MX2015004819A - Granulos de harina de microalgas y proceso para la preparacion de los mismos. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a gránulos de harina de microalgas, y opcionalmente, harina de microalgas ricas en lípidos. Hay al menos varias especies de algas que se pueden usar en la alimentación, la mayoría son "microalgas", tales como algas marinas, lechuga de mar (Ulva lactuca) y algas rojas para alimentos del tipo de la Porfira (cultivada en Japón) o Dulse (alga roja Palmaria palmata).

Description

GRANULOS DE HARINA DE MICROALGAS Y PROCESO PARA LA PREPARACIÓN DE LOS MISMOS CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a gránulos de harina de microalgas, y opcionalmente, harina de microalgas ricas en lipidos.

ARTE ANTECEDENTE DE LA INVENCIÓN Hay al menos varias especies de algas que se pueden usar en la alimentación, la mayoría son "microalgas", tales como algas marinas, lechuga de mar (ülva lactuca) y algas rojas para alimentos del tipo de la Porfira (cultivada en Japón) o Dulse (alga roja Palmaria palmata).

Sin embargo, además de esas macroalgas también hay fuentes de algas representadas por las "microalgas", es decir algas microscópicas de una sola célula fotosintética y no fotosintética de origen marino y no marino, cultivadas por sus aplicaciones en biocombustible o alimentos.

Por ejemplo, la espirulina (Arthrospira platensis) se cultiva en lagunas abiertas (por fototrofia) para usar como suplemento alimenticio o incorporada en pequeñas cantidades en confitería o bebidas (generalmente menos de 0.5% peso/peso).

Otras microalgas ricas en lipidos, incluyen ciertas especies de Chlorella, también son populares en países de Asia como suplementos alimenticios (se hace mención de las microalgas del género Crypthecodinium o Schizochytrium genus). La producción y uso de la harina de microalgas también se describe en WO2010/120923, y WO2010045368.

La fracción de aceite de la harina de microalgas, la cual se puede componer esencialmente de aceites monosaturados, puede proporcionar ventajas nutricionales y de salud comparados con los aceites saturados, hidrogenados y poliinsaturados a menudo encontrados en productos alimenticios convencionales.

En el intento de hacer una harina de microalgas desde biomasa de microalgas persistente dificultades significantes. Por ejemplo cuando se usan microalgas con un contenido de aceite alto (por ejemplo, 10, 25, 50 o incluso 75% o más por peso de célula seca, se puede obtener un polvo seco pegajoso indeseable. Esto puede requerir de la adición de agentes de flujo (incluyen productos derivados de sílice).

Los problemas de capacidad de dispersión en agua de las harinas de biomasa seca, las cuales entonces tienen propiedades de humectabilidad muy pobres, también se pueden encontrar.

Por lo tanto aún hay una necesidad insatisfecha de formas novedosas de harina de biomasa de microalgas ricas en lípidos para hacer posible incorporarlas fácilmente, en una escala grande, en productos alimenticios los cuales deben permanecer deliciosos y nutritivos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Para propósitos de la invención, el término "harina de microalgas" significa una sustancia que comprende una pluralidad de partículas de biomasa de microalgas. La biomasa de microalgas se deriva de células de algas, la cual puede ser ya sea continuas, interrumpidas, o una combinación de células continuas o interrumpidas. Las células de microaglas pueden crecer en la oscuridad (por ejemplo, la Chlorella crece en la oscuridad sobre una fuente de carbón fija).

El término "de gran tamaño" significa las partículas en una distribución de partículas que es más grande en tamaño que un umbral dado, ya sea numéricamente o físicamente, como en la fracción masa u otra medida de las partículas retenidas por un filtro de una porosidad dada.

Las modalidades de la presente invención se refieren a biomasa de microalgas adecuada para consumo humano la cual es rica en nutrientes, tales como lípidos o proteínas. Por ejemplo, las microalgas pueden ser ricas en lípidos. Por ejemplo, las microalgas pueden comprender al menos 10% por peso seco de lípidos, preferiblemente al menos de 25 a 35% o más por peso seco de lípidos.

En una modalidad preferida, la biomasa contiene al menos 25%, al menos 50%, o al menos 75% por peso de célula seca de lípidos. Los lípidos producidos pueden tener unos perfiles de ácidos grasos que comprenden al menos 2% de ácidos grasos altamente insaturados (HUFA) tales como ácido docosahexanoico (DHA).

En una modalidad preferida, las microalgas son del genero Chlorella. La Chlorella protothecoides es una de tales especies de microalgas que es adecuada para usar en la preparación de harina de microalgas.

Las modalidades de la presente invención se refieren a gránulos de harina de microalgas que tienen distribución de tamaño de partícula específica, capacidad de flujo y propiedades de humectabilidad.

Las modalidades de la presente invención también se refieren a gránulos de harina de microalgas que tienen una densidad aireada particular y parámetros de área de superficie específicos, y también una habilidad excelente para dispersarse en agua.

Las modalidades de la presente invención se refieren al proceso para preparar esos gránulos de harina de microalgas.

En la harina de microalgas, la pared celular de microaglas o los restos celulares pueden encapsular opcionalmente el aceite al menos hasta que el producto alimenticio que se contiene se cocina, por lo que incrementa la vida propia de la aceite.

La harina de microalgas también puede proporcionar otros beneficios, tales como micronutrientes, fibras dietéticas (carbohidratos solubles e insolubles), fosfolípidos, glicoproteínas, fitoesteroles, tocoferoles, tocotrienoles y selenio.

Las microalgas se pueden modificar para tener cantidades reducidas de pigmentos. Por ejemplo la Chlorella protothevoides se puede modificar de modo que reduce o carece de pigmentos. La modificación se puede completar por mutagénesis Ultra Violeta (UV) y/o química.

Por ejemplo, Chlorella protothecoides se expuso a un ciclo de mutagénesis química con N-metil-N'-nitro-N-Nitrosoguanidina (NTG) y las colonias se seleccionaron para los mutantes de color. Las colonias que no exhiben color entonces se sujetan a un ciclo de irradiación UV.

Una cepa de pigmento reducido de Chlorella protothecoides se aisló y corresponde a Chlorella protothecoides 33-55, depositada el 13 de Octubre del 2009 con la Colección de Cultura de Tipo Americana (10801 Universidad Boulevard, Manassas, Virginia 20110-2209) de acuerdo con el Tratado de Budapest.

En otra modalidad, una cepa de Chlorella protothecoides con una pigmentas reducida se aisló y corresponde a Chlorella protethecoides 25-32, depositada el 13 de Octubre del 2009 en la Colección de Cultura Tipo Americana.

De acuerdo a cualquiera de las modalidades de la invención, las microalgas (por ejemplo, Chlorella protothecoides) se cultivaron en un medio que contiene una fuente de carbono fija (por ejemplo, glucosa) y una fuente de nitrógeno en la ausencia de luz (condiciones heterotróficas). La harina de microalgas resultante puede ser de color amarilla, amarilla pálida o blanca y opcionalmente puede tener un contenido de lipidos de 30-70, 40-60 o aproximadamente 50% de lipidos por peso de célula seca. El color amarillo o blanco puede resultar desde un contenido de clorofila de menos que 500 ppm, 50 ppm o 5 ppm.

Los medios de cultivo sólido y liquido están disponibles generalmente en la literatura, y las recomendaciones para preparar los medios particulares que son adecuados por una variedad grande de cepas de microorganismos se pueden encontrar, por ejemplo, en linea en http://www.utex.org/, un sitio mantenido por la Universidad de Texas en Austin por su colección de cultura de algas (UTEX).

La producción de biomasa se puede llevar a cabo en biorreactores. Los ejemplos específicos de los biorreactores, las condiciones de cultura, y el crecimiento heterotrófico y el método de propagación se pueden combinar en cualquier forma apropiada para mejorar la eficiencia del crecimiento microbiano y lipidos y/o producción de proteínas. Preferiblemente, el cultivo de las microalgas se realiza en la oscuridad en la presencia de una fuente de carbono fija (por ejemplo, azúcar y/o glicerol).

Para preparar la biomasa para uso tal como la composición de comidas la biomasa obtenida en el extremo de la fermentación se cosecha desde el medio de fermentación. Al tiempo que la biomasa de microalgas se cosecha desde el medio de fermentación, la biomasa comprende células intactas en su mayoría en suspensión en un medio de cultivo acuoso.

Para concentrar la biomasa, un paso de separación sólido-líquido, por filtración o por centrifugación, entonces se puede llevar a cabo.

Después la concentración, la biomasa de microalgas se puede procesar para producir pasteles empacados al vacío, hojuelas de algas, homogenizados de algas, polvo de algas, harina de algas o aceites de algas.

La biomasa de microalgas también se puede secar para facilitar el proceso subsecuente, o para usar la biomasa en sus varias aplicaciones, en particular aplicaciones alimenticias.

Los productos alimenticios finales tienen varias texturas dependiendo de si la biomasa de algas se seca, y si es, de acuerdo al método de secado usado (véase, por ejemplo, US 6,607,900, US 6,372,460 y US 6,255,505).

En un secador pro pulverización, una suspensión liquida entonces se pulveriza en la forma de una dispersión de gotas finas en una corriente de aire calentada. El material arrastrado se seca rápidamente y forma un polvo seco.

Esta harina de microalgas se puede preparar desde biomasa de microalgas concentrada que se ha lisado y homogenizado mecánicamente, el homogenizado entonces es secado por pulverización o secado por evaporación.

En una modalidad, las células se pueden lisar. La pared celular y los componentes intracelulares se pueden moler o de otra manera reducir, por ejemplo, usando un homogeneizador, a las partículas (células U sadas no aglomeradas). En las modalidades específicas, las partículas resultantes pueden tener un tamaño promedio de menos que 500 mm, que 100 mm o incluso 10 pm o menos.

En una modalidad de la presente invención, se secan las células lisadas por tanto obtenidas.

Por ejemplo, un perturbador de presión se puede usar para bombear una suspensión que contiene las células a través de un orificio restringido para lisar las células. Se aplica una presión alta (por ejemplo, hasta 1500 bares), seguida por una expansión instantánea a través de una boquilla.

El perturbador de las células puede ocurrir mediante tres mecanismos diferentes: invasión en la válvula, en alto cizallamiento del líquido en el orificio, y caída súbita en la presión en la salida, haciendo que la célula explote.

El método libera moléculas intracelulares. Un homogeneizador NIRO (GEA NIRO SOAVI) (o cualquier homogeneizador de alta presión) se puede usar para perturbar las células.

Este tratamiento a alta presión (por ejemplo, hasta aproximadamente 1500 bares) de la biomasa de algas se puede lisar más que 90% de las células y puede reducir el tamaño de partícula (por ejemplo, a menos que aproximadamente 5 micrones). En una modalidad, la presión es desde aproximadamente 900 bares a 1,200 bares. Preferiblemente, la presión es aproximadamente de 1,100 bares. En otra modalidad, incrementa el porcentaje de células U sadas, la biomasa de algas se sujeta al tratamiento de alta presión dos veces o más. En una modalidad, se usa doble homogenización para incrementar la lisis celular por encima de 50%, encima de 75% o encima de 90%. Lisis de aproximadamente 95% se ha observado usando esta téenica.

La lisis de las células es opcional, pero se prefiere cuando se produce una harina alta en lípidos (por ejemplo >10% de lípidos por peso seco). En una modalidad, se produce una harina alta en proteínas (por ejemplo, menos que 10% de lípidos por peso seco). La harina alta en proteínas puede estar en una forma no lisada (célula intacta). Para algunas aplicaciones alimenticias, se desea la lisis parcial (por ejemplo, 25% a 75% de células lisadas).

Alternativamente, o además, se usa un molino de bolas. En un molino de bolas, las células se agitan en la suspensión con partículas abrasivas pequeñas. La perturbación de las células se causa por fuerzas de cizallamiento, la molienda entre las bolas, y las colisiones con bolas. Esas bolas perturban las células de modo que liberan el contenido celular desde la misma. Se da una descripción de un molino de bolas adecuado, por ejemplo, en la patente Estadounidense 5,330,913.

Una suspensión de partículas, opcionalmente de tamaño más pequeño que las células de origen, en la forma de una emulsión "aceite en agua", se puede obtener. Esta emulsión entonces se puede secar por pulverización, dejando un polvo seco que contiene los restos celulares y aceite. Después del secado, el contenido de agua o el contenido de humedad del polvo puede ser menos que 10%, preferiblemente menos que 5%, más preferiblemente menos que 3%.

Las modalidades de la presente invención soluciona los problemas mencionados anteriormente asociados con la harina de microalgas del arte previo proporcionando gránulos que tienen propiedades particulares, tales como color favorable, distribución del tamaño de partícula, flujo, humectabilidad, densidad aireada, área de superficie específica, y comportamiento de capacidad de dispersión en agua según lo medido por el tamaño de las gotas de emulsión y potencial zeta.

Los gránulos de harina de microalgas específicos de acuerdo con las modalidades de la invención se caracterizan en que tienen una o más de las siguientes propiedades: - una distribución del tamaño de partícula monomodal, por ejemplo, según se midió en un analizador láser del tamaño de partícula COULTER® LS, de 2 a 400 pm, - grados de flujo, determinados de acuerdo a una prueba A, de 0.5 a 60% por peso para el gran tamaño de 2000 mm, de 0.5 a 60% por peso para el gran tamaño de 1400 mm y 0.5 a 95% por peso para el gran tamaño de 800 pm, grado de humectabilidad, expresada de acuerdo a una prueba B, por el peso del producto asentado en un vaso de precipitados (vaso de precipitados de 600 mL y altura de 125 m, por ejemplo, producto Científico Fisher código FB33114), en un valor de 0.2 a 4.0 cm, preferiblemente de 1.0 a 3.0 cm.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a la invención se pueden caracterizar por su distribución de tamaño de partícula. Esta medida se puede llevar a cabo en un analizador láser de tamaño de partícula COULTER® LS, equipado con su módulo de dispersión de volumen pequeño o SVM (125 mi), de acuerdo a las especificaciones provistas por el fabricante (por ejemplo, en las "instrucciones de Operación del Módulo de Volumen Pequeño").

En una modalidad ilustrativa, los gránulos de harina de microalgas se caracterizan por una o más de las siguientes propiedades: - 45-55% de lípidos por peso de célula seca; - una densidad aireada de 0.37 ± 20%; - una densidad aparente de 0.61 ± 20%; - un % de compresión de 39.3 ± 20%; - una cohesión en 2000 pm de 18.4 ± 20%; - una cohesión en 1400 mih de 46. 4 ± 20%; - una cohesión en 800 mm de 12 ± 20%; - una humectabilidad de 2 mm ± 20%; - una distribución de tamaño de partícula que tiene un modo de 9.1 ± 20%; - una distribución de tamaño de partícula que tiene un D[4,3] de 10.6 ± 20%; - una distribución de tamaño de partícula que tiene un D90 (el valor en que el 90% de la distribución es de diámetro menor) de 19.5 ± 20%; y un área de superficie de 0.4 m2/g ± 20%.

En una modalidad específica, los gránulos de harina de microalgas se pueden caracterizar por todas las propiedades siguientes: - 45-55% de lípidos por peso de célula seca; - una densidad aireada de 0.37 ± 20%; - una densidad aparente de 0.61 ± 20%; - un % de compresión de 39.3 ± 20%; - una cohesión en 2000 mm de 18.4 ± 20%; - una cohesión en 1400 pm de 46.4 + 20%; - una cohesión en 800 pm de 12 ± 20%; - una humectabilidad de 2 mm ± 20%; - una distribución de tamaño de partícula que tiene un modo de 9.1 ± 20%; - una distribución de tamaño de partícula que tiene un D[4,3] de 10.6 ± 20%; - una distribución de tamaño de partícula que tiene un D90 (el valor en que el 90% de la distribución es de diámetro menor) de 19.5 ± 20%; y - un área de superficie de 0.4 m2/g ± 20%.

En una modalidad de la presente invención, las partículas de harina de microalgas se aglomeran durante el proceso. A pesar de la aglomeración, los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a la invención también tienen capacidad de flujo satisfactoria suficiente, de acuerdo a una prueba A. las propiedades de flujo resultantes proporcionan varias ventajas en la producción de alimentos desde la harina de microalgas. Por ejemplo, mediciones más precisas de cantidades de harina se pueden hacer durante la fabricación del producto alimenticio, y la dispensación de alícuotas de harina se puede automatizar más fácilmente.

La prueba A consiste de medir el grado de cohesión de los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a la invención. Primero los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a la invención se tamizan con un tamaño de malla de 800 gm. los gránulos de harina que tienen un tamaño de menos que 800 gm entonces se recuperan e introducen en un contenedor cerrado, y se someten a mezclado por movimiento epicicloide, por ejemplo, usando un mezclador del laboratorio T2C tipo TURBULA. En virtud de esta mezcla, los gránulos de harina de microalgas de acuerdo con la invención, de acuerdo a sus propias características, expresaran sus propensiones a aglomerar o alejarse uno de otro.

Los gránulos por tanto mezclados se depositaron en una columna de 3 tamices (2000 gm; 1400 gm; 800 gm) para un tamizado adicional.

Una vez el tamizado se ha terminado, el gran tamaño en cada malla se cuantifica y el resultado da una ilustración de la naturaleza "cohesiva" o "pegajosa" de los gránulos de harina de microalgas.

Por tanto, un flujo libre, y por lo tanto el polvo débilmente cohesivo de los gránulos fluirá a través de los tamices de tamaño de malla grande, pero se detendrá cada vez más conforme las mallas de dichos tamices se vuelvan más estrechas.

Un protocolo para medir el tamaño de partícula sigue: - tamizar suficiente producto en un tamiz de 800 gm de modo que recupera 50 g de producto de tamaño menor que 800 gm, - introducir esos 50 g de gránulos de harina de tamaño menor que 800 gm en una jarra de vidrio con una capacidad de 1 litro (ref: BVBL Verrerie Villeurbannaise-Villeurbanne France) y cerrar la tapa, - colocar esta jarra en el mezclador T2C modelo TURBULA ajustado a la velocidad de 42 rpm (Willy A. Banchofen Sarl-Sausheim-France) y mezclar por 5 minutos, - preparar una columna de 3 tamices (vendido por SAULAS - diámetro de 200 mm; Paisy Cosdon - Francia) que se colocara en un primer tamizadora Fritsch, modelo Pulverisette tipo 00.502; los detalles del montaje inician desde el fondo a la parte superior: la tamizadora, la base del tamiz, el tamiz de 800 pm, el tamiz de 1400 mm, el tamiz de 2000 pm, y la tapa de la tamizadora, - depositar el polvo resultante de la mezcla en la parte superior de la columna (tamiz de 2000 pm), cerrar con la tapa de la tamizadora y tamizar por 5 minutos en la tamizadora FRITSCH, con una amplitud de 5 en la posición continua, - pesar el gran tamaño de cada tamiz.

En una modalidad, la harina de microalgas se caracteriza por uno o más de los siguientes parámetros de cohesión: o 0.5 a 55% por peso de gran tamaño en 2000 pm; o 0.5 a 60% por peso de gran tamaño en 1400 pm; o 0.5 a 30% por peso de gran tamaño en 800 pm.

A manera de comparación, so se mostrara en lo sucesivo, los polvos de harina de microalgas preparados por téenicas de secado convencionales (secado por pulverización de efecto simple tal como un secador de forma alta o un secador de caja) exhiben un aspecto pegajoso, o fluidez baja, que se reflejan por un comportamiento de acuerdo a la prueba A: - 50 a 90% por peso de gran tamaño de 2000 pm, - 0.5 a 30% por peso de gran tamaño en 1400 pm, - 5 a 40% por peso de gran tamaño de 800 pm.

En otras palabras, una mayoría de tal polvo de harina de icroalgas (al menos 50% del polvo) no logra atravesar el umbral de 2000 mki, aunque inicialmente se tamiza en 800 pm.

Esos resultados demuestran que las téenicas de secado convencional resultan más bien en la producción de polvos más cohesivos, mientras que, después de mezclar, usan energía mecánica pequeña, las partículas de menos que 800 mm no logran pasar a través de un tamiz de 2000 mm, que sin embargo tiene un tamaño de malla que es 2.5 veces mayor.

Se deduce fácilmente del mismo que un polvo convencional exhibe tal comportamiento, no es fácil el proceso en una preparación donde se recomienda una distribución homogénea de los ingredientes.

Por el contrario, las composiciones de harina de microalgas (y especialmente composiciones de harina de microalgas altas en lípidos; por ejemplo, 30-70% de lípidos por peso de célula seca) de acuerdo a las modalidades de la presente invención son mucho más fáciles de procesar debido a que son menos pegajosos. El nivel bajo de pegajosidad es evidente desde varias mediciones que incluyen tamaño de gránulo pequeño, humectabilidad alta y fluidez mejorada.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a las modalidades de la invención exhiben solo un tamaño pequeño (por ejemplo, <50%) sobre 2000 pm. Se cree que las partículas de harina de microalgas producidas de acuerdo a métodos descritos aquí son menos cohesivas que los qránulos preparados por los métodos previos.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a la invención se caracterizan por propiedades notables de humectabilidad, de acuerdo a una prueba B.

La humectabilidad es una propiedad teenológica que es a menudo muy usada para caracterizar un polvo vuelto a suspender en agua, por ejemplo en las industrias lácteas.

La humectabilidad se puede medir por la capacidad de un polvo a sumergirse después que se ha depositado en la superficie del agua (Haugaard Sorensen y otros, 1978), refleja la capacidad del polvo para absorber agua en su superficie (Cayot y Lorient, 1998).

La medida de este índice consiste convencionalmente de la medición del tiempo necesario para una cierta cantidad de polvo penetre en el agua a través de su superficie libre en reposo. De acuerdo a Haugaard Sorensen y otros (1978), un polvo se dice ser "humectable" si el tiempo para penetrar es menor que 20 segundos.

También es necesario asociar con la humectabilidad de la habilidad del polvo a hincharse. En efecto, cuando un polvo absorbe agua, se hincha gradualmente. Entonces, la estructura del polvo desaparece cuando los varios constituyentes se solubilizan y dispersan.

Entre los factores que influyen en la humectabilidad están la presencia de partículas primarias grandes, la presencia de los finos y la densidad del polvo, la porosidad de la capilaridad de las partículas de polvo y también la presencia de aire, la presencia de grasas en la superficie de las partículas de polvo y las condiciones de reconstitución.

La prueba B más particularmente reporta el comportamiento del polvo de harina de microalgas puesta en contacto con agua, midiendo, después de cierto tiempo de contacto, la altura del polvo que decanta cuando se coloca en la superficie del agua.

El protocolo de la Prueba B es el siguiente: - introducir 500 mi de agua desmineralizada (desionizada) a 20°C en un vaso de precipitados de 600 mi (FISHERBRAND FB 33114), colocar 25 g de polvo de harina de microalgas uniformemente en la superficie del agua, sin mezclar, - observar el comportamiento del polvo después de 3 h de contacto, medir la altura del producto que ha penetrado la superficie del agua y asentado en la parte inferior del vaso de precipitados.

Un polvo de baja humectabilidad permanecerá en la superficie del líquido, mientras que para un polvo de humectabilidad mejor, más material se asentara en el fondo del vaso de precipitados.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a la invención entonces tienen un grado de humectabilidad, expresada de acuerdo a esta prueba B, por la altura del producto asentado en un vaso de precipitados en un valor de 0.2 a 4.0 cm, preferiblemente entre 1.0 y 3.0 cm.

Más particularmente: - la primera familia, del tamaño de partícula fina, tiene una altura del producto asentado de 0.2 a 2.0 cm, preferiblemente 1.2 a 1.4 cm. la segunda familia, del tamaño de partícula grande, tiene una altura del producto asentado de 2.0 a 4.0 cm, preferiblemente 2.6 a 2.9 cm.

A manera de comparación, la harina de microalgas secadas convencionalmente por secado por pulverización de efecto simple en la superficie del agua a una extensión mayor gue la harina descrita anteriormente, y no se vuelve a hidratar suficientemente para ser capaz de decantar al fondo del vaso de precipitados.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a las modalidades de la presente invención también se caracterizan por: - su densidad aireada, - su área de superficie específica y - su comportamiento después de la dispersión en agua.

La densidad aireada se determina usando un método convencional de medir la densidad aireada, es decir midiendo la masa de un contenedor vacio (g) de volumen conocido, y midiendo la masa del mismo contenedor relleno con el producto a probar.

La diferencia entre la masa del contenedor relleno y la masa del contenedor vacio, dividida por el volumen (mi) entonces da el valor de la densidad aireada.

Para esta prueba, el contenedor de 100 mi, la primicia usada para la presentación y el raspador usado se suministran con el aparato vendido por la compañía HOSOKAWA bajo la marca POWDER TESTER tipo PTE.

Para realizar la medición, el producto se tamiza a través de un tamiz con aperturas de 2000 mm (vendido por SAULAS). La densidad se mide en el producto que no se retiene en el tamiz.

Bajo esas condiciones, los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a las modalidades de la invención pueden tener una densidad aireada de 0.30 a 0.50 g/ml. En una modalidad específica, la densidad aireada es 0.37 g/ml ± 20%.

Este valor de la densidad aireada es aún más notable ya que los gránulos de harina de microalgas de acuerdo con las modalidades de la invención tienen una densidad mayor que la harina de microalgas secas convencionalmente. Se cree que la densidad de un producto será menor si se prepara por secado por pulverización convencional, por ejemplo, menos que 0.30 g/ml.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo con las modalidades de la invención también se pueden caracterizar por su área de superficie específica.

El área de superficie específica se determina sobre el conjunto de la distribución del tamaño de partícula de los gránulos de harina de microalgas, por ejemplo, por medio de un analizador de área de superficie especifica Quantachrome basado en una prueba para la absorción de nitrógeno sobre la superficie del producto sujeto al análisis, llevado a cabo en un aparato SA2100 de Beckmann Coulter, de acuerdo a la téenica descrita en el artículo Área de Superficie BET por Absorción de Nitrógeno por S. BRUNAUER y otros (Diario de la Sociedad Química Americana, 60, 309, 1938).

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo con una modalidad de la invención, se encontraron tener un área de superficie específica de 0.10 a 0.70 m2/g después de la desgasificación por 30 minutos a 30°C al vacío. En una modalidad específica, el área de superficie específica de la harina de acuerdo al método BET es 0.3 a 0.6. En una modalidad aún más específica, el área de superficie específica de la harina de acuerdo al método BET es 0.4 ± 20%.

A manera de comparación, la harina de microalgas secada por secado por pulverización convencional se encontró tener un área de superficie específica de acuerdo a BET de 0.65 m2/g.

Es sorprendente observar que el mayor del tamaño de los gránulos de harina de microalgas, el más pequeño de su área de superficie específica es, ya que los gránulos grandes tienden a comprender partículas más pequeñas aglomeradas.

Finalmente, los gránulos de microalgas de acuerdo con la invención se caracterizan por su capacidad de dispersión en agua.

Esta capacidad de dispersión se mide en la siguiente manera (Prueba C): 0.50 g de gránulos de harina de microalgas se dispersan en 500 mi de agua desmineralizada (desionizada), y entonces la solución se homogeniza a 300 bares en un homogenizador PANDA, vendido por la compañía NIRO SOAVI.

Dos parámetros relacionados a la capacidad de dispersión en agua de los productos se midieron: - el tamaño de las gotas de las emulsiones formadas después de la homogenización (Prueba C-l), - la potencial zeta de las gotas, representa la carga de repulsión electrostática responsable de la estabilidad de la fase discontinua (glóbulos hidrofóbicos) en la fase acuosa "continua" (Prueba C- 2).

La medición del tamaño de gota se puede llevar a cabo en un analizador de láser de tamaño de partícula COULTER® LS. Las mediciones revelan que los gránulos de harina de microalgas por tanto dispersados forman una emulsión o suspensión del cual la distribución del tamaño de partícula tiene dos poblaciones de gotas o partículas centradas en 0.4 y 4 pm.

A manera de comparación, las emulsiones o suspensiones obtenidas bajo las mismas condiciones con harinas de microalgas convencionales son a su vez caracterizadas por dos poblaciones centradas en 0.08 mm y 0.4 pm.

De acuerdo con una modalidad de la invención, la emulsión o suspensión formada tiene una primera población de gotas o partículas centradas en un valor de 0.1 a 1 pm y una segunda población de gotas o partículas centradas en un valor de 1 a 10 pm.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo con la invención, dispersa en agua, por lo tanto tiene una tendencia para formar emulsiones o suspensiones que son menos finas que aquellas obtenidas opcionalmente con polvos de microalgas secados convencionalmente.

Como para el potencial zeta (abreviado como "ZP"), hace posible predecir la estabilidad y coalescencia y/o estados de agregación de un sistema coloidal.

El principio de medición se basa en la movilidad electroforética de los electrolitos sujetos a un campo eléctrico alternativo.

El mayor del ZP es un valor absoluto, la emulsión se considera para ser más estable.

Se debe notar que una ZP = 0 mV simboliza los estados coalescido y/o agregado.

Para llevar a cabo las mediciones de estabilidad, ácido clorhídrico 0.1 N se añade para variar el ZP y por tanto encuentra el punto isoeléctrico (abreviado como "pl") para el cual ZP = 0 mV.

En una modalidad, la ZP de la harina de microalgas es menor que -40 mV, y preferiblemente menos que -45 mV. En una modalidad adicional, la ZP es cerca de -55 mV. Las mediciones se llevan a cabo sobre los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a la invención muestra que son estables para un pH > 5 y ZP de - 55 mV. Su ml es 2.4.

A manera de comparación, las harinas de microalgas convencionales difieren de los gránulos de la invención por la virtud de su rango de estabilidad (que empieza con un pH de 4.5) con una ZP de -40 mV. Su pl es 2.5.

Los gránulos de harina de microalgas con una o más modalidades descritas anteriormente de la invención son capaces de ser obtenidos por un proceso de secado por pulverización los cuales usan boquillas de pulverización a alta presión en una torre a favor de corriente de flujo el cual dirige las partículas hacia una cinta móvil en la parte inferior de la torre.

El material entonces se transporta como una capa porosa a través de las zonas de post secado y enfriamiento, las cuales le dan una estructura crujiente, similar al de un pastel, el cual se rompe en el fin de la cinta. El material entonces se procesa a un tamaño de partícula promedio deseado.

Para llevar a cabo la granulación de la harina de algas, siguiendo este principio de secado por pulverización, un secador por pulverización FILTERMAT™ vendido por la compañía GEA NIRO o un sistema de secado TETRA MAGNA PROLAC DRUER™ vendido por la compañía TETRA PAK puede, por ejemplo, ser usado.

Sorprendentemente e inesperadamente, la granulación de la harina de microalgas por implementar, por ejemplo, este proceso de Filtermat™ hace posible no solo preparar, con un rendimiento alto, un producto de acuerdo con la invención en términos de la distribución del tamaño de partícula y de su fluidez, pero también confiere en él propiedades inesperadas de humectabilidad y capacidad de dispersión en agua, sin necesariamente la necesidad de aglutinantes de granulación o agentes anti aglomerantes (aunque esos se pueden incluir opcionalmente).

De acuerdo con una modalidad de la invención, el proceso para preparar los gránulos de harina de microalgas de acuerdo con la invención por lo tanto comprende los siguientes pasos: 1) preparar una emulsión de harina de microalgas en agua en un contenido de materia seca de 15 a 40% por peso seco, 2) introducir esta emulsión en un homogeneizador a alta presión, 3) pulverizarlo en un secador por pulverización vertical equipado con una cinta móvil como su base, y con una boquilla a alta presión en su parte superior, mientras que al mismo tiempo regula: a) la presión aplicada en las boquillas de pulverización en valores de más que 200 bares, de 200 a 150 bares, de 150 a 100 bares, de 100 a 50 bares, de 50 a 25 bares, o en valores de menos que 25 bares, de modo que selecciona la distribución del tamaño de partícula de las gotas pulverizadas, b) el ángulo de pulverización es de 50° a 80°, en una temperatura de entrada de 160 a 250°C, o de 160° a 200°, o de 170° a 190°, y c) la temperatura de salida en esta zona de secado por pulverización es de 55 a 90°C, preferiblemente de 60° a 70°C, 4) regular las temperaturas de entrada de la zona de secado en la cinta móvil de 40 a 80°C, preferiblemente de 60° a 70°C, y la temperatura de salida de 40° a 80°C, preferiblemente de 60° a 70°C, y regular las temperaturas de entrada de la zona de enfriamiento en una temperatura de 10° a 40°C, preferiblemente de 10° a 20°C, y la temperatura de salida de 20 a 80°C, preferiblemente de 50 a 80°C. 5) colectar los gránulos de harina de microalgas por tanto obtenidos.

El primer paso del proceso de la invención consiste en preparar una suspensión de harina de microalgas rica en lípidos (por ejemplo, de 30-70%, o de 40-60% de lípidos por peso de célula seca) en agua en un contenido de materia seca de 15 a 40% por peso seco.

En el extremo de la fermentación, la biomasa puede estar en una concentración de 130 a 250 g/1, con un contenido de lípidos de aproximadamente 50%, un contenido de fibra de 10 a 50%, un contenido de proteínas de 2 a 15%, y un contenido de azúcar de menos que 10%.

Como se ejemplificara en lo sucesivo, la biomasa desde el medio de fermentación por cualquier medio conocido por aquellos hábiles en el arte es subsecuentemente: - concentrada (por ejemplo, por centrifugación), - opcionalmente preservada con la adición de los preservativos estándar (por ejemplo, benzoato de sodio y sorbato de potasio), - las células perturbadas.

La emulsión entonces se puede homogenizar. Esto se puede completar con un dispositivo de dos fases, por ejemplo un homogeneizador GAUILIN vendido por la compañía APV, con una presión de 100 a 250 bares en la primera etapa, y de 10 a 60 bares en la segunda etapa.

La suspensión de harina homogenizada entonces se pulveriza en un secador por pulverización vertical equipado con una cinta móvil en su base, y con una boquilla de alta presión en su parte superior.

Durante este proceso, los parámetros siguientes se pueden regular en cualquier rango que da las propiedades de las partículas deseadas: a) la presión aplicada en las boquillas de pulverización; por ejemplo, en valores mayores o iguales que 100 bares, o en valores menores o iguales que 50 bares, de modo que selecciona la distribución del tamaño de partícula de las gotas pulverizadas, b) el ángulo de pulverización; por ejemplo, de 60 a 75°C, en una temperatura de entrada de 160 a 250°C preferiblemente de 170° a 190°, y c) la temperatura de salida; por ejemplo, de 55 a 90°C, preferiblemente de 60° a 70°C.

La presión aplicada y el ángulo de pulverización se creen que son parámetros importantes en la determinación de la textura del pastel en la cinta y luego la distribución del tamaño de partícula resultante.

La cinta mueve el material de algas en una zona de secado y luego a la zona de enfriamiento. Las temperaturas de la zona de secado en la cinta móvil puede ser de 40 a 80°C, preferiblemente de 70° a 80°C, y la temperatura de salida de 50 a 70°C, preferiblemente de 60° a 70°C. Las temperaturas de entrada de la zona de enfriamiento pueden ser desde 10 a 40°C, y la temperatura de salida de 20 a 60°C.

Los gránulos de harina de microalgas de acuerdo a las condiciones del paso precedente del proceso de acuerdo con la invención caen en la cinta móvil con un contenido de humedad residual de 2 a 4%.

El uso de los rangos de temperatura mencionados anteriormente podrá someter el grado de humedad deseado de los gránulos de harina de microalgas a un valor deseado de menos que 4%, y más preferiblemente menos que 2%.

Opcionalmente, un antioxidante (por ejemplo, BHA, BHT, u otros conocidos en el arte) se pueden añadir previo al secado para preservar la frescura.

El paso final del proceso de acuerdo a la invención, consiste, finalmente, en colectar los granos de harina de microalgas por tanto obtenidos.

Los gránulos de harina producidos de acuerdo a las modalidades descritas aquí se pueden incorporar en un producto alimenticio tal como una sopa, una salsa, un condimento, un helado, huevos deshidratados, masa, pan, pastel, galletas o mezcla bien cocinada seca.

Otras características y ventajas características de la invención serán aparentes en la lectura de los Ejemplos siguientes. Sin embargo, se dan aquí solo como una ilustración y no son limitaciones.

Ejemplo 1. Producción de la harina de microalgas En una fermentación ilustrativa, una cepa mutante de bajo pigmento de Chlorella protothecoides (obtenida a través de muta génesis química y UV) se cultivó en la oscuridad a un contenido de lípidos de cerca de 50% por peso de célula seca y la biomasa de algas resultante fue en una concentración celular de 150 g/1. Los métodos para producir y cultivar Chlorella protothecoides de pigmentación baja se describen en la Publicación de Solicitud de Patente Estadounidense No. 2010-0297292, publicada el 25 de Noviembre del 2010.

La biomasa se molió usando un molino de bolas con una tasa de lisis de 95%.

La biomasa por tanto generada se pasteurizó y homogenizó bajo presión en un homogeneizador de dos etapas GAUVIN (250 bares en la primera etapa / 50 bares en la segunda) después de ajustar el pH a 7 con hidróxido de potasio.

Ejemplo 2. Secado de la emulsión "aceite en agua" homogenizada de harina de microalgas La biomasa obtenida en el Ejemplo 1 se secó: - en un dispositivo GILTERMAT, de modo que obtiene la harina de microalgas, - en un secador por pulverización de efecto simple (el líquido se seca por medio de un solo paso a través del flujo caliente y entonces recuperado en la parte inferior de la torre en el nivel del cielón o del filtro de manga), vendido por GEA NIRO, de modo que obtiene una harina de microalgas de control, de acuerdo con el que está accesible comercialmente.

Las condiciones de operación de secado por pulverización de efecto simple fueron las siguientes: - temperatura de entrada de 170°C a 190°C - temperatura de salida: de 60°C a 70°C.

El producto obtenido con el secado por pulverización de efecto simple tiene una distribución de partícula fina, centrada en 40 pm.

En lo que respecta a un proceso de secado por pulverización de acuerdo con las modalidades de la invención, consisten de pulverización de la suspensión homogenizada a presión alta en un dispositivo FILTERMAT vendido por la compañía GEA/NIRO, equipada con boquilla de inyección a alta presión DELAVAN, bajo las siguientes condiciones: 1) obtener los gránulos de tamaño de partícula fina: - el ángulo de pulverización se reguló de 60 a 75°, - la presión se reguló de 100 a 150 bares; 2) obtener los gránulos de tamaño de partícula grande: - el ángulo de pulverización se reguló a entre 60 a 75° - la presión se reguló a menos que 50 bares, Entonces, en una forma similar para dos tamaños de partícula buscados, los parámetros de temperatura se regularon en la siguiente manera: temperatura de entrada de secado por pulverización: 170°C a 190°C - temperatura de salida: 60°C a 70°C - temperatura de entrada de la zona de secado: 70°C a 90°C - temperatura de salida: 50 a 80°C. - temperatura de entrada de zona de enfriamiento: 15°C Ejemplo 3. Caracterización de los gránulos de harina de microalgas de acuerdo con las modalidades de la invención Se produjo una harina de microalgas desde Chlorella protothecoides seca de Filtermat como en los ejemplos 1-2. La caracterización de la partícula se da en la tabla 3-1, de a continuación. ee

Claims (30)

REIVINDICACIONES

1. Los gránulos de harina de microalgas, caracterizados porque tienen al menos una de las siguientes características: - una distribución del tamaño de partícula, desde 2 a 400 pm, - grados de flujo, determinados de acuerdo a una prueba A, o 0.5 a 60% por peso para el gran tamaño de 2000 mm, o 0.5 a 60% por peso para el gran tamaño de 1400 pm, o 0.5 a 95% por peso para el gran tamaño de 800 pm, - un grado de humectabilidad, expresado de acuerdo a una prueba B, por la altura del producto asentado en un vaso de precipitados de 600 mL y altura de 125 mm, con un valor de 0.2 a 4.0 cm, preferiblemente de 1.0 a 3.0 cm.

2. Los gránulos de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizados porque tienen: - grados de flujo, determinados de acuerdo a una prueba A, o 30 a 60% por peso para el gran tamaño de 2000 pm, o 20 a 60% por peso para el gran tamaño de 1400 pm, o 0.5 a 20% por peso para el gran tamaño de 800 pm, - un grado de humectabilidad, expresado de acuerdo a una prueba B, por la altura del producto asentado en un vaso de precipitados, con un valor de 0.2 a 2.0 cm, preferiblemente de 1.2 a 1.4 cm.

3. Los gránulos de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizados porque tienen: - grados de flujo, determinados de acuerdo a una prueba A, o 0.5 a 20% por peso para el gran tamaño de 2000 gm, o 0.5 a 20% por peso para el gran tamaño de 1400 pm, o 60 a 95% del gran tamaño de 800 mm, - un grado de humectabilidad, expresado de acuerdo a una prueba B, por la altura del producto asentado en un vaso de precipitados, con un valor de 2.0 a 4.0 cm, preferiblemente de 2.6 a 2.9 cm.

4. Los gránulos de acuerdo a cualguiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizados porque tienen una densidad aireada volumétrica A, de 0.30 a 0.50 g/ml.

5. Los gránulos de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizados porque tienen un área de superficie especifica de acuerdo al método BET de 0.10 a 0.70 m2/g.

6. Los gránulos de acuerdo a la reivindicación 2, caracterizados porque tienen un área de superficie especifica de acuerdo al método BET de 0.50 a 0.70 m2/g, preferiblemente de 0.55 m2/g.

7. Los gránulos de acuerdo a la reivindicación 3, caracterizados porque tienen un área de superficie especifica de acuerdo al método BET de 0.15 a 0.25 m2/g, preferiblemente de 0.20 m2/g.

8. Los gránulos de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizados porque su capacidad de dispersión en agua se refleja por: - un potencial Zeta de -55 mV para un pH > 5 y un ml de 2.4.

9. Un proceso para preparar los gránulos de acuerdo a cualquiera de 1 a 8, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: 1) preparar una emulsión de harina de microalgas en agua en un contenido de materia seca de 15 a 40% por peso seco, 2) introducir esta emulsión en un homogeneizador de alta presión, 3) pulverizarla en un secador por pulverización vertical equipado con una cinta móvil en su base, y con una boquilla de alta presión en su parte superior, mientras que al mismo tiempo regula: a) la presión aplicada en las boquillas de pulverización en valores de más de 100 bares, o en valores de menos de 50 bares, de modo que selecciona la distribución del tamaño de partícula de las gotas pulverizadas, b) el ángulo de pulverización es de 60° a 75°, con una temperatura de entrada de entre 160 y 250°C, o de 160° a 200°, o de 170° a 190°, y c) la temperatura de salida en esta zona de secado por pulverización es de 55 a 90°C, 4) regular las temperaturas de entrada de la zona de secado sobre la cinta móvil de 40 a 80°C, y la temperatura de salida de 50 a 70°C, y regular las temperaturas de entrada de la zona de enfriamiento a una temperatura de 10 a 30°C, y la temperatura de salida de 20° a 60°C, 5) colectar los gránulos de harina de microalgas por tanto obtenidos.

10. Un proceso de acuerdo a la reivindicación 9 para preparar los gránulos de la reivindicación 2, caracterizado en gue - la presión aplicada en las boquillas de pulverización es mayor o igual que 100 bares, - el ángulo de pulverización es de 65 a 70°

11. Un proceso de acuerdo a la reivindicación 9 para preparar los gránulos de la reivindicación 3, caracterizado en que - la presión aplicada en las boquillas de pulverización es menor o igual que 50 bares, - el ángulo de pulverización es de 65 a 70°.

12. El uso de los gránulos de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 u obtenidos de acuerdo al proceso de cualquiera de una de las reivindicaciones 9 a 11, en un alimento.

13. El uso de los gránulos de la reivindicación 2, u obtenidos de acuerdo al proceso de la reivindicación 10, en un alimento.

14. El uso de los gránulos de la reivindicación 3, u obtenidos de acuerdo al proceso de la reivindicación 11, en un alimento.

15. Un método para controlar al menos uno del tamaño de partícula, la fluidez y la humectabilidad de una harina de microalgas, caracterizada porque este comprende los siguientes pasos: 1) preparar una emulsión de harina de microalgas en agua, 2) homogenizar la emulsión; 3) pulverizar la emulsión homogenizada en un secador por pulverización vertical; 4) regular las temperaturas de entrada de la zona de secado en la cinta de movimiento; y 5) colectar los gránulos de harina de microalgas por tanto obtenidos.

16. Un método de acuerdo a la reivindicación 15, caracterizado porque los gránulos de harina colectados se caracterizan por una distribución monomodal de los tamaños de partícula.

17. Un método de acuerdo a la reivindicación 15 o 16, en donde los gránulos de harina colectados se caracterizan por un valor de acuerdo a la Prueba B de 0.2 a 4.0 cm.

18. Un método de acuerdo a la reivindicación 17, caracterizado porque el valor es de 1.0 a 3.0 cm.

19. Un método de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizado porque la primera población tiene un valor de la Prueba B de 1.2 a 1.4 cm y la segunda población tiene un valor de la Prueba B de 2.6 a 2.9 cm.

20. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 15-19, caracterizado porque la densidad aireada de la harina de microalgas es de 0.3 a 0.5 g/ml.

21. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 15-21, caracterizado porque la harina de microalgas tiene un área de superficie especifica de 0.1 a 0.7 m2/g.

22. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 15-21, en donde la harina de microalgas se caracteriza por una primera población de gotas centradas en un valor entre 0.1 y 1 mm cuando se dispersa en agua de acuerdo a la Prueba C.

23. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 15-22, caracterizado en que las partículas tienen el Potencial Zeta de -40 mV o menos.

24. Una harina de microalgas producida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15-23.

25. Una harina de microalgas producido desde las células de microalgas que tienen concentración alta de lípidos, las células caracterizadas porque cuando se lisaron y se secaron por pulverización en un secador de caja, una mayoría de las partículas de la harina de microalgas pasa a través de un filtro de 2000 mieras.

26. Una harina de microalgas de acuerdo a la reivindicación 25, caracterizada porque se produce por secado Filtermat.

27. Un producto alimenticio que contiene los gránulos de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

28. El producto alimenticio de acuerdo a la reivindicación 27, caracterizado porque el producto se selecciona desde el grupo que consiste de sopa, salsa, condimento, helado, huevos deshidratados, masa, pan, pastel, galleta o mezcla bien cocinada seca.

29. Los gránulos de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizados en que la cantidad de lipidos en los gránulos es al menos 25% por peso de célula seca.

30. Los gránulos de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los gránulos contienen tanto células U sadas y células intactas y el % de células intactas es de 25% a 75%.