprotein durch isoelektrische
Fällung gewonnen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freigelegte Protein zu einem Pulver
getrocknet wird. (
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse durch Kultur eines
Bakteriums in einem Mhrmedium gewonnen wird, das als
Kohlenstoffquelle einen paraffinischen Kohlenwasserstoff,
einen oxygenierten Kohlenwasserstoff oder ein Kohlenhydrat
enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
der paraffinische Kohlenwasserstoff eine Mischung von linearen Paraffinen mit 12 bis 18 C-Atomen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass "
der oxygenierte Kohlenwasserstoff Äthanol ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Biomasse aus Zellen eines gramnegativen Bakteriums ist.
15· IsoliertesProtein, erhalten nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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16. Essbares Präparat, enthaltend ein isoliertes Protein nach Anspruch 15·
Der PatentanwaJ^,
'il'kr\
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB42795/69A GB1274940A (en) | 1969-08-28 | 1969-08-28 | Isolation of proteins |
| GB4279569 | 1969-08-28 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2042571A1 true DE2042571A1 (de) | 1971-03-04 |
| DE2042571B2 DE2042571B2 (de) | 1977-07-07 |
| DE2042571C3 DE2042571C3 (de) | 1978-02-16 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2406822A1 (de) * | 1973-02-13 | 1974-08-22 | Ranks Hovis Mcdougall Ltd | Essbare proteinhaltige substanzen und verfahren zu deren herstellung |
| EP0102436A1 (de) * | 1982-09-03 | 1984-03-14 | Brv Technologie-Systeme Ag | Verfahren zur Behandlung von organischen Abprodukten unter Abtrennung von Schadstoffen |
| EP0126289A2 (de) * | 1983-04-20 | 1984-11-28 | Hoechst Aktiengesellschaft | Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Proteinisolaten |
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| US4504394A (en) * | 1982-09-03 | 1985-03-12 | Brv Technologie-Systeme Ag | Process for the treatment of organic fall-out products |
| EP0126289A2 (de) * | 1983-04-20 | 1984-11-28 | Hoechst Aktiengesellschaft | Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Proteinisolaten |
| EP0126289A3 (de) * | 1983-04-20 | 1987-01-14 | Hoechst Aktiengesellschaft | Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Proteinisolaten |
Also Published As
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|---|---|
| FR2059318A5 (de) | 1971-05-28 |
| JPS4820305B1 (de) | 1973-06-20 |
| NL148105B (nl) | 1975-12-15 |
| ES383074A1 (es) | 1973-04-16 |
| DE2042571B2 (de) | 1977-07-07 |
| GB1274940A (en) | 1972-05-17 |
| IT987509B (it) | 1975-03-20 |
| CH520714A (fr) | 1972-03-31 |
| SE369731B (de) | 1974-09-16 |
| BE754806A (fr) | 1971-02-15 |
| IE34424B1 (en) | 1975-04-30 |
| NL7012047A (de) | 1971-03-02 |
| US3718541A (en) | 1973-02-27 |
| IE34424L (en) | 1971-02-28 |
| ZA705217B (en) | 1971-10-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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