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Verfahren zur Gewinnung von Hefeextrakt als Ausgangsprodukt für Hefebestandteile
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von solchen Hefeextrakten, welche
hauptsächlich als Ausgangsprodukte zur Gewinnung von Hefebestandteilen, vornehmlich
der Lipoide, d.li. der in Fettlösungsmitteln löslichen Stoffe, wie Neutralfett,
Fettsäuren, Wachsalkohole, Sterine, Phosphatide, fettlösliche Vitamine und hohlenwasserstoffe,
sowie auch der Eiweißfraktionen ii. a. in. Verwendung finden.
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Nach den bisher bekannten Extraktionsverfahren wurde die Hefe zunächst
ohne Vorbehandlung mit den üblichen Lösungsmitteln, wie z. B. Äther, Petroläther,
Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Benzin, Methylenchlorid usw., im Soxhletapparat
behandelt. Um die Erfassung der Lipoide zu verbessern, hatte man Trockenhefe vor
der Extraktion mit QuaTzsand verrieben. Die Verbesserung war aber nicht erheblich
(Zeitschrift für Untersuchung der Lebensmittel 1943, S. 497). Eine Kugelmühle eignete
sich nicht gut zur mechanischen Zerstörung der Zellen, da starke lokale Überhitzungen
auftraten, welche zu einer thermischen Zersetzung der empfindlichen Phosphatide
führten. Eine vollständige Erfassung der gesamten Lipoide gelang nur bei Zerstörung
der Zellwände durch Behandlung mit Salzsäure und Extraktion des aufgeschlossenen
Produktes mit Fettlösungsmitteln. Hier ergab sich aber der Nachteil einer teilweisen
starken Veränderung der Lipoide und der Eiweißbestandteile der Hefe.
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Man schlug daher vor, die mit Äther plasmolysierte Hefe mit Alkohol
zu versetzen und die flockige Lösung
abzufiltrieren, worauf der
sich ergebende Rückstand nochmals mit einem Gemisch aus Äther, Alkohol und Wasser
im Verhältnis 1:15:15 behandelt und filtriert wurde. Aus diesem Filtrat extrahierte
man dann nach dessen Einengung die fettlöslichen Bestandteile mit Äther (Patentschrift
734 336).
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Eine weitere Verbesserung brachten Verfahren, bei denen die Hefe zunächst
mit Alkohol auf Temperaturen von 5o bis 70° C erhitzt und nach Entfernung des Alkohols
durch Destillation die nicht abgetrennten Hefebestandteile nach einer Trocknung
und Pulverisierung mit Äther, Petroläther od. dgl. extrahiert wurden. Diesen Extrakt
trennte man durch geeignete Acetonbehandlung in Lecithin und Ergosterin und verarbeitete
den Rückstand auf Nucleinsäure und andere Hefeinhaltsstoffe (Patentschrift 758 802).
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Bei einer einfachen Ätherextraktion lösten sich nur etwa 15 bis 25°/a
der in der Hefe enthaltenen Lipoide, während das zuletzt besprochene Verfahren 3o
bis .1011,.'a der Lipoide erfaßte. Als Nachteil kam bei diesem hinzu, daß sich die
Anwendung hoher Temperaturen (7o bis 8o11 C und mehr) auf die gegen Alkohol bei
höherer Temperatur sehr empfindlichen Phosphatide schädlich auswirkte.
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Das Verfahren nach vorliegender Erfindung besteht nun darin, daß die
Hefe in nassem oder trockenem Zustand zunächst in einer Kolloidmühle bis zur Zerstörung
der Zellen gemahlen und dann die getrocknete Hefe mit höchstens i5°%11 Wassergehalt
bei gewöhnlicher Temperatur mit einem Alkohol-Äther-Gemisch (3: i bis 4:
i) drei- bis viermal je 1;'j Stunde ausgeschüttelt wird. Dabei kann an Stelle von
Äthylalkohol auch Methylalkohol genommen werden. Wenn eine hierfür geeignete 3lühle
vorhanden ist, kann die Hefe mit demE xtrak tionsmit tel zusammen gemahlen werden.
Der Extrakt. wird durch Filtrieren von der Hefe getrennt und enhält je nach dem
Wirkungsgrad der Mühle bis zu 95°,''11 der Gesamtlipoide, die bei Verwendung von
Äthylalkohol durch etwa 1,5 bis 2,5°/11 Eiweiß und Kohlehydrat, bezogen auf Hefetrockensubstanz,
verunreinigt sind. Bei Verwendung von Methanol beträgt der Gehalt an Verunreinigungen
etwa 3 bis 5°;11. Aus dem eingeengten Rohextrakt können die Beinlipoide nach Zugabe
des gleichen Volumens gesättigter Kochsalzlösung mit Äther ausgezogen werden. Die
Abtrennung der Phosphatide und des Ergosterins geschieht nach den üblichen Methoden.
Aus der extrahierten Hefe können in bekannter Meise die Nucleinsäuren und weitere
Eiweißfraktionen erhalten werden. Unter Umständen ist es jedoch zweckmäßig, zuerst
die N ucleinsäuren zusammen mit dem Eiweiß und dann erst nach Trocknung und Mahlung
der Hefe die Lipoide zu extrahieren.
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Die geringe Durchlässigkeit der Zellwand für das Fettlösungsmittel
kann sich durch die bis zu einem :Maximum vorgetriebene Zerstörung der Zellen nicht
mehr nachteilig auf die Extraktion der Lipoide auswirken. Bei gewöhnlichen Temperaturen
verläuft diese Extraktion schonender, und die Ausbeute an Phosphatiden und Sterinen
wird wesentlich besser. Die in den angegebenen Grenzen sich bewegende Alkohol-Äther-Konzentration
sorgt für eine nahezu restlose Erfassung der Lipoide. Daneben werden auch die Lecithine
in einem der Ausgangshöhe entsprechenden Umfang erfaßt. Eine gewisse Verringerung
der Ausbeute an Lipoiden ergibt sich bei einer Extraktion mit Alkohol allein im
Anschluß an die Mahlung in einer Kolloidmühle gemäß der Erfindung.
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Beispiele Trockenhefe mit einem Lipoidgehalt von 6,3°;'0, bezogen
auf Trockensubstanz und einem Trockengehalt von 9o,5°,%0, wurde drei Vergleichsversuchen
unterzogen.
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Der Lipoidgehalt der Versuchshefe wurde in Anlehnung an das Prinzip
von Schmid-Bondzynski (Handbuch für Lebensmittelchemie Bd. III, S. 395, 1939) in
folgender neuer Weise ermittelt: 2 g Hefe werden in ein trockenes Steilbrustkölbchen
von Zoo ccm mit Glasschliff eingewogen, mit io ccm 2511/11iger Salzsäure und 3 ccm
Wasser versetzt und nach Zugabe von drei Tonscherben am Rückflußkühler io Minuten
in leichtem Sieden gehalten. Nach dem Erkalten gibt man mit der Pipette io ccm Tetrachlorkohlenstoff
hinzu und hält wiederum io Minuten in leichtem Sieden. Dann läßt man durch Einstellen
des Kolbens in kaltem Wasser gut abkühlen und nimmt den Rückflußkühler ab. Mit der
Pipette gibt man 75 ccm Fettlösungsmittel hinzu (Äther-Petroläther i : i mit Wasser
gesättigt, Kp. des Petroläthers 6o11 C), verschließt das Kölbchen mit einem gut
schließenden Glasstopfen und schüttelt 3 Minuten kräftig durch. Nach etwa i bis
2 Stunden ist eine Klärung der Lösung und eine scharfe Trennung der beiden Schichten
erfolgt. Die obere ätherische Lösung wird vorsichtig unter Druck zum Teil abgehebert.
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Die eintauchende Spitze des Hebers muß etwa 3 bis 5 mm über der Trennungslinie
liegen. Am unteren Teil des Hebers, aus dem die Fettlösung ausfließt, sitzt zweckmäßig
eine Glastulpe mit einem kleinen, lockersitzenden Wattebausch. Dadurch wird etwaig
mitgerissener Rückstand zurückgehalten. Die ersten Tropfen der Fettlösung (etwa
5 ccm) werden verworfen. Sie dienen zur Spülung des Hebers und des Filters. Danach
fängt inan 5o ccm der Fettlösung in einem trockenen Meßkölbchen von 5o ccm auf und
gießt diese Menge unter dreimaligem Nachspülen des Kölbchens mit je etwa 5 ccin
Lösungsmittel in ein sauberes, bei i05' C getrocknetes gewogenes Schliffkölbchen.
Das Lösungsmittel wird auf dem Wasserbad abgedampft und der Rückstand im Trockenschrank
bei i05° C getrocknet, dann nochmals mit Äther aufgenommen, mit Wasser ausgeschüttelt
und nach Abtrennung der wäßrigen Schicht und Abdampfen des Äthers bei i05'
('bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Aus der Auswaage läßt sich der Rohlipoidgehalt
folgendermaßen berechnen:
| pi11 Lipoide = cr - Z - 1(x> ., |
| ü) |
| . (.-1 -- d) e |
Hierin bedeuten: a = Gramm Auswaage an Rohlipoiden,
e = Gramm Einwaage an
Hefe,
d - angenommene mittlere Dic hte für die Hefelipoide (=o,92),
A *= Kubikzentimeter abgeheberte Lipoidlösung (= 5o), Z = liul>ikzentiineter
zugesetzte Lösungsmittelmenge
(- io ccm Tetrachlorkohlenstoff +
75 ccm Äther-Petroläther --- 85).
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Vergleichsversuch i 48stündige Extraktion der unbehandelten Hefe mit
Äther im Soxhletapparat.
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Vergleichsversuch 2 48stündige Extraktion einer Hefeprobe mit Äther
im Soxhletapparat, nachdem diese vorher i Stunde mit 7o°;@gem Alkohol am Rückflußkühler
gekocht worden war. Der Alkohol wurde vor der Ätherextraktion abdestilliert und
die Hefe getrocknet (Patentschrift 758 8o2).
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Vergleichsversuch 3 Extraktion der Hefe gemäß Erfindung etwa in nachstehender
Weise: Die Trockenhefe wurde zunächst in einer Schwingmühle aufgeschlossen und dann
bei Zimmertemperatur mit einem Methanol-Äther-Gemisch 4 : i 2 Stunden geschüttelt.
Dann wurde das Lösungsmittel scharf abgesaugt, die Hefe gründlich mit dem Extraktionsmittel
nachgewaschen und das Filtrat im Vakuum bei Zimmertemperatur eingeengt, mit dem
gleichen Volumen gesättigter Kochsalzlösung versetzt und dann mit absolutem Äther
extrahiert. Sämtliche Ätherextrakte wurden vereinigt, über Natriumsulfat getrocknet
und dann der Äther bei Zimmertemperatur im Vakuum abgedampft. Die Menge des verbleibenden
Rückstandes entspricht den extrahierten Lipoiden.
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Zur Feststellung der Lipoidausbeute wurden bei jedem Versuch die nach
der Extraktion im Heferückstand verbliebenen Lipoide durch die vorbeschriebene modifizierte
Fettbestimmungsmethode nach dem Prinzip von Schmid-Bondzynski ermittelt.
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Der Phosphatidgehalt wurde durch Bestimmung des Phosphorgehaltes in
den schonend extrahierten Reinlipoiden und Multiplizieren dieses Wertes mit dem
Faktor 25,33 ermittelt (angenommenes mittleres Molekulargewicht für Phosphatide
= 784,8). Eine Kontrolle dieses Wertes durch Ausfällung der Phosphatide mit Aceton
ergab für den Phosphatidgehalt der Lipoide eine gute Übereinstimmung mit dem durch
Berechnung aus dem P-Gehalt erhaltenen Wert. Die Ergebnisse` der Versuche sind in
der nachfolgenden Aufstellung zusammengefaßt
| Phos- |
| phatid- Phosphatide im Äther- |
| gehalt, % Lipoide im Rückstand extrakt, bezogen auf
die |
| bezogen Gesamtlipoide |
| auf die |
| Gesamt- |
| lipoide Vers. r Vers. 2 Vers. 3 Vers. r ;Vers. 2 j Vers. 3 |
| 0/0 0k @@ % 0/0 1 0/ 0/0 |
| 40,62 |
| 81,3 I 60 j 8,3 |
| 15,6 I 38,6 40,62 |
Hieraus folgt, daß man nach den Angaben der Patentschrift 758 8o2 nur etwa 40°/o
der Lipoide erfaßt. Die Lipoidausbeute ist also nur etwa doppelt so hoch wie bei
einfacher Ätherextraktion, bei der 18,7°/o erhalten werden. Mit dem neuen Verfahren
erfaßt man dagegen 9i,70/, der Lipoide. Der Phosphatidgehalt des Extraktes ist durch
die in der Patentschrift 758
802 angegebene Alkoholvorbehandlung der Hefe
nur so weit angestiegen, daß die relative Zusammensetzung des Extraktes etwa der
der ursprünglich in der Hefe vorliegenden Lipoide entspricht. Dies ist auch bei
dem neuen Verfahren außer der schon erwähnten fast quantitativen Lipoidausbeute
der Fall.