ПРОЦЕСС С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ПОТОКОМ ДЛЯ БИОКОНВЕРСИИ БИОМАССЫ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ ФЕРМЕНТЫ Российский патент 2024 года по МПК A23L11/30 A23L11/50 A23J3/34 A23J3/14 A23K10/12 A23K10/14 C12P19/00 C12M1/113 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к твердому субстрату, способу биоконверсии для получения ценного твердого продукта трансформации субстрата, причем биоконверсию осуществляют с использованием одного или нескольких подходящих ферментных препаратов путем непрерывного процесса с пробковым потоком в вертикальном реакторе без перемешивания, где перемещение опосредуется гравитационной силой.

Предпосылки создания изобретения

Существует потребность в биопродуктах, которые главным образом можно использовать как продукт питания или корм или в качестве ингредиентов в продукте питания или корме. Основными элементами в таких продуктах являются белки, жиры и углеводы. Подходящей биомассой для таких продуктов являются масличные сельскохозяйственные культуры, такие как масличные, зерновые и бобовые. Зерновые культуры имеют содержание белка, относительно сухого вещества, до 15%, например, пшеница, и бобовые имеют содержание белка до 40%, например, соевые бобы. Соя является в первую очередь промышленной культурой, выращиваемой для масла и белка. Она имеет относительно низкое содержание масла в бобах, но пока соевые бобы являются одним из крупных источников съедобного масла.

Питательное качество белка, измеренное по химической оценке его как композиции незаменимых аминокислот, и вкусовые качества белковых продуктов являются важными и обязательными параметрами для целей питания в продуктах питания и кормах и пищевых добавках. Применения белковых продуктов в продуктах фармации и косметических продуктах иногда также могут требовать высокой вкусовой привлекательности и/или специфических функциональных свойств.

Общей проблемой, связанной в особенности с бобами и плодами и семенами бобовых, которые включают углеводы и белковое вещество, как источников биопродукта (в частности, белковых продуктов), является содержание неусвояемых олигосахаридов, таких как стахиоза и раффиноза, вызывающих метеоризм и диарею при ферментации в толстой кишке.

Приблизительный средний состав соевых бобов, взятых как пример, измеренный на безводной основе, включает 40% белка; 20% жира, главным образом триглицеридов и некоторых фосфолипидов; 35% углеводов в форме растворимых олигосахаридов (сахароза, раффиноза, стахиоза, вербаскоза) и нерастворимое волокно, и 5% золы, включающей минералы, в частности, калий, кальций и магний.

Белки из бобов, семян, зерен и трав, включая соевые белки, такие как ингибиторы трипсина, аллергены и лектины, известны как антипитательные факторы. Они проявляют специфическое физиологическое действие. Ингибиторы трипсина ухудшают переваривание белков путем инактивации трипсина и считаются вредными для питательной ценности сои, и рассматриваются как ответственные за ухудшенный рост цыплят. Соевым аллергеном является β-конглицинин, вызывающий воспаление и дисфункцию кишечника.

Целью настоящего изобретения является способ производства продукта трансформации субстрата биомассы в процессе биоконверсии в вертикальном пробковом потоке, выполняемом в присутствии одного или нескольких подходящих ферментов.

Другой целью является способ, который можно выполнять в большом реакторе простой конструкции и за счет этого с малыми затратами.

Еще одной целью является эффективный способ биоконверсии биомассы, в частности, соевых бобов или семян рапса или их смесей, для того, чтобы произвести биопродукты с нужными свойствами, такими как высокое содержание белка и/или модифицированный профиль сахаров и/или улучшенная питательная ценность и/или пониженные антипитательные факторы и/или улучшенная вкусовая привлекательность и/или усиленные органолептические свойства и/или улучшенные функциональные свойства.

Последней целью изобретения является улучшенный способ производства биопродуктов, включающих пониженное количество неусвояемых углеводов и/или антипитательных факторов.

Эти цели реализуются способом по настоящему изобретению.

Сущность изобретения

Соответственно, в одном аспекте настоящее изобретение относится к способу производства твердого продукта трансформации субстрата, включающему следующие стадии:

- получение субстрата биомассы, включающей углеводы и белковое вещество, происходящие из соевых бобов, семян рапса или их смесей, необязательно в дополнительной смеси с углеводами и белковым веществом, происходящими из бобов фава, гороха, семян подсолнечника, люпина, зерновых и/или трав;

- смешивание указанного субстрата с ферментным препаратом или комбинацией ферментных препаратов, и добавление воды в количестве, которое обеспечивает начальную смесь для инкубации, имеющую содержание воды от 30% до 70%, и отношение мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности в полученной смеси от 0,60 до 1,45;

- инкубация указанной начальной смеси для инкубации в течение 0,15-240 часов при температуре 20-70°С и извлечение влажного твердого продукта трансформации из инкубированной смеси;

также включающему, что стадию инкубации выполняют как непрерывный процесс в пробковом потоке в вертикальном реакторе для инкубации без перемешивания с приспособлениями для впуска указанной смеси и добавок и приспособлениями для выпуска указанного твердого продукта трансформации.

В способе по настоящему изобретению для обработки биомассы используется гравитационная сила для перемещения/движения биомассы во время биоконверсии. Хотя использование силы тяжести для транспортировки вообще является простым, требуется тщательный выбор условий реакции для конкретной цели, как в случае процесса с пробковым потоком в настоящем изобретении.

Обычно, когда содержание воды повышается, смесь для инкубации имеет склонность к уплотнению за счет уменьшения объема пустот, так что это негативно влияет на поведение при переносе. Когда определенное количество воды достигается, смесь уплотняется до степени, когда перенос за счет гравитационной силы прекращается. Материал может прилипнуть к стенкам реактора, и равномерный пробковый поток разрушается, что приводит к колеблющемуся времени пребывания биомассы.

Решение проблемы, связанной с переносом смеси для инкубации за счет гравитационной силы, согласно настоящему изобретению должно включать использование реактора для инкубации, определенного в формуле изобретения, причем поток материала можно поддерживать настолько высоким и равномерным, что условия пробкового потока достигаются и сохраняются. Скорость потока регулируют приспособлениями на впуске и выпуске и размерами (отношение ширины к высоте) реактора.

Кроме того, решение согласно настоящему изобретению должно обеспечивать баланс содержания воды в смеси для инкубации такой, чтобы действие воды на поверхности частиц было достаточным для реакционного процесса. Это достигается путем поддержания отношения мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности субстрата на низком уровне и в определенных пределах, как определено в п.1.

Конкретнее, авторы настоящего изобретения обнаружили, что необходимого равномерного процесса можно достичь, используя начальную смесь для инкубации, имеющую содержание воды от 30 мас.% до 70 мас.% и отношение мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности от 0,60 до 1,45. В комбинации с указанным, вертикальная конструкция для процесса пробкового потока может обеспечить равномерный пробковый поток и гарантировать одно и то же время переработки смеси для инкубации. Кроме того, способ по настоящему изобретению проводят без перемешивания. Если содержание воды превышает приблизительно 70 мас.%, биомасса не может удерживать воду, и смесь для инкубации становится взвесью, имеющей водную фазу и твердую фазу. Эти две фазы не текут с одинаковыми скоростями потока, и равномерный пробковый поток не получится, и смесь для инкубации может прилипать к стенкам инкубатора. Содержание воды более приблизительно 70 мас.% приведет к отношению мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности, превышающему 1,45, которое согласно изобретению является верхним пределом.

Вертикальная конструкция является менее затратной по вложениям, чем горизонтальная конструкция, из-за ее большей пропускной способности в единой производственной линии. Она также требует меньше затрат для поддержания из-за меньшего числа механических движений. Использование реактора без перемешивания также вносит вклад в снижение эксплуатационных затрат.

Способ по настоящему изобретению эффективен, в частности, если субстрат биомассы обработан предварительно до того, как его смешивают с ферментным препаратом или комбинацией ферментных препаратов, поскольку предварительная обработка улучшает доступ ферментов к компонентам в биомассе, которые должны быть трансформированы. Предварительную обработку обычно выполняют путем химической или физической обработки, например, посредством разрушения, перемалывания, расплющивания, тепловой обработки, обработки под давлением, обработки ультразвуком, гидротермической обработки или обработки кислотой или щелочью.

Способ по изобретению можно использовать для получения твердого продукта трансформации субстрата, который представляет собой продукт трансформации белкового вещества и/или углеводов, происходящих из указанной биомассы.

Такие твердые продукты трансформации можно использовать, например, в переработанном продукте питания или в качестве ингредиента в продукте питания или корме или в качестве ингредиента косметического или фармацевтического продукта или пищевой добавки. Твердый продукт трансформации субстрата можно включать, например, в продукт питания, корм, косметический или фармацевтический продукт или пищевую добавку, до содержания от 1 мас.% до 99 мас.% твердого продукта трансформации.

Определения

В контексте настоящего изобретения следующие далее термины предназначены для включения указанного далее, если в описании не определено иное.

Термины «примерно», «около», «приблизительно» или «~» предназначены для того, чтобы показать, например, обычно выраженную изменчивость измерения в технике, которая может иметь величины порядка, например, +/- 1, 2, 5, 10, 20 или даже 50%.

Термин «включающий» следует интерпретировать как определяющий наличие установленной(ых) части(ей), стадии(ий), особенности(ей), композиции(ий), химиката(ов) или компонента(ов), но не исключающий наличие одной или нескольких дополнительных частей, стадий, особенностей, композиций, химикатов или компонентов. Например, композиция, включающая химическое соединение, может, таким образом, включать другие химические соединения, и т.д..

Процесс с пробковым потоком

В этом типе непрерывного процесса реакционная смесь течет через, например, трубчатый или многогранный (polyhedral) реактор с ограниченным обратным смешиванием. Поток является ламинарным потоком, в котором состав реакционной смеси меняется вдоль осевого направления реактора, или однородным потоком массы.

Биомасса

Включает биологический материал как продуцированный фотосинтезом, так и материал, который можно использовать в качестве сырья в промышленном производстве. В таком контексте термин «биомасса» относится к растительному материалу в форме семян, зерен, бобов, трав, например, бобов и гороха, и т.д., и их смесям, в частности, плодов и семян бобовых. Кроме того, биомасса, включающая бобы, особенно применима из-за содержания и состава белков.

Субстрат биомассы можно разрушить путем предварительной обработки, такой как химическая или физическая предварительная обработка, например, посредством измельчения, перемалывания, расплющивания, тепловой обработки, обработки давлением, обработки ультразвуком, гидротермической обработки или обработки кислотой или щелочью.

Биоконверсия

Это процесс инкубации ферментов на субстрате для определенной цели, например, инкубации протеазы на белке для продуцирования пептидов или отдельных аминокислот.

Твердый продукт трансформации субстрата

В контексте настоящего изобретения термин «твердый продукт трансформации субстрата» относится к продукту, образующемуся в результате инкубации выбранной биомассы с ферментным препаратом или комбинацией ферментных препаратов, которые могут превращать вещество субстрата в нужный продукт, и, необязательно, вспомогательной переработки.

Объемная плотность

Объемная плотность является параметром, важным для физического поведения биомассы, которая имеет форму порошка, гранул и т.п.. Параметр определяется как отношение массы к объему и может быть измерен, например, в г/мл. Он не является присущим свойством, но может изменяться в зависимости от переработки и может быть использован как показатель структурных изменений. Плотность материала определяют, помещая фиксированный объем материала в мерную чашку и определяя массу, или определяя массу измеренного объема материала. С помощью такого теста можно определить указанные далее свойства.

Объемная плотность (также известная как насыпная плотность) = масса/объем в исходном сухом состоянии, в г/мл или кг/м³.

Мокрая объемная плотность (также известная как общая плотность) = отношение общей массы (M_s+M_l) к ее общему объему;

M_s=масса твердых веществ, и M_l=масса жидкостей.

Таким образом, в контексте настоящего изобретения «сухая объемная плотность» представляет собой измеренную объемную плотность биомассы без добавления воды, а именно объемную плотность/насыпную плотность. «Мокрая объемная плотность» представляет собой объемную плотность, измеренную после добавления определенного количества воды.

Обычно объемную плотность измеряют в соответствии с Международными стандартами ISO 697 и ISO 60, но в силу природы веществ это неприемлемо в настоящем контексте. Отдельный используемый метод описан в примерах.

Олигосахариды и полисахариды

Олигосахарид представляет собой полимер сахарида, содержащий по меньшей мере два компонента простых сахаров. Полисахариды представляет собой полимеры сахаридов, содержащие несколько компонентов простых сахаров, также известные как сложные углеводы. Примеры включают полисахариды накопления, такие как крахмал, и структурные полисахариды, такие как целлюлоза.

Углеводы

Включают моно-, ди-, олиго- и полисахариды.

Белковые материалы

Включают органические соединения со значительным содержанием белков из аминокислот, выстроенных в одну или несколько цепей. При длине цепи приблизительно до 50 аминокислот соединение называют пептидом; при более высокой молекулярной массе органическое соединение называют полипептидом или белком.

Жиры

Включают сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Одна молекула глицерина может быть этерифицирована одной, двумя и тремя молекулами жирной кислоты с образованием моноглицерида, диглицерида или триглицерида, соответственно. Обычно жиры состоят главным образом из триглицеридов и небольших количеств лецитинов, стеролов и т.д.. Если жир является жидкостью при комнатной температуре, его обычно называют маслом. В отношении масел, жиров и родственных продуктов в данном контексте, ссылка делается на «Physical and Chemical Characteristics of Oils, Fats and Waxes», AOCS, 1996, а также на «Lipid Glossary 2», F.D. Gunstone, The Oily Press, 2004.

Глицериды

Включают моно-, ди- и триглицериды.

Ферменты

Фермент(ы) представляет(ют) собой весьма большой класс белковых веществ со способностью действовать как катализаторы. Обычно, и согласно рекомендациям Комиссии по номенклатуре ферментов, они делятся на шесть классов.

Типичные примеры в контексте изобретения могут включать, но без ограничения, протеазу(ы), пептидазу(ы), фитазу(ы), карбогидразу(ы), липазу(ы), амилазу(ы), глюкозидазу(ы), амилоглюкозидазу(ы), галактозидазу(ы), декарбоксидазу(ы), глюканазу(ы), пектиназу(ы), целлюлазу(ы), гемицеллюлазу(ы), фосфолипазу(ы), трансферазу(ы) и оксидоредуктазу(ы).

Вспомогательные агенты для обработки

1. Растительные компоненты и органические вещества для обработки

Некоторыми из функциональных свойств, которые являются важными в настоящем контексте, являются антиоксидантное антибактериальное действие, свойства смачивания и стимуляция ферментативной активности.

Список растительных компонентов для модуляции растворимых углеводов огромен, но наиболее важными являются следующие: розмарин, тимьян, орегано, флавониды, фенольные кислоты, сапонины и α- и β-кислоты из высушенных шишек хмеля, например, α-лупулиновая кислота.

Кроме того, органические кислоты, например, сорбиновая, пропионовая, молочная, лимонная и аскорбиновая кислота, и их соли для регулирования величины рН, консервации и свойств комплексообразования являются частью этой группы вспомогательных агентов для обработки.

2. Неорганические вспомогательные агенты для обработки

Включают неорганические композиции, которые могут предохранять против натиска бактерий во время переработки, например, бисульфит натрия и т.д.; средства против слеживания и агенты, улучшающие текучесть конечного продукта, например, алюмосиликат калия, и т.д..

Включаются неорганические кислоты, например, хлороводородная кислота или серная кислота.

Обработанные пищевые продукты

Включают молочные продукты, переработанные мясные продукты, сладости, десерты, десерты из мороженого, консервы, сублимированную еду, заправки, супы, полуфабрикаты, хлеб, торты и т.д..

Обработанные корма

Включают готовые к употреблению корма для животных, таких как поросята, телята, домашняя птица, пушные звери, овцы, кошки, собаки, рыба и ракообразные, и т.д..

Фармацевтические продукты

Включают продукты типично в форме таблеток или гранулированной форме, содержащих один или несколько биологически активных ингредиентов, предназначенные для лечения и/или облегчения симптомов заболевания или состояния. Кроме того, фармацевтические продукты включают фармацевтически приемлемые эксципиенты и/или носители. Твердые биопродукты, раскрытые в настоящем описании, очень хорошо подходят для применения в качестве фармацевтически приемлемого ингредиента в таблетке или грануле.

Косметические продукты

Включают продукты, предназначенные для личной гигиены, а также улучшения внешнего вида, такие как кондиционеры и средства для принятия ванн.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 показывает в полосе 1 маркер, в полосе 2 обработанный протеазой образец из примера 2, в полосе 3 эталонный образец для обоих примеров 2 и 3, в полосе 4 обработанный протеазой образец из примера 3.

Фигура 2 показывает состав растворимых сахаров и олигосахаридов. Полоса 1 - образец, обработанный карбогидразой, полоса 2 - эталон (соевая мука).

Фигура 3 показывает тонкослойную хроматографию, показывающую растворимые сахара и олигосахариды. Полоса 1 - образец, обработанный карбогидразой, полоса 2 - эталон.

Подробное описание изобретения

В первом воплощении способа по изобретению по меньшей мере 20 мас.% биомассы, например, по меньшей мере 30 мас.%, по меньшей мере 40 мас.%, по меньшей мере 50 мас.%, по меньшей мере 60 мас.%, по меньшей мере 70 мас.%, по меньшей мере 80 мас.% или по меньшей мере 90 мас.% составляет белковое вещество, происходящее из необязательно обезжиренной сои. Соя также может быть лущеной.

Во втором воплощении способа по изобретению по меньшей мере 20 мас.% биомассы, например, по меньшей мере 30 мас.%, по меньшей мере 40 мас.%, по меньшей мере 50 мас.%, по меньшей мере 60 мас.%, по меньшей мере 70 мас.%, по меньшей мере 80 мас.% или по меньшей мере 90 мас.% составляет белковое вещество, происходящее из необязательно обезжиренных семян рапса.

В третьем воплощении способа по изобретению биомасса включает белковое вещество, происходящее из необязательно обезжиренных соевых хлопьев, в количестве от 5 мас.% до 95 мас.%, в смеси с белковым веществом, происходящим из необязательно обезжиренных семян рапса, в количестве от 95 мас.% до 5 мас.%, необязательно дополнительно смешанное с белковым веществом, происходящим из бобов фава, гороха, семян подсолнечника и/или зерновых, в количествах, доводящих общее количество белкового вещества до 100 мас.%.

В любом из воплощений изобретения биомасса, включающая белковое вещество, может также включать олигосахариды и/или полисахариды, и/или также включает масла и жиры, например, из семян масличных растений.

В любом из воплощений изобретения твердый продукт трансформации субстрата может представлять собой продукт трансформации белкового вещества и/или углеводов, происходящих из указанной биомассы, такой как продукт трансформации бобов, таких как соя, горох, люпин, семян подсолнечника и/или зерновых, таких как пшеница или кукуруза, или из семян масличных растений, например, семян рапса.

В любом из воплощений изобретения субстрат или субстрат после смешивания с ферментным препаратом или комбинацией ферментных препаратов и водой не может включать какие-либо живые хлебопекарные дрожжи, и/или он не может включать какие-либо живые дрожжи, выбранные из штаммов Saccharomyces cerevisiae, включая дрожжи, выращенные для изготовления пива, и дрожжи, выращенные для дистиллята, и хлебопекарные дрожжи и дрожжи, выращенные для виноделия, или не включает какие-либо живые дрожжи; и/или, в частности, он не может включать хлебопекарные дрожжи, когда ферментом является α-галактозидаза.

В любом из воплощений изобретения твердый продукт трансформации субстрата может представлять собой продукт трансформации белкового вещества и/или углеводов, происходящих из указанной биомассы.

В любом из воплощений изобретения ферментный препарат или смесь ферментных препаратов включает один или несколько ферментов, выбранных из протеаз, пептидаз, фитаз, карбогидраз, таких как α-галактозидаза, амилазы, амилоглюкозидазы, целлюлазы, пектиназы и гемицеллюлазы, например, ксиланазы, манназы или глюканазы, и липазы и оксидоредуктазы.

В любом из воплощений изобретения отношение сухого вещества указанного субстрата биомассы к указанному ферментному препарату или указанной комбинации ферментных препаратов может составлять от 2:1 до 100000000:1, такое как 1000:1, 10000:1, 50000:1, 100000:1. 500000:1, 1000000:1, 5000000:1, 10000000:1, 50000000:1 или 100000000:1. Специалисту будет понятно, что отношение можно выбрать в зависимости от таких параметров, как условия процесса, активность фермента и нужный продукт, и специалист сможет оптимизировать отношение в соответствии с этими параметрами.

В любом из воплощений изобретения воду можно добавлять к субстрату в количестве, которое обеспечивает в субстрате отношение мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности от примерно 0,65 до 1,45, например 0,70, 0,75, 0,80, 0,85, 0,90, 0,95, 1,00, 1,10, 1,15, 1,20, 1,25, 1,30 или 1,35.

В любом из воплощений изобретения по меньшей мере 40 мас.% биомассы, например, по меньшей мере 50 мас.%, по меньшей мере 60 мас.%, по меньшей мере 70 мас.%, по меньшей мере 80 мас.% или по меньшей мере 90 мас.%, могут включать белковое вещество, происходящее из необязательно обезжиренных семян рапса, в то время как воду можно добавлять к субстрату в количестве, обеспечивающем отношение мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности от примерно 0,65 до примерно 1,10, такое, как 0,75, 0,80, 0,85, 0,90, 0,95, 1,00 или 1,05.

В любом из воплощений изобретения один или несколько вспомогательных агентов для обработки, выбранных из ферментов, растительных компонентов и органических и неорганических вспомогательных агентов для обработки, можно добавлять к субстрату до или во время инкубации.

В любом из воплощений изобретения препарат α-галактозидазы, можно добавлять к субстрату биомассы и/или к начальной смеси для инкубации в количестве от 0,05 до 50 единиц α-галактозидазы на г сухого вещества субстрата биомассы, например, от 0,5 до 25 единиц α-галактозидазы на г сухого вещества субстрата биомассы, например, от 1 до 10, от 2 до 8, от 3 до 6 или от 4 до 5 единиц α-галактозидазы на г сухого вещества субстрата биомассы.

В любом из воплощений изобретения степень заполнения указанного реактора для инкубации может оставаться постоянной. Это будет приводить к равномерному потоку.

В любом из воплощений изобретения инкубацию можно выполнять в анаэробных условиях.

В любом из воплощений изобретения содержание воды в смеси для инкубации может составлять от 35 мас.% до 70 мас.%, например, 40 мас.%, 45 мас.%, 50 мас.%, 55 мас.%, 60 мас.% или 65 мас.%. Таким образом, содержание воды в начальной смеси не превышает 70 мас.%, и оно может изменяться, например, от 40% до 65%, от 45% до 60%, от 48% до 52% или от 50% до 55%, например, составлять 49, 50, 51, 52, 53 или 54%.

В любом из воплощений изобретения смесь можно инкубировать в течение 1-240 часов при 20-70°С. Специалист будет знать, как оптимизировать время реакции и температуру реакции в связи с другими условиями реакции, такими как выбор фермента(ов). Так, температура может изменяться, например, в пределах 20-65°С, 25-60°C, 30-55°C, 35-50°C или 40-45°C; и время реакции можно выбрать, например, как 1-180 часов, такое, как 2-150 часов, 3-120 часов, 5-90 часов, 8-72 часа или 12-48 часов, при любом из упомянутых в настоящем описании температурных интервалов.

В любом из воплощений изобретения твердый продукт трансформации субстрата может быть высушен, необязательно с последующим измельчением.

В любом из воплощений изобретения смесь субстрата может быть инкубирована в течение времени и при температуре, достаточных для инактивации фермента(ов), любых антипитательных факторов и любых вспомогательных агентов для обработки, если использованы частично или полностью и если желательно.

В любом из воплощений изобретения вертикальный реактор для инкубации без перемешивания может быть закрытым.

В любом из воплощений изобретения реактор для инкубации без перемешивания может быть вертикального, вытянутоцилиндрического типа или типа многогранника. Преимуществом использования такого типа является то, что он компактный, и так как реактор без перемешивания, отсутствуют эксплуатационные расходы и расходы на обслуживание оборудования для перемешивания.

В любом из воплощений изобретения площадь в верхней части указанного реактора для инкубации без перемешивания может быть меньше, чем в нижней части, т.е., реактор имеет коническую форму. Преимуществом этого является то, что возрастает эффект скольжения, так что можно использовать биомассу с пониженной текучестью.

В любом из воплощений изобретения реактор для инкубации без перемешивания может иметь изоляцию матами или охлаждающую рубашку (thermal dimple jacket) и приспособления для регулирования температуры в реакторе для инкубации.

Твердый продукт трансформации субстрата по изобретению можно высушить до содержания воды не более 15 мас.%, 13 мас.%, 10 мас.%, 6 мас.%, 4 мас.% или 2 мас.% и он, необязательно, в измельченной форме.

Твердый продукт по изобретению может представлять собой продукт трансформации белкового вещества, олигосахаридов и/или углеводов, происходящих из указанной биомассы. Твердый продукт трансформации может иметь пониженное содержание антипитательных факторов, таких как ингибиторы трипсина, антигены, вызывающие метеоризм олигосахариды, например, стахиоза и раффиноза; фитиновой кислоты и лектина.

Твердый продукт по изобретению может включать по меньшей мере 40 мас.% белкового вещества от массы сухого вещества, происходящего из сои.

Твердый продукт по изобретению может включать по меньшей мере 40 мас.% белкового вещества от массы сухого вещества, происходящего из семян рапса.

Твердый продукт по изобретению может включать белки в количестве 30-65 мас.% от массы сухого вещества, происходящего из частей растений сои, семян рапса или подсолнечника или их смесей.

Твердый продукт по изобретению может включать раффинозу, стахиозу и вербакозу в общем количестве 3 мас.% или меньше, таком как 2% или меньше, 1% или меньше, 0,5% или меньше или 0,4% или меньше.

Наконец, изобретение относится к продукту питания, корму, косметическому или фармацевтическому продукту или пищевой добавке, содержащим от 1 мас.% до 99 мас.% твердого продукта трансформации, полученного согласно изобретению.

ПРИМЕРЫ

ОТНОШЕНИЕ ПЛОТНОСТЕЙ

Пример 1

Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность для предпочтительных субстратов на основе различных биомасс

1.1. Биомассы, используемые в процедуре

Соя

Используемая соя представляет собой обезжиренную соевую муку (SBM).

Кукуруза

Используемая кукуруза представляет собой цельную кукурузу, измельченную на молотковой дробилке с ситом 3,5 мм.

Пшеница

Используемая пшеница представляет собой цельную пшеницу, измельченную на молотковой дробилке с ситом 3,5 мм.

Подсолнечник

Используемый подсолнечник представляет собой муку из подсолнечного жмыха (SSM).

Семена рапса

Используемые семена рапса представляют собой муку из рапсового жмыха (RSM).

Бобы фава

Используемые бобы являются цельными бобами фава.

Гороховый белок

Используемый гороховый белок представляет собой концентрат горохового белка.

1.2. Описание процедуры

Биомассу и воду в количествах, указанных в таблице далее, смешивают в закрытом контейнере в течение десяти минут с последующим пятиминутным уравновешиванием.

После этого материал выгружают в мерную 500-мл чашку, и определяют ее массу, взвешивая чашку и вычитая массу чашки как тары.

Объемную плотность вычисляют как масса/исходный объем в кг/м³.

Используемой сухой объемной плотностью является измеренная объемная плотность биомассы без добавления воды.

Мокрой объемной плотностью является объемная плотность биомассы с добавленной водой.

Отношение вычисляют как мокрая объемная плотность, деленная на сухую объемную плотность.

Содержание влаги в биомассах определяют путем высушивания до постоянной массы.

После добавления воды влажность в смеси определяют путем вычисления.

1.3. Результаты

Результаты для 100% сои и смесей с 80% сои приводятся далее в таблице.

Соя Кукуруза Пшеница Подсолнечник Семена рапса Бобы фава Горох Вода в г Влажность в % Объемная плотность
кг/м³ Отношение 1000 г 0 10,9 665 - 1000 г 100 19,0 638 0,96 1000 г 250 28,7 500 0,75 1000 г 450 38,6 476 0,72 1000 г 750 49,1 470 0,71 1000 г 900 53,1 572 0,86 1000 г 1100 57,6 655 0,98 1000 г 1400 62,9 715 1,07 1000 г 1900 69,3 889 1,34 800 г 200 г 0 11,4 703 - 800 г 200 г 450 38,9 617 0,88 800 г 200 г 900 53,4 634 0,90 800 г 200 г 1900 69,4 1008 1,43 800 г 200 г 0 11,7 694 - 800 г 200 г 450 39,1 580 0,84 800 г 200 г 900 53,5 623 0,90 800 г 200 г 1900 69,5 960 1,38 800 г 200 г 0 10,4 683 - 800 г 200 г 450 38,2 554 0,81 800 г 200 г 900 52,9 598 0,88 800 г 200 г 1900 69,1 926 1,36 800 г 200 г 0 11,3 711 - 800 г 200 г 100 19,4 576 0,81 800 г 200 г 250 29,0 514 0,72 800 г 200 г 450 38,8 483 0,68 800 г 200 г 750 49,3 490 0,69 800 г 200 г 900 53,3 597 0,84 800 г 200 г 1100 57,8 528 0,74 800 г 200 г 1900 69,4 908 1,28 800 г 200 г 0 11,1 691 - 800 г 200 г 450 38,7 569 0,82 800 г 200 г 900 53,2 605 0,88 800 г 200 г 1900 69,3 941 1,36 800 г 200 г 0 11,2 703 - 800 г 200 г 450 38,7 488 0,69 800 г 200 г 900 53,2 728 1,04 800 г 200 г 1900 69,4 964 1,37

Результаты для смесей 60% и 40% сои с кукурузой, подсолнечником и семенами рапса, а также для 100% семян рапса приводятся далее в таблице.

Соя Кукуруза Подсолнечник Семена рапса Вода Влажность в % Объемная плотность кг/м³ Отношение 600 г 400 г 0 г 11,8 703 - 600 г 400 г 250 г 29,5 651 0,93 600 г 400 г 450 г 39,2 626 0,89 600 г 400 г 750 г 49,6 631 0,90 600 г 400 г 900 г 53,6 666 0,95 600 г 400 г 1100 г 58,0 723 1,03 600 г 400 г 1400 г 63,3 796 1,13 600 г 400 г 0 г 10,0 644 - 600 г 400 г 100 г 18,2 530 0,82 600 г 400 г 250 г 28,0 435 0,68 600 г 400 г 450 г 37,9 433 0,67 600 г 400 г 750 г 48,6 436 0,68 600 г 400 г 900 г 52,6 480 0,75 600 г 400 г 1100 г 57,1 449 0,70 600 г 400 г 1400 г 62,5 616 0,96 600 г 400 г 0 г 11,7 643 - 600 г 400 г 100 г 19,7 560 0,82 600 г 400 г 250 г 29,4 502 0,78 600 г 400 г 450 г 39,1 503 0,78 600 г 400 г 750 г 49,5 492 0,77 600 г 400 г 900 г 53,5 516 0,80 600 г 400 г 1100 г 57,9 545 0,85 600 г 400 г 1400 г 63,2 655 1,02 400 г 600 г 0 г 12,3 718 - 400 г 600 г 250 г 29,9 636 0,89 400 г 600 г 450 г 39,5 638 0,89 400 г 600 г 750 г 49,9 666 0,93 400 г 600 г 900 г 53,8 721 1,00 400 г 600 г 1100 г 58,2 802 1,12 400 г 600 г 1400 г 63,5 988 1,38 400 г 600 г 0 г 9,5 654 - 400 г 600 г 100 г 17,7 535 0,82 400 г 600 г 250 г 27,6 422 0,65 400 г 600 г 450 г 37,6 487 0,74 400 г 600 г 750 г 48,3 491 0,75 400 г 600 г 900 г 52,4 512 0,78 400 г 600 г 1100 г 56,9 585 0,89 400 г 600 г 1400 г 62,3 612 0,94 400 г 600 г 0 г 12,1 658 - 400 г 600 г 100 г 20,1 556 0,84 400 г 600 г 250 г 29,7 471 0,72 400 г 600 г 450 г 39,4 458 0,70 400 г 600 г 750 г 49,8 486 0,74 400 г 600 г 900 г 53,7 486 0,74 400 г 600 г 1100 г 58,1 531 0,81 400 г 600 г 1400 г 63,4 605 0,92 0 г 1000 г 0 г 12,9 616 - 0 г 1000 г 100 г 20,8 484 0,79 0 г 1000 г 250 г 30,3 438 0,71 0 г 1000 г 450 г 39,9 457 0,74 0 г 1000 г 750 г 50,2 507 0,82 0 г 1000 г 900 г 54,1 535 0,87 0 г 1000 г 1100 г 58,5 585 0,95 0 г 1000 г 1400 г 63,7 688 1,12

БИОКОНВЕРСИЯ В ПИЛОТНОМ МАСШТАБЕ

Материалы и методы

Материалы

Биомассы: соевая мука (SBM), соевые хлопья, мука из рапсового жмыха (RSM) и мука из подсолнечного жмыха (SSM).

Вода: обычная водопроводная вода.

Ферменты

Протеаза: папаин от Enzybel; ронозим Pro Act от DSM; кислая протеаза от Suntaq International Ltd;

α-галактозидаза: от Bio-Cat (12500 Е/г);

фитаза: натуфос от BASF.

Другие карбогидразы: вискозим L от Novozymes, ронозим VP от Novozymes.

Пример 2

Биоконверсия с протеазой SBN и RSM (отношение 50:50)

2.1. Инкубатор

Используемый лабораторный инкубатор представляет собой изолированную цилиндрическую вытянутую трубу из нержавеющей стали с рабочим объемом 2 м³ и впуском и выпуском. Кроме того, инкубатор снабжен температурным зондом на впуске, а также на выпуске.

2.2. Метод

В лабораторный вертикальный реактор общим объемом 2,0 м³ непрерывно подают 250 кг/час соевой муки (SBM), 250 кг/час муки из рапсового жмыха (RSM), 967 кг/час воды при 25°С, 0,5 к г/час протеазы (папаин от Enzybel) и 0,5 кг/час протеазы (ронозим ProAct от DSM). Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность в смеси для инкубации составляет 1,10.

Количество на выходе регулируют для поддержания постоянного уровня заполнения реактора, и уровень заполнения устанавливают для получения общего времени переработки 1,0 час. Сразу после выхода из вертикального реактора продукт подвергают тепловой обработке при 99°С в течение 15 мин с последующей сушкой на воздухе.

2.3. Процедура испытания продукта

Обработанный ферментами продукт и его необработанный образец для сравнения - смесь 50:50 SBM и RSM - анализируют SDS-PAGE на растворимые петптиды с использованием следующего метода.

Суспендируют 5,0 г продукта в воде, рН доводят до 8,5, и доводят водой до общей массы 50,0 г. Суспензию греют при 90°С в течение 15 мин с последующим центрифугированием при 3000 RCF в течение 15 мин. Супернатант смешивают 1+5 с буфером для образцов Laemmli+50 мM DTT (Laemmli, 1970) и греют при 90°C в течение 15 мин. Загружают 15 мкл каждого образца в гель TGX Any kD и проводят испытание, следуя инструкциям изготовителя. Гель окрашивают коллоидным кумасси (Kang et al., 2002).

Ссылки

Kang D., Gho YS., Suh M. and Kang C., Bull. Korean Chem. Soc., 2002, Vol. 23, No. 11, pp. 1511-1512.

Laemmli UK, Nature, 1970, Vol. 227, pp. 680-685.

2.4. Результаты

Результаты SDS-PAGE показаны на фигуре 1, полосы 2 и 3.

Из SDS-PAGE ясно, что большинство полос различных белков в необработанной смеси SBM/RSM (полоса 3) гидролизовано до пептидов путем обработки протеазами в вертикальном реакторе, используемом согласно изобретению (полоса 2).

Пример 3

Биоконверсия с протеазой SBN и RSM (отношение 50:50)

3.1. Инкубатор

Используемый лабораторный инкубатор представляет собой изолированную цилиндрическую вытянутую трубу из нержавеющей стали с рабочим объемом 2 м³ и впуском и выпуском. Кроме того, инкубатор снабжен температурным зондом на впуске, а также на выпуске.

3.2. Метод

В лабораторный вертикальный реактор общим объемом 2,0 м³ непрерывно подают 15,6 кг/час соевой муки (SBM), 15,6 кг/час муки из рапсового жмыха, 24 кг/час воды при 40°С, 0,03 кг/час протеазы (кислая протеаза от Suntaq International Ltd.) и 0,88 кг/час H₂SO₄. Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность в смеси для инкубации составляет 0,75.

Количество на выходе регулируют для поддержания постоянного уровня заполнения реактора, и уровень заполнения устанавливают для получения общего времени переработки 16 час. Сразу после выхода из вертикального реактора продукт подвергают тепловой обработке при 99°С в течение 15 мин с последующей сушкой на воздухе.

3.3. Процедура испытания продукта

Обработанный ферментами продукт и его необработанный образец для сравнения - смесь 50:50 SBM и RSM - анализируют SDS-PAGE на растворимые пептиды с использованием следующего метода.

Суспендируют 5,0 г продукта в воде, рН доводят до 8,5, и доводят водой до общей массы 50,0 г. Суспензию греют при 90°С в течение 15 мин с последующим центрифугированием при 3000 RCF в течение 15 мин. Супернатант смешивают 1+5 с буфером для образцов Laemmli+50 мM DTT (Laemmli, 1970) и греют при 90°C в течение 15 мин. Загружают 15 мкл каждого образца в гель TGX Any kD и проводят испытание, следуя инструкциям изготовителя. Гель окрашивают коллоидным кумасси (Kang et al., 2002).

Ссылки

Kang D., Gho YS., Suh M. and Kang C., Bull. Korean Chem. Soc., 2002, Vol. 23, No. 11, pp. 1511-1512.

Laemmli UK, Nature, 1970, Vol. 227, pp. 680-685.

3.4. Результаты

Результаты SDS-PAGE показаны на фигуре 1, полосы 3 и 4.

Из SDS-PAGE ясно, что большинство полос различных белков в необработанной смеси SBM/RSM (полоса 3) гидролизовано до пептидов путем 16-часовой обработки протеазой в вертикальном реакторе (полоса 4).

Пример 4

Биоконверсия с α-галактозидазой соевых хлопьев

Биомасса включает полисахариды и белки из бобов.

4.1. Инкубатор

Используемый инкубатор представляет собой изолированную цилиндрическую вытянутую трубу из нержавеющей стали с внутренним диаметром 1,55 м и общей высотой 4,75 м. В верхней части имеется комплект из трех мониторов уровня типа вращающихся лопастей для регулирования системы впуска и распределения до уровня 4,25 м. Это придает инкубатору эффективный рабочий объем 8 м³. Кроме того, инкубатор снабжен температурным зондом на впуске, а также на выпуске.

4.2. Метод

Смесь отшелушенных обезжиренных и освобожденных от растворителей соевых хлопьев, серной кислоты, α-галактозидазы и воды при 60°С получают непрерывно в количествах для достижения содержания сухого вещества в смеси 50 мас.%, рН 4,7 и концентрации α-галактозидазы 1,1 кг/тонна сои. Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность в смеси для инкубации составляет 0,73.

Инкубатор заполняют смесью для инкубации в подходящей степени в час. Через 16 часов инкубатор загружают до рабочего уровня, и приспособления на выпуске устанавливают на скорость для поддержания уровня заполнения постоянным.

Аликвоту объемом приблизит. 30 литров берут после 18 часов проведения испытания и инкубируют при 100°С с помощью свежего пара в течение 25 мин.

Затем влажный твердый продукт трансформации биомассы сушат распылением под вакуумом и измельчают.

Общие параметры инкубации следующие:

время инкубации 16 часов,

температура на впуске 45°С,

температура на выпуске 45°С.

4.3. Результаты

Твердый продукт трансформации биомассы имеет общее содержание сырого белка (N×6,25) 52,6 мас.% и содержание воды 5,6 мас.%, что соответствует 55,5% белка в сухом веществе. Кроме того, содержание стахиозы и раффинозы в сухом твердом продукте трансформации значительно снижено, как показано в таблице 1.

Таблица 1 Соевые хлопья Продукт Белок сухого вещества 56% +/- 1% 55,5% Стахиоза+раффиноза 5-6% Отсутствуют

Твердый продукт трансформации является высокопитательным и приятным и поэтому подходит в качестве ингредиента для ряда продуктов питания и кормов или пищевых добавок. Кроме того, его можно использовать в качестве эксципиента в фармацевтических продуктах и в косметических продуктах, например, средствах для принятия ванн.

Пример 5

Биоконверсия с фитазой соевых хлопьев

Эта биомасса включает полисахариды и белки из бобов.

5.1. Инкубатор

Используемый инкубатор представляет собой изолированную цилиндрическую вытянутую трубу из нержавеющей стали с внутренним диаметром 1,55 м и общей высотой 4,75 м. В верхней части имеется комплект из трех мониторов уровня типа вращающихся лопастей для регулирования системы впуска и распределения до уровня 4,25 м. Это придает инкубатору эффективный рабочий объем 8 м³. Кроме того, инкубатор снабжен температурным зондом на впуске, а также на выпуске.

5.2. Метод

Смесь отшелушенных обезжиренных и освобожденных от растворителей соевых хлопьев, термостабильной фитазы и воды при 95°С получают непрерывно в количествах для достижения содержания сухого вещества в смеси 46 мас.% и концентрации фитазы 250 г/тонна сои.

Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность в смеси для инкубации составляет 0,87.

Инкубатор заполняют смесью для инкубации со скоростью 750 литров в час. Через 12 часов инкубатор загружают до рабочего уровня, и приспособления на выпуске устанавливают на скорость для поддержания уровня заполнения постоянным.

Аликвоту объемом приблизит. 30 литров берут после 14 часов проведения испытания и инкубируют при 100°С с помощью свежего пара в течение 25 мин.

Затем влажный твердый продукт трансформации биомассы сушат и измельчают.

Общие параметры инкубации следующие:

время инкубации 12 часов,

температура на впуске 67°С,

температура на выпуске 66°С.

5.3. Результаты

Твердый продукт трансформации биомассы имеет общее содержание сырого белка (N×6,25) 51,0 мас.% и содержание воды 8,0 мас.%, что соответствует 55,4% белка в сухом веществе. Кроме того, содержание связывающей фосфор фитиновой кислоты (антипитательной) в сухом твердом продукте трансформации значительно снижено, как показано в таблице 2.

Таблица 2 Соевые хлопья Продукт Белок сухого вещества 55% +/- 1% 55,4% Связывающая фосфор фитиновая кислота 0,42% 0,08%

Твердый продукт трансформации является высокопитательным и приятным и поэтому подходит в качестве ингредиента для ряда продуктов питания и кормов или пищевых добавок. Кроме того, его можно использовать в качестве эксципиента в фармацевтических продуктах и в косметических продуктах, например, средствах для принятия ванн.

Пример 6

Биоконверсия с карбогидразой соевой муки (SBM)

Эта биомасса включает полисахариды и белки из бобов.

6.1. Инкубатор

Инкубатор представляет собой промышленный вертикальный реактор с общим объемом 96 м³.

6.2. Метод

На впуске используют постоянное количество ингредиентов 1800 кг/час соевой муки, 2800 кг/час воды при 60°C, 6,5 кг/час вискозима L от Novozymes и 2,8 кг/час Depol 679 от Biocatalysts. Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность в смеси для инкубации составляет 1,1.

Количество на выпуске регулируют для поддержания уровня заполнения постоянным, и уровень заполнения устанавливают для получения общего времени переработки 16 часов. Сразу после выхода из вертикального реактора продукт греют при 99°С в течение 15 мин с последующей сушкой на воздухе.

6.3. Процедура испытания продукта

Состав растворимых сахаров и олигосахаридов анализируют тонкослойной хроматографией, извлекая водную взвесь 10% DM в течение 30 мин с последующим центрифугированием в течение 10 мин при 3000 g и нанесением супернатанта на пластинки для ТСХ с силикагелем 60 (Merck). Различные компоненты определяют количественно путем сравнения со стандартами известной концентрации (Chaplan and Kennedy, 1986).

Ссылки

Chaplan MF and Kennedy JF. Carbohydrate analysis - practical approach; I RL Press, Oxford, 1986.

6.4. Результаты

Результаты тонкослойной хроматографии показаны на фигуре 2. Очевидно, что обработка карбогидразой (полоса 1) освобождает некоторые растворимые углеводы, что визуализируется дополнительным пятном между сахарозой и раффинозой при тонкослойной хроматографии, а также общим размытием полосы по сравнению с эталоном (полоса 2).

Пример 7

Биоконверсия с карбогидразой соевой муки (SBM), муки из рапсового жмыха (RSM) и пшеницы

Эта биомасса включает полисахариды и белки из бобов.

7.1. Инкубатор

Инкубатор представляет собой лабораторный пластиковый контейнер.

7.2. Метод

Смешивают 60 г соевой муки, 45 г муки из рапсового жмыха, 45 г дробленой пшеницы, 180 г воды, 3,0 г H₂SO₄, 0,525 г вискозима L от Novozymes, 0,225 г Depol 679 от Biocatalysts, 0,30 г BAN 480 L от Novozymes и 0,30 г AMG 300 L от Novozymes и оставляют для инкубации при 37°C на 16 часов. Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность в смеси для инкубации составляет 0,90.

После инкубации продукт греют при 100°С в течение 15 мин с последующей сушкой на воздухе и измельчением.

7.3. Процедура испытания продукта

Обработанный ферментами продукт и его необработанный образец для сравнения - перемешанных 60 г соевой муки+45 г муки из рапсового жмыха+45 г дробленой пшеницы - анализируют на растворимые/нерастворимые не являющиеся крахмалом полисахариды (NSP) с использованием метода Englyst et al., 1994. Содержание углеводов в водном экстракте анализируют методом с фенолом и серной кислотой, и состав растворимых сахаров и олигосахаридов анализируют тонкослойной хроматографией, извлекая водную взвесь 10% DM в течение 30 мин с последующим центрифугированием в течение 10 мин при 3000 g и нанесением супернатанта на пластинки для ТСХ с силикагелем 60 (Merck). Различные компоненты определяют количественно путем сравнения со стандартами известной концентрации (Chaplan and Kennedy, 1986).

Ссылки

Chaplan MF and Kennedy JF. Carbohydrate analysis - practical approach; I RL Press, Oxford, 1986.

Englyst HN, Quigley ME. and Hudson GJ; Analyst, 1994, Vol. 119, pp. 1497-1509.

7.4. Результаты

Результаты по растворимым и нерастворимым NSP, а также по содержанию растворимых углеводов приводятся в таблице 3. Результаты тонкослойной хроматографии показаны на фигуре 3.

Очевидно, что обработка карбогидразой освобождает некоторые растворимые углеводы, что визуализируется размытым пятном при тонкослойной хроматографии, и что, по сравнению с эталоном, обработка карбогидразой изменяет количества растворимых углеводов и NSP, присутствующих в продукте.

Таблица 3. Содержание растворимых/нерастворимых NSP, а также содержание растворимых углеводов в продукте, обработанном ферментом, и его необработанном образце для сравнения, соответственно Название продукта Фракция Всего г/100 г SD Пример 7, продукт Растворимые NSP 4,0 0,1 Нерастворимые NSP 8,5 0,1 Все NSP 12,5 0,3 Растворимые углеводы 28,7 4,8 Пример 7, образец для сравнения Растворимые NSP 2,8 0,2 Нерастворимые NSP 12,0 0,2 Все NSP 14,8 0,5 Растворимые углеводы 15,0 4,2

Пример 8

Биоконверсия с карбогидразой соевой муки (SBM) и муки из подсолнечного жмыха (RSM)

Эта биомасса включает полисахариды и белки из бобов.

8.1. Инкубатор

Инкубатор представляет собой лабораторный вертикальный реактор с общим объемом 2,0 м³.

8.2. Метод

На впуске используют постоянное количество ингредиентов 18,8 кг/час соевой муки, 12,5 кг/час муки из подсолнечного жмыха, 30 кг/час воды при 40°C, 0,03 кг/час карбогидразы (ронозим VP от Novozymes) и 0,88 кг/час H₂SO₄. Отношение мокрая объемная плотность/сухая объемная плотность в смеси для инкубации составляет 0,80.

Количество на выпуске регулируют для поддержания уровня заполнения в реакторе постоянным, и уровень заполнения устанавливают для получения общего времени переработки 16 часов. Сразу после выхода из вертикального реактора продукт греют при 99°С в течение 15 мин с последующей сушкой на воздухе.

8.3. Процедура испытания продукта

Обработанный ферментами продукт и его необработанный образец для сравнения - 90 г соевой муки+60 г муки из подсолнечного жмыха - анализируют на растворимые/нерастворимые не являющиеся крахмалом полисахариды (NSP) с использованием метода Englyst et al., 1994.

Ссылки: Englyst HN, Quigley ME. and Hudson GJ; Analyst, 1994, Vol. 119, pp. 1497-1509.

8.4. Результаты

Результаты анализа NSP приводятся в таблице 4. Очевидно, что обработка изменяет количества фракций NSP.

Таблица 4. Содержание растворимых/нерастворимых NSP, а также содержание растворимых углеводов в продукте, обработанном ферментом, и его необработанном образце для сравнения, соответственно Название продукта Фракция Всего г/100 г SD Пример 8, продукт Растворимые NSP 3,8 1,4 Нерастворимые NSP 12,6 1,4 Все NSP 16,3 0,2 Пример 8, образец для сравнения Растворимые NSP 3,4 1,0 Нерастворимые NSP 14,8 1,0 Все NSP 18,2 0,1

Пример 9

Биоконверсия в крупном масштабе

Инкубатор

Используемый реактор представляет собой вертикальный цилиндр с эффективной высотой 7,3 м и диаметром 4,3 м.

В верхней части вертикального реактора поступающую смесь загружают почти по центру реактора. Для равномерного распределения поступающая во впускное отверстие смесь распределяется по периметру реактора ножом скрепера или планирной штангой.

Продукт извлекают в донной части реактора, добиваясь постоянного времени пребывания для любого разброса частиц в верхней части реактора.

Проверка равномерности пробкового потока

Впускные и выпускные приспособления реактора регулируются для достижения ожидаемого времени пребывания 12 часов. Для того, чтобы удостовериться в постоянном времени распределения, в загружаемую смесь добавляют инертное индикаторное вещество. Загружаемая смесь, используемая в эксперименте, имеет естественное содержание железа около 143 мг/кг сухого вещества (= начальная концентрация); поэтому в качестве индикатора используют сульфат железа (FeSO₄) в концентрации 1167 мг FeSO₄/кг сухого вещества загружаемой смеси, что равно общему содержанию железа 572 мг Fe/кг всего сухого вещества. В момент времени 0 часов FeSO₄ добавляют в загружаемую смесь, подаваемую в реактор в течение 60 минут. Образцы берут каждые 20 минут, сушат и анализируют на содержание железа, и обнаруживают, что обогащенный FeSO₄ продукт выходит из реактора через 12-13 часов после добавления FeSO₄ в смесь, загружаемую во впускное отверстие, а максимальную концентрацию Fe 355 мг/кг обнаруживают через 12,5 часов от начала эксперимента.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Описан способ производства твердого продукта, выбранного из твердого кормового ингредиента, или твердого пищевого ингредиента, или твердой пищевой добавки, включающий получение субстрата биомассы, включающей углеводы и белковое вещество, происходящие из семян соевых бобов, семян рапса или их смесей, причем по меньшей мере 20 мас.% указанной биомассы включают углеводы и белковое вещество, происходящие из семян соевых бобов, семян рапса или их смесей, смешивание указанного субстрата с ферментным препаратом или комбинацией ферментных препаратов, и добавление воды в количестве, которое обеспечивает начальную смесь для инкубации, имеющую содержание воды от 30 мас.% до 70 мас.% и отношение мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности от 0,60 до 1,45, инкубацию указанной начальной смеси для инкубации в течение 1-48 часов при температуре 20-70°С и извлечение из инкубированной смеси указанных конечных продуктов, при этом стадию инкубации выполняют как непрерывный процесс в равномерном пробковом потоке в вертикальном реакторе для инкубации без перемешивания с приспособлениями для впуска указанной смеси и добавок и приспособлениями для выпуска указанного твердого продукта трансформации, а перемещение биомассы опосредовано гравитационной силой. Изобретение позволяет получать биопродукты с высоким содержанием белка и/или модифицированным профилем сахаров, включающие пониженное количество неусвояемых углеводов и/или антипитательных факторов. 23 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл., 9 пр.

1. Способ производства твердого продукта, выбранного из твердого кормового ингредиента, или твердого пищевого ингредиента, или твердой пищевой добавки, где способ включает следующие стадии:

- получение субстрата биомассы, включающей углеводы и белковое вещество, происходящие из семян соевых бобов, семян рапса или их смесей, причем по меньшей мере 20 мас.% указанной биомассы включают углеводы и белковое вещество, происходящие из семян соевых бобов, семян рапса или их смесей;

- смешивание указанного субстрата с ферментным препаратом или комбинацией ферментных препаратов и добавление воды в количестве, которое обеспечивает начальную смесь для инкубации, имеющую содержание воды от 30 мас.% до 70 мас.% и отношение мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности от 0,60 до 1,45;

- инкубация указанной начальной смеси для инкубации в течение 1-48 часов при температуре 20-70°С, и

- извлечение из инкубированной смеси указанных твердого кормового ингредиента, или твердого пищевого ингредиента, или твердой пищевой добавки, полученной в результате инкубации белкового вещества и/или углеводов, происходящих из указанной биомассы, с указанным ферментным препаратом или комбинацией ферментных препаратов;

причем стадию инкубации выполняют как непрерывный процесс в равномерном пробковом потоке в вертикальном реакторе для инкубации без перемешивания с приспособлениями для впуска указанной смеси и добавок и приспособлениями для выпуска указанного твердого продукта трансформации, и

где перемещение биомассы опосредовано гравитационной силой.

2. Способ по п.1, где указанная биомасса дополнительно смешана с углеводами и белковым веществом, происходящими из семян бобов фава, семян гороха, семян подсолнечника, семян люпина и/или семян зерновых.

3. Способ по п. 1 или 2, также включающий предварительную обработку указанного субстрата биомассы до его смешивания с указанным ферментным препаратом или указанной комбинацией ферментных препаратов, такую как химическая или физическая предварительная обработка, например, посредством разрушения, перемалывания, расплющивания, тепловой обработки, обработки под давлением, обработки ультразвуком, гидротермической обработки или обработки кислотой или щелочью.

4. Способ по любому из пп. 1-3, причем по меньшей мере 30 мас.% указанной биомассы, например по меньшей мере 40 мас.%, по меньшей мере 50 мас.%, по меньшей мере 60 мас.%, по меньшей мере 70 мас.%, по меньшей мере 80 мас.% или по меньшей мере 90 мас.% указанной биомассы, включают углеводы и белковое вещество, происходящие из необязательно обезжиренных и/или необязательно лущеных соевых бобов, необязательно обезжиренных семян рапса или их смесей.

5. Способ по п.4, где указанная биомасса включает углеводы и белковое вещество, происходящие из обезжиренных и/или лущеных соевых бобов, обезжиренных семян рапса или их смесей.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, где указанная биомасса включает олигосахариды и/или полисахариды.

7. Способ по п.6, где указанная биомасса дополнительно включает масла и жиры, например, из семян масличных растений.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем указанный субстрат биомассы или указанная начальная смесь для инкубации не включает никакие живые дрожжи.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, где твердый кормовой ингредиент, или твердый пищевой ингредиент, или твердая пищевая добавка получены в результате инкубации белкового вещества и/или углеводов, происходящих из семян соевых бобов, семян рапса или их смесей, в дополнительной смеси с материалом, происходящим из бобов, и/или зерновых, и/или из семян масличных растений.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, где твердый кормовой ингредиент, или твердый пищевой ингредиент, или твердая пищевая добавка, получены в результате инкубации белкового вещества и углеводов, происходящих из семян соевых бобов, семян рапса или их смесей, в дополнительной смеси с материалом, происходящим из гороха, люпина, подсолнечника, пшеницы, кукурузы или семян рапса.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем указанный ферментный препарат или комбинация ферментных препаратов включает один или несколько ферментов, выбранных из протеаз, пептидаз, фитаз, карбогидраз, липазы и оксидоредуктазы.

12. Способ по любому из предшествующих пукнтов, причем указанный ферментный препарат или комбинация ферментных препаратов включает одну или несколько карбогидраз, выбранных из α-галактозидазы, амилазы, амилоглюкозидазы, пектиназы, целлюлазы и гемицеллюлазы, например ксиланазы, манназы или глюканазы.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем отношение сухого вещества указанного субстрата биомассы к указанному ферментному препарату или указанной комбинации ферментных препаратов составляет от 2:1 до 100000000:1, такое как 1000:1, 10000:1, 50000:1, 100000:1. 500000:1, 1000000:1, 5000000:1, 10000000:1, 50000000:1 или 100000000:1.

14. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем указанную начальную смесь для инкубации инкубируют в течение 1-36 часов, 2-32 часов, 3-28 часов, 5-24 часов, 8-20 часов или 12-16 часов.

15. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем воду добавляют к указанному субстрату биомассы в количестве, которое обеспечивает начальную смесь для инкубации, имеющую отношение мокрой объемной плотности к сухой объемной плотности от 0,65 до 1,40, такое как 0,70, 0,75, 0,80, 0,85, 0,90, 0,95, 1,00, 1,10, 1,15, 1,20, 1,25, 1,30 или 1,35.

16. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем содержание воды в указанной начальной смеси для инкубации составляет от 35 мас.% до 70 мас.%, такое как 40%, 45%, 50%, 55%, 60% или 65%.

17. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем к указанному субстрату биомассы и/или к указанной начальной смеси для инкубации добавляют один или несколько вспомогательных агентов для обработки, выбранных из растительных компонентов и органических или неорганических агентов для обработки.

18. Способ по п. 17, причем к указанному субстрату биомассы и/или к указанной начальной смеси для инкубации добавляют α-галактозидазу.

19. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем препарат α-галактозидазы добавляют к субстрату биомассы и/или к начальной смеси для инкубации в количестве от 0,05 до 50 единиц α-галактозидазы на г сухого вещества субстрата биомассы, таком как от 0,5 до 25 единиц α-галактозидазы на г сухого вещества субстрата биомассы, например от 1 до 10, от 2 до 8, от 3 до 6 или от 4 до 5 единиц α-галактозидазы на г сухого вещества субстрата биомассы.

20. Способ по любому из предшествующих пунктов, также включающий то, что вертикальный реактор для инкубации без перемешивания является закрытым.

21. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем указанный реактор для инкубации без перемешивания является вертикальным, вытянутоцилиндрическим или типа многогранника.

22. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем площадь верхней части указанного реактора для инкубации без перемешивания меньше, чем площадь нижней части, т.е. реактор имеет форму конуса.

23. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем указанный реактор для инкубации без перемешивания имеет изоляцию матами или охлаждающую рубашку и приспособления для регулирования температуры в реакторе.

24. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем степень заполнения указанного реактора для инкубации поддерживают постоянной.