СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ ДРОЖЖЕВЫХ КЛЕТОК ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ИЛИ БОЛЕЕ БЕТА-ГЛЮКАНОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЛИ СУСПЕНЗИИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩЕЙ БЕТА-ГЛЮКАН Российский патент 2020 года по МПК C12P19/04 C12N1/16 C08B37/00 B01D21/00 

Настоящее изобретение относится к способу извлечения из дрожжевых клеток по меньшей мере одного или более бета-глюкановых соединений или суспензии твердых веществ, содержащей бета-глюкан.

Бета-глюканы можно применять во многих областях. Поэтому его промышленное извлечение все больше привлекает внимание различных отраслей промышленности, например, кормовой и фармацевтической промышленности.

Возможное извлечение из овсяных отрубей было описано Michael Urs Beer в его диссертации ETH Zürich от 1994 года под названием «Gewinnung einer β-Glucan-reichen Haferkleiefraktion und deren Einfluss auf den Cholesterinspiegel in Blut des Menschen» “Gewinnung einer β-Glucan-reichen Haferkleiefraktion und deren Einfluss auf den Cholesterinspiegel in Blut des Menschen” [Recovery of a β-glucan-rich oat bran fraction and the influence thereof on the level of cholesterol in human blood].

WO 2008/138559 A1 раскрывает способ выделения глюкана из дрожжей с помощью ультразвука. Он включает применение перегретого пара для первоначального относительно интенсивного расщепления дрожжевых клеток. Дрожжевые клетки сохраняются во время применения ультразвуковых волн. Содержимое вакуолей экстрагируется через клеточную стенку. Во время этого процесса могут возникать кавитационные эффекты, но они препятствуют массопереносу через клеточную стенку вследствие образования газа на клеточной стенке, и поэтому температуру следует поддерживать как можно ниже, чтобы снизить затраты энергии для минимизации кавитационных эффектов. Таким образом, возникновение кавитационных эффектов является нежелательным эффектом, который препятствует экстракции через клеточную стенку.

DE 696 30 455 T2 также раскрывает ультразвуковую обработку для экстракции ингредиентов дрожжевых клеток из дрожжевой клетки.

DE 198 35 767 A1 описывает способ, в котором дрожжевые клетки изначально механически разрушают путем разки с последующей стадией промывки и лиофилизации и, наконец, стадией ферментативного расщепления для извлечения бета-глюканов в виде фракции твердых веществ.

В настоящее время целью настоящего изобретения - предоставить способ извлечения, который обеспечивает другой путь извлечения бета-глюканов, особенно с более высокими выходами и экономией химических средств.

Настоящее изобретение достигает этой цели способом, обладающим признаками по п. 1 формулы изобретения.

Способ по изобретению для извлечения одного или более соединений бета-глюкановых соединений из дрожжевых клеток характеризуется следующими стадиями:

A) обогащение дрожжевых клеток, в частности, путем культивирования в растворе сахара;

B) образование дрожжевой суспензии, содержащей по меньшей мере компоненты дрожжевых клеток, обогащенных согласно стадии А);

C) обработка дрожжевой суспензии в нанокавитаторе и

D) удаление бета-глюканового соединения или бета-глюкановых соединений в форме твердого вещества или суспензии твердых веществ, содержащей бета-глюкан, из дрожжевой суспензии.

Используя способ по изобретению таким образом можно извлечь по меньшей мере одно бета-глюкановое соединение или же смесь из множества различных бета-глюкановых соединений.

В качестве альтернативы также возможно получить суспензию твердых веществ, содержащую бета-глюкан, в результате удаления экстракта, например, дрожжевого экстракта или промывочного экстракта. Содержание бета-глюкана в суспензии твердых веществ будет больше, чем выше фракция экстракта в удаленном экстракте.

Следовательно, нанокавитатор необязательно следует применять в конце способа извлечения, но вместо этого его можно применять на разных стадиях способа извлечения. Также в способе извлечения возможно применять множество нанокавитаторов или один нанокавитатор для обработки дрожжевых суспензий, содержащих бета-глюкан, которые возникают на разных стадиях способа извлечения.

Суспензию дрожжей на стадии B) предпочтительно следует понимать как суспензию и/или дисперсию, содержащую твердые вещества, в частности, содержащую дрожжевые компоненты, которые присутствуют в нативном состоянии, денатурированном состоянии или по меньшей мере частично разрушенном состоянии.

Для культивирования дрожжевых клеток предпочтительно можно применять водный раствор сахара для обогащения дрожжевых клеток или клеток дрожжевых грибов.

Затем возможно образование дрожжевой суспензии, которая содержит по меньшей мере компоненты или целые дрожжевые клетки, которые были получены ранее. Дрожжевые клетки могут быть уже разрушенными или автолизированными. Дрожжевая суспензия может быть представлена различным образом. Например, непосредственно можно рассматривать называемый ферментативный бульон. Однако дрожжевую суспензию предпочтительно можно получить путем удаления раствора сахара и после автолиза дрожжевых клеток путем добавлением водного раствора щелочи.

Таким образом, контексте настоящего изобретения одним из вариантов в качестве дрожжевой суспензии, содержащей по меньшей мере компоненты дрожжевых клеток, полученной в соответствии со стадией А), является множество суспензий, содержащих дрожжи, которые могут возникать в процессе переработки дрожжевых клеток. Особенно предпочтительно дрожжевая суспензия представляет собой щелочную водную дрожжевую суспензию, которая уже была очищена от множества сопутствующих веществ посредством предшествующего автолиза и промывки, и в которой в значительно преобладающем соотношении присутствуют мертвые или автолизированные дрожжевые клетки, причем в некоторых случаях клетки также могут быть разрушены на их компоненты, в результате чего присутствуют только фрагменты клеточной стенки.

После этого дрожжевую суспензию обрабатывают с применением нанокавитатора. По сравнению с разрушением клеток в нанокавитаторе происходит частичное испарение растворителя, предпочтительно воды, в результате чего растворимые компоненты дрожжевой клетки, которые должны быть удалены, особенно стенки дрожжевой клетки, значительно лучше растворяются в растворителе. Более того, внутренняя структура дрожжевых клеток изменяется, в результате чего ингредиенты и сопутствующие вещества дрожжевой клетки легче переходят в растворитель.

Другими преимущественными вариантами реализации изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Преимущественно, когда дрожжевая суспензия, подлежащая обработке на стадии С, представляет собой щелочную дрожжевую суспензию, с pH 11 или более. Щелочная дрожжевая суспензия может представлять собой, в частности, водную дрожжевую суспензию. pH предпочтительно может составлять 12 или более.

Извлечение бета-глюканового соединения или бета-глюкановых соединений в форме твердого вещества или суспензии твердых веществ, содержащей бета-глюкан, из дрожжевой суспензии преимущественно может быть проведено путем фильтрации с применением фильтрационного устройства и/или путем сепарации в центробежном поле сепаратора.

Суспензия твердых веществ в контексте настоящего изобретения предпочтительно представляет собой водную суспензию твердых веществ. В контексте настоящего изобретения влажные твердые вещества также следует понимать как суспензию твердых веществ.

Суспензию дрожжей предпочтительно получают в форме водной суспензии.

Предпочтительно извлечение бета-глюканового соединения или бета-глюкановых соединений в форме твердого вещества или суспензии твердых веществ, содержащей бета-глюкан, из дрожжевой суспензии проводят путем фильтрации с применением фильтрационного устройства и/или путем сепарации в центробежном поле сепаратора.

Образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) может преимущественно включать автолиз дрожжевых клеток. Непосредственно после проведения автолиза можно применять нанокавитатор.

Однако еще более предпочтительно, когда образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) включает удаление после автолиза первой жидкой фазы, содержащей питательный раствор и клеточный экстракт дрожжевых клеток, с образованием твердой фазы или второй жидкой фазы, содержащей твердую фазу. Поскольку первая жидкая фаза содержит очень много растворенных соединений, сначала лучше удалить их из способа, чтобы впоследствии провести дополнительную экстракцию с применением подходящего растворителя и, при необходимости, также с установленным значением pH.

Таким образом, особенно предпочтительно, что образование дрожжевой суспензии согласно стадии В) также может включать промывку твердой фазы и/или второй жидкой фазы, содержащей твердую фазу, один или предпочтительно несколько раз, чтобы вымыть дополнительные легко растворимые загрязняющие вещества.

Образование дрожжевой суспензии согласно стадии В) может включать суспендирование автолизированных дрожжевых клеток, причем дрожжевую суспензию подвергают обработке с применением нанокавитатора, и/или обработку дрожжевой суспензии с применением нанокавитатора проводят после добавления щелочного раствора, в частности, щелочи.

Образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) затем может включать суспендирование и/или диспергирование автолизированных дрожжевых клеток, особенно после промывки, в водном растворе щелочи с образованием водного раствора. Указанный водный раствор является щелочным и особенно хорошо растворяет сопутствующие вещества из стенок дрожжевых клеток, в результате чего может быть извлечена высокочистая фракция бета-глюкана.

Из вышеизложенного ясно, что дрожжевая суспензия на стадии B) может представлять собой просто раствор сахара с культивируемыми в нем дрожжевыми клетками, но также возможно, что в твердую или содержащую твердые вещества жидкую фазу добавляют щелочь с применением или без применения дополнительной процедуры промывки и затем помещают в нанокавитатор.

В дополнение к обработке дрожжевой суспензии в нанокавитаторе обработку дрожжевой суспензии можно преимущественно проводить в гомогенизаторе и/или в смесительном устройстве. В случае последних устройств, в отличие от нанокавитации, происходит разрушение дрожжевых клеток.

Предпочтительно дополнительную обработку дрожжевой суспензии в гомогенизаторе и/или в смесительном устройстве проводят непосредственно перед или после обработки дрожжевой суспензии нанокавитатором. Это предотвращает чрезмерно сильную агломерацию компонентов дрожжевых клеток.

Во время обработки в нанокавитаторе температура дрожжевой суспензии может преимущественно составлять от 20 до 90°С, предпочтительно от 50 до 60°С.

Обработку в нанокавитаторе предпочтительно можно проводить несколько раз.

В качестве альтернативы или дополнения дрожжевую суспензию можно преимущественно направлять в циркуляционный контур, в результате чего она несколько раз проводится через нанокавитатор в течение одного временного интервала.

Чтобы получить преимущественно большой выход дрожжевых клеток, обогащение дрожжевых клеток проводят в растворе сахара без ограничения доступа кислорода.

Параметры способа обработки с применением нанокавитатора, особенно продолжительность обработки, рабочее давление и/или температуру дрожжевой суспензии, можно регулировать и/или контролировать на основании распределения частиц дрожжевых компонентов в дрожжевой суспензии по размерам и/или динамической вязкости в зависимости от скорости сдвига.

Образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) не ограничено конкретной стадией способа; вместо этого, образование соответствующей дрожжевой суспензии, содержащей бета-глюкан или содержащей клеточные стенки дрожжей, может происходить на разных стадиях способа извлечения. Предпочтительно дрожжевая суспензия, образованная в соответствии со стадией В), может быть получена

a) после обогащения дрожжевых клеток и перед автолизом;

b) после автолиза и перед сепарацией дрожжевого экстракта;

c) в течение промывки и перед удалением промывочного экстракта

и/или

d) после добавления щелочи,

и обработана c применением нанокавитатора.

Настоящее изобретение будет более подробно разъяснено ниже на основе сопроводительных чертежей и на основе одного варианта реализации, где:

На Фиг. 1 представлена диаграмма последовательности способа получения согласно изобретению;

На Фиг. 2 представлен график распределения частиц щелочных дрожжевых суспензий, содержащих компоненты дрожжевых клеток, по размерам, до, во время и после нанокавитации; и

На Фиг. 3 представлен график динамической вязкости в зависимости от скорости сдвига в щелочных дрожжевых суспензиях, содержащих компоненты дрожжевых клеток из Фиг.2.

В предшествующем уровне техники известна обработка дрожжевых клеток ультразвуком, что позволяет проводить экстракцию содержимого клеток через клеточную стенку. С этой целью в качестве вспомогательной меры для повышения проницаемости клеточной стенки и, таким образом, облегчения транспортировки через клеточную стенку можно применять горячий пар. Во время обработки ультразвуком может произойти кавитация, которая, однако, обволакивает поверхность клеточной стенки газом и поэтому является нежелательной. В то же время экстракция через клеточную стенку осуществляется при контакте жидкости с клеточной стенкой. Это означает, что обработка ультразвуком способствует переносу массы, и кавитация на поверхности клетки препятствует этому.

Обработка в нанокавитаторе отличается от обработки ультразвуком. Суспензию, подлежащую обработке, спрессовывают в нанокавитаторе под высоким давлением с помощью насоса. Специфическая геометрия потока в пределах нанокавитатора приводит к образованию областей, в которых давление жидкости падает до такой степени, что жидкость не достигает температуры кипения и резко испаряется. Выделенная здесь энергия приводит, среди прочего, к повреждению клеточных стенок дрожжей, находящихся в суспензии.

После повреждения клеточных стенок дрожжевых клеток удаление глюкана из дрожжевой суспензии может быть впоследствии осуществлено в центробежном поле и/или в фильтре, работающем под давлением, и/или в прессе. Таким образом устраняют кавитационный эффект при экстракции, в отличие от обработки ультразвуком в предшествующем уровне техники, где оба действия возникают одновременно, и кавитация препятствует переносу. Вследствие повреждения клеточной стенки экстракция может быть осуществлена значительно более эффективно, и вследствие пространственного разделения обеих стадий процесса можно упростить устройство для реализации способа.

На Фиг.1 представлена, например, последовательность способов для способа согласно изобретению для извлечения одного или более бета-глюкановых соединений из дрожжевых клеток.

Вещества класса глюканов представляют собой полисахариды, состоящие из мономерных звеньев глюкозы, которые связаны друг с другом посредством чередующихся бета-1,6-, -1,3- и -1,2-гликозидных связей. Известно, что они образуют опорную структуру клеточных стенок дрожжей. Бета-глюкан обладает положительными свойствами в отношении иммунной системы и поэтому используется в качестве возможного заменителя или в качестве дополнения к антибиотикам. В качестве альтернативы его можно также применять в качестве пищевой добавки для снижения смертности организмов, особенно водных организмов, например, моллюсков, рыб и им подобных. Поэтому бета-глюканы также можно применять в качестве корма для животных, для крупного рогатого скота, свиней и домашней птицы.

Клеточные стенки дрожжей по существу состоят из бета-глюканов, полимеров сахара маннана, белков, липидов и низких фракций хитина. В контексте настоящего изобретения растворение этих остаточных соединений в максимально возможной степени применимо при извлечении бета-глюканов.

Для извлечения бета-глюканов из дрожжевых грибов в соответствии со способом согласно изобретению обогащение дрожжевых грибов одной или более культур дрожжей осуществляют на первой стадии (10). Это осуществляют при обогащении дрожжей. Предпочтительно обогащение дрожжей можно проводить не в форме спиртового брожения, а под действием кислорода в растворе сахара, что приводит к обогащению дрожжевых грибов. Для сравнения, применение культивирования дрожжевых грибов при спиртовом брожении имеет меньший выход продукта и, следовательно, является менее предпочтительным. Питательный раствор, содержащий культивируемые дрожжевые клетки, представляет собой дрожжевую суспензию, образованную согласно стадии B).

Сразу после культивирования можно необязательно, но предпочтительно осуществлять обработку дрожжевых клеток с применением нанокавитатора (70). Это приводит к разрушению множества дрожжевых клеток.

После культивирования дрожжевых клеток в реакторе для культивирования указанные дрожжевые клетки могут быть дополнительно обработаны посредством автолиза ферментативным, термическим или механическим способами на дополнительной стадии (20) способа. Автолиз представляет собой ферментативное саморасщепление дрожжевых клеток, который в контексте настоящего изобретения можно поддерживать механически и/или термически. Кроме того, можно дополнительно добавлять ферменты, которые позволяют или обеспечивают автолиз путем уничтожения или обеспечивают эндогенные дрожжевые ферменты.

Указанный автолиз обычно связан с большой частью погибших дрожжевых клеток. Таким образом, автолизированная дрожжевая суспензия содержит твердые вещества в форме живых и мертвых дрожжевых клеток, а также твердых фрагментов, например, клеточных стенок дрожжей, и дрожжевого экстракта (31).

Указанная дрожжевая суспензия также может представлять собой дрожжевую суспензию в соответствии со стадией В) способа согласно изобретению и необязательно может быть обработана нанокавитатором (70').

Затем на следующей стадии способа можно провести сепарацию или удаление (30) дрожжевых клеток и компонентов дрожжевых клеток в виде твердой фазы (32) из сахарного или питательного раствора (31) и других растворимых компонентов клетки, например, клеточного экстракта, или, в некоторых случаях, также из живых клеток.

Сепарацию предпочтительно проводят в центробежном поле сепаратора. В качестве альтернативы или дополнительно можно проводить фильтрацию. Сепарация (30) обеспечивает получение белок-содержащей фазы (31) и твердой фазы (32), содержащей клетки дрожжевых грибов, фрагменты дрожжевых грибов, мертвые клетки дрожжевых грибов, стенки клеток дрожжевых грибов и живые клетки дрожжевых грибов, имеющие плотность больше, чем вода.

Впоследствии указанную твердую фазу (32) в качестве этапа последующей обработки может подвергать одноступенчатой или многоступенчатой промывке (40), чтобы, возможно, также извлечь дополнительные сопутствующие вещества. В связи с этим можно применять растворители, особенно воду, которые предназначены, во-первых, для обеспечения расщепления клеток и, во-вторых, для обеспечения микробиологической стабильности. Дрожжевые эндогенные протеазы и гидролазы затем гидролизуют содержимое клеток, в результате чего белки расщепляются на пептиды и аминокислоты, и ДНК и РНК расщепляются с образованием нуклеотидов. Для достижения более высокого содержания нуклеотидов дрожжевые эндогенные ферменты могут быть дополнены добавлением нуклеаз. Среди прочего, это может быть желательным, поскольку рибонуклеотиды гуаниловой кислоты и инозиновой кислоты увеличивают эффект усиления вкуса дрожжевого экстракта.

При упомянутой промывке дрожжевая суспензия, состоящая из воды и компонентов дрожжей, необязательно может быть обработана с применением нанокавитатора (70'').

Затем для извлечения указанных веществ, сопутствующих клеткам, промывочный экстракт (50) удаляют от оболочек клеток и фрагментов клеток предпочтительно с помощью центрифуг и/или фильтров.

Фаза клеточных оболочек, оставшаяся после удаления промывочного экстракта и сопутствующих веществ, содержит значительные количества бета-глюканов, которые могут быть извлечены в очищенной форме путем дальнейшего разрушения клеток.

Фазу клеточных оболочек диспергируют и/или суспендируют в щелочном, предпочтительно водном растворе (60). Значение рН указанного добавленного раствора или щелочи предпочтительно составляет 11 или более. Щелочь может представлять собой предпочтительно щелочь с концентрацией по меньшей мере 20 %, особенно щелочь с концентрацией по меньшей мере 30 %, причем процентное содержание приведено в расчете на мас.% соли гидроксида в воде.

Необязательную обработку диспергированной и/или суспендированной фазы клеточных оболочек затем проводят с применением нанокавитатора (70'''). В случае такого нанокавитатора щелочная жидкость, содержащая суспендированные или диспергированные компоненты дрожжевых клеток, протекает через канал, имеющий возмущения потока, в результате чего в нанокавитаторе несколько раз подряд происходит увеличение и снижение давления в пределах доли секунды, в отличие от разрушения, как это происходит, например, в высокопроизводительном смесителе.

На основании принципа течения Бернулли можно создавать частично высокие скорости потока с низким давлением вплоть до отрицательного давления, с непосредственным переходом к низким скоростям потока при высоком давлении до 80 бар.

В данном случае изменение имеет такую величину, что в случае отрицательного давления, возникающего вследствие потока, растворяющий компонент жидкости, например, вода, переходит в газообразное состояние до того, как оно конденсируется в следующий момент. Это приводит к изменению в оболочках дрожжевых клеток.

Подходящий нанокавитатор можно приобрести в качестве «реактора с нанокавитацией», например, от компании Cavitation Technologies Inc. (CTI).

Неожиданно можно достичь еще более высокой скорости экстракции, чем в случае повторной промывки или увеличения давления, например, при применении гомогенизатора.

Содержание сухого вещества в твердых веществах изменяется незначительно; однако состав интерстициальной жидкости, то есть непрерывной фазы, изменяется. Интерстициальный раствор или интерстициальная жидкость представляет собой жидкость, которая присутствует между дрожжевыми клетками. Она представляет собой сплошную среду в суспензии. Это можно объяснить только результатом обмена веществами между внешним и внутренним содержимым с точки зрения клетки, и, следовательно, это приводит к более высоким обнаруживаемым скоростям извлечения.

Реологическое поведение суспензии также изменяется. Вследствие повторного кавитационного эффекта можно наблюдать снижение вязкости.

При обработке с применением нанокавитатора можно наблюдать снижение вязкости в суспензии, при этом невозможно визуально идентифицировать изменение в клетках. Это очевидно из того факта, что распределение частиц по размерам не демонстрирует значительного изменения в результате применения, но вязкость при сравнимых скоростях сдвига уменьшается.

Таким образом поддерживается пластичное/дилатантное поведение течения согласно модели Гершеля-Балкли, но со значительно более низкой вязкостью. Это объясняется изменением суспендированных клеток, поскольку содержание сухого вещества не изменяется.

Затем, для получения очищенной фазы бета-глюкана, щелочь отделяют от суспендированных и/или диспергированных твердых веществ после обработки в нанокавитаторе. Это можно выполнить путем фильтрации или путем сепарации в центробежном поле сепаратора.

Вышеупомянутая последовательность способа описывает предпочтительный способ извлечения бета-глюканов. Однако бета-глюкан также можно извлекать непосредственно после автолиза путем добавления щелочи и с применением нанокавитатора. В связи с этим дальнейшие подготовительные стадии служат для обеспечения более высокой чистоты исходного материала перед его помещением в нанокавитатор и выделением дополнительных ценных продуктов.

Например, нанокавитатор можно применять непосредственно перед или предпочтительно после автокатализа. При обработке суспензии, содержащей дрожжи, с применением нанокавитатора особенно предпочтительно, если дрожжевая суспензия имеет щелочной рН для более эффективного выведения загрязняющих веществ в раствор. Таким образом, загрязняющие вещества удаляют из нерастворимых бета-глюканов.

Перед обработкой с применением нанокавитатора исходный материал может представлять собой, следовательно, дрожжевую суспензию, ферментативно автолизированную дрожжевую суспензию или промытый концентрат дрожжевой суспензии до и после изменения рН.

Обработку дрожжевой суспензии посредством нанокавитатора предпочтительно проводят при давлении от 50 до 150 бар, предпочтительно при 60-90 бар.

Температура дрожжевой суспензии, содержащей компоненты дрожжей, во время ее обработки в нанокавитаторе составляет от 20 до 90°С, предпочтительно 50-60°С.

Обработку дрожжевой суспензии, содержащей компоненты дрожжей, посредством нанокавитатора, можно проводить с применением однократного или многократного проведения или можно направлять в циркуляционный контур.

Щелочное расщепление клетки для высвобождения мешающих веществ и, в конечном счете, для повышения чистоты твердого вещества, содержащего бета-глюкан, извлеченного из клеточной стенки дрожжей, заметно улучшается после нанокавитации. Количество необходимой для этого щелочи снижается до приблизительно 20-33 % количества щелочи в отсутствие применения нанокавитатора. Солевая нагрузка бета-глюкана тем самым уменьшается, то есть он имеет более высокую чистоту. Кроме того, вязкость уменьшается.

После этого щелочь удаляют путем фильтрации и/или путем центробежной сепарациии (80). В остатке находится бета-глюкан высокой чистоты (90).

В дополнение, для извлечения бета-глюкана можно применять смесительное устройство и/или гомогенизатор до или после обработки с применением нанокавитатора. В частности, щелочная дрожжевая суспензия, содержащая компоненты дрожжевых клеток, в частности содержащая компоненты клеточной стенки, может быть помещена в смесительное устройство и/или гомогенизатор для достижения улучшенного растворения компонентов клеточной стенки. В результате остаются бета-глюканы высокой чистоты.

На Фиг. 2 представлено распределение частиц по размерам (101), с «размером частиц» в мкм по отношению к «объему» в %, в дрожжевой суспензии компонентов дрожжевых клеток щелочной дрожжевой суспензии до обработки с применением нанокавитатора, распределение частиц по размерам (102) во время обработки с применением нанокавитатора и распределение частиц по размерам (103) после обработки с применением нанокавитатора. Можно увидеть увеличение агрегации или агломерации суспендированных твердых веществ в пределах единицы из дрожжевых клеток. Однако, в то же время, изменения в общем размере единицы из дрожжевых клеток, отсутствуют. Это можно объяснить тем фактом, что в случае агрегации клетки были полностью разрушены, и компоненты клеток переориентированы с образованием более крупных единиц или агломератов. Такое разрушение позволяет переносить дополнительные растворимые компоненты в щелочь или щелочной растворитель.

На Фиг. 3 представлен график скорости сдвига относительно динамической вязкости для дрожжевых суспензий, показанных на Фиг. 2. Перед обработкой с применением нанокавитатора существует хорошая корреляция между скоростью сдвига и динамической вязкостью. Каждая из точек измерения (201) находится на представленных корреляционных линиях. Указанные точки измерения (201) относятся к щелочной дрожжевой суспензии, содержащей компоненты дрожжевых клеток до ее обработки с применением нанокавитатора. Точки измерения (202) относятся к щелочной дрожжевой суспензии, содержащей компоненты дрожжевых клеток после первоначальной обработки с применением нанокавитатора. Также можно отметить определенную корреляцию точек измерения вдоль корреляционных линий. Точки измерения (203) относятся к щелочной дрожжевой суспензии, содержащей компоненты дрожжевых клеток, после полной обработки с применением нанокавитатора. Можно отметить, что между динамической вязкостью и скоростью сдвига корреляция полностью отсутствует.

Корреляцию можно объяснить тем, что соответствующая дрожжевая суспензия и/или дрожжевая дисперсия представляет собой жидкость, вязкость которой уменьшается при более высокой скорости сдвига. После нанокавитации определенно наблюдается более высокое рассеяние точек измерения с изменением скорости сдвига. Это можно объяснить тем, что образуются фрагменты дрожжевых клеток или фрагменты клеточной стенки дрожжей, причем эти фрагменты определенно диспергированы более тонко. Корреляция между скоростью сдвига и динамической вязкостью в этом случае больше не наблюдается, что означает, что дрожжевые клетки, а также клеточные стенки дрожжей разрушены при обработке с применением нанокавитатора.

Для этой цели при каждом возможном применении нанокавитатора (70, 70', 70'', 70''') можно обрабатывать дрожжевую суспензию с применением нанокавитатора несколько раз.

Нанокавитатор можно применять в нескольких этапах способа. По изобретению нанокавитатор, однако, применяют по меньшей мере один раз после образования дрожжевой суспензии.

Перечень справочных обозначений

10 Обогащение дрожжевых клеток

20 Автолиз

30 Сепарация

31 Дрожжевой экстракт

32 Твердая фаза, содержащая твердые компоненты дрожжевых клеток и дрожжевые клетки

40 Промывка

50 Удаление промывочного экстракта

51 Промывочный экстракт

60 Добавление щелочи или реакция

61 Щелочной экстракт

70, 70', 70'', 70''' Нанокавитатор

80 Фильтрация и/или сепарация

90 Бета-глюкан

101-103 Кривые измерений

201-203 Точки измерений.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ извлечения одного или более бета-глюкановых соединений или содержащей бета-глюкан суспензии твердых веществ из дрожжевых клеток. Способ включает культивирование дрожжевых клеток в растворе сахара, образование содержащей компоненты дрожжевых клеток дрожжевой суспензии, обработку дрожжевой суспензии в нанокавитаторе при давлении от 50 до 150 бар и температуре от 20 до 90°C и удаление бета-глюканового соединения или бета-глюкановых соединений в форме твердого вещества или содержащей бета-глюкан суспензии твердых веществ из дрожжевой суспензии. Изобретение обеспечивает более высокий выход и экономию химических средств. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ извлечения одного или более бета-глюкановых соединений или суспензии твердых веществ, содержащей бета-глюкан, из дрожжевых клеток, отличающийся следующими стадиями:

A) обогащение дрожжевых клеток путем культивирования в растворе сахара (10);

B) образование дрожжевой суспензии, содержащей по меньшей мере компоненты дрожжевых клеток, обогащенных согласно стадии А);

C) обработка дрожжевой суспензии по меньшей мере один раз в, по меньшей мере, одном нанокавитаторе (70, 70', 70'' и/или 70''') при давлении от 50 до 150 бар и температуре от 20 до 90°C и

D) удаление бета-глюканового соединения или бета-глюкановых соединений (90) в форме твердого вещества или суспензии твердых веществ, содержащей бета-глюкан, из дрожжевой суспензии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дрожжевая суспензия, подлежащая обработке на стадии C), представляет собой щелочную дрожжевую суспензию, с pH 11 или более.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что извлечение бета-глюканового соединения или бета-глюкановых соединений (90) в форме твердого вещества или суспензии твердых веществ, содержащей бета-глюкан, из дрожжевой суспензии проводят фильтрацией с применением фильтрационного устройства и/или разделением в центробежном поле сепаратора (30, 50 и/или 80).

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) включает автолиз (20) дрожжевых клеток.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) включает, после автолиза (20), удаление (30) дрожжевого экстракта (31) с образованием твердой фазы (32) или второй жидкой фазы, содержащей твердые вещества, причем твердая фаза или вторая жидкая фаза содержит твердые компоненты дрожжевых клеток и содержит бета-глюкан.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) включает промывку (40) твердой фазы и/или второй жидкой фазы, содержащей твердые вещества, один раз или предпочтительно несколько раз.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что образование дрожжевой суспензии согласно стадии B) включает суспендирование аутолизированных дрожжевых клеток.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дрожжевую суспензию подвергают обработке с применением нанокавитатора (70, 70' и/или 70''), и/или тем, что обработку дрожжевой суспензии с применением нанокавитатора (70''') проводят после добавления щелочного раствора, в частности щелочи (60).

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что, в дополнение к обработке дрожжевой суспензии в нанокавитаторе (70, 70', 70'' и/или 70'''), обработку дрожжевой суспензии проводят в гомогенизаторе и/или в смешивающем устройстве.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что дополнительную обработку дрожжевой суспензии в гомогенизаторе и/или в смешивающем устройстве проводят непосредственно перед или после обработки дрожжевой суспензии с применением нанокавитатора (70, 70', 70'' и/или 70''').

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что в течение обработки в нанокавитаторе (70, 70', 70'' и/или 70''') температура дрожжевой суспензии составляет от 20 до 90°C, предпочтительно от 50 до 60°C.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что обработку в нанокавитаторе (70, 70', 70'' и/или 70''') проводят несколько раз.

13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что обработку в нанокавитаторе (70, 70', 70'' и/или 70''') проводят при давлении от 50 до 150 бар, предпочтительно при 60–90 бар.

14. Способ по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что дрожжевую суспензию направляют в циркуляционный контур, в результате чего она несколько раз проходит через нанокавитатор (70, 70', 70'' и/или 70''') в течение одного временного интервала.

15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что обогащение дрожжевых клеток (10) проводят в растворе сахара без удаления кислорода.

16. Способ по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что по меньшей мере один параметр способа обработки с применением нанокавитатора (70, 70', 70'' и/или 70'''), особенно продолжительность обработки, рабочее давление и/или температуру дрожжевой суспензии, контролируют и/или регулируют на основании распределения частиц дрожжевых компонентов в дрожжевой суспензии по размерам и/или динамической вязкости в зависимости от скорости сдвига.

17. Способ по любому из пп. 4-16, отличающийся тем, что дрожжевую суспензию, образованную в соответствии со стадией В, получают

a) после обогащения дрожжевых клеток (10) и перед автолизом (20),

b) после автолиза (20) и перед разделением дрожжевого экстракта (31),

c) в течение промывки (40) перед удалением (50) промывочного экстракта (51)

и/или

d) в течение реакции со щелочью (60) и перед удалением (80) щелочного экстракта (81)

и обрабатывают с применением нанокавитатора (70, 70', 70'' и/или 70''') согласно стадии C.