DE2500565A1 - Verfahren zur herstellung von hefeproteinisolat mit herabgesetztem nucleinsaeuregehalt - Google Patents

Verfahren zur herstellung von hefeproteinisolat mit herabgesetztem nucleinsaeuregehalt

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DE2500565A1 DE19752500565 DE2500565A DE2500565A1 DE 2500565 A1 DE2500565 A1 DE 2500565A1 DE 19752500565 DE19752500565 DE 19752500565 DE 2500565 A DE2500565 A DE 2500565A DE 2500565 A1 DE2500565 A1 DE 2500565A1
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Description

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Verfahren zur Herstellung von Hefeproteinisolat mit herabgesetztem Nucleinsäuregehalt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hefeproteinproduktes mit niedrigem IVucleinsMuregehalt sowie das Produkt nach diesem Verfahren.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung eines Hefeproteinproduktes mit geringem Nucleinsäuregehalt vor, welches die folgenden Schritte umfaßt:
A) Zertrümmern der Hefezellen B) Erwärmen zwecks Abtrennung der NucleinsMure von dem Protein
C) Abtrennen einer unlöslichen Proteinproduktfraktion mit herabgesetztem Nucleinsäuregehalt von eher Nucleinsäure enthaltenden Franktion des Löslichen.
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Die Erfindung schlägt auch ein Hefeproteinprodukt vor, das etwa 45 % bis etwa 65 % Rahprotein und o,5 bis 9, ο % Nucleinsäure auf Trockenfeststoff basis enthält.
Es existieren zahlreiche Informationen, die zur Herstellung von mikrobiellem Protein veröffentlicht morden sind. Der Begriff "mikrobielles Protein" hat zwei Bdeutungen entwickelt. Eine Bedeutung schließt die gesamte Zelle ein, in welcher das Protein innerhalb der Begrenzungen der Zellwand eingeschlossen ist, und ist daher verhältnismäßig unspezifisch.
Die andere Bedeutung erfaßt ein Protein, das als gesonderte Einheit aus der Mikrobe isoliert worden ist. In jedem Fall sollte für die menscliiche Ernährung der Nucleinsäuregehalt des Proteinproduktes unter 9 % gesenkt werden, wenn eine wesentliche Menge Hefeprotein in der menschlichen Diät verwendet wird. Die emphohlene Menge als Tagessatzgrenze des Food and Nutrition Board des National Research Council für Protein beträgt 65 g pro Tag für einen 7o kg schweren erwachsenen Mann, und die Protein Advisory Group des United Nations System empfiehlt, daß die Menge der mit der Nahrung aus mikrobiellem Protein aufgenommenen Nucleinsäure pro Tag weniger als 2 g betragen sollte. Daher sollte der Nucleinsäuregehalt des Proteins weniger all 3 % betragen, wenn diese Bedingungen eingehalten werden sollen und Hefeprotein die einzige Quelle für Nahrungsprotein ist. Der Nucleinsäuregehalt sollte geringer als 6 % sein, wenn das Hefeprotein 5o % des Nahrungsproteins bildet.
Der Nucleinsäuregehalt von Hefezellen wie Candida utilis und Saccharomyces cerevlaiae beträgt etwa 12 bis 15 g Nucleinsäure pro 1oo g Rohprotein. Rahprotein wird in dieser Anmeldung als Stickstoffgehalt (N), multipliziert mit 6,25, berechnet. Das aus diesen Zellen isolierte Protein enthält auch 12 bis 15 g Nucleinsäure pro 1oo g Rohprotein· Daher muß der Nucleinsäuregehalt we-
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sentlich herabgesetzt werden, bis auf das vier- bis fünffache, bevor das Protein als akzeptabel als einzige Proteinquelle für menschliche Ernährung angesehen werden kann. Die Nucleinsäure von Hefe ist hauptsächlich Ribonucleinsäure oder RNA; diese Begriffe werden in vorliegender Anmeldung wechselseitig benutzt.
Die Herabsetzung des Nucleinsäuregehalts kann erreicht werden durch die Hydrolyse der Nucleinsäure innerhalb der Zelle zu Fragmenten einer solchen Größe, daß die Fragmente aus der Zelle vom Protein herausdiffundieren können·
Es ist bekannt, daß das Enzym Nuclease in bestimmten Hefezellen zugegen ist und das Nuclease Nucleinsäure-Moleküle zu kleineren Fragementen hydrolysiert oder aufbricht. Es a ist auch aus der Technik bekannt, daß die Hydrolyse von Nucleinsäuren innerhalb der Zellen durch ein mehrstufiges Erhitzungsverfahren erreicht werden kann, um die selbst enthaltene oder endogene Nuclease zu aktivieren und Zellen zu erzeugen, die 2 bis 3 g Nucleinsäure pro 1oo g Protein enthalten. Nucleinsäure kann auch dadurch hydrolysiert werden, daß man die Zellen einer von außen einwirkenden oder externen Nuclease aussetzt. Es ist des weiteren aus der Technik bekannt, Alkali zur Extraktion von NudeinsMure aus Hefezellen zu verwenden.
Bei jeder dieser Prozeduren werden zwei Fraktionen erhalten. Eine Fraktion bildet die einen herabgesetzten Gghalt an Nucleinsäure enthaltende Zelle. Die andere Fraktion ist das umgebende Medium, welches Nucleinsäure-Fragemnte und anderes diffundierbares Material enthält. Ein Nachteil dieser verfahren besteht darin, daß das Protein innerhalb der Zellen in nichtfunktioneller Form zum Nahrungsgebrauch verbleibt. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß die Verfahren, nach welchen die Zellwände permeabel für die Nucleinsäure-Fragmente ge-
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macht werden, auch stark die Fähigkeit der Zelle verringern, aufgebrochen oder zertrümmert zu werden, damit das Protein gewonnen werden kann. Ein weiterer Nachteil ist die Schwierigkeit bei der Kontrolle der endogenen Protease, welche das Protein hydrolysiert, wodurch die Proteingewinnung Komplikationen bereitet.
Wenn Hefezellen, aus welchen die RNA nicht abgetrennt worden ist, nach irgendeinem Verfahren zertrümmert wurden, werden eine Zelltrümmerfraktion und eine Fraktion mit löslichen cytoplasmatischen Bestandteilen erhalten. Diese Fraktionen können durch Zentrifugieren oder Filtration abgetrennt werden. Zu den löslichen cytoplasmatischen Bestandteilen zählen die Nucleinsäure und das Protein, entweder einzeln oder in Konjugation, Auf jeden Fall führt die Gewinnung des Proteins durch isaiektische Präzipitation zu einem Proteinprodukt mit einem unerwünschten Behalt an Nucleinsäure.
Erfindungsgemäß wurde nun ein Verfahren erfunden, nach welchem thermische Energie zur Herstellung eines Proteinproduktes mit herabgesetztem Nucleinsäuregehalt in guten Ausbeuten aus Hefe angewendet werden kann. Das Proteinprodukt besitzt auch wünschenswerte funktioneile Eigenschaften. Die Schritte des Wärmebehandlungsverfahrens können an einem beliebigen Punkt in dem zur Herstellung des Hefeproteins angewendeten Verfahren vorgenommen werden. Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung kann zum Aufbrechen der Hefezellen, bei der löslichen Cytoplasma-Fraktion aus zertrümmerten Hefezellen oder bei dem gewonnenen isolierten Proteinprodukt wirksam angewendet werden. In jedem dieser Fälle wird die RNA wirksam von dem Protein abgetrennt.
Ein anderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das Protein ohne zu-
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sMtzliche Behandlung gewonnen uierden kann. Ein dritter l/arteil ist der, daß die Zellwinde der Hefe als gesondertes wertvolles Produkt gewonnen werden können. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die löslichen cytDplasmatischen Nichtprotein-Bestandteile gewonnen und zu einem wertvollen Produkt verarbeitet werden können. Infolge der Schräfe und des Ausmaßes der Wärmebehandlung besteht ein weiterer V/orteil dieser Erfindung noch darin, daß das Protein und die löslichen Bestandteile frei von Mikroorganismen gewonnen werden, d.h. steril sind.
Fig. 1 ist ein Fließdiagramm des Gesamtverfahrens und zeigt die verschiedenen Punkte, wo die Wärmebehandlung angesetzt werden kann;
Fig. 2 ist ein FlMidiagramm des bevorzugten Verfahrens dieser Erfindung.
Das Grundverfahren in seiner bevorzugten Form, wie es im Detail in Fig. 2 gezeigt, ist, besteht aus den folgenden Schritten:
Erzeugung von Hefezellen, Aufbrechen oder Zertrümmern der Zellen, Abtrennen der unlöslichen Zellwandfragmente von der löslichen cytoplasmatischen Fraktion, Behandlung der löslichen Fraktion mittels Warme (LWT), Gewinnung von Protein mit niedrigem IVucleinsMuregehalt durch Zentrifugieren, Vakuumkonzentration und Trocknen.
Die Wärmebehandlung (UHT), wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, kann jedoch direkt an den zertrümmerten Hefezellen angesetzt werden, was zur Herstellung der folgenden Endprodukte führt:
1) eine saure Molke oder ein Hefeextrakt, welche die RNA enthalten;
2) ein Protein mit geringem RNA (IYP) plus die Zellwände oder GIycan.
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Ein anderes (bevorzugtes) Alternativverfahren besteht in der Anwendung der Wärmebehandlung (LHT) bei dem Alkaliextrakt, nachdem die Zellujandtrümmer (GIycan) hiervon abgetrennt worden sind· Die Anwendung der Wärmebehandlung in dieser Stufe des Uerfahrens führt zu den folgenden drei Endprodukten:
1) Zellwandtrümmer;
2) RiMA enthaltende saure Molke;
3) Protein mit geringem RIMA (IYP).
Ein drittes Alternativverfahren besteht darin,.das Protein mit vollständigem RIMA aus dem Alkaliextrakt zu fällen und dann die Wärmebehandlung an dem Protein mit vollständigem RIMA anzusetzen. Dieses Verfahren erzeugt die folgenden vier Endprodukte:
1) Zellujandtrümmer;
2) Saure Molke (Exotrakt);
3) Reine RNA;
Ό Protein mit niedrigem RNA.
Bei allen dieser Prozeduren wird die RtMA in verhältnismäßig intakter Form gewonnen, d.h. das Molekül wird nicht abgebaut.
Hefezellen (Biomasse) werden nach den auf dem Gebiet der Technik bewanderten Fachleuten bekannten Methoden erzeugt. Die Verwendung von Biomassen der Stämme von Saccharomyces und Candida, die auf Nährstoffen von Nahrungsmittelqualität in ansatzweise und kontinuierlicher Fermentation gezüchtet werden, wird bevorzugt.
Die Hauptgesichtspunkte sind jedoch darin zu sehen, daß die Hefe von fiehrungsqualitMt ist und in guter Ausbeute produziert wird.
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Die Biomasse wird durch Zentrifugieren oder Filtration und Uaaserwaschung gewonnen. Gegebenenfalls kann verdünntes Alkali dem ÜJaschwaaser inkorporiert werden, um anhaftende Farbstoff- und Geschmacksstoffkörper zu entfernen. Die Hefezellen werden nach einem der verschiedenen bekannten Verfahren aufge-1 brachen bzw. zerrissen, wie durch Hachdruckhamogenisierung, Zerreiben in einer Sand- oder Kolloidmühle, Schallzertrümmerung, wiederholte Einfrier-Auftau-Zyklen, Iytische Enzyme und dergl. Der Hauptgesichtspunkt besteht darin, die Hauptmenge der Zellen unter solchen Bedingungen zu zertrümmern, daß die Hauptmenge der Nichtzellwandmaterialien im löslichen Zustand verbleibt, um die Entfernung von den ZellwMnden zu erleichtern.
Das zertrümmerte Zellsystem (Homogenat) kann verdünnt, erwärmt und im pH eingestellt werden, um die Uerarbeitbarkeit zu unterstützen.
Das Homagenat wird durch Zentrifugieren und/ader Filtration in einem Zellwandrückstand und einen Extrakt getrennt, der gewöhnlich als Alkaliextrakt bezeichnet wird. Der Zellwandrückstand wird weiter zu GIycan verarbeitet.
Der Alkaliextrakt wird auf ein pH 6-8 eingestellt und rasch auf Temperaturen erhitzt, die höher als 1ooDC liegen,' bis zu 60 Minuten, vorzugsweise 1o Sekunden bis 5 Minuten lang. Dieser Erwärmungsschritt trennt den Nucleinsäure-Anteil von dem Protein des Nucleoproteins und macht die Hauptmenge des Proteins unlöslich, während der Nucleinsäure-Anteil löslich bleibt. Sie sterilisiert auch die lösliche Fraktion und die Fraktion, welches unlöslich gemacht wird. Das unlösliche Protein wird durch Zentrifugieren und/oder Filtration gewonnen, mit blasser gewaschen und getrocknet. Die unlösliche Pratein-Aufschlämmung kann vor dem Trocknen in vacuo konzentriert werden. Das gewonnene sterile Protein besitzt einen niedrigen RNA-Gehalt. Die Zusammensetzung
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— α —
ist (dsb): 75 - 92 % Rahprotein, ο,5 - 5,a % RNA, 1a - 15 % Lipid, 1 - 5 % Asche und 3 - 1a % Kohlenhydrat.
Das durch die Entfernung des unlöslichen Proteins erhaltene Lösliche uiird saure Molke oder Hefeextrakt genannt. Dieses Lösliche enthält eine kleinere Menge des Zellproteins, die Hauptmenge der intakten Nucleinsäure, einen Teil des Kohlenhydrate und alle Bestandteile der metabolischen Ansammlungen. Die saure Molke wird in geschmackvolle Hefeprodukte überführt.
Die Zellzertrümmerung, Extraktion des Löslichen und Verarbeitung uerden beeinflußt vom pH, von der Temperatur, Zeit, Feststoffkonzentration und Homogenisatoruirksamkeit. Das hier übliche V/erfahren zur Messung des Grades der Zellzertrümmerung besteht darin, die Stickstoffmenge zu bestimmen, die löslich bleibt, und zmar uiie folgt:
% l\l Extrahlerbarkeit =
1oo χ g IM im Überstehenden nach Zentrifugieren g N Homogenat vor Zentrifugieren
Die RIMA wird nach folgender Methode bestimmt:
RNA-Bestimmunq: Etuja 5o mg IYP uierden mit 5 ml o,2 IV KDH 3o Minuten bei 1ooDC aufgeschlossen. Der Aufschluß üdrd mit 5 ml HCIo.-Citrat-Reagenz angesäuert, (o,4 M Citrat-Puffer, pH 2,2, enthaltend 1,7 ml, Ία % HCIo^ pro 1oo ml).
Der Rückstand wird durch Zentrifugieren entfernt. Die A_g der geeignet verdünnten überstehenden Lösung uird gemessen. Der Extinktionskoeffizient von 31,7 · Aoc ml/mg lüird zur
£□0
Berechnung des RNA benutzt. Der RIMA-Eehalt wird um den fL·^ -509833/0583
Beitrag van Proteinfragementen in dem Hydrolysat, wie er nach der Louiry-Methode gemessen wird, korrigiert.
Das Rohprotein wird nach Kjeldahl-Stickstoffmethode berechnet, wobei berücksichtigt wird, dass das Rchprotein 16,ο % Stickstoff enthält. Der Besamtstickstoff des IYP wird gemessen und mit einem Faktor 6,25 multipliziert. Die Nucleinsäure wird als 16,3 % Stickstoff enthaltend angesetzt. Daher gibt der RNA-Gehalt, dividiert durch 6,13, den Stickstoffgehalt der Nucleinsäure.
Als Beispiel: uienn RNA zu 8,5 und der Gesamtstickstoff zu 13,92 gewissen wird, werden die Berechnungen uie folgt vorgenommen:
Rohprotein = 13,92 χ 6,25 = 87,ο
RNA-Stickstoff = RNA 8.5 „ ,c
6,13 6,13
Korrigiertes Protein = 6,25 χ (13,92 - 1,36) = 78,4 %.
Die Hefebiomasse hat nach lüaschen ein pH von 4,5 - 6,5. Die Biomasse wird getdöhnlich abgekühlt, dann durch einen Manton-Gaulin-Homogenisator in einen gekühlten Behälter geschickt. Das Verfahren wird insgesamt dreimal wiederholt. Mindestens 3 Durchgänge sind notwendig, um maximale ZeilZertrümmerung zu erreichen. In der Praxis wurde die Biomasse beim umgebenden pH der Hefe homogenisiert, nämlich 4,5 - 6,5. Eine ZeilZertrümmerung kann auch bei einem höheren pH bis mindestens pH 9,5 erreicht werden, aber die nachfolgende Abtrennung des Zellwandrückstandes vom Löslichen wird schwieriger.
Die Wirkungen des pH, der Feststoffkonzentration und Homogenisatoreffizienz auf die W-Extrahierbarkeit von Candida utilis und auf Saccharomyces eerevisiae sind
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den Tabellen I und II zu entnehmen.
Die liierte van Tabelle I und II zeigen, daß die Extraktion der löslichen stickstoffhaltigen Materialien mindestens innerhalb deB pH-Bereiches van etwa 5,5 bis etwa 11 durchgeführt werden kann. Verfahrensgesichtspunkte beschränken das Extraktions-pH weiter auf den Bereich van etwa 7 bis etwa 1a, wobei pH 9,5 als optimales Mittel zwischen Extraktion und nachfolgender Abtrennung des Zellwandröckstandes von dem Löslichen angesehen wird. Die Extraktion erfolgt am besten bei niedrigem Feststoffgehalt, allerdings rät wiederum eine Betrachtung der Verfahrensgeschwindigkeiten zur Übernahme eines Feststoffgehaltes von etwa 2,5 bis etwa k %. Die Extraktionszeit kann zwischen etwa 5 und etwa 6o Minuten bei einer Extraktionstemperatur von etwa o°C bis etwa 6oQCf vorzugsweise 25 - So0C, variiert werden.
Der beste l/erfahrensumsaiz für die nachfolgende Abtrennung des Zellwandrückstandes von dem Löslichen wird erhalten, wenn die Extraktion 5 bis 2o Minuten bei 6o°C und pH 9,5 erfolgt. Bei Candida utilis und Saccharomyces cerevisiae verbessert jeder Durchgang van 1 bis 5 durch den Homogenisator die Stickstoff-Extrahierbarkeit, vermutlich durch Zertrümmerung von mehr Zellen. Ein System mit drei Durchgängen gilt als gut ausgewogen zwischen Verfahrenswirksamkeit
2 und Kosten· Der Druck liegt zwischen 353 und 1o56 kp/cm , die Temperatur zwischen 0 und 6o°C, das pH bei 4,5 bis 6,5.
Wenn man die N-Extrahierbarkeit und die Verfahrenserfordernisse in Betracht zieht, vollzieht sich das optimale Verfahren' zum Erhalt des unlöslichen Zellwandmaterials folgendermaßen:
1) Züchten einer Hefe von Harungsqualität auf einem.NHhrmedium,
2) Gewinnen und LJaschen der Hefezellen,
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3) Zertrümmern der Hefezellen bei einer Temperatur von O - 1o C,
if) Behandeln der zertrümmerten Zellen bei einem pH von 9,5, bei 6o C für 2o Minuten, und
5) Entfernen des Hefe-Unlöslichen bei einer Temperatur von etwa 6o G.
Der den löslichen Teil der Hefe enthaltende Extrakt wird Alkaliextrakt genannt« Unter optimalen Bedingungen werden 85 - 9o % des Kjeldahl-N des Homagenats im Alkaliextrakt erhalten. Die höchste I\l-Extrahierbarkeit ergibt den niedrigsten Proteingehalt des Blycans und den höchsten Proteingehalt im Alkaliextrakt.
Tabelle I
Wirkung des Extraktions-pH, Feststoffgehalts und der Homogenisator-effizienz auf die Stickstoff-Extrahierbarkeit von Gandida utilis
Abgekühlte Suspensionen von Cadida utilis mit einem pH 5,o, - 5,5 und 7- Io % Feststoffen wurden mittels eines Manton-Gaulin-Homogenisators homogenisiert. Das gekühlte Homogenat wurde wiederholt durch den Homogenisator geschickt und ergab ein Einuieg-, Zweiweg-, Dreiweg-, oder Vierweg-Homogenat. Das Homogenat lAirde mit bis zu 2,ο Teilen Wasser verdünnt und im pH eingestellt. Die verdünnten Homogenste wurden 3o Minuten bei 5ddC inkubiert und dann zentrifugiert. Der Stickstoffgehalt des verdünnten Homogenats und des Überstehenden wurde mittels der Hjeldahl-Methode gemessen. %-Extraktionen wurden berechnet.
pH der Feststoffgehalt Anzahl der % Stickstoff extrahiert Extraktion Durchgänge
7 2.5 3 76 +
Β 2.5 3 7k +
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Fortsetzung der Tabelle I
3 84 +
3 B2 ++
3 θα ++
1 7o +
2 - 83 +
3 89 +
4 91 + 3 83 + 3 82 ++ 3 78 ++ 3 85 ++ 3 64 ++ 3 59 +++ 3 54
3 41
9 1o 11 2.5
9.5 2.5
9.5 2.5
9.5 2.5
9.5 2.5
9 2.4
1o 2.5
11 2.4
12 2.4
9 2.4
1o 2.4
11 6.9
12 6.9
6.9
6.9
gute (+), mittelmäßige (++) oder schlechte (+++) Trennung von Zelluandrückstand und Löslichem.
Tabelle II
Wirkung von Extraktions-pH, Temperatur, Zeit, Feststoffgehalt und Homogenisatoreffizienz auf die Stickstoff-Extrahierbarkeit von Saccharomyces cerevisiae
Gekühlte Suspensionen handelsgMngiger Bäckerhefe wurden bei Umgebungs-PH von 6-6,5 und 7 - 1d % Feststoffgehalt mittels eines Manton-Gaulin-Homagenisators
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homogenisiert. Das gekühlte Homagenat wurde durch den Homogenisator geschickt und ergab ein, zwei oder drei Durchsätze; die Homogenste wurden mit bis zu 2 Volumina Wasser verdünnt und im pH eingestellt. Die verdünnten Hamogenate wurden 5 - 6d Minuten bei 25 - 6o C inkubiert und zentrifugiert. Der Stickstoffgehalt der HomDgenate und des Überstehenden wurde nach Zentrifugation nach der Kjädahl-Methode gemissen. 96 N-Extraktion wurde berechnet.
pH % Feststoff-
gehalt
Zeit
(min.)
C Temp. Anzahl
Durchsätze
% Stickstoff-
Extrahierbarkeit
9.5 9.1 3o 25 3 83
9.5 4.a 3d 25 3 84
9.5 3.1 3d 25 3 92
9.5 3.1 3o 25 2 So
9.5 3.1 3o 25 1 63
9.5 3-4 5 5o 3 91
9.5 3-4 2o 5o 3 93
9.5 3-4 3d 5o 3 96
9.5 3-4 6o 5o 3 96
9.5 3-4 5 6o 3 93
9.5 3-4 2o 6o 3 94
9.5 3-4 3d 6o 3 91
9.5 3-4 6o 6o 3 9o
4.0 3-4 6o 25 3 33
5.O 3-4 3d 25 3 36
6.0 3-4 3d 25 3 79
7.0 ... 3-4 3o 25 3' 93
8.5 3-4 3d 25 3 93
50 9 833/0563
250056B
Fortsetzung der Tabelle II
9.5 3-4 3o 25 3 96
S.D 3-4 6o 6a 3 42
6.5 3-if 6o 6a 3 33
7.5 3-if 6o 6a 3 3d
8.5 3-4 6a 6a 3 73
9.5 3-4 6a 6a 3 9a
Der Alkaliextrakt enthält alle Zellbestandteile mit Ausnahme der Zelluandkomponente, welche die Zelltrümmer Dder Zellwandtrümmer darstellt. D.h. der Alkaliextrakt enthält hachmalekulares Protein, Nucleinsäure, Fett und Kohlenhydrat wie auch niedermolekulare Bestandteile des metabolischen Pools wie Aminosäuren, Peptide, Nucleotide, Nucleoside, Stickstoffbasen, Zuiischenverbindungen dea glykolytischen Abbaus, Vitamine, Minerale und ähnliche. Das meiste des Proteins und der Nucleinsäure liegt in Kombination als Nucleoprotein vor.
Ulenn das Protein durch isoleketrische Präzipitation gewonnen wird, enthält das isolierte Protein einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Nucleinsäure und wird als vollständige RNA-IYP bezeichnet. Wenn der Alkaliextrakt jedoch nach den Bedingungen dieser Erfindung vor Getuinnung des Proteins thermisch behandelt wird, besitzt das gewonnene Proteinprodukt einen niedrigen Gehalt an Nuoleinsäure und wird als niedriges RNA-IYP bezeichnet. Wenn der Alkaliextrakt erfindungsgemäS behandelt u&rd, uird das niedrige RNA-IYP unlöslich gemacht und unter Dder ohne zusätzliche pH-Einstellung gewonnen.
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Faktoren, weiche die Anwendung von Wärmeenergie zur Herstellung des niedrigen RNA-IYP beeinflussen, sind Temperatur, Erwärmungsdauer, pH und Feststaffgehalt des Alkaliextraktes. Für die Auswirkung dieser Faktaren relevante Daten finden sich in den Tabellen III - VII.
T a b ε 1 1 e III
Wirkung von Verfahrens- und Gewinnungs-pH auf Rrateinstruktur, Ausbeute, Zusammensetzung und Geschmack
Ein Alkaliextrakt aus Bäckerhefe wurde gemMß Beispiel 1 hergestellt. Der Alkaliextrakt enthielt 2,76 % Gesamtfeststoffe, von welchen 65 % Rahpratein waren. Aliquote des Alkaliextraktes (2αα ml) wurden mit starker NaQH oder HCl auf die angegebenen pH-Werte eingestellt, 6o Minuten bei 11B- 125°C erhitzt und abgekühlt. Die Rrateinstruktur wurde bewertet. In den meisten FMllen wurden die Proben auf pH 4,5 mit HCl eingestellt und zentrifugiert. Das gewonnene Protein wurde einmal gewaschen und analysiert.
Verfahrensbedingungen pH Temp. Zeit Gewinnung 66 % Zusammensetzung Rohprotein Cdsb)
Test 9,5 12o°C 6o» pH %Ausbeute 73 RNA 83 Struktur d.Geronnenen
53 8,5 Il Il 4,5 74 2,6 85 kein
54 7,5 Il 11 Il So 89 lockeres Gel
55 6,5 Il Il Il 67 5,6 86 Gel
56A 6,5 ti Il Il 82 7,8 85 festes Gel
56B 5,5 Il η 6,5 81 o,8 85 festes Gel
57 4,5 Il Il 4,5 85 12,2 9o festes Gel
58 9,5 3o°C 15' 4,5 14,1 89 festes Gel
59 4,5 13,3
509333/05 6 3
Fortsetzung der Tabelle III
Test
Farbe
53 dunkel
5k dunkel
55 weiß
56A dunkel
56B weiß
57 weiß
5B weiß
Aroma
Schwefel
etuas schweflig fast mild
etwas popcornartig fast mild
verbrannt, schweflig verbrannt, schuieflig
Der Test Nr. 59 der Tabelle III zeigt, daß ein hoher RNA-Gehalt bei einer vollständigen RWA-IYP vorliegt. Die Tests Nr. 53 bis 58 (mit Ausnahme von Nr. 56B) zeigen, daß ein steigendes Koch-pH eine Abnahme des RNA-Gehalts des bei pH-4,5 gewonnenen Proteins verursacht. Bei einem pH von 9,5 und bis zu einem gewissen Grade bei pH 8,5 ist eine pH-Einstellung auf 4,5 notwendig, um das Protein unlöslich zu machen. Bei pH-üJerten unter 8,5 bildete sicheln festes Gel beim Kochen. Test Wr. 56B zeigt jedoch, daß bei einem Koch-pH van 6,5 das gewonnene Protein ohne pH-Einstellung einen niedrigen RNA-Gehalt aufwies. Außerdem war das aus Nr.56B gewonnene Protein von weißer Farbe und im Aroma nahezu mild. Bei höheren pH-Ulerten .(8,5 und 9,5) und niedrigeren pH-üJerten (5,5 und 4,5) zeigt der Schwefelgeruch eine Zersetzung der schwefelhaltigen Aminosäuren an. Insoweit die schwefelhaltigen Aminosäuren im Hefeprotein ernährungsmäßig Grenzen setzen, setzt jede Abnahme in ihrem Gehalt die Proteinqualität herab.
Die Wirkung der Erwärmungsdauer wird in Beispiel 2 gezeigt. In diesem Beispiel hatte der RNA-Gehalt annähernd ein Minimum in den 13 Minuten erreicht, die zur
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Erreichung von 118 C notwendig waren. Ein weiteres Studium der Wirkung der Erwärmungsdauer gestattete die Verwendung eines kontinuierlichen Heizsystems, wie es in Beispiel 3 beschrieben ist. Dieses System zeigte, daß eine Dauer von 2 Minuten bei 11a - 1150G und pH 6,5 den RNA-Gehalt des gewonnenen Proteins auf 2,o % senkte· Eine Dauer von 5,3 Minuten reduzierte die RNA weiter auf 1,6 dsb.
Die Wirkung der Temperatur auf das Verfahren wird in Tabelle IV gezeigt.
T a b e 1 1 e IV
Wirkung der Verfahrenstemperatur auf Proteinzusammensetzung und Ausbeute
Alkaliextrakt von Bäckerhefe wurde im kontinuierlichen Heizsystem - wie in Beispiel 3 beschrieben - behandelt, mit der Ausnahme, daB die Inkubstionstemperatur während des Experimentes variiert wurde
62 63 Verfahren
Test-Nr 6k Temp. (0C)
61 65 k5
66 57
65
7k
82
88
% RNA 8.5 3.3 6.9 7.7 6.9 7.it 6.9 if.9
Protein-Zusammensetzung (dsb)
% Rohprotein
87
89
88
86
89
?o
91
89
% Ausbeute 2) 36 57 6 if 68 68 71 65 62
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Fortsetzung der Tabelle
69 1o9 4.9 88 63
7o 115 3.6 87 62
71 126 3.4 87 6o
6o 126 3.4 87 6o
6o<1> X 11.3 83 59
eine vollständige RNA-IVP, erhalten durch Einstellen eines Teils des Alkaliextrakts auf pH 4,5 und Gewinnung des Proteins.
nt α/ η L. 4. λ q Stickstoff, gewonnen im IYP 2) % Ausbeute = 1oo χ ■ i
g Stickstoff Alkaliextrakt
Test Nr. 6o der Tabelle IV zeigt, daß das vollständige RNA-IYP 11,3 % RNA enthielt. Test Nr. 62 zeigt, daß die Inkubation des Extrakts bei pH 6,5 für 2 Minuten bei 57DG den RNA-Eehalt des gewonnen Proteins herabsetzte. Diese Herabsetzung ist das Ergebnis der Wirkung von endogener Nuclease.
Die Nuclease wird schnell inaktiv, wenn die Temperatur erhöht wird, wie es aus dem Ansteigen des RNA-Gehalts im gewonnenen Protein hervorgeht. Der RNA-Gehalt des isolierten Proteins wird konstant, wenn die Temperatur über 65 C angehoben wird, bis eine Temperatur über 1oo C erreicht wird. Der RNA-Gehalt des IYP wird kleiner, wenn die Temperatur auf 126 C angehoben wird. Der Rohproteingehalt des IYP wird mit 87 - 9o % (DSB) konstant. Die Ausbeute an Rohprotein nimmt ab, wenn der RNA-Gehalt des IYP kleiner wird. Die Korrektur um das mit dem Protein gewonnene RNA zeigt jedoch, daß die Ausbeute an korrigiertem Protein im wesentlichen konstant ist.
Die Daten der Tabelle V zeigen, daß eine kleine Menge an zum Alkaliextrakt
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zugesetztem Calniumion einen herabgesetzten RNA-Gehalt im IYP hervorruft. Diese Daten veranschaulichen ferner die Effizienz van Uerfahrenetenperaturen grosser als 1oddC.
Tabelle V
Wirkung von Verfahrenstemperatur und zugesetztem Calciumion auf IYP-
Zusaamenaetzung
Alkaliextrakt wurde gemSB Bsp. Nr. 1 hergestellt. Der Alkaliextrakt enthielt 2,67 % Gesamtfeststoffe. Der Alkaliextrakt ujurde auf pH 6,5 durch Zugabe von Natriumhydroxid eingestellt. Aliquote "Äle wurden auf o, o,oo1 und o,oo5 molare Calciumchlorid-Konzentration eingestellt und bei 1oo°C und 12oDG 1 Stunde erhitzt. Das IYP wurde gewonnen und analysiert.
Test
Nr.
Mole
CaCl2
Veriah
temp.
72 O 121
73 o,oo1 121
74 o,oo5 121
75 O 1oo
76 o,oo1 1oo
77 o,oo5 Iod
IYP Zusammensetzunq (dsb)
RNA Rohprotein
2,1 85
1,4 85
3,6 86
4,2 87
4,1 86
4,6 85
Obwohl die Daten der Tab. I - V mit Backerhefe erhalten wurden, ist das Verfahren nicht auf Bäckerhefe beschrankt. Wie in Tab. UI gezeigt wird, ist das Verfahren auf die verschiedensten Hefearten anwendbar.
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-Zd-
TabelleVI
Der Nucleinsäuregehalt vein aus verschiedenen Hefen hergestelltem IYP
Hefebiomasse wurde durch Fermentation nach allgemein bekannten Verfahren hergestellt. Die Hefebiomasse wurde durch Zentrifugieren gewonnen und zweimal rait Wasser gewaschen. Die Hefezellen wurden zertrümmert mittels eines Manton-Baulin-Homogenisators. Protein und andere lösliche Bestandteile wurden aus dem Homogenat durch Rühren bei pH 9,5 extrahiert und als alkalischer Extrakt durch Zentrifugieren gewonnen· Die Extraktion und Zentrifugierung wurden bei 250C durchgeführt. Ein Teil des alkalischen Extraktes wurde sofort auf pH k,5 eingestellt, um ein vollständiges RNA-IYP zu fällen. Ein anderer Teil des Alkaliextrakts wurde auf pH 7 angesäuert und 1 Stunde auf 12o°C erhitzt. Das unlösliche Protein wurde durch Zentrifugieren gewonnen. Die IYP1S wurden mit blasser gewaschen und auf RNA-Gehalt analysiert.
78 Saccharomyces verbrauchte Hefe, 7,6 2,3 carlsberqen- aus Brauerei-üJürae
sis gewonnen
79 Saccharomyces ansatzweise Fermencarlaberqentation auf Melassen sis
So Saccharomyces "
elipsoideus
(Montrechit)
(Steinberg)
82 Candida utilis " Y 9oo
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3,4 o,8
13,9 0,8
13,4 o,8
12,5 o,9
83 Candida utilis anaatzueise Fermen- 12,2 1,1
Y 1o8if tation auf Melassen
Alle Hefen zeigen ungefähr eine totale Reduktion des RNA-Gehalts des IYP. Außerdem werden die niedrigen RIMA-IYP aus den verschiedenen Hefen in vernünftiger Ausbeute und mit vergleichbaren Zusammensetzungen erhalten, aie in Tabelle Uli gezeigt wird.
T a b e 1 1 e Uli
IYP-Zuaamraensetzung und Ausbeute, erhalten nach dem thermischen Uerfahren bei weiterer Analyse der verschiedenen Hefen von Tab. UI
IYP-Zusammensetzung (% 88,3 o,8 Asche dsb) Lipid % Ausbeute
IYP von
Test Nr.
Protein
Roh- korrigiert RNA
85, if o,8
78 8o,2 o,8 . X X 62
79 89,1 77,if 0,9 X X 58
8o 86,2 79,3 1,1 X X 61
81 81,o 3,1 15,it 6if
82 78,3 2,9 12,3 66
83 So Λ
Das grundlegende Uerfahren wird in den folgenden Beispielen 1 bis 3 weiter beschrieben.
Beispiel 1
Herstellung von niedriger RWA-IYP aus Saccharomyces cerevisiae;
HandelsgMngige Bäckerhefecreme von pH 5,9, ujelche 9 % Feststoffe enthielt,
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wurde durch drei aufeinanderfolgende Durchgänge durch einen Manton-Gaulin-Mamagenisator bei 563 kp/cm homogenisiert· Das Homogenat uiurde mit Wasser auf 3,k % Feststoffe verdünnt, auf pH 9,5 eingestellt, 1a Minuten bei 6a°C erhitzt und bei 1*»aaa rcf χ g zu einer Zelltüandrückstandsfraktion und einer alkalischen Extraktfraktion zentrifugiert. Der alkalische Extrakt enthielt 79,1 % der Feststoffe und 92,2 % des Rohprateins (N χ 6,25), die in der Ausgangshefe vorlagen.
Zu 2αα ml alkalischem Extrakt, der 5,8 g Feststoffe, einschließlich 3,92 g Rahprotein und a,55 g Nucleinsäure enthielt, wurde genügend HCl zugesetzt, um den Extrakt auf pH 7 zu neutralisieren. Der Extrakt uiurde bei pH 7 bei 12aDC 1 Stunde erhitzt, gekühlt und in eine unlöaliche Proteinfraktion und ein überstehendes Material getrennt, das die Hauptmenge der Nucleinsäuren und eine kleinere Menge des Proteins enthielt.
Die Ausbeute an unlöslichem Protein machte k kg pro 1oo kg Ausgangshefe aus. Die Zusammensetzung (dsb) war 85,1 Rahprotein, 2,2 % NucleinsMure.
Beispiel 2
Ein alkalischer Extrakt wurde nach Beispiel 1 hergestellt. 9,1 Liter des alkalischen Extraktes wurden in einen gerührten 13,6 Liter fassenden, mit Mantel versehenen StahlbehMlter gefüllt und auf ein pH 7 durch Zugabe van 75 ml konzentrierter HCl eingestellt. Der Mantel uiurde erhitzt und Wasserdampf in den Extrakt gesprüht, um die Temperatur auf 118 -12o C anzuheben. Proben wurden periodisch entfernt und zentrifugiert, um das Protein zu erhalten. Das Protein wurde gewaschen und analysiert.
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Erwärmungsdauer (Min.) D 13 28 k3 58 73
Temperatur d. Extraktes (0C) 4o 118 118 118 118 118
Proteinausbeute (%)1 8** 59 55 5<f 52 51
% Rohprotein (dsb) 91 86 88 87 87 8<f
% RNA (dsb) 13,6 2,7 1,6 1,6 1,7 1,3
1)η_α.. i_ χ. λ q W im gewonnenen Protein Proteinausbeute = 1oo χ -
g i\l im erwärmten Extrakt
Beispiel 3
Ein alkalischer Extrakt wurde gemMB Beispiel 1 hergestellt. Der alkalische Extrakt wurde auf pH 6,5 eingestellt und durch eine Metallspule van 12,2 m Länge und mit 0,6** cm Durchmesser großen Bohrungen, die in ein gehitztes Ölbad getaucht bürde, gepumpt. Die Pumpgeschtiiindigkeit wurde so eingestellt, daß der Extrakt 2 Minuten auf 11o - 115 C erwärmt uurde. Der eruörmte Extrakt wurde in einem in ein Eisbad getauchten Holben gesammelt und zentrifugiert. Das gewonnene Protein wurde analysiert. Die Zusammensetzung war (dsb): 87 % Rahprotein, 3,6 % RNA. Die Proteinausbeute, die wie in Beispiel 2 definiert war, betrug 62 %.
Die Sterilität des gewonnenen Proteins wurde durch allgemein bekannte mikrobiologische Testtechniken geprüft. Das gewonnene Protein war frei von Mikroorganismen.
Das thermische Verfahren dieser Erfindung ist auch auf die Herabsetzung des Nucleinsäuregehalts van isolierten Proteinen mit einem hohen Gehalt an Nuclein-
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säure anwendbar. Diese Anwendungsform wird in Beispiel 4 gezeigt.
Beispiel 4
Herabsetzung des RNA-Gehalts eines vollständigen RNA-IYP
Ein alkalischer Extrakt wurde aus Bäckerhefe gemäß Beispiel 1 hergestellt. 1 Liter des alkalischen Extraktes, der insgesamt 2,9 % Feststoffe enthielt, wurde mit HGl auf pH 4,5 eingestellt und zentrifugiert. Das gewonnene IYP wurde einmal mit Wasser gewaschen und zu etwa 5 % Feststoffgehalt resuspendiert. Dieses IYP hatte die Zusammensetzung Cdsb) von 81,5 % Röhprotein, 13,9 % RNA, 2,7 % Asche, 13,4 % Lipid und 3,7 % Hohlenhydrat. Aliquote (2oo ml) der 5-prozlYP-Suspension wurden auf pH-Werte von 5, 6, 7 und 8 mit Natriumhydroxid eingestellt, 3o Minuten bei 118 - 12o°C erhitzt und gekühlt. Das Protein wurde durch Zentrifugieren gewonnen und analysiert.
Test Nr. 84
Verfahrens-pH 5
IYP-Zusammensetzung (dab)
Rohprotein % 80,3
85
86
RNA %
1o,4
korrigiertes Protein % 69,7 Asche %
Lipid %
0,5
13,8
85,2 83,9 78,7
7,7 5,2 if,6
77,3 78,6 74,ο
1,* 2,1 3,3
12,1 16,o 15,4
Die Flüssigkeit aus der Zentrifugatian enthielt den Rest der RNA, welche durch Ansäuern gewonnen wurde.
Das thermische Verfahren dieser Erfindung ist außerdem anwendbar zur Herstel-
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- CD
lung eines niedrigen RNA-Proteinproduktes, das Zellwande enthält. D.h. die zertrümmerten Zellen werden thermisch ohne vorherige Entfernung der Zellwande verarbeitet. Ein Proteinprodukt mit einem reduzierten RNA-Gehalt, das die ZeIlwände enthielt, wurde durch Abtrennung des Unlöslichen von dem Löslichen nach der liörmebehandlung erhalten. Diese Anwendungsform wird in Beispiel 5 gezeigt.
Beispiel 5
Herabsetzung des RNA-Gehalts eines Proteineellwandproduktes
Ein Homogenat aus Bäckerhefe wurde nach Beispiel 1 hergestellt. Das Homogenat wurde auf pH 7 durch Zusatz von Natriumhydroxid eingestellt. Das Homogenat enthielt fl,2 % trockene Feststoffe, welche zu 54,2 % Rohprotein waren. Ein Aliquot des Homogenats wurde 3o Minuten bei 118 - 12oaC erhitzt und gekühlt. Das Unlösliche wurde durch Zentrifugieren gewonnen und analysiert. Die Zusammensetzung (dsb) ist in der folgenden Tabelle angegeben.
Rohprotein 62,4 %
RNA 4,ο %
korrigiertes Protein 58,3 %
Asche 2,5 %
Lipid 9,1 %
Kohlenhydrat 26,o %
Das Hefeprodukt enthielt auf Trockenfeststoffbasis etwa 28 % Zellfragmente einer mittleren Fragmentgröße von etwa 3,8 + o,8 mal etwa 2,4 +^ o,7 Mikron. Das Zellmaterial waren 7o - 1oo % Fragmente von unregelmäßiger Form und ο 3o % ganze Zellen, die mit Methylenblau färbbares Material enthielten.
Das Produkt, welches sich aus der Anwendung des thermischen Verfahrens auf
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eine Masse van zertrümmerten Hefezellen ergab, aus welchen die ZelluiMnde nicht entfernt worden waren, hatte die folgenden Zusammensetzungsbereiche auf Trokkenfeststoffbasis:
RNA 1,5 bis 5,ο %
korrigiertes Protein 55 bis 65 %
Asche 1,5 bis 3,5 %
Lipid 6,5 bis 9,5 %
Kohlenhydrat 35,5 bis 17 % Fragmentierte Zelluände 2o bis 35 %
Ganze Zellen ο bis 1o %
Dr.Ro/ho
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfahren zur Herstellung eines Hefeproteinproduktes mit niedrigem Nucleinsäuregehalt, gekennzeichnet durch die Schritte
    A) Zertrümmern der Hefezellen
    B) Erhitzen zwecks Abtrennung der NucleinsSure von dem Protein,
    C) Abtrennung einer unlöslichen Proteinproduktfraktion mit reduziertem Nu- . cleinsäuregehalt van einer Nucleinsäure enthaltenden löslichen Fraktion.
    2. l/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß man eine lösliche, die Nucleinsäure und Pratein enthaltende Fraktion einer unlöslichen Zellwandfraktion nach Schritt A abtrennt, das Protein durch Zugabe von Säure bis zum Punkt der geringsten Proteinlöslichkeit unlöslich
    macht und das unlösliche Protein vor Schritt B) gewinnt.
    3. l/erfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur über 1ooDG etwa 1o Se künden bis etwa So Minuten bei einem pH von etwa 6 bis etwa 8 erfolgt.
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur über 1ooDC bis zu 3o Minuten bei einem pH von etwa 6 bis etwa 8 erfolgt und die gewonnenen Fraktionen in sterilem Zustand abgetrennt werden*
    5. Verfahren nach einem der voranstellenden Ansprüche
    1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fraktion des Unlöslichen gewinnt, welche enthält:
    etwa 1,5 % bis etua 5,ο & IMucleinsäure
    etwa 55 % bis etwa 65 % korrigiertes Pratein
    50983 3/0563
    etwa 1,5 % bis ettja 3,5 % Asche
    etwa 6,5 SO bis ettua 9,5 % Lipid
    etuia 35 % bis etwa 17 % Hohlenhydrat
    Btua 2o % bis etwa 35 % Fragmentierte Zellwände etwa D % bis etwa 1d % ganze Zellen.
    6. Verfahren nach einem der voranstellenden Ansprüche
    1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nucleinsäure in der Fraktion des Löslichen in intakter Form abgetrennt wird.
    7. l/erfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß man die Fraktion des Löslichen behandelt und die intakte NucleinsMure hieraus präzipitiert und die intakte !Mucleinsäurs vom Rest des Löslfchen abtrennt.
    B. l/erfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche
    1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefezellen durch Homogenisierung bei einer Temperatur unter etwa 5o C zertrümmert werden.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß die zertrümmerten Hefezellen bei einem pH zwischen etwa 5,5 und etwa 11 und einer Temperatur zwischen etwa 25 C und etwa 6o C etwa 5 bis etwa 6o Minuten extrahiert werden.
    1o. Verfahren nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktion des Löslichen bei einer Temperatur νση 1ooDC bis 12oDC, einem pH von 6,5 bis 7,5 für 1 bis 3o Minuten behandelt wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktion des Löslichen bei einer Temperatur von 11a - 12oDC einem pH von 6,5 bis 7,5 weniger als 5 Minuten behandelt wird.
    12. Verfahren nach einem der voranstellenden Ansprüche
    50 983 3/0 563
    1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefe ausgewählt ist aus den Stämmen von Saccharomyces cerevisiae und Candida utilis.
    13. l/erfahren nach Anspruch 1 ader 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Hefeprateinprodukt gewinnt, das etwa 75 % bis 1 etwa 92 % Protein, etwa g,5 % bis etwa 9 % Nucleinsäure, etuia 7 % bis etua 15 % Lipid, etwa 1 bis etua 5 % Asche, etua 5 bis etuia 2o % Hohlenhydrat und etiua D bis Btua 1% Fasermaterial enthält.
    14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Hefeprotein weniger als etwa 3 % Nucleinsäure enthält.
    15. Proteinprodukt, hergestellt nach einem Verfahren gemäß den voranstehenden Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 45 % bis etwa 65 % Rohprotein und o,5 bis 9,ο % Nucleinsäure auf Trockenfeststoffbasis enthält.
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