DE2045564A1

DE2045564A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Mikroorganismen

Info

Publication number: DE2045564A1
Application number: DE19702045564
Authority: DE
Inventors: Paul Paris Bardot
Original assignee: Societe pour lEquipement des Industries Chimiques SA
Current assignee: Societe pour lEquipement des Industries Chimiques SA
Priority date: 1969-09-15
Filing date: 1970-09-15
Publication date: 1971-03-25
Also published as: US3660908A; FR2058543A5; GB1296867A

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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Societe pour 1'Equipement des Industries Chimiques Speichim

Paris, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Mikroorganismen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von gezüchteten Mikroorganismen, insbesondere von Nährhefe, die in der Form wässriger Suspensionen breiartiger Konsistenz hergestellt werden und im allgemeinen einen Trockengutanteil in der Größenordnung von 13 bis 15 Gew. -% bis maximal etwa 18 Gew.-^ besitzen.

Hefozellen besitzen bekanntermaßen einen hohen Proteingehalt, sowie einen hohen Gehalt an essentiellen Aminosäuren, das heißt, an Aminosäuren, die von Primärorganismen nicht synthetisiert werden können. Nährhefen werden im allgemeinen als ergiebige Proteinquellen betrachtet, mit denen die Zusammensetzung von für Mensohen und Tiere bestimmten Lebensmitteln korrigiert werden kann.

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.Sollen Hefen einen hervorragenden Bestandteil von'Lebensmitteln bildenf^müssen Ihre Proteine verdaulich sein. Noon lebende Zellen sind üämlich durch eine Zellulosehülle oder -membran geschützt, die von den Darmsäften nicht angegriffen wird. Diese Membranen müssen daher hydrolisiert werden, um die Hefe verdaulich zu machen.

Die Verdaulichkeit wird nach der Pepsinmethode gemessen, nach der der in der Hefe enthaltene verdauliche Proteinanteil bestimmt werden kann. Zur wenigstens partiellen Hydrollsierung fc der Zellulosemembran der Zelle wird im allgemeinen vor oder nach der Konzentration eine Wärmebehandlung angewendet.

Es 1st bereits vorgeschlagen worden, die Hefe entweder auf Zylindern (Trommeltrocknern) oder nach der Konzentration durch Zerstäubung zu trocknen. Die Trocknung auf Zylindern wird bei geringen Produktionsmengen angewendet, d.h. im allgemeinen bei Produktionsmengen von weniger als 10 t Trockengut pro Tag oder etwa 500 kg Hefepulver pro Stunde. Der Brei wird in einen mit Dampf versorgten Zylindertrockner eingeführt, der den Brei in Form einer Filmschicht trocknet, die mittels einer Bakel abgestrichen wird. Bei diesem Verfahren wird die Hefe unter Berührung mit dem Zylinder gleichzeitig thermolysiert und getrocknet.

Bei Zerstäubungsverfahren, die für Produktionen Im großen Maßstab geeignet sind, ist vorgeschlagen worden, durch Verdampfung zu konzentrieren. Hierbei wird der Hefebrei, der die Zentrifuge mit etwa 15 % Trockengut verläßt, durch verschiedene Heizeinrichtungen geführt, die durch die Einwirkung der Konzentrat Ionseinrichtung versorgt werden, wo er., aufgeheizt wird. Sie wird darauf in einen Pasteurisator oder Thermolysator geführt und gelangt darauf auf die Rohrbündel der Konzentrat Ionselnriehr tung.wo sie konzentriert wird. Die Verdampfung erfolgt im Vakuum.

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Das produkt enthält im allgemeinen einen Trockengutanteil von 22 bis 23 %. Bei diesem Konzentrationsgehalt ist der thermolysierte Brei noch verhältnismäßig flüssig. Dieser Brei wird darauf in einem Trocknungsgerät durch Zerstäubung dehydratisiert.

Hinsichtlich der Verdampfung vor der Zerstäubung ist ferner vorgeschlagen worden, zur Konzentration zu filtrieren. In diesem Fall wird der Brei mit einem Trockengutgehalt von 15 % in einen durchgehend arbeitenden Rotationsfilter geschickt, der einen Kuchen oder Teig mit einem Trockengutgehalt von etwa 25 bia 27 % erzeugt. Dieser Brei wird durch eine Heizeinrichtung geführt, die ihn während etwa 5 Minuten auf 80 bis 85° 0 aufheizt, so daß er fließfähig und damit pumpfähig ist.

Die so verflüssigte Hefe wird durch Zerstäubung getrocknet. Die Zerstäubungstrocknung erfordert jedoch sehr große und teure Einrichtungen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen im großen Maßstab mit besserem Wirkungsgrad frische und besser verdauliche Hefe gewonnen werden kann, insbesondere Hefe, die durch Pepsin bis zu 80 und 90 % verdaulich ist.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die industrielle Verarbeitung bzw. Behandlung von gezüchteten Mikroorganismen, insbesondere für Lebensmittel und hierbei insbesondere auf Nährhefen. Hierbei handelt es sich um Zellen, die auf Schlempe (Rückständen aus der Weinzubereitung), Rohrzucker oder "Rübenzucker gezüchtet sind bzw. um Hefen, die auf Molke, Erdölprodukten usw. gezüchtet sind. Der Einfachheit halber sei im folgenden lediglich auf Hefe Bezug genommen.

Die vorliegende Erfindung besteht in der Trocknung durch Fluidisation eipes Hefebreis, der vorher konzentriert und zerkleinert

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wurde. Insbesondere wird erfindungsgemäß zur Erhöhung des Trockengutgehalts der Hefe gefiltert und, insbesondere zu Körnern, zerkleinert. Bei dem so konzentrierten Produkt werden darauf die Teile in einem Warmgasstrom fluidisiert.

Insbesondere kann dem filtrierten Produkt vor oder während seiner Zerkleinerung ein Produkt mit höherem Trockengutanteil zugefügt werden, insbesondere ein Produkt, das aus der Fluidisationszone kommt.

Das Gas, in dem die Hefeteilchen während der Fluidisation suspendiert werden, kann aus Luft bestehen, gegebenenfalls aus Luft, der Sauerstoff entzogen wurde, oder aus"einem inerten Gas wie Stickstoff. Dieses Gas kann mit einer Temperatur zwischen 50 und 400⁰C in die Fluidisationszone eingeführt werden. Eine Temperatur in der Größenordnung von 150⁰C führt im allgemeinen zu zufriedenstellenden Ergebnissen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zeichnet sich aus durch einen Hefefilter, durch eine Einrichtung zur Zerkleinerung des Filterkuchens, dem gegebenenfalls Hefe mit einem höheren Trockengutanteil zugefügt wird, und durch eine Trocknungseinrichtung, bei der mittels Fluidisation getrocknet wird und die so aufgebaut und angebracht ist, daß sie durch die gewonnenen Teilchen gespeist wird.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten beispielsweisen A us füh rungs form wird die Erf i__n dung im folgenden näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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Die gezeigte Vorrichtung enthält einen durchgehend arbeitenden Rotationsfilter 1, dem über eine Zuleitung 2 ein Hefebrei mit etwa 15 % Trockengutanteil zugeführt wird. Die den Filter verlassende Schicht aus konzentriertem Hefebrei wird über eine geneigte Fläche 3 zu einer durchgehend arbeitenden Granuliereinrichtung ^geführt, die einen Rotor 5a und einen Antriebsmotor 5b enthält. Der Brei wird vorzugsweise mit trockenerem Hefepulver gemischt, das über eine Zuleitung 6 zugeführt wird. In diesem Fall wird er, wie in der Figur gezeigt ist, einem Beschickungstrichter 7 zugeführt, der am Einlauf eines durchgehend arbeitenden Mischers 8 mündet. Der Mischer 8 enthält einen Mischrotor 8a und einen Antriebsmotor 8b.

Das die Granuliereinrichtung 5 verlassende Gut wird in einen Fluidisationstrockner 9 geführt. Der Fluidisationstrockner 9 enthält eine Suspensionskammer 9a oberhalb eines Rüttelsiebs 9b, eine Kammer 9c zur Einleitung des warmen Gases unterhalb des Siebs und einen Ausgang 9d für das trockene Hefepulver. Das Rüttelsieb 9b ist mit einem Rüttler 10 versehen.

In dem gewählten Beispiel wird das Gas aus der Umgebungsluft mittels eines Ventilators 13 über ein Filter 12 angesaugt und über eine Heizeinrichtung 14 in die Kammer 9g eingeblasen, von wo es durch das Rüttelsieb 9b nach oben steigt.

Die in der Suspensionskammer9a verwirbelte Luft, die unter Aufschließung der Zellen die Hefeteilchen getrocknet hat, führt die feineren Teilchen durch ein Rohr 11 zu einem Zyklon 32, über dem ein Säuglüfter 33 angeordnet ist. Vom Boden des Zyklons 32 führt ein Rohr 34 die getrockneten und abgetrennten Teilchen zum Ausgang 9d der Fluidlsationskammer.

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Zur Ji nt nähme des trockenen Gutes sind am Ausgang 9d Rotationsschleusen 15 vorgesehen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform geht vom Ausgang 9d ein Rohr 16 aus, das zu einer Trenneinrichtung für festes Gut, beispielsweise zu einem Zyklon 17 führt, der mit einem Sauglüfter 18 verbunden ist. Das gewonnene feste Gut wird über die Zulei-r tung 6 zum Beschickungstrichter 7 geführt. Vom Sauglüfter 18 wird das Gas über ein Rohr 19 zum Zyklon 32 geführt.

Die Vorrichtung kann ferner eine mit einer Schnecke 20a und einem Antriebsmotor 20b versehene Fördereinrichtung 20, eine halbautomatische Waage 21 zum Wiegen und Abfüllen in Säcke 22, ein Förderband 23 und eine Einrichtung 24 zum Verschließen der Säcke enthalten.

Der Rotationsfilter 1 kann gegebenenfalls durch eine Filterpresse oder eine Zentrifuge ersetzt werden.

Vorteilhafterweise werden die Anteile des über die Zuleitung 6 zugeführten trockenen Hefepulvers und des vom Filter zugeführten Breis so bemessen, daß sich eine Mischung mit einem Trockengutanteil von über 27 % ergibt. Die Temperatur der Luft und der Luftdurchsatz durch die Kammer 9a können derart eingestellt werden, daß die von der Granuliereinrichtung 5 zugeführten Körner schnell auf eine Temperatur von etwa 8Q⁰C gebracht werden, bei der die lebenden Zellen durch Erhitzen zerstört werden.

Am Ausgang des Fluidisationstrookners hat das Granulat einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 4 %. In diesem Zustand wird es konditioniert °der gemahlen, so daß sich ein feineres Pulver ergibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet verschiedene Vorteile.

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Wie beim bekannten Verfahren, wo nach der Zerstäubung filtriert wird, übersteigt die durch Filtrierung entzogene Wassermenge die durch Verdampfung entzogene, durch die Fluidisation werden jedoch wesentlich weniger Kalorien entzogen als bei der Zerstäubung. Somit kann bei Heizung durch Dampf ein Mitteldruckgenerator (10 kg/cm ) durch einen Niederdruckgenerator (weniger als 6 kg/cm ) ersetzt werden.

Durch die kontinuierliche Anreicherung des den Rotationsfilter verlassenden Breies durch das Pulver wird das Gut auf einen Feuchtigkeitsanteil und damit auf eine Plastizität gebracht, die für eine gute Granulation zweckmäßig sind.

Der thermische Wirkungsgrad bei Trocknung mit Luft von beispielsweise 150°ö übersteigt im allgemeinen 60 %. Um einen ähnlichen Wirkungsgrad bei der Zerstäubungstrocknung zu erreichen', muß man bei Temperaturen von etwa 400°0 arbeiten. Nachteilig hieran ist, daß der spontane Entflammungspunktdes Hefepulvers bei etwa 4υυ ο

liegt.

Der durch die die Trocknungsvorrichtung verlassende feuchte Luft bedingte Verlustanteil wird wesentlich verringert, da der Anteil der kleinen Teilchen am festen Granulat, deren Größe zwischen 80 und 200 /u liegt, 5 Gew.-% Ί·33 trockenen Gutes nicht übersteigt. Diese Größe der feinen Teilchen erlaubt die Verwendung von Zyklonen mit großem Durchmesser, die weniger teuer sind als Zyklone für durch Zerstäubung getrocknete Hefepulver. Im letzteren Fall müssen die Zyklone einen geringen Durchmesser besitzen, da die mittlere Größe der Teilchen des feinen Pulvers, die durch sie hindurchgeführt werden, zwischen 10 und 60 /u liegt.

Zum Entzug der gleichen Wassermenge aus dem Hefebrei,, um ihn in pulverförmigen Zustand zu bringen, sind bei der Fluidisationstrocknung wesentlich billigere Einrichtungen erforderlich als bei der Zerstäubungstrocknung. Die Ersparnis beträgt je nach den gegebenen Umständen 30 bis 50 %.

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Pie Herstellungskosten sind bei der Fluidisationstrocknung gegenüber der Zerstäubungstrocknung geringer, da bei gleichem thermischem Wirkungsgrad bei der Fluidisationstrocknung geringere Temperaturen erforderlich sind (etwa 15O⁰C anstatt 400°C bei der Zerstäubung), die durch die feuchte Trocknungsluft bedingten Pulververluste praktisch vernachlässigbar sind, und weil bei der Filtrierung zur Trocknung weniger. Wasser entzLOsen werdenAuß als bei der Verdampfung (beim ersteren Verfahren müssen 70 % und beim letzteren 78 bis 80 % entzogen werden).

Es ist festgestellt worden, daß die Granulation des Filterkuchens || nicht bei sämtlichen Mikroorganismen gleichmäßig gut vonstatten geht. D. h., zur Erzeugung von zusammenhängenden Körnern, die ein günstiges Bett zu einer zufriedenstellenden Trocknung durch Fluidisation ermöglichen, muß das sich aus einer vorhergehenden Bearbeitungsstufe ergebende Gut in unterschiedlichen Mengen zur Granulationseinrichtung oder zum Mischer zurückgeführt werden.

So ist festgestellt worden, daß bei jeder Mikroorganismenart ein bestimmter Trocknungsgrad (zweckmäßigerweise als Granulationspunkt bezeichnet) besteht,unterhalb dessen das Gut mehr oder weniger klebrig oder gallertartig ist, so daß es sich bei üblichen Granuliereinrichtungen schlecht zur Bildung von zusammenhängenden Körnern eignet. Dieser Punkt liegt beispielsweise bei den " Saccharomyces bei etwa 28 bis 30 % (Trockengut), bei den Candida bei etwa 35 bis 38 % und bei Torula bei etwa 56 bis 57 %.

Um eine möglichst hohe Wirtschaftlichkeit zu erreichen, arbeitet man zweckmäßigerweise beim Granulationspunkt und, um sicherer und einfacher arbeiten zu können, in der Praxis oberhalb dieses Punktes in der oben beschriebenen Weise. D. h. das Trockengut wird zur Granuliereinrichtung oder in deren Zuführung zurückgeleitet, und zwar in einer Menge, die durch einen vorherigen Versuch in jedem Einzelfall leicht zu bestimmen ist.

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In einer abgewandleten Ausführungsform kann man auch den Anteil des Trockengutes erhöhen, indem man den Filterkuchen vor der Granulierung vortrocknet, so daß der Trockengutgehalt auf den Granulat!onspunkt oder darüber gebracht wird. Hier besteht die Schwierigkeit, daß die Vortrocknung nicht leicht in wirtschaftlicher Weise durchführbar ist, da zusätzlich zu dem zwischen den Zellen befindlichen Wasser auch das Zellwasser entfernt werden muß. Hierbei ist zu brücksichtigen, daß die lebenden und abgetöteten Zellen ihr Wasser nicht gleich gut abgeben und sich zu ihrer Bearbeitung nicht im gleichen physikalischen Zustand befinden.

Es ist festgestellt worden, daß der Filterkuchen vorteilhafterweice zerkleinert oder zerbröckelt wird," indem man ihn unter einer umlaufenden und mit Zähnen versehenen Welle durchlaufen läßt. Die Bruchstücke werden für eine bestimmte Zeit einer bestimmten Ttoüiperatur ausgesetzt, die ausreicht, um den Granulaticnspunkt wenigstens zu erreichen, und vorzugsweise, um die Zellen abzutöten, wobei die essentiellen Aminosäuren, insbesondere Lysin nicht beeinträchtigt werden dürfen, d. h. die Aminosäure, deren Anteil im Sojamehl verhältnismäßig ge'r'lng 'ist.

Bei einer Heizung des Filterkuchen auf 80 bis 85⁰O während einiger Minuten, wie es oben vorgeschlagen wurde, wird zu wenig Wasser entzogen und ist daralt nicht ausreichend. Die zweckmäßigen' Temperaturen liegen wie obenzwlschen 50 und 400 ⁰O. Für jede gewählte Temperatur wird unter'Berücksichtigung des Granulatibnspunktes die Heizzelt experimentell bestimmt. Als allgemeine Regel kann angegeben werden, daß,wenn man z. B. im Temperaturbereich von 80 bis 85⁰O arbeitet, die Heizzeit etwa 1/2 bis 1 Stunde betragen muß. Die Vortrocknung des zerbrochenen Kuchens kann im Wirbelbett, Im Festbett oder durch Vibrationen erfolgen, bo daß das Gut während der minimal erforderlichen Zelt der gewählten Temperatur ausgesetzt wird. Der zerbrochene Kuchen kann auch auf ein perforiertes Band gebracht werden, auf dem er

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für die erforderliche Zelt durch einen Tunnel geführt wird, der gleichzeitig von einem warmen Gas mit der gewählten Temperatur durchströmt wird.

Typische Mikroorganismen, bei denen die Erfindung anwendbar ist, sind. Torula utllis und famata, Rhodotorula sp._t Torulopsis sp. und utills, Candida lipolytica, tropicalis, rugosa, sp. guillermondli, robusta, pelllculosa, intermedia und arborea, Trlchonospore cutaneum, Trichosporum capitanicum, Eudomyces vernalis, Bacillus paraffinicus, Methanomonas, Pseudoraonas species und MicroiOJCJBus cerifleans. Zu erwähnen sind ferner Aspergillus und Penicillium,

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Claims

20A556A PATSHTA H SPRÜCHE

1. Verfahren zur Trocknung von gezüchteten Mikroorganismen, insbesondere von Nährhefen, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Suspension der Mikroorganismen zur Entfernung des Wassers gefiltert wird, daß der Filterkuchen granuliert wird, und daß die Körner in einem Gasstrom bei einer Temperatur von 50 bis 400⁰C fluidisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisation mit einem Gas bei einer Temperatur in der Größenordnung von 150⁰C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß vor oder während der Granulierung des Kuchens ein ähnliches aber trockneres Gut zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das trocknere Gut aus der Fluidisationszone zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 biS'4, gekennzeichnet durch einen die Suspension aufnehmenden Filter (1), durch eine den Filterkuchen aufnehmende Granuliereinrichtung (5), und durch einen an die Granuliereinrichtung angeschlossenen Fluidisationstrockner.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Mischer (8) zwischen dem Filter (1) und der Granuliereinrichtung (5)ι sowie durch eine Einrichtung (16, 17, 6), mittels der das Gut aus der Fluidisationszone in den Mischer zurückgeführt wird.

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7. Verfahren zur Trocknung von gezüchteten Mikroorganismen, insbesondere von Nährhefen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension der Mikroorganismen filtriert wird, daß der Filterkuchen behaaadeit wird, um den Trockengutgehalt wenigstens bis zum Granulationspunkt zu erhöhen, daß der so behandelte Kuchen granuliert wird, und daß die Körner in einem Gasstrom bei einer Temperatur von 50 bis 400⁰O fluidisiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkuchen zerstückelt wird, und daß die Stücke für eine Zeit_; die ausreicht, um den Granulationspunkt

zu erreichen, einer Temperatur zwischen 50 und 40O⁰O ausgesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stücke des Filterkuchens in einem Gas mit · einer Temperatur zwischen 50 und 400⁰O einer Fluidisation unterworfen werden.

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ORIGINAL INSPECTED