DE3815887C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das im Anspruch 1 angegebene Verfahren zur Herstellung von Trockenhefen. Die Ansprüche 2 bis 6 betreffen Ausgestaltungen dieses Verfahrens.

Flockenbildende Mikroorganismen sind in solchen biotechno­ logischen Verfahren erwünscht, wo nach der Fermentation ein schnelles Absetzen der Biozellmasse zwecks Abtrennung derselben von Vorteil ist und Verarbeitungsvorteile im weiteren Produktionsweg mit sich bringt. Die Agglomeration verringert die Zeit bis zum vollständigen Absetzen der Hefen und ermöglicht ein schnelles Abrütteln der Hefeplatten, z. B. bei der Flaschengärung nach dem Champagnerverfahren.

In der Getränkeherstellung ist vor allem die Sektherstellung im Champagnerverfahren sehr arbeitsintensiv. Nach der zweiten Gärung in der Flasche sinken die Hefezellen zu Boden und müssen nun in wochenlangen Rüttelprozessen langsam zwecks Ab­ trennung in den Flaschenhals verlagert werden. Dies wird dadurch erschwert, daß sich Hefezellen infolge der negativen Zelladung normalerweise abstoßen und daher bei zu kräftigem Rütteln eine Schleierbildung verursachen, die zu einer erneuten Wartezeit führt, bis sich die aufgewirbelten Hefen wieder abgesetzt haben.

Obwohl aus diesen Gründen für die angegebenen Zwecke die Ver­ wendung agglomerierender Trockenhefen wünschenswert ist, stehen ihrem verbreiteten Einsatz erhebliche Herstellungs­ schwierigkeiten im Wege. Es hat sich nämlich in der Praxis gezeigt, daß agglomerierende Hefen aufgrund der Zusammen­ ballung von Zellen in der Aufbereitung von Zellmasse zur Her­ stellung von Trockenhefen im gesamten Produktionsweg nach Zudosierung der Hefesaat zu Störungen führt. Ursächlich hierfür ist der Umstand, daß im Produktionsfermenter, in den Zentrifugen nach dem Fermenter und der Hefewäsche, bei der Herstellung der Hefemilch, beim Eindickungsvorgang sowie im Granulator und Trockner keine homogenen Hefesuspensionen vorhanden sind.

Es hat sich herausgestellt, daß auch eine starke Durchmischung der Zellsuspension durch Einleiten von Gasen und hohe Rührgeschwindigkeiten keine Trennung der Zellplatten in einzelne Zellen und damit auch keine Homogenisierung der Zellsuspension ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Trockenhefen bereitzustellen, bei welchem die Agglomerierung während der Herstellung nicht auftritt, jedoch die Fähigkeit der Trockenhefen, bei der späteren Verwendung Zellplatten zu bilden, nicht beeinträchtigt wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hefesuspension die physiologischen Eigenschaften der Hefe nicht beeinflussende Komplexbildner für Calzium²⁺- Ionen und andere Ionen mit ähnlichen Eigenschaften zugesetzt werden, wobei der Komplexbildner aus der Gruppe von D,L-Weinsäure, Apfelsäure, Oxalsäure, Aminopolycarbonsäuren, Ethylendiamintetraessigsäure und Nitrilotriessigsäure ausgewählt wird.

Die Erfindung knüpft an den Umstand an, daß bestimmte agglomerierende Hefestämme eine veränderte Zellstruktur aufweisen, bei der Peptide aus der Zellwand herausragen, deren endständigen Carboxylgruppen über zweiwertige positive Ionen, wie Calzium²⁺-Ionen, miteinander eine Brücke bilden können. Da der Abstand der Calziumbrücken zu den Zellwänden hinreichend groß ist, kann die erwähnte Abstoßung der Zellen aufgrund der negativ geladenen Oberfläche überwunden werden, so daß die Hefezellen je nach Anzahl der nach außen ragenden Peptidketten lose bis sehr fest zusammenhängende Aggregate bilden können.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Steuerung des Gehalts an Calzium²⁺-Ionen sowie anderen Ionen mit ähnlichen Eigenschaften und die dadurch ermöglichte Verringerung von als Brückenbildner wirkenden zweiwertigen Ionen werden während des Herstellungsverfahrens Agglomerationen der Hefe verhindert, so daß hierbei keine störende Flockenbildung der Hefen eintritt. Werden erfindungsgemäß hergestellte Trockenhefen später angewendet, so erlangen jedoch die Hefen nach Rehydratation ihre dann gewünschte Agglomerationsfähigkeit voll zurück. Nach Rehydratation der Trockenhefen erfolgt nämlich durch die natürliche Anwesenheit von Calzium in Mosten, Fruchtsäften oder alkoholischen Getränken die zur Agglomeration erforderliche vorstehend erläuterte Brückenbildung. Dadurch kommt es zur Flockenbildung, und die gebildeten Zellpakete sedimentieren nach Gärungsende sehr rasch und lassen sich aufgrund des hohen Eigengewichts nicht mehr in Schlierenform aufwirbeln, was ihre rasche und vollständige Abtrennung von der Flüssigkeit sehr erleichtert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dienen als Komplexbildner für Calzium²⁺-Ionen und andere Ionen mit ähnlichen Eigenschaften solche Reagenzien, die mit den zu bindenden Metallionen in ausreichender Geschwindigkeit und ohne Nebenreaktionen einen Komplex mit großer Beständigkeitskonstante bilden, so daß im Äquivalenzpunkt die Konzentration an zweiwertigen Ionen abnimmt und bis auf eine kontrollierte Basiskonzentration verringert wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Zellwand der Hefen nicht beschädigt. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es von Vorteil, wenn genetisch stabilisierte Hefen eingesetzt werden, bei denen ein konstantes Zellwandoberflächenmuster und damit eine kontrollierte Anzahl von Bindungspartnern für Calzium²⁺-Ionen vorliegen.

Wegen ihrer höchsten Komplexierungsstärke wird für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise D,L- Weinsäure verwendet, die der Hefesuspension in Mengen von 2 bis 10 g/l zugesetzt wird.

Die Zugabemenge des Komplexbildners kann nach stöchiometrischer Berechnung zur Senkung der Calziumwerte bis auf einen Restwert des Komplexbildners zweckmäßig vollständig an einer oder aber in Teilmengen gestaffelt an mehreren oder allen der nachfolgenden Zugabestellen des Verfahrensganges zugesetzt werden: zusammen mit der Hefeeinsaat, in den Produktionsfermenter nach Einsetzen der Zellvermehrung, vor der Konzentrierung und nach der Produktion im Fermenter, mit den Hefewaschvorgängen, bei der Herstellung der Hefemilch und bei der Eindickung.

In allen Fällen sorgt der Komplexbildner für Calzium²⁺-Ionen und anderen Ionen mit ähnlichen Eigenschaften während des Herstellungsverfahrens für eine ausreichend homogene Hefesuspension, die sich störungsfrei bis zur Trockenhefe weiterverarbeiten läßt. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert ersichtlich nur einen geringen Aufwand.

Die Konzentration des in der Hefesuspension gebildeten Chelates richtet sich nach dem Ausgangsgehalt an Calzium und dem Restcalziumgehalt an der betreffenden Stelle des Verfahrensganges.

Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt zur Chelatbildung eingesetzte D,L-Weinsäure fällt aufgrund des geringen Löslichkeitsprodukts Ca²⁺-Ionen aus einer gegebenen Lösung. Die eigene Löslichkeit ist dabei gering, sie beträgt nur 4 g/100 ml Wasser bei 20°C, während sie bei L-Weinsäure vergleichsweise 139 g/100 ml Wasser beträgt.

Im Interesse möglichst geringer Zusatzmengen des Komplexbildners ist es von Vorteil, wenn zur Herstellung der Hefesuspension Wasser verwendet wird, das nicht nur steril sondern auch enthärtet ist.

Die beigefügte Zeichnung veranschaulicht in teils schematischer und teils bildhafter Darstellungsweise die technische Her­ stellung der agglomerierenden Trockenhefen in einem Fließ­ bild, das für das erfindungsgemäße Verfahren aber nur Bei­ spielscharakter hat. Die möglichen Zugabeorte für die komplex­ bildenden Substanzen sind durch Doppelpfeile in das Fließbild eingetragen.

Im oberen Bereich der Zeichnung ist die Herstellung der Hefe­ saat dargestellt. Ausgehend vom Hefestamm 1 und der Laborver­ mehrung 2 wird die agglomerierende Hefe im Saatfermenter 3 durch Einleitung von Sterilluft in Bewegung gehalten und mit Sauerstoff versorgt. Die angewachsene Hefesaat gelangt nach Konzentration mittels der Zentrifuge 4 in den Hefesaatbehälter 5, wo sie zur dosierten Abgabe an den Produktionsstrom be­ reitgehalten wird.

Die für die Hefeanzucht verwendete Zuckermelasse befindet sich im Melassebehälter 6. Ihr werden aus einem Vorratsbehälter 7 Nährstoffe und steriles und enthärtetes Wasser zur Verdünnung dosiert zuge­ geben. Die gebildete Lösung gelangt über die Reinigungszentrifuge 8 in den Pasteurisator 9, wo sie bei erhöhter Temperatur in kontinuierlichem Durchlauf durch Pasteurisation sterilisiert wird. Nach dem Pasteurisator 9 zweigt ein Teilstrom zur Laborvermehrung 2 und den Saatfermenter 3 ab, während der Hauptstrom in den Produktionsfermenter 10 geleitet wird. Aus dem Hefesaatbehälter 5 wird Hefesaat dosiert in den Produktions­ fermenter 10 abgegeben, in welchem die Hefesuspension während einer bestimmten Verweildauer unter Sterilluftzufuhr anwächst. Die fertige Hefesuspension gelangt nach mehreren Konzentra­ tionsschritten in den Zentrifugen 11, 12 und 13 und Waschvor­ gängen in den Wäschern 14 und 15 in den Hefemilchbehälter 16. Die Hefemilch wird auf dem Drehfilter 17 eingedickt. Anschließend wird die eingedickte Hefe mittels der Pumpe 18 dem Mischer 19 zugeführt, gelangt von dort aus zu dem Granulator 20 und wird schließlich in granulierter Form auf dem Bandtrockner 21 getrocknet. Die getrocknete granulierte Hefe wird in den Vorratsbehälter 22 abgegeben und gelangt von dort aus zur Abfüllung und Verpackung in Vakuumverpackungen 23.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von drei Beispielen beschrieben, von denen die Beispiele 2 und 3 Vergleichscharakter haben.

Beispiel 1

Für die Hefeanzucht wurden 1 kg Zuckermelasse im Verhältnis 1 : 6 mit sterilem und enthärtetem Wasser verdünnt. Dieser Lösung wurden 25 g/l einer 25%igen Ammoniaklösung und 2,5 g/l Ammoniumphosphat zugegeben. Die erhaltene Lösung wurde dann durch Zugabe von Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt und an­ schließend für eine Zeitspanne von 30 Minuten bei einer Temperatur von 90°C sterilisiert.

Im Anschluß daran wurde die sterilisierte Lösung auf Raum­ temperatur abgekühlt. Nach Abkühlung wurden ihr in fünf unter­ schiedlichen Verfahrensgängen 1 g/l, 2 g/l, 4 g/l, 7 g/l und 10 g/l an D,L-Weinsäure zugesetzt.

Anschließend wurden die fünf unterschiedlichen Suspensions­ ansätze mit der gewünschten agglomerierenden Hefe angeimpft. Hierbei wurden 5% einer auf etwa 80 Millionen Zellen/ml angewachsenen Hefesuspension dosiert. Durch Einleiten steriler Luft wurde für ausreichende Turbulenz und Sauerstoffzufuhr für die Hefen gesorgt. Zusätzlich wurden die Hefeansätze auf dem Rütteltisch ständig in Bewegung gehalten.

Nach 24 Stunden wurden die fünf angewachsenen Hefesuspensionen auf Eignung für die Herstellung und weitere Verarbeitung von Trockenhefepräparaten mit folgenden Ergebnissen überprüft.

Bei den Hefesuspensionen mit einer Zugabe von 2 g/l, 4 g/l, 7 g/l und 10 g/l an D,L-Weinsäure lagen sehr deutlich erkennbar homogene Hefesuspensionen ohne feste zusammenhängende Zellaggregate vor. Diese vier Hefesuspensionen ließen sich daher ohne Schwierigkeiten bis zum Eindicken, Granulieren und Trocknen weiterverarbeiten. Bei späterer Verwendung zeigten die er­ haltenen Hefen das gewünschte typische Verhalten agglomerieren­ der Hefen.

Die fünfte Probe mit der Zugabe von nur 1 g/l komplexbildender D,L-Weinsäure zeigte dagegen keine homogene Hefesuspension. Hier bildete die Hefe typische agglomerierte plattenförmige feste Gebilde, so daß eine Weiterverarbeitung durch das für die Herstellung von Trockenhefen übliche Verfahren nicht möglich war.

In weiteren unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Ver­ fahrensbedingungen durchgeführten Versuchen zeigte sich, daß durch eine spätere Zugabe von weiteren 2 bis 3 g/l an D,L-Wein­ säure eine Agglomerierung der Hefen während der Trockenhefe­ herstellung ebenfalls verhindert werden konnte. Dies ermög­ lichte die störungsfreie Zugabe von D,L-Weinsäure mit den ge­ wünschten Ergebnissen an verschiedenen Stellen des Herstellungs­ verfahrens. So konnte die D,L-Weinsäurezugabe mit Erfolg auch vor der Konzentrierung der Hefesuspension nach ihrer Pro­ duktion im Fermenter und zusammen mit den Hefewaschvorgängen er­ folgen. Eine Zugabe der D,L-Weinsäure erwies sich auch bei der Herstellung der Hefemilch und beim Eindicken mit dem ge­ wünschten Erfolg als möglich.

Beispiel 2

Bei einer Durchführung des Verfahrens mit den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen wurden der sterilisierten Lösung in vier unterschiedlichen Verfahrensgängen 1 g/l, 4 g/l, 7 g/l und 10 g/l an Zitronensäure zugesetzt.

Bei allen vier Hefeansätzen mit Zitronensäure wurden keine homogenen Hefesuspensionen erzielt. Es lagen fast ausschließlich zusammenhängende Zellaggregate vor, die eine Weiterver­ arbeitung der Hefesuspensionen zu fertigen Trockenhefen aus­ schlossen. Zitronensäure als Komplexbildner führte mithin bei Zugabemengen bis 10 g/l nicht zum angestrebten Ergebnis.

Beispiel 3

Bei einer weiteren Durchführung des Verfahrens mit den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen wurden der sterilisierten Lösung in vier unterschiedlichen Verfahrensgängen 1 g/l, 4 g/l, 7 g/l und 10 g/l an L-Weinsäure zugesetzt.

Auch hierbei wurden bei allen vier Hefeansätzen mit L-Wein­ säure keine homogenen Hefesuspensionen erhalten. Es lagen wiederum fast ausschließlich zusammenhängende Zellaggregate vor, die eine Weiterverarbeitung der Hefesuspensionen zu fertigen Trockenhefen ausschlossen. Auch L-Weinsäure als Kom­ plexbildner erwies sich damit bei Zugabemengen bis 10 g/l als für den gewünschten Effekt ungeeignet.

Beispiel 4

Bei der Durchführung des Verfahrens mit einer nach Beispiel 1 hergestellten sterilen Nährlösung wurde zu vier unterschiedlichen Verfahrensgängen jeweils 35 mg/l, 175 mg/l, 350 mg/l sowie 1750 mg/l Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) zugesetzt.

Die Probe mit 35 mg/l EDTA zeigte eine Reduzierung der Flockenbildung, jedoch waren noch deutlich Aggregate vorhanden, die bei der nachfolgenden Zentrifugation Unwuchtbildungen verursachten. Ab einer Konzentration von 175 mg/l EDTA war keine störende Flockenbildung mehr erkennbar.

Beispiel 5

Bei einer weiteren Versuchsdurchführung wurde das gemäß Beispiel 1 hergestellte sterile Nährmedium mit 35 mg/l EDTA versetzt. Während der anschließenden Hefekultivierung entstanden erwartungsgemäß kleine Zellpakete. Vor der Zellernte wurde jedoch die EDTA-Konzentration auf 200 mg/l erhöht. Durch diese Behandlung zerfielen die Zellaggregate in so kleine Zellpakete, daß bei der anschließenden Waschung und Aufarbeitung keine Störung des Produktionsweges mehr auftrat.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Trockenhefen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hefesuspension die physiologischen Eigenschaften der Hefe nicht beeinflussende Komplexbildner für Calzium²⁺-Ionen und andere Ionen mit ähnlichen Eigenschaften zugesetzt werden, wobei der Komplexbildner, aus der Gruppe von D,L-Weinsäure, Apfelsäure, Oxalsäure, Aminopolycarbonsäuren, Ethylendiamintetraessigsäure und Nitrilotriessigsäure ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß genetisch stabilisierte Hefen eingesetzt werden, bei denen ein konstantes Zellwandoberflächenmuster und damit eine kontrollierte Anzahl von Bindungspartnern für Calzium²⁺- Ionen vorliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von D,L-Weinsäure als Komplexbildner die D,L-Weinsäure in Mengen von 2 bis 10 g/l Hefesuspension zugesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, daß der Komplexbildner vollständig an einer der nachfolgenden Zugabestellen des Verfahrensganges zugesetzt wird: zusammen mit der Hefeeinsaat, in den Produktionsfermenter nach Einsetzen der Zellvermehrung, vor der Konzentrierung und nach der Produktion im Fermenter, mit den Hefewaschvorgängen, bei der Herstellung der Hefemilch und bei der Eindickung.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komplexbildner in Teilmengen gestaffelt an mehreren oder allen der nachfolgenden Zugabestellen des Verfahrensganges zugesetzt wird: zusammen mit der Hefeeinsaat, in den Produktionsfermenter nach Einsetzen der Zellvermehrung, vor der Konzentrierung und nach der Produktion im Fermenter, mit den Hefewaschvorgängen, bei der Herstellung der Hefemilch und bei der Eindickung.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Hefesuspension steriles und enthärtetes Wasser verwendet wird.