DE2534947A1 - Verfahren zur isolierung einer schlagbaren protein-fraktion aus mikrobenzellen - Google Patents
Verfahren zur isolierung einer schlagbaren protein-fraktion aus mikrobenzellenInfo
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Description
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. F. Assmar.» - Dr. R. Koenigsberger
Dipl -Phys. R. Holzbauer - Dipl.-lrjg. F- Kürtgseisen - Dr. F. Zumstein jun.
KTO.-NR. 397997. BLZ 70030600
Case US 497 844
STANDARD OIL COMPANY, Chicago, Illinois/USA
Verfahren zur Isolierung einer schlagbaren Protein-Fraktion aus Mikrobenzellen
Die Erfindung "betrifft ein wasserlösliches Proteinmaterial,
das in geschlagenen Nahrungsmitteln verwendet werden kann, und ein Verfahren zu seiner Herstellung aus einzelligem Protein-
(SCP) -Material durch Aufschlämmung in Wasser, Trennung der festen und flüssigen Phase bei regulierten Temperatur- und
Zeit-Bedingungen.
Die neueren Bemühungen um das Wohlergehen der Weifbevölkerung haben es mit sich gebracht, daß man zusätzliche Mittel sucht,
um die rasch zunehmende Anzahl der Bevölkerung zu. ernähren.
Das Problem umfaßt sowohl das Zurverfügungstellen geeigneter
Kalorienaufnahme per capita als auch eine ausgeglichene Diät, wobei besonders das anerkannte Fehlen ausreichender Proteinliefernder
Nahrungsmittel: in vielen Teilen der Welt beachtet werden muß. Ein Mittel, um das erforderliche Protein zu
liefern, ist die Züchtung von Mikroorganismen, die einzelliges
Protein liefern, wie von Hefen, Bakterien und Algen, und die entweder als Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelergänzungsstoffe
verwendet werden können.
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Die Herstellung von einzelligen Protein-(SCP)-Materialien
in großen Mengen kann durch Fermentationsverfahren erfolgen,
bei denen "beispielsweise Kohlehydrate, Kohlenwasserstoffe oder oxygenierte Kohlenwasserstoff-Materialien als Substrat verwendet
werden. Die Hauptforderungen sind die, daß das Substratmaterial billig ist und leicht durch die ausgewählten
Mikroorganismen verbraucht wird, so daß die Verfahrenskosten nicht übermäßig sind. Von gleicher Wichtigkeit ist die Annehmbarkeit
und die Verwendungsmöglichkeit des SCP-Materials als Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelkomponente. Diese letzteren
Überlegungen umfassen Geschmacks- und Geruchs-Faktoren, die das öffentliche Annehmen bestimmen, als auch Metabolismus-
und Toxizitäts-Faktoren, die für die Verwendbarkeit von SCP-Material in menschlicher Nahrung bestimmend sind.
Sowohl in der technischen als auch in der Patent-Literatur werden Fermentattionsverfahren für die Herstellung von Mikroorganismen
beschrieben, die leicht nützliche SCP-Materialien
ergeben. Beispielsweise wurden Hefen auf Kohlehydraten, die in Abfallsulfitlaugen enthalten sind, auf den normalen Alkankomponenten
von Gasölkohlenwasserstoffbrennstoff und auf einer Mischung aus oxygenierten Kohlenwasserstoffen gezüchtet.
Die Herstellung von Bakterien wird auf ähnliche Weise beschrieben. Die Fermentation unter Bildung von Hefen oder Bakterien
umfaßt ein Oxydationsverfahren, bei dem viel Wärme gebildet
wird, und erfordert sowohl eine wesentliche Sauerstoffübertragung als auch eine gute Kontrolle der Fermentationstemperatur.
Bevorzugte Substratmaterialien enthalten bereits soviel gebundenen Sauerstoff wie möglich, um die Wärmefreigabe
und die Sauerstoff-Forderungen minimal zu halten. Die Herstellung von SÖP-Material mit Nahrungsmittelqualität kann ebenfalls
eine Extraktionsstufe erfordern, um die Anwesenheit unerwünschter restlicher Substratmaterialien, wie hochmolekularer
Kohlenwasserstoffe oder langsam fermentierter oxygenierter Kohlenwasserstoffspezies zu begrenzen.
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Eine Anzahl geplanter oder zur Zeit verwendeter Fermentationsverfahren
für die Herstellung von SGP-Materialien soll hauptsächlich.
Tierfutter-Zusatzstoffe liefern und somit das Protein
für den menschlichen Verbrauch nur indirekt liefern. Jedoch wurden einige Mikroorganismen, bemerkenswerterweise bestimmte
Hefen, innerhalb der Saccharomycetoideae- und Cryptococcoideae-Subfamilien,
von der Pood and Drug Administration für die direkte Verwendung in Nahrungsmitteln, die für den
menschlichen Verbrauch bestimmt sind, zugelassen.
SCP-Materialien können als ganze Zellen verwendet werden, oder sie können behandelt werden, um Protein oder Proteinhydrolysate
zu gewinnen, die in verschiedenen Nahrungsmittelprodukten verwendet werden können. Dem ganzen Zellmaterial
mangeln typischerweise wünschenswerte funktionelle Eigenschaften,
es liegt in Form pulverförmiger kleiner Zellen (1-10 ju-Dimensionen)
vor, die keine kohäsiv strukturierte Masse bilden. Der Proteingehalt der Zellen kann hauptsächlich durch Heißen
oder Zerstörung der Zellenwand, wie durch Anwendung von Scherkräften oder durch autolytische Behandlung mit Enzymen, erhalten
werden. Solche Proteine werden üblicherweise konzentriert, indem man den pg-Wert auf den isoelektrischen Punkt
einstellt und durch Filtration oder Zentrifugieren trennt. Die Hydrolysate enthalten chemisch zersetztes bzw. abgebautes
Proteinmaterial, reich an Aminosäure-Molekülteilen, die sich üblicherweise miteinander verbinden und Protein-Makromoleküle
bilden.
Wünschenswerte funktionelle Eigenschaften in SCP-Materialien
umfassen eine Hiedrig-Dispersionsfähigkeit in wasser, eine
gute Wasserretention, ölabsorption und -retention, Wärmekoagulation
und Emulsionsstabilisierung. Wasserlösliche Proteinmaterialien, die Eiweiß ersetzen oder ergänzen sollen,
sollten eine gute Schlagfähigkeit besitzen und eine große und stabile Schaummasse ergeben.
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-I]. —
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wasserlösliches
Proteinmaterial zu schaffen, das sich von einzelligem Protein ableitet und das in geschlagenen Nahrungsmittelprodukten
verwendet werden kann.
Es wurde gefunden, daß die Behandlung uni ζ el IuI ar er Mikroorganismen,
insbesondere von Bakterien, Fungi und Hefen, mit Wasser bei kontrollierten erhöhten Temperaturen während begrenzter
Zeit ein. sehr gut schlagbares Proteinmaterial ergibt.
Erfindungsgemäß wird eine wäßrige Aufschlämmung aus Mikrobenzellen
hergestellt, die Aufschlämmung wird auf ungefähr 30°C bis ungefähr 35°C erwärmt, die erwärmte Aufschlämmung wird in
eine feste und flüssige Phase getrennt, die feste Phase wird in Wasser wieder aufgeschlämmt, die wiederaufgeschlämmte feste
Phase wird auf ungefähr 80 bis ungefähr 1OO°C während ungefähr 4-5 bis ungefähr 75 Minuten erwärmt, die erwärmte Aufschlämmung
wird in eine feste Phase und eine wäßrige überstehende Phase getrennt, die die wasserlösliche Protein-Fraktion
enthält, die wasserlösliche Protein-Fraktion wird gewonnen, und die wasserlösliche Protein-Fraktion wird gefriergetrocknet.
Die getrocknete wasserlösliche Protein-Fraktion zeigt eine höhere
Schaumausdehnung und Schaumstabilität als Eiweiß, entrahmte bzw. entfettete Trockenmilch und prägelatinierte Stärke
oder Mehl. Zusätzlich kann die wasserlösliche Protein-Fraktion mit Eiweiß oder entrahmter Trockenmilch gemischt
werden, um die Schaumexpansions- und Stabilitäts-Eigenschaften zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung einer verbesserten wasserlöslichen Protein-Fraktion, die
ausgezeichnete Schlagfähigkeitseigenschaften bei der Herstellung von Rahrungsmittelprodukten für den menschlichen
Gebrauch besitzt.
Es wurde gefunden, daß ein geeignetes Protein-Material aus einzelligen Proteinquellen erhalten werden kann, indem man
wäßrige Mikrobenzellen in Wasser auf schlämmt, eine Trennung
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in die feste lind flüssige Phase durchführt und bei regulierter
erhöhter Temperatur während begrenzter Zeiten "behandelt. Obgleich die Zellwände intakt bleiben, wird die Hauptmenge
des Proteingehalts der Zellen in die wäßrige überstehende Phase extrahiert. Die wäßrige Aufschlämmung enthält von 1 bis
20 Gewichts-% (auf Trockenbasis) an Mikrobenzellen. Diese Aufschlämmung wird zuerst auf ungefähr 50 bis ungefähr 350C
erwärmt und dann in eine feste Phase, die restliches Zellmaterial enthält, und in eine flüssige überstehende Phase,
die ein Pigment und Farbbestandteile enthält, getrennt. Das restliche Zellmaterial wird durch Zugabe von Wasser wieder
aufgeschlämmt, das wiederaufgeschlämmte restliche Zellmaterial
wird auf Temperaturen von ungefähr 80 bis 3,0O0C während
einer Zeit von ungefähr 4-5 bis 75 Minuten erwärmt. Die erwärmte
Aufschlämmung wird in eine feste Phase, die das restliche Zellmaterial enthält, und eine wäßrige überstehende
Phase, die eine wasserlösliche Protein-Fraktion enthält, getrennt. Die wasserlösliche Protein-Fraktion wird wiedergewonnen,
und die wasserlösliche Protein-Fraktion wird getrocknet, wobei man ein Produkt mit heller Farbe, hoher Schaumexpansion
und hoher Stabilität, mildem Geschmack und WärmeStabilität
erhält.
Die vorliegende Erfindung ist für Mikroorganismen vielfach anwendbar, und insbesondere sind jene Organismen, die in Tabelle
I aufgeführt sind, Hefen, die in Tabelle II angegeben sind, und Fungi, wie sie in Tabelle III angegeben sind,
geeignete Mikroorganismen.
Acetobacter sp. Arthrobacter sp.
Bacillus subtilus Corynebacteria sp. Micrococcus sp,
Pseudomonas sp.
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Tabelle II | - Geeignete Hefen |
Candida | curvata |
Candida | lipolytica |
Candida | pulcherima |
Candida | utilis |
Hansenula anomala Hansenula miso Oidium lactis
Saccharomyces carlsbergensis Saccharomyces fragilis
Trichosporon cutaneum Saccharomyces cerevisiae Candida parapsilosis
Hansenula wickerhamii Pichia pastoris
Pichia haplophyla
Tabelle III - Geeignete Fungi
Aspergillus niger Aspergillus glaucus
Aspergillus oryzae Aspergillus terreus
Aspergillus itaconicus
Penicillium notatum Penicillium chrysogenum
Penicillium glaucum
;
Penicillium griseofulvum
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-7- 25349A7
Candida utilis, Saccharomaces cerevisiae, Saccharomyces fragilis
und Saccharomyces carlsbergensis sind bevorzugte Ausgangsmaterialien
für das erfindungsgemäße Verfahren, jedoch, deshalb, da diese von der F.D.A. für die Verwendung in nahrungsmittel
produkt en allgemein als sicher angesehen werden.
Die Erfindung kann mit anderem isolierten zellularen Material oder Zellen, die neu in Fermentations verfahren gezüchtet werden,
durchgeführt werden. Wenn das zellulare Material zuerst isoliert wird, sollte es mit Wasser auf geschlämmt werden, um
die gewünschte Zellenkonzentration zu erhalten. Wenn frische Zellen verwendet werden, kann der Abstrom aus der Fermentati—
onsvorrichtung konzentriert werden, wie durch Zentrifugieren, um eine geeignete Aufschlämmung herzustellen.
Die Konzentration an zellularem SCP-Material, das in der wäßrigen
sauren Lösung suspendiert wird, kann im Bereich von 1 "bis 20 Gewichts-% (auf Trockenbasis) variieren und liegt "bevorzugt
im Bereich von 3 his 10 Gewichts-% (auf Trockenbasis) Zellen.
Das Verfahren für die Isolierung der schlagbaren Protein-Fraktion
aus den Mikrobenzellen erfordert die folgende Behandlung.
Zuerst wird eine wäßrige Aufschlämmung, die von 1 bis 20 Gewichts-%
(auf Trockenbasis) Mikrobenzellen enthält, hergestellt. Bevorzugt liegt die Menge an Mikrobenzellen im Bereich
von 5 "bis 15 Gewichts-% (auf Trockenbasis).
Dann wird die wäßrige Aufschlämmung der Mikrobenzellen auf Temperaturen im Bereich von 30 bis 35°C erwärmt. Es wurde
jedoch gefunden, daß eine Temperatur von 32°C besonders gut geeignet ist.
Die erwärmte Zellaufschlämmung wird dann in feste und flüssige
Phasen getrennt. Diese Trennung kann durch Zentrifugieren oder andere Trennverfahren für feste und flüssige Phasen
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erfolgen. Die feste Phase enthält restliches Zellmaterial,
•und die flüssige überstehende Phase enthält Pigment und Farbstoffbestandteile.
Die feste Phase, die das restliche Zellmaterial enthält, wird
erneut durch Zugabe von Wasser aufgeschlämmt.
Das wiederaufgeschlämmte restliche Zellmaterial wird auf Temperaturen
von ungefähr 80 bis 10O0C während einer Zeit von
ungefähr 4-5 bis 75 Minuten erwärmt. Das Erwärmen der Aufschlämmung
auf eine Temperatur von 9O0C "während 60 Minuten
ist bevorzugt.
Die erwärmte Aufschlämmung des restlichen Zellmaterials wird in eine feste Phase, die das restliche Zellmaterial enthält,
und eine wäßrige überstehende Phase, die die wasserlösliche Protein-Fraktion enthält, getrennt.
Die Phase, die das restliche Zellmaterial enthält, wird abgetrennt
und steht für die Verwendung in anderen Produkten, die aus Hefen, Bakterien und Fungus-Zellmaterialien hergestellt
wurden, zur Verfugung.
Andererseits wird die iväßrige überstehende Phase, die die
wasserlösliche Protein-Fraktion enthält, gewonnen und dann
gefriergetrocknet, wobei man ein Produkt mit heller Farbe, guter Schaumexpansion und Stabilität, mildem Geschmack und
WärmeStabilität erhält.
Das erfindungsgemäß geschaffene Proteinkonzentrat·ist überraschenderweise
wirksam, um geschlagene Nahrungsmittelprodukte herzustellen. Das erfindungsgemäße Produkt besitzt' viele
günstige Vorteile, verglichen mit anderen Quellen für schlagbares Protein. Das gut schlagbare, erfindungsgemäß hergestellte
Produkt erfordert keine chemische oder biologische Modifizierung und ist wärmestabil. Das Produkt kann als bequemes
Streckmaterial, wie als Ei-Albumin, an welchem Mangel, besteht, verwendet werden. Das Produkt kann zusätzlich zur Herstellung
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vieler Nahrungsmittel oder anderer Produkte, wie für Baisers, Bonbons des Schaumgebäck-Typs und Soufles,verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren "besitzt den Vorteil, daß
Färb- und Geschmackstrakt extrahiert sind.
Färb- und Geschmacks- "bzw. Aroma-Produkte aus dem 320C-Ex-
Das folgende schematische Diagramm erläutert die Stufen, die "bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten.
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Verfahren für die Extraktion und Produktion von schlagfähigen Produkten aus Hefe-Creme
oder auf geschlämmter Hefe
(D
Zugabe
von
Wasser
Wasser
C7)
(10)
(H)
(12)
Hefe-Creme, oder -Aufschlämmung
Ärar
Erwärmer auf 2O
XU
Feste Phase enthaltend restliches Zellmaterial
Erwärmen des
wäßrigen
gesirlx-'
als
CL.
{Zenta±ft3g3firen
Flüssige wäßrige ÜD erstehende Phase
irQCknen dej lussigen Wf
rigen ODB henden Phase
Sehiag-"bares
Mittel
"Kuchen" feste Phase(9) restliches Zellmaterial,
nützlich für
andere Hefeprodukte
andere Hefeprodukte
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Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie zu
b e s ehränken.
10 1 einer wäßrigen Lösung aus Hefe Candida utilis, die 10 Gewichts-% Zellen auf Trockengewichtsbasis enthält, wird
hergestellt. Die wäßrige Lösung wird auf 32° 0 unter Verwendung eines Eintaucherwärmers erwärmt. Die Lösung wird dann unter
Verwendung einer Typ AP 14 VH Sharpless-Zentrifuge zentrifugiert,
die "bei 15 000 TJpM "betrieben wird. Das gewonnene
restliche Zellmaterial wird mit Wasser auf ein Volumen von 10 1 verdünnt. Die wäßrige Lösung des restlichen Zellmaterials
wird auf 90°C erwärmt, wozu man einen Eintaucherwärmer verwendet, und 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten.
Die erwärmte Lösung wird dann erneut zentrifugiert, wobei
man eine Zentrifuge des Typs AP 14- VH Sharpless verwendet, die mit 15 000 UpM betrieben wird. Die gewonnene wasserlösliche
Protein-Fraktion wird durch Gefriertrocknen getrocknet.
Das entstehende Produkt besitzt eine helle Farbe, hohe Schaumexpansion und Stabilität, milden Geschmack und WärmeStabilität.
Das erfindungsgemäß hergestellte Produkt kann verwendet werden, um Eiwiß in Produkten zu ersetzen, die eine Schaumausdehnung
erfordern, und es kann als Streckmittel für Eiweß in Produkten verwendet werden, die eine Schaumausdehnung erfordern
und eine Wärmekoagulationsfähigkeit, wie aus der folgenden Tabelle IV hervorgeht.
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Schlageigenschaften von verschiedenen
Hefeextrakten und anderen Nahrungsmittelprodukten
Schaum- Schaum- *n Probe · expansion (ml) Stabilität (ml) '
(1) Eiweiß (1 %) 50 40
(2) fettfreie bzw. entfettete Trockenmilch (1 %) 52 0
(3) Allzweck-Mehl (1 %) 2 2
(4) 32°C-Extrakt aus Cre*me 110 5
(5) 32°C-Extrakt aus sprühgetrockneten Zellen (1 %) 20 6
(6) 90°C-Extrakt aus Creme (1 %) 184 60
(7) 90°C-Extrakt aus sprüh-
getrockeneten Zellen (1 %) 82 20
(8) 0,5 % Eiweiß
0,5 % 90°C-Extrakt (Crdme) 190 129
(9) 0,5 % fettfreie Trockenmilch
0,5 % 90°C-Extrakt (Creme) 176 84
(10) 0,5 % Allzweck-Mehl
0,5 % 90°C-Extrakt (Creme) 28 2
J Schaumstabilität = Volumen nach 30 Minuten
Die Eigenschaften für jeden der zehn (10) Hefeextrakte und andere
Nahrungsmittelprodukte, die in Tabelle IV aufgeführt sind, werden nach den folgenden Reihen von Stufen bestimmt:
(1) 100 ml einer 1%-igen wäßrigen Lösung des Probenmaterials
werden hergestellt;
(2) die Lösung wird bei O0C 1 Minute unter Verwendung einer
Virtis 45-Mischvorrichtung bei einer Geschwindigkeit von
20 000 UpM geschlagen;
(3) das Material der Stufe (2) wird in einen 300 ml graduierten Zylinder gegeben, und die Menge an gebildetem Schaum
wird in dem Zylinder gemessen (Schaumexpansion) und
(4) die geschlagene Probe kann bei O0C 30 Minuten sitzen,
und das Schaumvolumen wird erneut gemessen, um die
Schaumstabilität zu bestimmen.
Schaumstabilität zu bestimmen.
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Claims (12)
- PatentansprücheVerfahren für die Isolierung einer schlagbaren Protein-Fraktion aus Mikrobenzellen, dadurch gekennzeichnet, daß man die folgenden Stufen durchführt:(a) eine wäßrige Aufschlämmung schafft, die 1 "bis 20 Gewichts-% (auf Trockenbasis) Mikrobenzellen enthält,(Id) die Aufschlämmung auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 30 Ms ungefähr 35° C erwärmt,(c) die erwärmte Aufschlämmung in eine feste Phase, die restliches Zellmaterial enthält, und eine flüssige überstehende Phase, die Pigment und Farbstoffbestandteile enthält, trennt,(d) das restliche Zellmaterial durch Zugabe von Wasser erneut aufschlämmt,(e) das wiederaufgeschlämmte restliche Zellmaterial auf Temperaturen von ungefähr 80 bis 1000O während einer Zeitdauer von ungefähr 45 bis 75 Minuten erwärmt,(f) die erwärmte Aufschlämmung in eine feste Phase, die restliches Zellmaterial enthält, und eine wäßrige überstehende Phase, die eine wasserlösliche Protein-Fraktion enthält, trennt,(g) die wasserlösliche Protein-Fraktion gewinnt und(h) die wasserlösliche Protein-Fraktion trocknet, um ein Produkt mit heller Farbe, hoher Schaumexpansion und -Stabilität, mildem Geschmack und WärmeStabilität herzustellen.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung in Stufe (b) auf eine Temperatur von 320G erwärmt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wiederaufgeschlämmte Zellmaterial in der Stufe (e) auf eine Temperatur von 900C erwärmt wird.60 9809/07 15
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitperiode in der Stufe (e) 60 Minuten "beträgt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bei der Stufe (b) 320C und die Temperatur bei der Stufe (e) 90°C betragen.
- 6. Verfahren nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer bei der Stufe (e) 60 Minuten beträgt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bei der Stufe (b) 32°C beträgt.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Aufschlämmung bei der Stufe (a) von 5 t>is 15 Gewichts-% (auf Trockenbasis) Zellen enthält.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Aufschlämmung bei der Stufe (a) von 5 bis 15 Gewichts-% (auf Trockenbasis) Zellen enthält.
- 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobenzellen in einem aeroben Fermentationsgefäß gezüchtet werden in einem Fermentationsbrühen-Mineral-ITährmedium und daß der Abstrom der Fermentations vorrichtung zentrifugiert wird, um überschüssige Fermentationsbrühe abzutrennen und eine Aufschlämmung zu schaffen, die von 1 bis 20 Gewichts-% (auf Trockenbasis) Zellen enthält.
- 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mikrobenzellen Zellen aus den Klassen Bakterien, Fungi und/ oder Hefen verwendet werden.
- 12. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß als Hefe Saccharomyces carlsbergensis, Saccharoinyces cerevisiae, Saccharomyces fragilis oder Candida utilis verwendet werden.609809/0715Verfahren nach. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Hefe Candida utilis verwendet wird.14-. Schlagbares Proteinmaterial, hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 1.609809/07 15
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