EA045800B1 - Способ получения белкового продукта из биомассы метанокисляющих бактерий и белковый продукт, полученный указанным способом - Google Patents
Способ получения белкового продукта из биомассы метанокисляющих бактерий и белковый продукт, полученный указанным способом Download PDFInfo
- Publication number
- EA045800B1 EA045800B1 EA202291369 EA045800B1 EA 045800 B1 EA045800 B1 EA 045800B1 EA 202291369 EA202291369 EA 202291369 EA 045800 B1 EA045800 B1 EA 045800B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- biomass
- protein
- temperature
- methane
- hydrolysis
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims description 53
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims description 50
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 title claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 title claims description 20
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims description 30
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims description 30
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims description 30
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000005904 alkaline hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 14
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 11
- 241000589346 Methylococcus capsulatus Species 0.000 claims description 9
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 9
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 241000589348 Methylomonas methanica Species 0.000 claims description 4
- 235000019750 Crude protein Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000000164 protein isolation Methods 0.000 claims description 2
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 46
- 239000000047 product Substances 0.000 description 30
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 25
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 18
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 18
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 16
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 10
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 10
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 9
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 6
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 4
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940116540 protein supplement Drugs 0.000 description 4
- 235000005974 protein supplement Nutrition 0.000 description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 3
- FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N L-methionine Chemical compound CSCC[C@H](N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 3
- COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N L-phenylalanine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 3
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101710163270 Nuclease Proteins 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 3
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 3
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 3
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 description 3
- 229930182817 methionine Natural products 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- KDCGOANMDULRCW-UHFFFAOYSA-N 7H-purine Chemical compound N1=CNC2=NC=NC2=C1 KDCGOANMDULRCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010077805 Bacterial Proteins Proteins 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N L-aspartic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- LEVWYRKDKASIDU-IMJSIDKUSA-N L-cystine Chemical compound [O-]C(=O)[C@@H]([NH3+])CSSC[C@H]([NH3+])C([O-])=O LEVWYRKDKASIDU-IMJSIDKUSA-N 0.000 description 2
- AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N L-isoleucine Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N 0.000 description 2
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 2
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 2
- ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N Leucine Natural products CC(C)CC(N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 description 2
- AYFVYJQAPQTCCC-UHFFFAOYSA-N Threonine Natural products CC(O)C(N)C(O)=O AYFVYJQAPQTCCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004473 Threonine Substances 0.000 description 2
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N cysteine Natural products SCC(N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000018417 cysteine Nutrition 0.000 description 2
- 229960003067 cystine Drugs 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 235000013376 functional food Nutrition 0.000 description 2
- AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N isoleucine Natural products CCC(C)C(N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960000310 isoleucine Drugs 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Natural products OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N phenylalanine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 235000004252 protein component Nutrition 0.000 description 2
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N tyrosine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 235000019733 Fish meal Nutrition 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- 235000019735 Meat-and-bone meal Nutrition 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- ONIBWKKTOPOVIA-UHFFFAOYSA-N Proline Natural products OC(=O)C1CCCN1 ONIBWKKTOPOVIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N Serine Natural products OCC(N)C(O)=O MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N Valine Natural products CC(C)C(N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000061 acid fraction Substances 0.000 description 1
- 239000012445 acidic reagent Substances 0.000 description 1
- 235000004279 alanine Nutrition 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000006286 aqueous extract Substances 0.000 description 1
- ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N arginine Natural products OC(=O)C(N)CCCNC(N)=N ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000003704 aspartic acid Nutrition 0.000 description 1
- OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N beta-carboxyaspartic acid Natural products OC(=O)C(N)C(C(O)=O)C(O)=O OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 235000021245 dietary protein Nutrition 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004467 fishmeal Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 235000012041 food component Nutrition 0.000 description 1
- 239000005417 food ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 1
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001243 protein synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 108010027322 single cell proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 239000004474 valine Substances 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 210000005253 yeast cell Anatomy 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к пищевой и микробиологической промышленности и касается получения белкового продукта на основе биомассы метанокисляющих бактерий, который впоследствии может быть использован в качестве ингредиента при производстве функциональных пищевых продуктов.
Бактерии значительно быстрее, чем дрожжевые клетки, наращивают биомассу, и, кроме того, белки бактерий содержат больше цистеина и метионина, что позволяет отнести их в разряд белков с высокой биологической ценностью. Источником углерода при культивировании бактерий могут служить природный и попутный газы, водород, а также спирты - метанол, этанол, пропанол. К наиболее перспективным продуцентам бактериального белка относят метанокисляющие бактерии. Основным признаком этого семейства является способность организмов использовать метан в качестве единственного источника углерода и энергии в аэробных или микроаэрофильных условиях. Содержание белка, выделенного из клеток чистых культур метанотрофных бактерий, может достигать 70-80% от сухой биомассы, при этом незаменимых аминокислот столько же или больше, чем в рыбной и соевой муке.
Особенностью бактериальной биомассы является большое количество нуклеиновых кислот (НК), связанное с высокой скоростью белкового синтеза бактерий в процессе их роста. По уровню нуклеиновых кислот биомасса на основе природного газа отличается от традиционных кормовых компонентов.
В рыбной муке содержание НК не превышает 2%, в мясокостной - 1%, в растительных кормах ниже 0,5%. В дрожжах количество НК составляет 8-10% сухого вещества, в биомассе на основе метанокисляющих бактерий до 12-14%. В связи с этим для применения в пищевых целях в качестве белковой добавки количество нуклеиновых кислот в биомассе необходимо снизить до количеств, соответствующих продуктам животного или растительного происхождения.
Основным изученным процессом по выделению белка из микроорганизмов является гидролиз, который может быть кислым, щелочным, ферментативным.
Режим проведения процесса гидролиза обычно задается концентрацией кислоты, щелочи, фермента, концентрацией сырья, степенью отмывки (гидромодулем), температурой гидролиза и его продолжительностью. Варьируя эти параметры, можно получать гидролизаты прогнозируемого состава.
Из уровня техники GB 1513836 А, 14.06.1978 известен способ получения белка одноклеточных микроорганизмов, в котором проводят водную экстракцию биомассы микроорганизмов при повышенной температуре в щелочных условиях для удаления преимущественно нуклеиновых компонентов, затем проводят разделение экстракта и клеточного концентрата, щелочную экстракцию белковых компонентов из клеточного концентрата при pH 8,5-10,0 и температуре от 70 до 90°С, разделяют экстракт и клеточные остатки с пониженным содержанием нуклеиновых кислот, затем pH клеточного экстракта доводят до нейтрального значения.
Недостатком известного способа является низкий выход продукта, так как водный экстракт, получаемый на первой стадии, содержит повышенное количество пуриновых компонентов и не может использоваться ни в пищевой, ни в медицинской промышленности. С другой стороны, пищевой белковый экстракт, получаемый щелочной экстракцией, имеет низкую пищевую ценность.
Также из уровня техники RU 2091491 С1, 27.09.1997 известен способ получения нуклеиновых кислот из бактерий, отличающийся тем, что биомассу клеток метанутилизирующих бактерий Methylococcus capsulatus подвергают экстракции водно-щелочным или водно-солевым раствором, причем сначала выделяют РНК при pH 7,0-7,5 и температуре 85-90° С, а затем при pH 8,6-9,0 и той же температуре выделяют смесь ДНК и РНК с последующим их разделением. Указанный способ не позволяет получить белковый препарат с высоким выходом, а только лишь выделить нуклеиновые кислоты.
Также в уровне техники СА 3047355 А1, 28.06.2018 описан способ удаления нуклеиновых кислот из биомассы, например, для производства одноклеточного белка из культивируемых метанотрофных бактерий с пониженным содержанием нуклеиновых кислот, включающий (i) обеспечение материала биомассы; (ii) подвергание материала биомассы процессу разрушения клеток с получением разрушенного материала биомассы; (iii) применение разрушенного материала биомассы в первом процессе разделения, приводящем к получению первой фракции (первого ретентата), содержащей белки, и второй фракции (первого пермеата), содержащей нуклеиновые кислоты; (iv) подвергание второй фракции (первый пермеат) второй обработке, приводящей к третьей фракции (второй ретентат), содержащей нуклеиновую кислоту, и четвертой фракции второго пермеата), содержащей витамины, минералы и/или аминокислоты. Способ позволяет выделить различные фракции из биомассы метанотрофных микроорганизмов, однако они не обладают достаточной степень чистоты и контролируемым содержанием аминокислот, позволяющим применять их в качестве ингредиента в пищевой промышленности.
Совместное применение щелочного и кислотного гидролиза для получения белковых препаратов из микробной биомассы метанокисляющих микроорганизмов также известно из уровня техники.
Например, в US 4007088 A1, 08.02.1977 раскрыт способ получения нативного микробного белка из одноклеточных микробных клеток (в том числе, бактерий рода Methanomonas) с содержанием нуклеиновых кислот ниже 1%, который можно использовать в качестве пищи или корма, который включает стадии: а) разрушение микробных клеток для высвобождения содержащейся в них нуклеазы и последующее образование гомогената, содержащего разрушенные клетки и нуклеазу; б) доведение значения pH указанного гомогената до 5,9-8,0 и поддержание температуры при 50-60°С в течение 20 мин-2,5 ч, чтобы
- 1 045800 обеспечить разложение нуклеиновых кислот с помощью нуклеаз, содержащихся в гомогенате; с) осаждение белкового материала из микробного гомогената путем доведения значения pH до изоэлектрической точки белкового материала; d) отделение осажденного белкового материала; е) сушка осажденного белкового материала.
В автореферате (Крылов И.А. Основы комплексной переработки биомассы промышленных микроорганизмов, Автореферат на соискание уч.ст. д.х.м., Москва, 1998, 44 с.) описан способ выделения белка и нуклеиновых кислот из биомассы бактерий Methylococcus capsulatus, включающий на первом этапе обработку щелочными реагентами с целью отделения нуклеиновых кислот при pH 7,0-9,0 и температуре 70-95°С в течение до 60 мин с дальнейшим проведением осаждения кислотными реагентами при pH, соответствующими кислой среде и температуре 70-160°С. Этот способ позволяет получить спектр продуктов нуклеотидной и белковой природы различной степени очистки и назначения.
Наиболее близким по технической сущности изобретением является биологически активная добавка защитного действия (RU 2681791 С, 12.03.2019), характеризующаяся тем, что она представляет собой денуклеинизированную бактериальную биомассу штамма метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15. При этом указанную добавку получают путем экстракции из биомассы нативных клеток метанокисляющих бактерий, далее из полученного экстракта выделяют нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК. Содержание белковых веществ в готовом продукте 60-80 мас.%. При этом получают продукт с невысоким содержанием белка.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение микробного белка с высоким выходом и чистотой, а также обладающего требуемыми функциональными свойствами, в частности, высокой растворимостью в воде и пенообразующей способностью, при этом со сбалансированным содержанием аминокислот для возможности дальнейшего применения в пищевой промышленности.
Для достижения указанного технического результата используют заявленный способ получения белкового продукта из биомассы метанокисляющих бактерий, включающий выращивание биомассы метанокисляющих бактерий, концентрирование, разрушение клеточной стенки, щелочной гидролиз, удаление нуклеиновых кислот, кислотный гидролиз, выделение белка, сушку, причем разрушение клеточной стенки проводят путем обработки ультразвуком с частотой 20-22 кГц и акустической мощностью 100150 Вт в течение 10-20 мин при температуре 2-8°С, щелочной гидролиз проводят при pH 8,5-9,3 температуре 85-95°С в течение в течение 60-120 мин, а кислотный гидролиз при pH 1,9-2,2 температуре 85-95°С в течение 4-8 ч.
При этом белковый продукт, полученный указанным способом, характеризуется тем, что содержание компонентов в сухом остатке составляет, мас.%: белка - не менее 80, нуклеиновых кислот не более 2, золы - не более 5, аминокислот - не менее 45. Указанный продукт обладает сбалансированным составом аминокислот, который позволяет применять его в качестве функционального ингредиента в пищевой промышленности.
Авторами было предложено использовать предобработку микробной биомассы метанокисляющих бактерий с использованием ультразвука с заданными режимами с целью разрушения клеточных оболочек, что позволяет сделать клетки более доступными для проведения дальнейшего комплексного гидролиза с дальнейшим выделением белкового продукта с высоким содержанием белка и степенью чистоты.
Причинами изменений, возникающих в биологических объектах под действием ультразвука, могут быть вторичные эффекты физико-химического характера. Так, под действием акустических волн происходит энергичное перемешивание внутриклеточных микроструктур, а кавитация в среде приводит к разрыву молекулярных связей. Ультразвуковые низкочастотные поля ускоряют процессы диффузии, повышают проницаемость клеточных оболочек. В результате увеличивается выход белков. Поскольку получаемый материал содержит большое число белковых и биополимерных комплексов, возникают трудности при получении высокоочищенных препаратов. Поэтому заявителями были подобраны специальные режимы ультразвуковой предобработки микробной биомассы с целью получения белкового продукта высокой степени чистоты и выхода.
Обработку микробной биомассы проводили в ультразвуковом генераторе (дезинтеграторе) при низких частотах (Криамид, Россия). Однако можно использовать любой низкочастотный ультразвуковой дезинтегратор, позволяющий работать в заданных режимах.
Выделение фракции нуклеиновых кислот можно осуществлять любым из известных способов: путем осаждения в изоэлектрической точке, высаживание солями, с помощью ионообменной хроматографии.
Заявленный способ осуществляют следующим образом.
Используют биомассу на основе Methylococcus capsulatus или Methylomonas methanica.
Выращенную в ферментере биомассу метанокисляющих бактерий концентрируют в сепараторе (центрифуге, декантаторе) до концентрации 8-15%, а затем подают на ультразвуковую обработку с использованием низкочастотного генератора (ультразвукового дезинтегратора) для разрушения клеточной стенки. Обработку ультразвуком проводят с частотой 20-22 кГц и акустической мощностью 100-150 Вт в течение 10-20 мин при температуре 2-8°С. Проведение ультразвуковой обработки в холодных условиях позволяет максимально сохранить исходные свойства образующихся в процессе расщепления веществ.
- 2 045800
Далее полученную суспензию, содержащую разрушенные клетки, направляют в реактор, где нагревают и проводят первую стадию щелочного гидролиза.
В реакторе суспензию нагревают до температуры 75-80°С, затем 2н. раствором NaOH (можно аммиачной водой) доводят pH до 8,5-9,3, догревают до 85-95°С и проводят щелочной гидролиз в течение 60-120 мин. В течение всего времени поддерживают pH процесса на уровне 8,5-9,3 и температуру 8595°С. Для поддержания pH проводят автоматическую подтитровку перемешиваемой суспензии, температуру поддерживают с помощью термостата. При этом извлекается основная масса нуклеиновых кислот с примесью белка. По окончании времени гидролиза полученную суспензию направляют на сепарацию или микрофильтрацию для отделения биомассы. Полученную биомассу дважды промывают водой для удаления выделенных нуклеиновых компонентов. Из полученного супернатанта выделяют нуклеиновые кислоты любым из известных способов: путем осаждения в изоэлектрической точке, высаживание солями, с помощью ионообменной хроматографии. После первой стадии щелочного гидролиза получают денуклеинизированную биомассу. Денуклеинизированная биомасса содержит не более 2% нуклеиновых кислот и сама может быть целевым продуктом - может использоваться в качестве пищевого ингредиента (например, в мясоперерабатывающей, хлебопекарной промышленности и др.). Однако ее далее направляют на вторую стадию кислотного гидролиза.
Вторую стадию гидролиза - кислотного гидролиза осуществляют в реакторе, где суспензию нагревают до 70-75°С при постоянном перемешивании. Затем 15%-ным раствором HCl доводят pH до 1,9-2,2, доводят температуру суспензии до 85-95°С и проводят кислотный гидролиз в течение 4-8 ч. В течение всего процесса гидролиза поддерживают температуру в реакторе 85-95°С и pH 1,9-2,2. По окончании времени гидролиза полученную суспензию подвергают микрофильтрации.
На стадии микрофильтрации экстрагированные белковые компоненты отделяют от биомассы: для этого биомассу дважды или трижды промывают водой до заданной концентрации белка в полученном фильтрате. Полученный фильтрат, содержащий экстракт белковых веществ возможно подвергать дополнительной обработке или без обработки направлять на высушивание (например, распылительную или лиофильную сушку). После проведения процесса высушивания получают сухой белковый продукт из биомассы метанокисляющих бактерий.
Заявленное изобретение далее иллюстрируется на конкретных примерах выполнения.
Пример 1.
Выращенную в ферментере биомассу метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 концентрируют в сепараторе до концентрации 12-13% АСВ, а затем подают на ультразвуковую обработку с использованием ультразвукового дезинтегратора и проводят обработку ультразвуком с частотой 22 кГц и акустической мощностью 100 Вт в течение 15 мин при температуре 3°С. Далее полученную суспензию, содержащую разрушенные клетки, направляют в реактор, где нагревают и проводят первую стадию щелочного гидролиза, а именно нагревают до температуры 78°С, затем 2н. раствором NaOH доводят pH до 8,7-8,8, догревают до 87°С и проводят щелочной гидролиз в течение 70 мин. В течение всего времени поддерживают pH процесса на уровне 8,7-8,8 и температуру 87°С. Для поддержания pH проводят автоматическую подтитровку перемешиваемой суспензии, температуру поддерживают с помощью термостата. По окончании времени гидролиза, полученную суспензию направляют на сепарацию или микрофильтрацию для отделения биомассы. Полученную биомассу дважды промывают водой для удаления выделенных нуклеиновых компонентов. Из полученного супернатанта выделяют нуклеиновые кислоты с помощью ионообменной хроматографии и получают денуклеинизированную биомассу. Эту биомассу направляют на вторую стадию кислотного гидролиза. Кислотный гидролиз осуществляют в реакторе, где суспензию биомассы нагревают до 72°С при постоянном перемешивании. Затем 15%-ным раствором HCl доводят pH до 2,0, а температуру суспензии - до 87°С и проводят кислотный гидролиз в течение 5 ч. В течение всего процесса гидролиза поддерживают температуру в реакторе 87°С и pH 2,0. По окончании времени гидролиза полученную суспензию подвергают микрофильтрации. Полученный фильтрат подвергают распылительной сушке с получением сухого белкового продукта.
Пример 2.
Выращенную в ферментере биомассу метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus (Bath) NCIMB 11132 концентрируют в сепараторе до концентрации 13-15%, а затем подают на ультразвуковую обработку с использованием ультразвукового дезинтегратора и проводят обработку с частотой 21 кГц и акустической мощностью 120 Вт в течение 20 мин при температуре 5°С. Далее полученную суспензию, содержащую разрушенные клетки, направляют в реактор, где нагревают и проводят первую стадию щелочного гидролиза, а именно нагревают до температуры 75°С, затем аммиачной водой доводят pH до 9,1, догревают до 85°С и проводят щелочной гидролиз в течение 90 мин. В течение всего времени поддерживают pH процесса на уровне 9,0 и температуру 85°С. Для поддержания pH проводят автоматическую подтитровку перемешиваемой суспензии, температуру поддерживают с помощью термостата. Полученную биомассу дважды промывают водой для удаления выделенных нуклеиновых компонентов. Из полученного супернатанта выделяют нуклеиновые кислоты путем осаждения в изоэлектрической точке и получают денуклеинизированную биомассу. Эту биомассу направляют на вторую стадию кислотного гидролиза. Кислотный гидролиз осуществляют в реакторе, где суспензию нагревают до 75°С при постоян- 3 045800 ном перемешивании. Затем 15%-ным раствором HCl доводят pH до 2,2, а температуру суспензии до 90°С и проводят кислотный гидролиз в течение 6 ч. В течение всего процесса гидролиза поддерживают температуру в реакторе 90°С и pH 2,2. По окончании времени гидролиза полученную суспензию подвергают микрофильтрации. По окончании времени гидролиза полученную суспензию подвергают микрофильтрации. Полученный фильтрат подвергают распылительной сушке с получением сухого белкового продукта.
Пример 3.
Выращенную в ферментере биомассу метанокисляющих бактерий Methylomonas methanica концентрируют в сепараторе до концентрации 10-12% АСВ, а затем подают на ультразвуковую обработку с использованием ультразвукового дезинтегратора и проводят обработку ультразвуком с частотой 20 кГц и акустической мощностью 150 Вт в течение 10 мин при температуре 7°С. Далее полученную суспензию, содержащую разрушенные клетки, направляют в реактор, где нагревают и проводят первую стадию щелочного гидролиза, а именно нагревают до температуры 80°С, затем 2н. раствором NaOH доводят pH до 8,5-8,6, догревают до 92°С и проводят щелочной гидролиз в течение 110 мин. В течение всего времени поддерживают pH процесса на уровне 8,5-8,6 и температуру 92°С. Для поддержания pH проводят автоматическую подтитровку перемешиваемой суспензии, температуру поддерживают с помощью термостата. По окончании времени гидролиза полученную суспензию направляют на сепарацию или микрофильтрацию для отделения биомассы. Полученную биомассу дважды промывают водой для удаления выделенных нуклеиновых компонентов. Из полученного супернатанта выделяют нуклеиновые кислоты с помощью ионообменной хроматографии и получают денуклеинизированную биомассу. Эту биомассу направляют на вторую стадию кислотного гидролиза. Кислотный гидролиз осуществляют в реакторе, где суспензию биомассы нагревают до 70°С при постоянном перемешивании. Затем 15%-ным раствором HCl доводят pH до 2,0, а температуру суспензии до 92°С и проводят кислотный гидролиз в течение 7 часов. В течение всего процесса гидролиза поддерживают температуру в реакторе 92°С и pH 2,0. По окончании времени гидролиза полученную суспензию подвергают микрофильтрации. Полученный фильтрат подвергают распылительной сушке с получением сухого белкового продукта.
Характеристики сухого белкового продукта, полученного по примерам 1-3, представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Физико-химические характеристики сухих белковых продуктов, получаемых по примерам 1 -3
| Methylococcus capsulatus ГБС15 (пример 1) | Methylococcus capsulatus (Bath) NCIMB 11132 (пример 2) | Methylomonas methanica (пример 3) | |
| Влажность, % | 4-5 | 4-5 | 4-5 |
| Зольность. % | 5 | 4,5 | 5 |
| Содержание сырого протеина, % | 82 | 83 | 80 |
| Содержание нуклеиновых к-т, % | 2,0 | 2,0 | 1,9 |
| Аминокислоты, % | |||
| Cys2 (цистеин/цистин) | 0,24 | о,з | 0,27 |
| Asp (аспарагиновая кислота) | 6,13 | 6,9 | 6,45 |
| Met (метионин) | 0,91 | 0,9 | 1,1 |
| Thr (треонин) | 2,45 | 1,9 | 2,5 |
| Ser (серин) | 1,93 | 1,98 | 2,01 |
| Glu (глютаминовая кислота) | 5,68 | 5,28 | 5,57 |
| Pro(пролин) | 2,62 | 2,35 | 2,22 |
| Gly (глицин) | 2,89 | 2,5 | 2,86 |
| Ala (аланин) | 4,4 | 4,3 | 4,23 |
| Vai (валин) | 3,10 | 3,25 | 3,12 |
| Не (изолейцин) | 2,18 | 2,05 | 2,15 |
| Leu (лейцин) | 3,66 | 3,95 | 3,84 |
| Туг (тирозин) | 0,07 | 0,06 | 0,08 |
| Phe (фенилаланин) | 1,82 | 1,89 | 1,83 |
| His (гистидин) | 1,98 | 1,92 | 1,98 |
| Lys (лизин) | 2,71 | 2,72 | 2,75 |
| Arg (аргинин) | 2,91 | 2,95 | 2,93 |
| Тгр (триптофан) | - | - | - |
- 4 045800
Таблица 2
Характеристика сухих белковых продуктов, получаемых по примерам 1 -3
| Показатель | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 |
| Органолептический контроль | |||
| Цвет | От светлокремового до бежевокоричневого | От светлокремового до бежевокоричневого | От светлокремового до бежевокоричневого |
| Запах | Свойственный продукту, специфический | Свойственный продукту, специфический | Свойственный продукту, специфический |
| Внешний вид | Мелкодисперсный порошок/ Допускается наличие легко рассыпающихся комочков | ||
| Влажность, % | До 5 | До 5 | До 5 |
| Зольность, % | До 5 | До 5 | До 5 |
| Содержание сырого протеина, % | Не менее 80 | Не менее 80 | Не менее 80 |
| Содержание нуклеиновых кислот, % | До 2 | До 2 | До 2 |
Получаемый белковый продукт имеет требуемые вкусовые и функциональные свойства, в том числе высокую растворимость в воде (полностью растворим) и высокую пенообразующую способность. Пенообразующие свойства получаемых продуктов согласно примерам 1-3 и белковой добавки по ближайшему аналогу определяли согласно ГОСТ 7635-85. Полученные данные приведены в табл. 3.
Таблица 3 Характеристика пенообразующей способности сухих белковых продуктов, ___________получаемых по примерам 1-3 и стойкости пены.___________
| Показатель | Аналог | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 |
| Пенообразующая способность, % | 118 | 125 | 122 | 127 |
| Стойкость пены, % | 18 | 20 | 20 | 20 |
Также полученный продукт обладает высокой пищевой ценностью, что позволяет использовать его в качестве белковой добавки при производстве функциональных пищевых продуктов.
Поскольку пищевая ценность белка определяется не только наличием в нем незаменимых аминокислот, но и их оптимальным количеством и соотношением, то для оценки сбалансированности и полноценности используют шкалу ФАО/ВОЗ, по которой был оценен белковый продукт, полученный по примеру 1 в сравнении с эталонным белком по ФАО/ВОЗ, а также белковой добавкой, полученной по ближайшему аналогу. Полученные данные отражены в табл. 4.
Таблица 4
Сравнение белкового продукта, полученного двух стадийным (щелочной/кислый) гидролизом по примеру 1, с эталонным белком по ФАО/ВОЗ и ___________________белковой добавкой по аналогу _________________
| Наименование аминокислоты | Эталонный белок по ФАО/ВОЗ, мг/г белка (2007 г.) | Содержание аминокислоты мг в 1 г белковой добавки по аналогу | Содержание аминокислоты мг в 1 г белкового продукта по примеру 1 |
- 5 045800
| Г истидин | 15 | 20,30 | 22,23 |
| Изолейцин | 30 | 35,12 | 40,68 |
| Лейцин | 59 | 88,20 | 90,02 |
| Лизин | 45 | 47,08 | 50,05 |
| Метионин + цистин | 22 | 19,93 | 20,43 |
| Фенилаланин + тирозин | 30 | 102,36 | 110,94 |
| Треонин | 23 | 39,15 | 40,23 |
| Триптофан | 6 | 3,80 | - |
| Валин | 39 | 41,20 | 40,03 |
| Сумма незаменимых аминокислот в 1 г белка | 269,0 | 397,14 | 414,6 |
Таким образом, заявленным способом получают белковый продукт с высоким содержанием белка, сбалансированный по содержанию аминокислот, обладающий хорошими пенообразующими свойствами, позволяющими использовать его в качестве белкового ингредиента в пищевой промышленности.
Claims (3)
1. Способ получения белкового продукта из биомассы метанокисляющих бактерий, включающий выращивание биомассы метанокисляющих бактерий, концентрирование, разрушение клеточной стенки, щелочной гидролиз, удаление нуклеиновых кислот, кислотный гидролиз, выделение белка, сушку, причем разрушение клеточной стенки проводят путем обработки ультразвуком с частотой 20-22 кГц и акустической мощностью 100-150 Вт в течение 10-20 мин при температуре 2-8°С, щелочной гидролиз проводят при pH 8,5-9,3 и температуре 85-95°С в течение в течение 60-120 мин, а кислотный гидролиз - при pH 1,9-2,2 и температуре 85-95°С в течение 4-8 ч.
2. Способ по п.1, в котором метанокисляющие бактерии выбраны из группы Methylococcus capsulatus, Methylomonas methanica и др.
3. Белковый продукт, полученный способом по пп.1, 2, характеризующийся тем, что содержание компонентов в сухом остатке составляет, мас.%: нуклеиновые кислоты - не более 2, зола - не более 5, сырой протеин - не менее 80, с содержанием аминокислот - не менее 45.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045800B1 true EA045800B1 (ru) | 2023-12-27 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112226373B (zh) | 一株产蛋白的菌株及其应用 | |
| EP3399871B1 (en) | A new method to improve enzyme hydrolysis and resultant protein flavor and bio-activity of fish offcuts | |
| KR20170105002A (ko) | 단백질이 강화된 미세조류의 바이오매스로부터 펩티드 분리물을 얻는 방법 | |
| Callejo-López et al. | Versatile method to obtain protein-and/or amino acid-enriched extracts from fresh biomass of recalcitrant microalgae without mechanical pretreatment | |
| CN110087478A (zh) | 从生物质材料去除核酸及其片段 | |
| Türker et al. | Waste (water) to feed protein: Effluent characteristics, protein recovery, and single-cell protein production from food industry waste streams | |
| Giec et al. | Single cell protein as food and feed | |
| CN103276038B (zh) | 一种试剂级蛋白胨的生产方法 | |
| WO2003066665A2 (en) | Proteolytic fermenter | |
| EA045800B1 (ru) | Способ получения белкового продукта из биомассы метанокисляющих бактерий и белковый продукт, полученный указанным способом | |
| KR20230150357A (ko) | 세포 성장 배지를 생산하는 방법 | |
| FR2548214A1 (fr) | Procede de traitement de la biomasse en vue de la separation des aminoacides et des lipides | |
| US20240052295A1 (en) | Methods for culturing methanotrophic bacteria and isolating proteins from bacterial biomass | |
| RU2055482C1 (ru) | Способ получения белково-нуклеинового гидролизата | |
| RU2646047C1 (ru) | Способ получения кормового продукта | |
| RU2044770C1 (ru) | Способ извлечения биологически активных веществ из биомассы микроводоросли рода chlorella | |
| FR3104907A1 (fr) | Solubles de pois fermentes | |
| JP3783915B2 (ja) | 納豆菌由来の生理活性物質 | |
| Babazadeh et al. | Single cell production by Claveromycice frajilice and Fusarium oxysporum in Kilka stick water | |
| SU1081843A1 (ru) | Способ получени белкового гидролизата из подсолнечного шрота | |
| Seniman et al. | Biochemical properties and proximate composition of catfish enzymatic protein hydrolysates made using subtilisin | |
| SU884574A3 (ru) | Способ получени протеина из суспензии микроорганизмов | |
| GB2233666A (en) | Microbacterium 851R, and a process for producing 851 nutrient solution | |
| CN107586819B (zh) | 一种蛋白酶酶解法制备蛋白肽的方法 | |
| Ngoc et al. | Influences of techological hydrolysis condition on nucleic acid content of spent brewer’s yeast hydrolysate |