DE2535926A1 - Verfahren zur herstellung von einzellproteinpraeparaten mit verbesserter dispergierbarkeit - Google Patents
Verfahren zur herstellung von einzellproteinpraeparaten mit verbesserter dispergierbarkeitInfo
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Description
IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London, Großbritannien
Verfahren zur Herstellung von Einzellproteinpräparaten mit verbesserter Dispergierbarkeit
Die Erfindung bezieht sich .auf ein Verfahren zur Behandlung
von Mikroorganismenzellen, die bei der Herstellung von Einzellprotein erzeugt werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Einzellprotein durch Züchtung von Mikroorganismen auf einem wässrigen Nährmedium,
das eine Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff aufweist,wird
als zunächst anfallendes Produkt eine Mikroorganismenzellen enthaltende wässrige Suspension erhalten.
Zur Abtrennung der Mikroorganismenzellen von der Suspension können unterschiedliche Verfahrensweisen angewandt
werden. So können die Zellen-möglicherweise nach einer
^09813/1203
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gewissen Vorbehandlung- zunächst in Absetztanks vom Hauptteil der Flüssigkeit geschieden werden. Nach dem Absetzen
der Zellen können diese weiter durch Zentrifugieren angereichert und dann getrocknet werden unter Erzielung von
getrockneten Mikroorganismenzellen als Endprodukt.
Die in dieser Weise erzeugten Zellen können zur Verfütterung an Jungtiere, wie z.B. Kälber, dem Milchersatz
zugemischt werden, d.h. sie sind in Futtermischungen für Jungtiere brauchbar, die einen vollständigen oder teilweisen
Ersatz für Kuhmilch bilden sollen. Ein bei der Erzeugung von Milchersatz auftretendes Problem besteht darin,
die Zellen in Wasser gut dispergierbar zu machen, so daß eine homogene Suspension erhalten wird.
Gemäß der Erfindung wird nun ein Verfahren zur Behandlung
von Mikroorganismenzellen vorgesehen, bei. dem eine die Zellen enthaltende wässrige Suspension mit einem proteolytischen
Enzym oder einem proteolytischen Enzympräparat unter Bildung eines Produktes mit verbesserter Dispergierbarkeit
behandelt wird.
Normalerweise werden die Zellen für die Verwendung in Milchersatzprodukten anschließend getrocknet. Vor der
Behandlung mit einem proteolytischen Enzym kann die wässrige Zeilsuspension zweckmäßigerweise einer Vorbehandlung unterworfen
werden. Dies ist besonders erwünscht, wenn die Zellen
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Hefezellen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Behandlung von Mikroorganismenzellen angewandt werden, die nach irgendeinem
Verfahren zur Erzeugung von Einzellprotein erzeugt werden. So können die Zellen beispielsweise Hefe- oder Bakterienzellen
sein, die in einem Medium gezüchtet wurden, das irgendeine Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff, wie
z.B. Kohlehydrat, Kohlenwasserstoff oder einen oxydierten Kohlenwasserstoff wie einen Alkohol enthält. Vorzugsweise
sind die Zellen Bakterienzellen, insbesondere Bakterienzellen, die auf einem Medium gezüchtet werden, das einen Alkohol,
beispielsweise Methanol, als eine Kohlenstoffquelle enthält.
Zu Beispielen für Hefezellen gehören Stämme der Genera
Candida« Hansenula« Saccharomyces» Torula und Torulopsis.
Zu Beispielen für Bakterienzellen gehören Stämme der Genera Pseudomonas. Alcaligenes. Arthrobacter. Micrococcus.
Cellulomonas. Hvdrogenomonas, Methylococcus« Methanomonas«
Nocardia und Bacillus wie Pseudomonas fluorescens NCIB 9046,
Pseudomonas diminuta NCIB 9393ι Alcaligenes faecalis NClB
8156 und Arthrobacter Stamm NRRL B3728. Sehr geeignete Bakterienzellen
sind Stämme der Arten Pseudomonas methylotropha, Pseudomonas rosea, Hyphomicrobium variabill und Microcyclus
polvmorphum« die in der GB-PS 1 370 892 (entsprechende US-
Hi/12© %
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Patentanmeldung Serial Nr. 416098 und FR-Patent-Nr. 7 144 042) der Anmelderin beschrieben sind. Kulturen
von einer Anzahl von Stämmen dieser letzten Arten wurden im National Collection of Industrial Bacteria (NCIB),
Torrey Research Station, Aberdeen, Schottland (GB) hinterlegt und entsprechende Hinterlegungen wurden bei den Sammlungen
des US Department of Agriculture (NRRL) Peoria, Illinois und beim Fermentation Research Institute (FRI),
Japan vorgenommen. Die Hinterlegungsnummem dieser Kulturen sind folgende:
NCIB Nr. 10508 bis 17 und 10592 bis 10612
NRRL Nr. B5352 bis B5382 FRI Nr. 1215 bis 1245
Bei einem Verfahren zur Erzeugung von Einzellprotein
durch Züchtung von Mikroorganismen in einem Fermenter ist das ursprüngliche, den Fermenter verlassende Produkt eine
Mikroorganismenzellen umfassende, wässrige Suspension. Zur Abtrennung der Zellen von dieser Suspension kann letztere
in Absetztanks für eine gewisse Trennung der Zellen von der Flüssigkeit geschickt werden. Alternativ können die Zellen
durch ein Flotationsverfahren abgetrennt werden. Zur Verbesserung der Absetzgeschwindigkeit kann die Suspension
einer Vorbehandlung unterworfen werden, bevor sie in die Absetztanks geschickt wird. Bei dieser Vorbehandlung können
die Zellen entweder durch Zugabe eines ausflockenden Mittels
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oder nach dem Verfahren der GB-PS 1 381 306 der Anmelderin
ausgeflockt werden. Bei dem letzteren Verfahren werden die Zellen einem Wärmeschock von begrenzter Dauer (dem ggf.
eine Behandlung mit einem Alkali vorangehen kann) unterworfen, woran sich eine Behandlung mit Säure anschließt.
Nach dem Absetzen können die Zellen weiter durch Zentrifugieren eingeengt und dann zur Erzielung von Mikroorganismenzellen
getrocknet werden.
Das nach dem Zentrifugieren anfallende zellhaltige Material ist ein etwa 25 Gew.% Feststoffe umfassender Creme
mit einem pH von 3,0 bis 5,0 (wenn eine Vorbehandlung nach dem Verfahren der GB-PS 1 381 306 der Anmelderin vorgenommen
wurde). Ohne Zentrifugieren enthält der Creme weniger, etwa 5 bis 20 Gew.# Feststoffe. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird dieses Material mit einem proteolytischen Enzym geeignet behandelt, wonach die Zellen getrocknet werden.
Vorzugsweise wird der Zentrifugencreme vor der Behandlung mit dem proteolytischen Enzym mit einem Alkali, z.B.
Natriumhydroxid, auf etwa pH 7,0 neutralisiert. Diese Neutralisation ist nicht wesentlich. Wenn allerdings einige
proteolytische Enzyme, wie z.B. die von Organismen der Genus Bacillus erzeugteil neutralen oder alkalischen. Proteasen verwendet
werden, ist der Neutralisationsschritt erwünscht.
Die Zugabe des proteolytischen Enzyms erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 900C
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(vorzugsweise 50 bis 800C) und bei einem pH im Bereich
von 3,5 bis 10,0 (vorzugsweise pH 6,0 bis 7,0). Vorzugsweise
wird das Enzym mit dem Zentrifugencreme eine Zeitdauer von 5 bis 12o Minuten, insbesondere 15 bis 30 Minuten
lang gemischt, bevor die Zellen getrocknet werden. Das handelsübliche Enzympräparat wird zum Zentrifugencreme
vorzugsweise in einer Konzentration von 0,05 bis 1,0 Qev.%
des anwesenden Einzellproteins zugesetzt. Wenn ein Enzympräparat von höherer Potenz bzw. Leistungsfähigkeit als
normale handelsübliche Präparate angewandt wird, kann die Konzentration bei 0,005 bis 0,05 Gew.% liegen.
Bei einer alternativen Methode zur Angabe der benutzten Enzymmenge wird diese in Aktivitätseinheiten angegeben. Dies
ist allerdings ziemlich schwierig bzw. problematisch, da die für die Ermittlung der Aktivität angewandten Bedingungen
selten in unmittelbare Nachbarschaft zu denjenigen kommen, die bei der gewerblichen Anwendung der Enzyme herrschen. Im
vorliegenden Falle trifft dies gewiss für die international akzeptierten Methoden der Bestimmung proteolytischer Enzyme
zu, von denen sich keine auf Bedingungen bezieht, die den im vorliegenden Verfahren angewandten ähnlich sind. Um jedoch
eine annähernde quantitative Aussage zu machen, kann unterstellt werden, daß für die vorliegenden Zwecke Bereiche der
-5 -2 proteolytischen Aktivität von 5 x 10 bis 5 χ 10 Anson-Einheiten
der proteolytischen Enzymaktivität pro g Einzellprotein oder in anderen Aktivitätseinheiten ausgedrückte
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Äquivalente anwendbar sind.
Geeigneterweise ist das proteolytische Enzym ein
Enzym, das sich von einem Bakterium ableitet, das bei höheren Temperaturen, d.h. über 500C,stabil ist. Zu Beispielen
für geeignete Enzyme gehören Enzyme, die sich von Mikroorganismen der Arten Bacillus subtilis ableiten,
Pilzproteasen und Proteasen pflanzlichen Ursprungs, wie Papain und Ficin. Zu besonders geeigneten Enzymen gehören
ALCALASEWvon Novo Industri A/S, Kopenhagen (DK), ein
durch Tauchfermentation einer Spezies des Genus Bacillus gewonnenes proteolytisches Enzympräparat und PROTEINASE
von ABM chemicals Ltd., Stockport, England.
Das getrocknete Produkt, das durch Behandlung der Mikroorganismenzellen mit einem proteolytischen Enzym
gemäß der Erfindung und anschließendes Trocknen der Zellen erhalten wird, liefert stabilere und homogenere Dispersionen
in Wasser und besitzt eine verbesserte Löslichkeit beim Einbringen in Kälbermilchersatz (im Vergleich zu
Produkten, die nicht behandelt wurden). Typischerweise liegt die Stickstoff-Löslichkeit von unbehandelten Produkten bei
20 bis 25 %, während mit den enzymbehandelten Produkten in einigen Fällen Löslichkeiten über 50 % erreicht werden
können.
Der Mechanismus, nach dem durch die Erfindung verbesserte
Dispergierbarkeiten von Mikroorganismenzellen in Wasser
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erreicht werden, ist wahrscheinlich sehr komplex. Zur Unterstützung des Verständnisses der allgemeinen Natur
des Verfahrens wird jedoch,ohne dadurch den Rahmen der
Erfindung irgendwie einschränken zu wollen, folgende Hypothese für eine teilweise Erklärung des Effekts vorgeschlagen:
Die Teilchen von getrockneten Einzellproteinpräparaten
haben oft eine durchgehende Außenschicht, von der angenommen wird, daß sie hauptsächlich aus Protein besteht.
Eine teilweise Hydrolyse des Proteins vor dem Trocknen bewirkt die Einführung von mehr geladenen Gruppen
in das Protein durch Aufspaltung von Peptidbindungen. Daraus ergibt sich eine modifizierte Struktur des endgültigen
getrockneten Materials mit einem höheren Grad an Protein-Löslichkeit. Die gesteigerte Löslichkeit der
Außenschicht führt zu einer vermehrten Tendenz der Teilchen zum Auf- bzw. Auseinanderbrechen, was die Dispergierbarkeit
des Produktes verbessert. Ferner wird die Viskosität der Flüssigkeit dadurch,daß mehr Protein gelöst wird,
erhöht, was ebenfalls zur Erzielung stabiler Dispersionen beiträgt. Beim Mischen mit Wasser ergeben die enzymbehandelten
Produkte somit rascher stabile Dispersionen als unbehandelte Produkte.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen erläutert:
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50 1 eines 10 Gevr.% Einzellprotein (erlangt von einem
Organismus der Spezies Pseudomonas methylotropha) enthaltenden Schlamms,der durch Einengen der Fermentationskultur
nach dem in der GB-PS 1 381 306 der Anmelderin beschriebenen
Verfahren erhalten worden war, wurdenmit dem Enzym "Bacterial Proteinase Novo"CNovo Industri A/S) unter den
folgenden Bedingungen behandelt:
"Bacterial Proteinase Novo" wurde in einer kleinen Menge ^
Wasser gelöst und zu dem Schlamm hinzugegeben zur Erzielung einer Endkonzentration von 0,2 % (bezogen auf das Einzellproteingewicht)..
Der Schlamm wurde unter beständigem Rühren 20 Minuten lang bei 60°C und pH 7,0 gehalten und dann sprühgetrocknet.
Eine Vergleichsprobe ohne Enzymzusatz wurde ebenfalls hergestellt.
Die Stickstoff-Löslichkeit der sprühgetrockneten Vergleichsprobe
lag bei 24 %, während die sprühgetrocknete enzymbehandelte Probe eine Stickstoff-Löslichkeit von 54 %
aufwies.
Die "Dispergierbarkeit" dieser beiden Proben wurde in
folgender Weise verglichen:
Eine 5 %ige Dispersion des Vergleichsmaterials wurde durch
Einmischen von 250 g in 5 1 Wasser bei 700C in einem Hobart-
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Mischer unter Verwendung eines quirlartigen Zusatzes erzeugt. Die Suspension wurde 2 Minuten lang gemischt
und dann rasch in zwei 2 1 Meßzylinder überführt. Die mit "Bacterial Proteinase Novo" behandelte Proteinprobe
wurde in gleicher Weise untersucht.
Im Falle der Vergleichsprobe bildete sich am Boden der Zylinder rasch eine Sedimentschicht mit einer Grenzfläche
bei etwa 40 ml nach 10 Minuten und 80 ml nach 30 Minuten. Eine obere Grenzschicht von sich absetzendem Material
wurde ebenfalls langsamer ausgebildet. Diese obere Grenzschicht war nach 10 Minuten nicht sichtbar, jedoch
zeigte sie sich nach 30 Minuten bei 1850 ml und nach einer Stunde bei 1700 ml.
Bei der mit "Bacterial Proteinase Novo" behandelten Probe wurde dagegen eine homogene Suspension erhalten, bei
der selbst nach 60 Minuten keinerlei Grenzflächen festzustellen
waren.
Es wurden Proben wie in Beispiel 1 hergestellt, nur daß an Stelle von "Bacterial Proteinase Novo" das Enzym
Cr)
ALCALASEv_yverwendet wurde. Die Behandlungsbedingungen
wurden in diesem Falle ebenfalls auf 700C, pH 7,0 und
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20 Minuten abgewandelt. Es wurde wiederum eine Vergleichsprobe ohne Enzym hergestellt.
Die Stickstoff-Löslichkeit der sprühgetrockneten
Vergleichsprobe lag bei 22 %, während für die sprühgetrocknete enzymbehandelte Probe eine Stickstoff-Löslichkeit
von 51 % gefunden wurde.
Die Dispergierbarkeit der beiden Proben wurde in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise überprüft. Im Falle
der Vergleichsprobe erschien eine untere Sedimentgrenze rasch nach 10 Minuten bei etwa 90 ml und blieb bei diesem
Niveau konstant. Eine obere Grenzschicht von sedimentierendem Material sonderte sich langsam nach 30 Minuten bei
1700 ml und nach einer Stunde bei 1000 ml ab.
Bei der mit ALCALASE^behandelten Probe zeigte sich nach 10 Minuten ein wenig Sediment bei 20 ml, das nicht
weiter zunahm. Eine obere Grenzschicht war selbst nach einer Stunde nicht erkennbar.
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Claims (9)
- 2535976Patentansprüche(V) Verfahren zur Behandlung von Mikroorganismenzellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Zellen enthaltende wässrige Suspension mit einem proteolytischen Enzym oder einem proteolytischen Enzympräparat unter Bildung eines Produktes mit verbesserter Dispergierbarkeit behandelt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen nach Behandlung mit dem proteolytischen Enzym oder Enzympräparat getrocknet werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismenzellen Bakterienzellen, vorzugsweise von Stämmen der Spezies Pseudomonas methylotropha oder Pseudomonas rosea und insbesondere von den Stämmen NCIB 10508-15 und 10592 bis 10612 sind.
- 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung Thit dem proteolytischen Enzym oder Enzympräparat bei einem pH im Bereich von 3,5 bis 10,0 vorgenommen wird.
- 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da-609819/1203~1:>~ 2535996durch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit dem proteolytischen Enzym oder Enzympräparat bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 900C vorgenommen wird.
- 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Suspension mit dem proteolytischen Enzym oder Enzympräparat für eine Zeitdauer von 5 bis 120 Minuten behandelt wird.
- 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das proteolytische Enzym oder Enzympräparat zu der wässrigen Suspension in einer ausreichenden Konzentration zugesetzt wird zur Erzielung-5 -2 einer Enzymaktivität zwischen 5 x 10 und 5 x 10 Anson-Einheiten der proteolytischen Enzymaktivität pro g Einzellprotein in der Suspension.
- 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das proteolytische Enzym von einem Bakterium ableitet, das bei ΤβιηρβΓΒΐμΓβη über 500C stabil ist.
- 9. Einzellproteine mit verbesserter Dispergierbarkeit, erhältlich nach einem der vorangehenden Ansprüche.609819/1203
Applications Claiming Priority (1)
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GB44764/74A GB1519957A (en) | 1974-10-16 | 1974-10-16 | Treatment of bacterial cells of the species pseudomonas methylotropha or pseudomonas rosea |
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Cited By (1)
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US4218481A (en) * | 1978-10-06 | 1980-08-19 | Standard Oil Company (Indiana) | Yeast autolysis process |
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- 1974-10-16 GB GB44764/74A patent/GB1519957A/en not_active Expired
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GB1519957A (en) | 1978-08-02 |
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NL7508962A (nl) | 1976-04-21 |
BE834352A (fr) | 1976-04-09 |
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