DE2137038A1

DE2137038A1 - Einzelliges Protein

Info

Publication number: DE2137038A1
Application number: DE19712137038
Authority: DE
Inventors: John Andrew La Porte Ind Chao Kwei Chao Naperville 111 Ridgwayjun, (V St A)
Original assignee: Standard Oil Co , Chicago, 111 (V St A)
Priority date: 1970-07-24
Filing date: 1971-07-23
Publication date: 1972-01-27
Also published as: IT954172B; NL7110230A; FR2103297A5; GB1327288A; BE770447A; JPS5618181B1

Description

Dr. F. Zumstoln sen. - Dr. E. A^smann Dr. R. Koenigsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 225341

TELEX 529979

TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÜNCHEN 2,

BRÄUHAUSSTRASSE 4/III

53/My
Ser.No. 64866

Standard Oil Company-Chicago, Illinois/USA

Einzelliges Protein

Durch Behandlung von einzelligen mikrobiellen Organismen mit einer wäßrigen alkoholischen Lösung unter Lösungsmittelextraktionsbedingungen erhält man einzellige Proteinmaterialien, die einen annehmbaren, nicht-reizenden Geschmack und verbesserte Geruehseigenschaften besitzen.Als Alkohol verwendet man Methanol, Äthanol, n-Propanol und Isopropanol. Das Extraktionslösungsmittel kann 60 bis 80 Vol.fo Alkohol enthalten, wobei der Rest aus Wasser besteht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Hefe Candida utilis, die man auf einem Äthanolsubstrat gezogen hatte, bei einer Temperatur von ungefähr 65 C mit einem Lösungsmittel behandelt, das ungefähr 70 VoI, $ Äthanol enthält, wobei man ein verbessertes Nahrungsmittel oder eine2i verbesserten Nahrungsmittelbestandteil erhält, der für den menschlichen Verbrauch geeignet ist.

In den letzten Jahren wurden viele Versuche unternommen, um neue Quellen für Protein zu erschließen, das in Nahrungsmittel oder in Nahrungsmittelzusatzstoffe, die für den menschlichen Gebrauch geeignet sind, eingearbeitet werden kann. Die schnelle Zunahme der Vieltbevölkerung bewirkt, daß die fortgesetzte Abhängigkeit von traditionellen Protein-Duellen recht unpraktisch ist. v/eiterhin reicht der Vorrat an Protein aus den typischen Proteinquellen wie Fleisch von Tieren und bestimmte Gemüse nicht aus, um eine ausgeglichene Ernährung zu ermöglichen, die für den Bedarf der Menschen in der ganzen V»^relt ausreicht.

Eine mögliche Lösung des Problems, den steigenden Bedarf an Nahrungsmittelprotein zu erfüllen, besteht darin, daß man biosynthetisch Protein erzeugt, indem man Mikroorganismen auf verschiedenen Substraten, die Kohlenstoff abgeben, züchtet, Es ist beispielsweise bekannt, daß Mikroorganismen wie Bakterien und Hefen, die durch Heproduktion einzelner Zellen wachsen, hohe Mengen an Proteinen enthalten und direkt in Nahrungsmitteln als ganzzelliges Material verwendet werden können. Sie können ebenfalls behandelt werden, um das Protein zu isolieren. Kürzliche Untersuchungen haben gezeigt, daß diese Mikroorganismen, die auf Kohlenwasserstoffsubstraten gezogen werden, erfolgreich in Tierkost verwendet werden können. Bis jetzt wurden diese Mikroorganismen jedoch nicht technisch für Nahrungsmittelzubereitungen, die für den menschlichen Gebrauch geeignet sind, verwendet.

Einzelliges Protein (SCP) besitzt, wenn es auf übliche V/eise hergestellt wird, einen bestimmten Geschmack und Geruch, v/as seine Verwendung in Nahrungsmitteln, die für die mensch= liehe Ernährung verwendet werden sollen, trots Beines bekannten guten Nährwerts begrenzt. Teilweise sen-dint dieses Gaschmacksproblem mit den Lipoiden, die in den Mikroorganismen vorhanden sind, in Zusammenhang au stehen*

1Ö9SS8/I58 4

In der Vergangenheit hat man versucht, den einzelligen mikrobiellen Produkten annehmbare Geschmacks- und Geruchseigenschaften zu verleiben, indem man sie sowohl chemischen als auch physikalischen Behandlungen allein oder nacheinander unterworfen hat, nachdem man die gereiften Zellen zuerst mit Wasser gewaschen hatte. Beispielsweise wird Hefe aus der Brauerei durch Waschen mit verdünnten alkalischen Reagentien entpittert. Bei der Verarbeitung von Mikroorganismen, die auf Kohlenwasserstoffen gezüchtet wurden, hat man restliches Kohlenwasserstoffsubstrat und Lipoidkonzentrationen durch Lösungsmittelextraktion mit organischen Lösungsmitteln, die für Fette und Sterole gute Lösungsmittel sind, vermindert. In der US-Patentschrift 3 268 419 wird beschrieben, daß man als solche Lösungsmittel Alkohole, niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Äther, Ketone, chlorhaltige Lösungsmittel und verflüssigte Petroleumgase verwenden kann. Ein bevorzugtes Lösungsmittelsystem zur Entfernung von sowohl Kohlenwasserstoffen als auch Lipoiden enthält ein Azeotrop von Hexan mit Äthanol oder Isopropanol, Der Wassergehalt der Mikroorganismenmasse wird vermindert, indem man trocknet oder indem man zuvor mit einem polaren Lösungsmittel wie Äthanol oder Isopropanol wäscht. Ein ähnliches Verfahren zur Entfernung des restlichen Kohlenwasserstoffsubstrats von zerrissenem mikrobiellem Zellen-material oder Zellwandrückständen durch Extraktion mit einem Kohlenwasserstoff- oder Kohlenwasserstoff-Alkohol-Lösungsmittel wird in der US-Patentschrift 3 268 412 beschrieben, wobei man bei diesem Verfahren gegebenenfalls zuvor mit einem Alkohol wie Äthanol extrahieren kann.

Pflanzlichem Protein konnte man beispielsweise nicht-reizende Geschmackseigenschaften verleihen, wobei das Protein beispielsweise aus entöltem Sojabohnenmaterial stammte. Dies war möglich, indem man mit Äthanol befeuchtete, in starken ätzenden Alkalien löste und schließlich mit Säure ausfällte. Eine solche ausgedehnte Behandlung wie sie beispielsweise in

109885/1394

der US-Patentschrift 3 043 826 beschrieben ist, trägt merklich zu den Kosten des Produkts bei, insbesondere da nur ein kleiner Teil des gesamten pflanzlichen Proteins in gereinigter Form wiedergewonnen wird.

Bei einem Extraktionsverfahren, bei dem man proteinreiche Produkte in NahrungsmittelQualität erhält, muß man im allgemeinen sorgfältig darauf achten, daß das gesamte organische Lösungsmittel, das zur Extraktion verwendet wurde, entfernt wird. Daher ist die Wahl der Lösungsmittel auf solche beschränkt,. die eine geeignet hohe Flüchtigkeit be-" sitzen, die vorzugsweise mit einer sehr niedrigen Toxizität * verbunden ist. Eine außergewöhnliche Situation liegt dort vor, wo Äthanol,eine Verbindung, die selbst Nahrungsmittelqualität besitzt, als Extraktionslösungsmittel verwendet wird.

Bei diesen Behandlungen sind im allgemeinen eine Vielzahl von Verarbeitungsstufen erforderlich, was mit sich bringt, daß die Kosten des Nahrungsmittels oder der Nahrungsmittelbestandteile, die dabei gebildet werden, stark erhöht werden. Es besteht seit langem Bedarf für ein billiges, einfaches und doch wirksames Verfahren, um annehmbares, einzelliges Material für den menschlichen Verbrauch in Nah- ^ rungsmittelqualität herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren, um unerwünschte Geschmacks- und Geruchskomponenten aus einzelligen, Protein enthaltenden, mikrobiellen Produkten zu entfernen. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein reizloses einzelliges Protein (SCP)-Material einer geeigneten Qualität, die die Verwendung in Nahrungsmitteln, die für den menschlichen Verbrauch bestimmt sind, ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann allgemein für SCP-Materialien verwendet werden, und es ist besonders geeignet für Bakterien und Hefen, wobei eine besondere Betonung

1 09885/139A

auf den letzteren liegt.

Es wurde gefunden, daß unerwünschte Geschmackskomponenten aus einzelligen mikroMellen Materialien extrahiert werden können, wenn man als Extraktionslösungsmittel einen wäßrigen Alkohol verwendet, wobei der Alkohol 1 bis 3 Kohlenstoffatome im Molekül enthält und wobei das alkoholische Lösungsmittel 20 bis 40 Vol.# Wasser enthält. Das SCP-Material wird dabei nicht zersetzt und seine anderen Eigenschaften bleiben erhalten. Es wird in guter Ausbeute wiedergewonnen und besitzt einen reizlosen Geschmack.Die Geruchseigenschaften werden auf ähnliehe Weise verbessert.

Die vorliegende Erfindung ist besonders anwendbar, um SCP-Material zu ergeben, das reizlos schmeckt,wenn man einzellige mikrobielle Organismen verwendet, die auf einem Substrat gezogen wurden, das Alkohol enthielt, und wobei man als Alkohol Methanol, Äthanol, n-Propanol oder Isopropanol verwendet hatte.

Andere Hefen und Bakterien, die auf einer Vielzahl von Substraten gezogen wurden, werden in ihren Geschmacks- und Geruchseigenschaften wesentlich verbessert, wenn man sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt.

Es wurde gefunden, daß eine Alkohol-Wasser-Mischung, die 60 bis 80 Vol.$ eines C₁- bis C,-Alkohols enthält, wirksam unerwünschte Geschmacks- und Geruchskomponenten aus SCP enthaltendem Material extrahiert, ohne daß andere Eigenschaften des Produktes nachteilig beeinflußt werden. Dadurch wird eine wesentliche Beschränkung bei der Verwendung von SCP-Materialien als Nahrungsmittel oder als Nanrungsmittelbestandteil aufgehoben. Die Verwendung von SCP-Materialien in Nahrungsmitteln für den menschlichen Gebrauch ist nun wesentlich anziehender, da ihr hoher Proteingehalt mit einem guten Aminosäureprofil erhaltenbleibt, v/ährerid die negati-

109885/1394

ven Eigenschaften vermindert wurden. Arbeitet man SOP-Material in Hackfleisch ein, so zeigte sich bei Verfütterungsversuchen eine bessere Digestion, man beobachtete eine bessere Lagerbeständigkeit und weiterhin wurde eine verbesserte Aufnahmefähigkeit bzw.Festhaltekapazität für Wasser und Öl beobachtet.

Jedes mikrobielle Zellmaterial kann nach dem erfindungsgemäßen Extraktionsverfahren behandelt werden. Bei einem vollständig integrierten, kontinuierlichen System werden die mikrobiellen Zellen zweckdienlich bei einer Fermenta-.tionsstufe gezüchtet, wobei Sauerstoff und ein geeignetes Substrat wie ein flüssiger oder ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, ein Alkohol oder ein Kohlehydrat zusammen mit einer Nährlösung, die Vitamine und Mineralien enthält, in einen gerührten Reaktor gegeben werden, der die Mikroorganismen enthält. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroorganismen auf dem Substrat ist in der Natur typischerweise exponentiell. Mit zunehmender Konzentration der Mikro-Organismen wird ein Teil der Fermentationsbrühe aus dem gerührten Reaktor entnommen, und die zellularen Mikroorganismen werden davon abgetrennt.

Als Ausgangsmaterialien bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Bakterien, die in Tabelle I angegeben sind, und Hefen, die in Tabelle II angegeben sind, geeignete Mikroorganismen.

Tabelle I - Geeignete Bakterien

Micrococcus sp.

Arthrobacter »y. Hycofracterium s^

liocardia sp,

109885/1394

Tabelle II - Geeignete Hefen Candida curvata Oidium lactls Candida lipolytica Saccharonyces carlsbeggensis Candida pulcherima Saccharomyees cerevisiae Candida utilis Saccharomyces fragil!s

Hansgnula anomala Trlchosporon cutaneum

Die Verwendung von Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces fragilis oder Saccharomyces carlsbergensis ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren "bevorzugt, da für alle eine Genehmigung des P.D.A. für die Verwendung in Nahrungsmittelprodukten vorliegt. Obgleich die Verwendung ganzer Zellen bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist, können gebrochene Zellmaterialien auf ähnliche Weise verwendet wer= den.

Bei dem erfindungsgemäßen Extraktionsverfahren kann man jede geeignete Anordnung der Vorrichtungsgegenstände verwenden, aber im allgeemeinen sollte eine Behandlungszone, eine Trennzone und eine Lösungsmittel-Wiedergewinnungszone vorhanden sein. Die Behandlungszone kann einen einfachen Mischtrog, einen gerührten Kessel, eine rotierende Trommel mit Ablenkblechen, einen Strömungskontaktor mit einer schraubenartigen Beschickungsvorrichtung, der im Gegenstrom arbeitet, einen Perkolationskessel oder andere geeignete Vorrichtungen, um Feststoffe und Flüssigkeiten zu behandeln, enthalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden mit Glas ausgekleidete Kessel und rostfreie Stahlleitungen und Zubehörteile verwendet.

Die Behandlungsstufe kann in Abschnitten durchgeführt werden, und man kann entweder ansatzweise oder kontinuierlich arbeiten. Die Abtrennung des gereinigten SCP-Materials kann durch

109885/1394

Filtration, Abdekantieren, Zentrifugieren oder andere Maßnahmen erreicht werden. Man kann ebenfalls kombinierte Filtrations-Extraktions-Vorrichtungen verwenden. Wenn man nicht stufenweise arbeitet, sollte man vorzugsweise Vorkehrungen treffen, um das extrahierte SCP-Material mit frischem Lösungsmittel zu waschen, um eine maximale Trennung der Extraktbestandteile zu erzielen;

Bei einer typischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wird mindestens ein Teildes Lösungsmittels zurückgewonnen, damit man es wiederverwenden kann. Dies kann man durch Verdampfen und Kondensation wie beispielsweise in einer Flash-Destillationsvorrichtung erreichen, wobei das Alkohol-Wasser-Löoungsmittel über Kopf abgenommen wird und man als Bodenprodukte ein Extraktmaterial gewinnt.

Das SCP-Material, das durch Extraktion mit wäßrigem Alkohol gereinigt wurde, muß von restlichem Alkohol befreit werden, wobei man möglicherweise darauf verzichten kann, wenn Äthanol als Extraktionslösungsmittel verwendet wurde. Diese iroeknungsstufe kann in jeder typischen Vorrichtung, die man verwendet, um Materialien von Lösungsmitteln zu befreien, durchgeführt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das feuchte Zellenmaterial mechanisch,während man das Lösungsmittel entfernt, bearbeitet, um zu vermeiden, daß ™ sich größere Agglomerate bilden. Die größeren Zellproduktteilchen sollten durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,6 mm (8 mesh) hindurchgehen. Man kann sowohl im Ofen trocknen als auch Sprühtrocknungsverfahren verwenden, wobei man Zeit und die Temperatur (im allgemeinen im Bereich von 50 bis 100⁰C), abhängig von dem gewünschten Endfeuchtigkeitsgehalt und der physikalischen Form des gereinigten SCP-Materials entsprechend wählt. In einigen Fällen kann es erforderlich sein, das getrocknete Material mit Wasser weiter anzufeuchten und erneut zu trocknen, vorzugsweise in einem Trocknungsofen bei ungefähr 80 bis 100⁰C. Ge-

109885/1394

wünschtenfalls kann man eine Peinmahlstufe verwenden, wenn man Teilchen herstellen will, die durch Siebe mit lichten Maschenweiten von 0,30 mm bis 0,13 mm (50 bis 100 mesh) durchgehen.

Wenn es geeignet ist, kann man Vorrichtungen vorsehen, um verdampftes !lösungsmittel zu gewinnen und dieses mit anderen wiedergewonnenen Lösungsmitteln vereinigsn und in die Behandlungsstufe zurückführen. Wurde das gereinigte SCP-Material mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom behandelt bzw. abgestreift und wenn der Alkoholbestandteil des Lösungsmittels ebenfalls als Fermentationssubstrat verwendet wird, kann man den Abfluß, der zusammen mit dem Abstreifgas austritt, in die Fermentationsvorrichtung leiten, wobei sowohl Sauerstoff als auch Alkohol für das mikrobielle Zellwachstum geliefert werden. "

Alkohole, die für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind niedrige aliphatische Alkohole, dip mit Wasser vollständig mischbar sind, und die ausreichend i flüchtig sind, damit man sie von dem gereinigten, exirahierften mikrobiellen Zellenmaterial entfernen kann, ohne daß man strengere Verarbeitungsbedingungen wählen muß. Es wurde gefunden, daß die geeigneten Alkohole Methanol, Äthanol und die Propanole sind. Ein bevorzugter Alkohol ist Äthanol.

Das Extraktionsverfahren, bei dem man ein alkoholisches Lösungsmittel verwendet, ist besonders geeignet, um SCP-Material mit nicht-reizendem Geschmack herzustellen, wobei ungefähr 10 bis ungefähr 25 Gew.$ des ursprünglichen mikrobiellen Zellenmaterials (auf Trockengewichtsgrundlage) entfernt werden. Das entfernte Material enthält Fette, Sterole, Phospholipoide, nicht-proteinhaltige Stickstoffverbindungen und andere Materialien, die den üblichen unerwünschten Geschmack und Geruch von Hefe- und Bakterienprodukten verursachen. Es wurde gefunden, daß wasserfreie Alkohole nur einen

109885/1394

!eil der unerwünschten Komponenten entfernen, und daß verdünnter wäßriger Alkohol nicht nur weniger selektiv für die unerwünschten Bestandteile ist, sondern daß ebenfalls die extrahierten Feststoffe in ausgeflocktem Zustand zurückbleiben und'nicht leicht filtrierbar sind. Es wurde gefunden, daß eine optimale Extraktion an unerwünschten Bestandteilen erzielt wird, wenn man einen C^- bis C,-Alkohol, vorzugsweise Äthanol, zusammen mit 20 bis 40 Vol.$ Wasser verwendet. Auf recht unerwartete Weise erhält man bei Verwendung dieses besonderen Bereichs an Alkohol- und Wasser-Konzentrationen die besten Trennungen in der Aufschlämmung aus Zellen und Lösungsmittel. Das Lösungsmittelsystem für das erfindungsgemäße Extraktionsverfahren sollte daher so formuliert sein, daß es 60 bis 80 Vol.$ des geeigneten Alkohols enthält, wobei der Rest aus Wasser besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei jeder Temperatur im Bereich von Zimmertemperatur (ungefähr 20⁰C) bis zu ungefähr 100⁰C, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 8O⁰C, durchgeführt werden. Im allgemeinen wird die bevorzugte Temperatur nicht höher sein als der atmosphärische Siedepunkt des ausgewählten Azeotrops aus Alkohol und Wasser, obgleich, sofern es die Extraktionsvorrichtungen erlauben, überatmosphärischer Druck verwendet werden kann, um eine höhere Extraktionstemperatur zu erhalten.

Die Zeit, die erforderlich ist, um den gewünschten Extraktionsgraä zu erhalten, variiert invers mit dem Dispersionsgrad des Feststoffs in dem !lösungsmittel, aber sie liegt im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 2,0 Stunden. Arbeitet man stufenweise, so kann die Zeit, die man bei den nachfolgenden Stufen verwendet, variiert werden, aber die Gesamtzeit fällt im allgemeinen in die oben angegebenen Grenzen.

Das Gewichtsverhältnis von !lösungsmittel zu Feststoff, bei dem man den gewünschten Extraktionsgrad erhält, variiert invers

1098 8 5/139A

' - 11 -

mit der verwendeten Temperatur, aber es wird im allgemeinen im Bereich von 351 bis 7s1 liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden, um die Nahrungsmittelqualität von jedem geeigneten einzelligen Mikroorganismenmaterial zu verbessern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders erfolgreich verwendet werden, um die Geschmacks- und Geruchseigenschaften verschiedener Hefen zu verbessern, die auf einer Vielzahl von Substraten gezogen wurden. Diese Hefen schließen ein Brauhefe (Saccharomyces cerevisiae), Torula Hefe, die auf Abfallsulfitflüssigkeiten gezogen wurde, eine Hefe der Art Candida, die auf einem paraffinischen Gas-Öl-Kohlenwasserstoffsubstrat gezogen wurde, und eine Hefe (Candida utilis), die unter Bedingungen gezogen wird, bei denen der Nucleinsäuregehalt vermindert wird. In allen Fällen erhält man durch Extraktion mit wäßrigem Alkohol gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Produkt, das einen reizfreien Geschmack besitzt und das insgesamt gesehen verbesserte Geschmacks- und Geruehseigenschäften aufweist.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß man ähnliche Verbesserungen in Bezug auf die Extraktausbeute, die Extraktionsdurchführung und die Trennung und Verbesserungen in den Geschmacks- und Geruchseigenschaften erhält» wenn die Hefezellen zuerst gebrochen wurden, beispielsweise durch Verwendung einer französischen Presse. Es scheint,, daß das in Wasser dispergierbare Zellprotein in Anwesenheit des wäßrigen Alkohols koaguliert, und anschließend verhält es sich bei diesem Verfahren wie jedes andere ganze Zellenmaterial und es geht nicht als Extrakt verloren. Behandlung des gebrochenen, mit Alkohol extrahierten Zellenmaterials mit Natriumhydroxyd, liefert ein Natriumproteinat, das verbesserten Geschmack besitzt.

Man kann einzellige Mikroorganismen direkt nach dem Ernten, nach dem Waschen, nach dem Entwässern oder nach dem Trocknen

109885/1394 .

-η-

oder nach anderen Behandlungsstufen erfindungsgemäß behandeln, Verwendet man eine Zellenmasse "bzw, eine Zellencreme oder eine Zellenpaste, so muß die Wassermenge, die darin enthalten ist, bekannt sein, damit man ausreichend Alkohol oder ein Azeotrop aus Alkohol und Wasser zufügen kann und die gewünschte Alkoholkonzentration bei der ersten Lösungsmittelextraktionsstufe erhält.

Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Qualität von Hefezellen des Stamms Candida utilis, die auf einem Äthanolsubstrat gezogen wurden, zu verbessern. Bei dieser Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Lösungsmittel Äthanol-Wasser verwendet, vorzugsweise ungefähr 70 Vol.fo Äthanol und 30 Vol.$ Wasser, d.h. ein üblicher, nicht-toxischer Alkohol dient sowohl als Substrat als auch als Extraktionsmittel. Mit diesem System erhält man in dem extrahierten Hefeprodukt einen verbesserten Geschmack und Geruch, und es werden keine fremden Verbindungen toxischer Art eingeführt und die Wiedergewinnung des LösungBmittels wird vereinfacht. Ein Teil der Extraktlösung kann in die Fermentationsvorrichtung ohne weitere Behandlung eingeführt werden, außer einer möglichen Sterilisationsstufe, wobei man das erforderliche Substrat für die Kohlenstoff quelle erhält. Dör Rest der Extraktlösung kann auf übliche Weise in eine Anlage geführt werden, wo das Lösungsmittel wiedergewonnen wird. Wird das extrahierte Zellenmaterialprodukt getrocknet, kann man alle Äthanoldämpfe aus dem Luftstrom, der zum Trocknen verwendet wurde, gewinnen, oder gegebenenfalls kann man die Mischung aus Äthanoldampf und Luft in die Fermentationsvorrichtung einleiten, wobei gleichzeitig Sauerstoff und weiteres Substratmaterial geliefert werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken. ,

109885/1394

Beispiel 1

Torula-Hefe (Candida utilis), die in einer Trommel getrocknet worden war und einen deutlichen hefigen Geruch und Geschmack zeigte, wurde mit jedem der in Tabelle- III angegebenen Lösungsmittel während ungefähr 16 Stunden extrahiert. Diese Extraktionen wurden an den Siedepunkten der Lösungsmittel in einem Soxhlet-Extraktor durchgeführt (Ausnahmen sind angegeben). Unter den verwendeten Lösungsmitteln erhielt man nur mit Äthanol eine beachtliche Verbesserung im Geschmack, aber die gewünschte, nicht-reizende Geschmackseigenschaft wurde nicht erzielt.

Beispiel 2

Sprühgetrocknete Torula-Hefe (Candida utilis) wurde einer Reihe qualitativer·Extraktionsverfahren unterworfen, wobei man Äthanol, V/asser und deren Mischungen verwendete. Die Hefe wurde mit dem Testlösungsmittel bei 50⁰C vermischt, absitzen gelassen und schließlich über Filtrierpapier filtriert, Die Prüfung der Extrakte und der Filtrate ist in Tabelle IV zusammengefaßt. Man beobachtete nur dann Absitzen und schnelle Filtration, verbunden mit der Extraktion einer relativ großen Menge an Material aus der Hefe, wenn das Extraktionslösungsmittel 60 oder 80 VoI.^ Äthanol enthielt.

Beispiel 3

Extraktionsversuche wurden mit Äthanol-Wasser-Mischungen, die 60, 70 und 80 Vo 1«$ Äthanol enthielten, durchgeführt. Die Hefen, die untersucht wurden, umfaßten sowohl Laborproben als auch technische Proben von sprühgetrockneten Torula-Hefen wie auch Hefepaste, die entweder direkt aus der Zentrifuge entnommen wurde, oder die aus der Zentrifuge entnommen und danach einer Zellenverkleinerungsbehandlung durch Extrusion aus einer französischen Presse unterworfen wurde. Die Extraktionen wurden in einem Soxhlet-Extraktor während ungefähr 16 Stunden durchgeführt. Die Zusammensetzung der

109885/139 4

Extraktorcharge wurde berechnet, damit man die gev, chte Alkoholkonzentration einstellen konnte. Nachdem di<: Extraktion beendigt war, wurde der Heferückstand bei 100'"O getrocknet. Das Extraktmaterial wurde aus dem Lösungsmittel durch Eindampfen auf einem Dampfbad' gewonnen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle V zusammengefaßt.

Man bemerkte in allen Fällen eine wesentliche Verbesserung im Geschmack, auch für die relativ schlechte Qualität der technischen Torula-Hefe. Die Extraktausbeute und die •Extraktionsfähigkeit wurden nicht beeinflußt, wenn die Zellen zuerst gebrochen wurden.

Beispiel 4

Eine Reihe von Extraktionsversuchen wurde mit sprühgetrockneter Torula-Hefe (Candida utilis) durchgeführt, wobei man Isopropanol allein und vermischt mit Wasser verwendete. Bei jedem Versuch wurde 1 g Hefe mit 50 ml Lösungsmittel bei Zimmertemperatur behandelt, absitzen gelassen und schließlich durch ein Filterpapfer filtriert. Die Prüfungen dee Filterkuchens, des Filtrats und des Extrakts sind in Tabelle VI angegeben. Bezogen auf das Filtrieren und die Geschwindigkeit des Wiederabsitzens, verbunden mit der Extraktion einer wesentlichen Materialmenge aus der Hefe, enthielt die optimale Lösungsmittelzusammensetzung 60 bis 80 Vol.$ Isopropanol.

Beispiel 5

Die in Beispiel 3 verwendeten Extraktionsverfahren wurden bei entbitterter Brauhefe, Torula-Hefe, gezogen auf Abfallsulfitflüssigkeit, Torula-Hefe, gezogen auf einer Gas-Öl-Kohlenwasserstoff fraktion und einer Hefe (Candida utilis) mit einem verminderten Nucleinsäuregehalt angewandt. In jedem Fall erhielt man bei der extrahierten Hefe eine bemerkenswerte Geschmacksverbesserung. Weiterhin wurde bei dem

109885/1394

Verfahren dieses Beispiels der "bittere Hopfengeschmack aus der frischen Brauhefe entfernt, wodurch es nicht erforderlich war, mit Alkali zu waschen.

Beispiel 6

Zellen des bakteriellen Stamms Nocardia sp., gezogen auf einem ßutansubstrat, wurden "bei 45 bis 5O⁰C während 0,5 Stunden extrahiert, wobei man als Extraktionslösungsmittel wäßriges Isopropanol, das 20 Vol.?£ Wasser enthielt, verwendete. Man beobachtete in der Farbe und im Geruch der extrahierten Zellen eine bemerkenswerte Verbesserung.

Beispiel 7

Das Verfahren von Beispiel 6 wurde mit Isopropanol, das 40 Vol.% Wasser enthielt, wiederholt. In den extrahierten Zellen beobachtete man eine ähnliche Verbesserung in der· Farbe und in dem Geruch.

Beispiel 8

Sprühgetrocknete Torula-Hefe (230 g) wurde mit zwei 1200 ml Teilen einer 70 völligen Isopropanol-30 volobigen Wasser-Mischung bei 65°C behandelt. Das extrahierte Produkt wurde dann durch Behandeln mit einem 1200 ml-Teil an wasserfreiem Isopropanol entwässert. Wach dem Trocknen während 12 Stunden bei 50⁰C und dem endgültigen Trocknen bei 100⁰G zeigte die Hefe einen Geschmack, der nur durch die Anwesenheit restlicher Lösungsmittelspuren nachteilig beeinflußt wurde. Durch anschließendes Befeuchten mit Wasser und erneutem Trocknen bei 100⁰C wurde der nachteilige Lösungsmittelgeschmack entfernt.

Beispiel 9

Eine Aufschlämmung, die 19 Gew.fo Hefezellen (Candida utilis) in wäßrigem Äthanol (75 Vol.$ Äthanol) enthielt, wurde kon-

109885/1394

tinuierlich in den oberen Teil einer Extraktionssäule, die im Gegenstrom arbeitete, mit einer Geschwindigkeit von 370 g/Std. Zellen eingeführt. Die gleiche wäßrige Äthanollösungsmittelzusammensetzung wurde stromaufwärts (upflow) in den Extraktor mit einer Geschwindigkeit von 3000 ml/Std. gegeben. Die Säulentemperatur wurde bei ungefähr 65°C gehalten. Die extrahierten Zellen wurden nach der Filtration mit einer Geschwindigkeit von 296 g/Std. in Form eines Kuchens wiedergewonnen, der ungefähr 50 Gew,$ Zellen in dem Lösungsmittel enthielt. Das abfließende Lösungsmittel aus dem oberen Teil des Extraktors wurde durch Flashdestillation gereinigt und kondensiert, um es zurückzuführen. Der Extrakt wurde aus dem unteren Teil der Flashdestillation mit einer Geschwindigkeit von 74 g/Std. zusammen mit dem gleichen Lösungsmittel gewonnen.

Nach der Entfernung des Alkohols wurde der Extrakt in eine wachsartige Phase und in eine wasserlösliche Phase getrennt. Die wachsartige Phase enthielt die Phospholipoide«

Der gewonnene Zellkuchen wurde zerbrochen und 12 Stunden bei 50°ö getrocknet. Nach einem groben Vermählen, wobei die Masse durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 2,3 cm (9 mesh) hindurchging, wurde das extrahierte ZeIlmaterial weitere 12 Stunden bei 5O⁰C getrocknet und schließlieh feinvermahlen, wobei es durch 0,25 mm (0,01 inch) Schlitze hindurchging.

Bei einem anderen Verfahren wurde das grobvermahlene Material mit Wasser befeuchtet, bei 50⁰C getrocknet, vermählen, daß es durch Schlitze mit einer Breite von 0,25 mm durchging, und schließlich in einem Ofen bei 100°C getrocknet. Dieses Produkt zeigte eine bevorzugte Kombination von Eigenschaften, um es in Nahrungsmitteln, die für den menschlichen Verbrauch bestimmt waren, zu verwenden. Es zeigte einen reizfreien Geschmack, geringen Geruch und ein hohes Proteinnutsverhältnis

109885/1394

"bei Verfütterungsversuchen, eine gute Lagerungsstabilität und eine ausgezeichnete Vorratskapazität für Wasser oder Öl in Fleischformulierungen.

Tabelle III

Extraktion von Torula-Hefe, die in einer Trommel getrocknet

wurde

lösungsmittel

Extraktausbeute Gew.% Eigenschaften des Rückstands

Hexan	4,3	1,0
Benzol .		1,1
Toluol		—
Schwefeldioxyd	-
Di äthyläther	0,8
Chloroform	1,7
Äthanol, 35% Benzol, 65%	2,4
Äthanol.	4,6
Methanol, 35% Chloroform, 65%	6,8
Wasser (9O⁰C)	17,0

keine Geschmacksverbesserung

SOg-Geschmack vorhanden keine Geschmacksverbesserung

fl
If

I!
Il

Il Il

tatsächliche Geschmacksverbesserung.

Chloroformgeschmack vorhanden

Pilzgeschmack vorhanden.

Tabelle IV Extraktion von sprühgetrockneter Torula-Hefe mit Ithanol-Wasser

Lösungs	Eigenschaft	der Mischung	Kuchen volumen	Eigenschaft des	Piltrats	15	Eigenschaft des
mittel Yol.^Äthanol	überstehende Phase		1	Piltrat Piltrationszeit, Minuten (b)	6	Extrakts
100	milchig		5	klar, farblos, wie V/asser	6	klein, ölig
80	klar,leicht gelb		3	klar, leicht gelb	> 60 S> 60	wesentlich,fest
ο ⁶⁰	klar, gelb		2 14	klar, gelb	-£>60	groß, fest
ο 40 ee cn 20	milchig, leicht milchig, leicht	gelb gelb	3	klar milchig	mittel, brüchig fest
.* O «US tO	milchig, leicht	gelb	milchig	———

a) ungefähr Bwertung: 1 = geringes Volumen, 14 = großes Volumen mit wenig

Absitzen

b) Zeit, die erforderlich ist, um 30 ml der Suspension zu filtrieren

Tabelle V

Extraktion von Torula-Hefe mit Äthanol-Wasser ,'"

Lösungs- ' Extrakt Charakter des Rückmittel Ausbeute, Gew.f« Beschreibung stands

Vol.* Äthanol sprühgetrocknete Hefe

braun, gummiartiger Feststoff harter Feststoff,

Reizgeschmack 18,6 " " " . brüchiger Feststoff,

Reizgeschmack (a)

_o ,w >jyc schwarz, gummiartiger Feststoff brüchiger Feststoff,

<_, verbesserter Geschmack(b)

co 70(c) 19,5 braun, " " brüchiger Feststoff,ver-

CO besserter Geschmack, aber

Ot bemerkenswerter Geschmack

nach Ammoniak

it it it brüchiger Feststoff,

_j Reizgeschmack

~~ ' dunkelgelber Feststoff (d)

Hefepaste aus der Zentrifuge

ähnlich wie die Reihe, der sprühgetrocknet wurde

Hefepaste aus der französischen Presse

18_s0 ähnlich wie die Reihe, die sprühgetrocknet wurde

a) Die Stickstoffanalyse zeigte einen höheren nominellen Proteingehalt als in dem Ausgangsmaterial

b) Bei diesem Versuch wurde technische Torula-Hefe verwendet

c) Das Lösungsmittel enthielt ebenfalls 3* Ammoniak

d) Getrocknet im Vakuum bei Zimmertemperatur

60	20,0
70	17,5 18,0
70	19,2
70(c)	19,5
80	17,4
	20,6

Talselle 71

Lösungsmittel,

Extraktion von Torula-Hefe mit Isopropanol-Wasser Absitzge- Extrakt Rückstand

q
Isopropanol

schwindigkeit (a)

überste- Konz.in hende Farbe d.überst. Flüssigk.

Eigenschaft Pilterge- abgesetz- relative des Pest- schwindig- ter Kuchen Wiederabsitz-Stoffs keit(b) Tiefe(c) geschw. (d)

CO
OO
OO

40 50 60 70 80 90 100

16

22

25

46

gelb

11 ti ti

n. ti

klar

0,11	feinverteilt	120
0,10	It Il	77
0,10	It ti	57
0,08	stark geronnen	54
0,07	t? tt	34
0,03	ti ti	39
O	feinverteilt	142

24 22 22 28 33 44 9

2(e)

a) mm überstehende Flüssigkeit, die sich in einem Reagenzglas während 15 Min. bildete

b) Zeit in Sekunden, die erforderlich·.·... waren, damit 10 ml durch das Filter hindurchgingen

c) Bestimmt in dreißigste! Sekunden eines Inches

d) Ungefähre Skala: 1 = gut, 3 = schlecht

e) Die überstehende Flüssigkeit war milchig.

Claims

- 21 Patentansprüche

1. Verfahren, um die Qualität einzelliger mikrobieller Nahrungsmittelprodukte zu verbessern, dadurch gekennzeichnet, daß man das Produkt mit einem Extraktionslösungsmittel extrahiert, wobei das Lösungsmittel 20 bis 40 YoI.$ Wasser und 60 bis 80 Vol.$ eines aliphatischen Alkohols mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen im Molekül enthält.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion bei einer !Temperatur im Bereich von 20 bis 100⁰O durchgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion bei einer !Temperatur im Bereich von 50 bis 80⁰C durchgeführt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzellige mikrobielle Nahrungsmittelprodukt ein Hefeprodukt ist.,

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Hefeprodukts gebrochenes Zellenmaterial enthält.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Hefe Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlsbergensis, Saccharomyces fragilis und Candida utilis verwendet.

7. Verfahren gemäß Anspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefe Candida utilis ist.

8» Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das einzellige mikrobielle Nahrungsmittelprodukt ein Bakteiienpiodükt ist#

109885/1394

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aliphatische Alkohol Äthanol ist.

JOy Verfahren, um die Geschmackseigenschaften eines einzelligen mikrobiellen Materials zu verbessern, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Aufschlämmung aus dem einzelligen mikrobiellen Material in einer wäßrigen alkoholischen Lösung, die 60 bis 80 Vol.$ eines aliphatischen Alkohols mit 1

bis 3 Kohlenstoffatomen im Molekül enthält, herstellt,

b) die Aufschlämmung bei einer !Temperatur im Bereich von 20 bis 100⁰C während 0,1 bis 2,0 Stunden rührt,

c) die Aufschlämmung filtriert, um das einzellige mikrobielle Material zu gewinnen,

d) gegebenenfalls das extrahierte Material erneut aufschlämmt, rührt und filtriert, und

e) das extrahierte einzellige mikrobielle Material trocknet, wobei man im wesentlichen ein lösungsmittelfreies Produkt erhält.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,, daß der aliphatische Alkohol Äthanol ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das einzellige mikrobielle Material ein Hefe- oder ein Bakterienprodukt ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das einzellige mikrobielle Material eine Hefe ist, wie Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlabergensis, Saccharorayees fragilis und Candida utiliB.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet» daß die Hefe Candida utllis ist.

109885/1394

¹ t

- 23 -

15. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im we;wetlichen ein lösungsmittelfreies Produkt auf feine Teilchengröße vermählen wird, mit V/asser befeuchtet und bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 100⁰C getrocknet wird.

16.^ Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 80⁰C gerührt wird.

17· Verfahren, um die Qualität von einzelligen Proteinmaterialien zu verbessern, das aus einzelligen mikrobiellen Organismen durch Fermentation auf einem geeigneten organischen Substrat gezogen wurden, stammt und das für die Verwendung in Nahrungsmittelprodukten bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Zellenernte von der Fermentationsbrühe isoliert,

b) die geernteten Zellen mit Wasser wäscht,

c) die gewaschenen Zellen entwässert, wobei man eine Zellenpaste erhält,

d) die Zellenpaste mit einem aliphatischen Alkohol wie Methanol, Äthanol, n-Propanol und Isopropanol verdünnt, wobei man eine wäßrige alkoholische Lösung, die 60 bis

80 Vol.$ Alkohol enthält, erhält,

e) die Zellen durch Behandeln der wäßrigen alkoholischen Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 100⁰C während mindestens 0,1 Stunden extrahiert,

f) die extrahierten Zellen von der wäßrigen alkoholischen Lösung abtrennt,

g) gegebenenfalls die Zellen mit frischer, wäßriger alkoholischer Lösung, die 60 bis 80 Vol.$ Alkohol enthält, erneut extrahiert und die erneut extrahierten Zellen abtrennt , und

109885/1394

- 24 h) die Zellen trocknet.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der aliphatische Alkohol Äthanol ist.

19. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die geernteten Zellen aus einzelligen mikrobiellen Organismen eine Hefe enthalten wie Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlsbergensis, Saccharomyces fragilis und Candida utilis.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeich-P net, daß die Hefe Candida utilis ist.

21. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die geernteten Zellen aus einzelligen mikrobiellen Organismen Bakterien enthalten.

22. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen mit der wäßrigen alkoholischen Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 80°C während 0,1 bis 2,0 Stunden behandelt werden.

23. Verfahren zur Herstellung gereinigter einzelliger Proteinmateriaiien aus einzelligen mikrobiellen Organismen, die in einer IPermentationsvorrichtung auf einem Substrat, das wäßriges Äthanol enthält, gezogen wurden und eine Zellpaste, die mit Wasser gewaschen wurde, ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Zellpaste mit ausreichend Azeotrop.

aus Äthanol und V/asser verdünnt, damit man eine Aufschlämmung aus mikrobiellen Zellen in wäßrigem Äthanol erhält, das 60 bis 80 Vol.# Äthanol enthält,

b) die Aufschlämmung während 0,5 bis 5>0 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 80⁰C rührt,

109885/1394

c) die Aufschlämmung filtriert, wobei man eine wäßrige äthanolische Extraktlösung erhält und gereinigtes einzelliges Proteinmaterial,

d) die wäßrige äthanolische Extraktlösung in zwei Teile teilt,

e) den ersten Teil der Extraktlösung destilliert, wobei man über Kopf ein Äthanol-Wasser-Azeotrop isoliert,

f ) das gewonnene Äthanol-Wasser-Azeotrop in die Verdünnungsstufe für die Zeilenpaste zurückführt,

g) den zweiten Teil der Extraktlösung in die Fermentationsvorrichtung.leitet, um das Substrat für das einzellige mikrobielle Wachstum zu liefern, und

h) das gereinigte einzellige Proteinmaterial trocknet. "

24. Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte einzellige Proteinmaterial in einer Trocknungszone in einem Strom eines Sauerstoff enthaltenden Gases bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 100°0 getrocknet wird und daß der abströmende Gasstrom aus der Trocknungszone in die lermentationsvorrichtung geleitet wird.

25· " Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete gereinigte einzellige Proteinmaterial einer weiteren Behandlung, die die folgenden Stufen umfaßt, unterworfen wird

a) Mahlen des getrockneten Zellmaterials, wobei man grobe Teilchen erhält, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,24 naa (8 mesh) hindurchgehen,

b) ausreichend Wasser zufügt, um die grobvermahlenen Teilchen ausreichend zu befeuchten,

c) die befeuchteten Teilchen bei einer Temperatur über 50⁰O erneut trocknet,

1 09885/1394

d) die erneut getrockneten leuchen nochmals vermahlt, wobei man feine Teilchen erhält, die durch .ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,3 mm (50 mesh) hindurchgehen, und

e) die feinvermahlenen Teilchen bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 50 bis 10O⁰C erneut trocknet.

26. Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelligen mikrobiellen Organismen Hefezellen sind.

w 27· Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefe Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlsbergensis, Saccharomyces fragilis und Candida utilis ist.

28. Verfahren gemäß Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet, daß die Hefe Candida utilis ist.

29· Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelligen mikrobiellen Organismen Bakterien sind.

30. Einzelliges mikrobielles Nahrungsmittelprodukt, hergestellt gemäß dem Verfahren von Beispiel 1.

31. Einzelliges mikrobielles Material, hergestellt gemäß dem Verfahren von Beispiel 10,

32. Einzelliges Proteinmaterial, hergestellt gemäß dem Verfahren von Beispiel 17.

33. Gereinigtes einzelliges Proteinmaterial, hergestellt gemäß dem .Verfahren von Anspruch 23.

109885/1394