DD241918A5

DD241918A5 - Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Proteinisolaten

Info

Publication number: DD241918A5
Authority: DD
Publication date: 1987-01-07

Abstract

Unerwuenschte Geruchs- und Geschmacksstoffe koennen aus mikrobiellen Proteinmaterialien entfernt werden, wenn man diese Materialien mit waessrigen Loesungen behandelt, die ein Phosphat und/oder einen hydrophilen niedermolekularen Aliphaten enthalten, der mindestens zwei funktionelle Gruppen aus der Reihe Hydroxy, Formyl, Keto und Carboxy enthaelt. Bevorzugte aliphatische Extraktionshilfsstoffe sind Genusssaeuren, Zucker und Polyole und bei den Phosphaten die Ortho- und Diphosphate. Die Extraktion kann auch im Rahmen einer Nukleinsaeureabreicherung entfetteter Zellmassen erfolgen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Proteinisolaten.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird angewandt, um Proteinisolate von unerwünschten Geruchs- und Geschmacksstoffen zu reinigen und sie auch für die menschliche Ernährung geeignet zu machen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DE-OS 2137 038 ist es bekannt, Substanzen mit unangenehmen Geruch und Geschmack aus Eizeller-Proteinmaterialien, insbesondere Hefen und Bakterien, durch Extraktion mit einer wäßrigen Lösung, die 60 bis 80 Vol.-% eines niederen aliphatischen Alkohols enthält, zu extrahieren.

Aus der DE-PS 2633666 ist es bekannt, in mikrobiellen Zellmassen den Lipid- und Nukleinsäuregehalt dadurch zu vermindern, daß diese Zellmassen in einer ersten Stufe mit einer Extraktionsmischung aus Ammoniak und einem polaren Lösemittel aus der Reihe der niederen Alkanole, niederen Glykole und der Methyl- oder Ethylether eines niederen Glykols behandelt werden, wobei der Gesamtwassergehalt höchstens 30Gew.-%, bezogen auf die Lösemittelmenge, beträgt und die Ammoniakkonzentration vorteilhaft 1 bis10Gew.-%, ebenfalls bezogen auf das Lösemittel, ist, worauf der Rückstand der Zellmassen mit Wasser behandelt wird. Hier bei werden durch die Extraktionsmischung die Lipide und ein Großteil der Geruchs- und Geschmacksstoffe extrahiert, während durch die Wasserbehandlung, die ein- oder mehrstufig erfolgen kann, die Nukleinsäuren entfernt werden. Das so erhaltene Proteinisolat ist dann weitgehend geruchs- und geschmacklos und kann für viele Anwendungszwecke, auch in der menschlichen Ernährung, unmittelbar eingesetzt werden.

In der Praxis ist es jedoch nicht immer zu vermeiden, daß solchen Eiweißisolaten noch ein unangenehmer Geruch und/oder Geschmack anhaftet, der insbesondere bei speziellen Anwendungszwecken stört. Eine Extraktion mit einem wäßrigen aliphatischen Alkohol gemäß der DE-OS 2137038 ist in diesen Fällen wirkungslos.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Reinigung von mikrobiellen Proteinisolaten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, geeignete Extraktionsmittel zum Extrahieren der Geruchs- und Geschmacksstoffe aufzufinden.

Es wurde nun gefunden, daß man aus mikrobiellen Proteinisolaten unerwünschte Geruchs- und Geschmacksstoffe entfernen kann, wenn man diese Isolate mit wäßrigen Lösungen behandelt, die ein Phosphat und/oder einen hydrophilen niedermolekularen Aliphaten enthalten, der mindestens zwei funktionell Gruppen aus der Reihe Hydroxy, Formyl, Keto und Carboxy enthält. Bevorzugte Ausgestaltungen dieser Erfindung werden im folgenden näher erläutert.

Als „niedermolekulare" Aliphaten kommen in erster Linie solche in Betracht, die eine Kohlenstoffkette von 2 bis 6 C-Atomen enthalten bzw. im Falle von Di- und Oligosacchariden zwei oder mehrere dieser Einheiten.

Da die Eiweißisolate oder die hieraus hergestellten funktionalisierten Derivate für die menschliche Ernährung gedacht sind, wird man als Hilfsstoffe für die erfindungsgemäße Extraktion wenig toxische Verbindungen heranziehen. Bevorzugt sind deshalb physiologisch unbedenkliche Stoffe, bei den Aliphaten also Genußsäuren, Zucker und Polyole wie Glycerin und Zuckeralkohole.

Wenn sich der Stoff aus dem Proteinisolat jedoch leicht und praktisch quantitativ abtrennen läßt, können auch andere Hilfsstoffe, wie beispielsweise Oxalsäure, Verwendung finden, da dann die verbleibenden Restmengen weit unterhalb der Unbedenklichkeitsgrenze bleiben.

Als Phosphate kommen Ortho-, Oligo- und Polyphosphate in Betracht, wobei die Polyphosphate langkettig und cyclisch sein können. Bevorzugt sind Ortho- und Diphosphate, insbesondere in Form der leicht löslichen Natrium- und Kaliumsalze.

Die sauer reagierenden aliphatischen Verbindungen werden vorteilhaft in Form ihrer Erdalkali- und insbesondere ihrer Alkalisalze eingesetzt. Bevorzugt sind neben der bereits genannten Oxalsäure die Glykolsäure, Glyoxylsäure, Brenztraubensäure, Fumarsäure, Bersteinsäure, Weinsäure, Ascorbinsäure, insbesondere Milchsäure, Zitronensäure und Äpfelsäure, sowie Zuckersäuren aus der Aldon-, Aldar- und Uronreihe sowie die entsprechenden Lactone, insbesondere Gluconsäure-ö-lacton.

Vorteilhafte Extraktionshilfsmittel sind weiterhin die Zucker, nämlich aus der Reihe der Monosaccharide die Aldosen und Ketosen der Pentose- und Hexosereihe, insbesondere Glucose und Fructose, von den Disacchariden insbesondere die Saccharose und von den Oligosacchariden insbesondere Hydrolyseprodukte der Stärke wie Stärkesirup.

Als Aliphaten, die als funktionell Gruppen nur Hydroxygruppen haben, eignen sich neben dem bereits genannten Glycerin auch Erythrit, Pentaerythrit und vor allem Zuckeralkohole, insbesondere Sorbit.

Vorteilhaft sind auch Gemische dieser Extraktionshilfsstoffe, beispielsweise ein Phosphat in Verbindung mit einem Aliphaten wie Saccharose oder eine Mischung von Aliphaten wie Saccharose oder eine Mischung von aliphatischen Verbindungen, beispielsweise eine Oxalsäure enthaltende Glyoxylsäure oder ein Zuckeralkohol-Zucker-Gemisch.

Die erfindungsgemäße Reinigung kann im Anschluß an das Verfahren nach der DE-PS 2633666 durchgeführt werden.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Extraktionshilfsmittel bei der Nukleinsäure-Extraktion zugesetzt werden. Bei einer mehrstufigen Nukleinsäure-Extraktion kann hierbei das erfindungsgemäße Extraktionshilfsmittel in der ersten, einer späteren oder in mehreren Stufen zugesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Behandlung kann im Bereich von etwa 0 bis 100⁰C erfolgen, vorteilhaft bei etwa 20 bis 9O⁰C, insbesondere bei 40 bis 8O⁰C. Bei mehrstufigen Verfahren kann die Temperatur in jeder Stufe gleich oder verschieden sein.

Je nach Einsatzzweck des Proteinmaterials können mehr oder weniger große Restmengen des Extraktionshilfsmittels im Proteinrückstand verbleiben, beispielsweise ein Zucker, wenn das Protein in süßen Lebensmitteln wie Getränken, Backwaren oder Desserts verarbeitet wird bzw. ein Phosphat, wenn das Protein in Fleisch-oder Wurstwaren, Käse oder käseähnlichen Produkten bzw. (anderen) Brotaufstrichen eingesetzt werden soll.

Der Gehalt der wäßrigen Lösungen an Phosphat und/oder Aliphat ist nach unten durch die Wirksamkeit, nach oben im Prinzip nur durch die Löslichkeit begrenzt, da ja —wie vorstehend ausgeführt — Restmengen des Extraktionsmittels in vielen Fällen im Extraktionsgut verbleiben können. Im allgemeinen wählt man Konzentrationen an Hilfsstoff von 0,1 bis 3, vorzugsweise 0,2 2, insbesondere 0,5 bis 1 Gew.-%.

Es ist selbstverständlich auch möglich, das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren auf andere Eiweißstoffe anzuwenden, beispielsweise auf chemisch modifizierte mikrobielle Eiweiße.

Ausführungsbeispiel

In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert. Prozentangaben beziehen sich hierbei auf das Gewicht.

Beispiel 1

In eine Lösung von 5g Saccharose in 11 Wasser werden 100g sprühgetrocknetes Proteinisolat gemäß Beispiel 1 der DE-PS 2633666 unter Rühren eingetragen. Die Suspension wird auf 80⁰C erhitzt und bei dieser Temperatur eine halbe Stunde weitergerührt. Anschließend wird das Proteinisolat durch Zentrifugieren von der Extraktionslösung abgetrennt und getrocknet.

Das so erhaltene mikrobielle Proteinisolat zeichnet sich durch einen verbesserten Geschmack und Geruch aus. Die Zusammensetzung des Proteinanteils ist dieselbe wie vor der Extraktion.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird mit der Abwandlung wiederholt, daß der abzentrifugierte Feststoff erneut mit 11 Wasser verrührt wird, um anhaftende Saccharose zu entfernen. Nach erneutem Zentrifugieren wird das Proteinisolat getrocknet. Es zeigt ebenfalls einen verbesserten Geruch und Geschmack und hat die gleiche Aminosäurezusammensetzung wie vor der Extraktion.

Beispiel 3

Ausgangsmaterial ist eine entfettete Zellmasse gemäß Beispiel 1 der DE-PS 2633666, die noch die Nukleinsäuren enthält. 90g dieser ZeIImasse werden in 900 ml einer 0,5%igen Saccharoselösung suspendiert, die Suspension auf 55⁰C erwärmt und bei dieser Temperatur 20 Minuten weitergerührt. Nach Abkühlung auf 30⁰C wird zentrifugiert. Das erhaltene Sediment wird mit 900 ml Wasser versetzt und 10 Minuten bei 2O⁰C gerührt. Danach wird erneut zentrifugiert und das Sediment unter vermindertem Druck getrocknet.

Gegenüber einem Produkt gemäß Beispiel 1 der DD-PS 2 633 666 zeichnet sich das Produkt durch einen verbesserten Geruch und Geschmack aus. Nukleinsäuregehalt und Aminosäurezusammensetzung sind identisch.

Beispiel 4

Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch in beiden Extraktionsstufen eine 0,5%ige Lösung von Dinatriumorthophosphat eingesetzt wird. Man erhält ebenfalls ein Produkt von verbessertem Geruch und Geschmack und unveränderter Aminosäurezusammensetzung.

Beispiel 5

Beispiel 1 wird wiederholt, aber die Saccharose durch Sorbit ersetzt. Man erhält ein Produkt vergleichbarer Qualität.

Beispiele 6 bis 8

Man verfährt gemäß Beispiel 1, ersetzt jedoch die Saccharose durch Milchsäure, Äpfelsäure oder Weinsäure, wobei man qualitativ vergleichbare Produkte erhält.

Beispiele 9 bis 11

Verfährt man gemäß Beispiel 3, ersetzt jedoch die Saccharose durch Milchsäure, Stärkesirup oder Glycerin, so erhält man qualitativ vergleichbare Produkte.

Beispiel 12

Verfährt man gemäß Beispiel 3, setzt jedoch in beiden Extraktionsstufen eine 0,5%ige Lösung von Natriumdiphosphat ein, so erhält man ebenfalls ein Produkt mit verbessertem Geruch und Geschmack und unveränderter Aminosäurezusammensetzung.

Beispiel 13

Verfährt man gemäß Beispiel 2, setzt man aber in der ersten Stufe Milchsäure ein und stellt mit Natronlauge auf pH 6-7, worauf in der zweiten Stufe die Saccharoselösung angewendet wird, so erhält man ein Produkt mit verbessertem Geruch und Geschmack und unveränderter Aminosäurezusammensetzung.

Beispiel 14

Verfährt man gemäß Beispiel 3, verwendet aber die in Beispiel 13 genannten Extraktionsmittei, so erhält man ebenfalls ein vergleichbares Produkt.

Anhang: Beispiel 1 der DE-PS 2633666:

Methylomonas clara ATCC 31 226 wurde in einer Nährlösung, enthaltend Methanol als einzige Kohlenstoffquelle, Ammoniak als einzige Stickstoffquelle, Phosphat, Eisen-, Magnesium-Salze und andere übliche Spurenelemente unter aeroben Bedingungen gezüchtet. Die dabei erzeugte Bakterienzellmasse wurde von der Lösung abgetrennt und der Sprühtrocknung unterworfen.

100g dieser Zellmasse wurden mit 300g Methanol versetzt. Unter Rühren der Suspension wurden 10g NH₃-GaS eingeleitet und gelöst. Durch Kühlen wurde die Temperatur während des Einleitensauf 25⁰C bis35°C gehalten. Das Gemisch aus Methanol, Ammoniak und Zellmasse wurde 30 Minuten bei 20⁰C gerührt.

Zur Trennung der festen und flüssigen Phase wurde filtriert und der feste Rückstand einmal mit 300 ml Methanol gewaschen.

Nach erneuerter Filtration wurden beide Filtrate vereinigt. Diese braune Lösung enthielt die Lipide der eingesetzten Ausgangssubstanz. Methanol und Ammoniak wurden durch Vakuumdestillation (100 Torr, 40⁰C) entfernt. Der Rückstand, der 9,5Gew.-% des eingesetzten Zellenmaterials betrug, war eine dunkelbraune, übelrichende Paste, die aus freien Fettsäuren, Glyceriden, Phospholipiden und Sekundärmetaboliten bestand.

Der bei der Filtration erhaltene feste Rückstand der extrahierten Zellmasse wurde im Vakuum (100 Torr) bei 40⁰C 5 Stunden getrocknet. Es konnten so 90g entfettete Zellmasse erhalten werden, die geruchlos war und eine hellere Farbe als das Ausgangsmaterial besaß.

Zur Verminderung des Nukleinsäuregehaltes wurde diese Zellmasse in 900ml Wasser suspendiert. Der pH-Wert der durch Rühren homogenisierten Suspensionen betrug 6,9.

Nach Erhöhung der Temperatur auf 55°C wurde noch 20 Minuten weitergerührt, auf 30⁰C abgekühlt und durch Zentrifugieren in feste und flüssige Phase getrennt. Das erhaltene Sediment wurde erneut mit 900 ml Wasser vermischt und 10 Minuten bei 20⁰C gerührt. Danach wurde erneut zentrifugiert und das Sediment unter vermindertem Druck getrocknet.

Die Ausbeute betrug 65g. Der Nucleinsäuregehalt war von ursprünglich 11,2% auf 1,5% gesunken, der Fettgehalt von 7% auf 0,8%. Das Produkt war in trockenem Zustand geruchlos, mit Wasser befeuchtet besaß es einen sympathischen Geruch.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Proteinisolaten, gekennzeichnet dadurch, daß man diese Isolate mit wäßrigen Lösungen behandelt, die ein Phosphat und/oder einen hydrophilen niedermolekularen Aliphaten enthalten, der mindestens zwei funktionell Gruppen aus der Reihe Hydroxy, Formyl, Keto und Carboxy enthält.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die Isolate mit wäßrigen Lösungen von Genußsäuren, Zuckern oder Polyolen behandelt.
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Phosphat ein Natrium- oder Kaliumortho- oder -diphosphat ist.
4. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß man sauer reagierende aliphatische Verbindungen in Form ihrer Erdalkali- oder Alkalisalze einsetzt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man als Isolate entfettete, nukleinsäurehaltige Zellmassen einsetzt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Behandlung mehrstufig erfolgt, wobei das Extraktionsmittel gleich oder verschieden ist.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Lösung Milchsäure, Apfelsäure oder Zitronensäure enthält.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Behandlung in einer Stufe mit Milchsäure- und in einer folgenden Stufe mit Saccharoselösung erfolgt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Behandlung bei etwa 0 bis 100°C, vorzugsweise 20 bis 90X, insbesondere 40 bis 80°C erfolgt.