OPI[S PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO. Patent tymczasowa dodatkowy do patentu. Zgłoszono: (P ) Zgłoszenie ogłoszono:

Transkrypt

1 POLSKA RZECZPOSPOLITA OPI[S PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO Patent tymczasowa dodatkowy do patentu Zgłoszono: (P ) URZĄD PATENTOWY PRL Pierwszeństwo: Zgłoszenie ogłoszono: Opis patentowy opublikowano: Int. Cl2. C12D5/06 C12D3/06 Twórca wynalazku: Roman Majchrzak Uprawniony z patentu tymczasowego: Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Akademia Rolnicza, Warszawa (Polska) Sposób otrzymywania preparatów do utrwalania i wzbogacania żywności i pasz Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania preparatu witaminy B! 2 oraz preparatów propionianowych, głównie wapnia i amonu i kwasu propionowego, przygotowanych w stanie rozcieńczonym, stężonym lub suchym (w formie proszku). Dotychczas wzbogacanie żywności i pasz w witaminę Bi 2 przeprowadzano trzema grupami sposobów: W pierwszej grupie sposobów witamina B!2 była wytwarzana przez bakterie propionowe hodowane bezpośrednio w produkcie przygotowywanym do spożycia (kefir, jogurt, twaróg np. opis patentowy nr 93483) lub na pasze (wywar, kiszonki np. opis patentowy nr Wadą tych sposobów była trudność w kierowaniu biosyntezą witaminy, a stąd trudność otrzymania standardowych produktów o określonej zawartości witaminy Bi2. Drugą grupę sposobów stanowią proces (np. opis patentowy francuski nr ), w których produkty żywnościowe czy paszowe wzbogaca się w witaminę B12 drogą pośrednią, używając różnego rodzaju preparaty ''koncentraty) witaminy Bi 2 w formie proszku. Preparat stanowi biomasę bakterii propionowych lub mieszaninę drożdży w bakteriami propionowymi, wyhodowanymi uprzdnio na odpowiednim podłożu, po-czym oddziela nymi od przefermentowanego podłoża i wysuszonymi. Możliwość standaryzowania preparatu jest zaletą tej grupy sposobów, natomiast wadą ich jest to, że nie wykorzystywany jest odciek po oddzieleniu biomasy i traktuje się go jako ściek. Według tej grupy sposobów surowce zasadnicze (serwatka, melasa, wywar) wzbogacane w różne związki organiczne i nieorganiczne, uzupełniane były prekursorami biosyntezy solą kobaltawą i 5,6-dwumetylobęnzimidazolem (DMB) - dodawanymi do całości podłoża. Hodowle były prowadzone w warunkach stacjonarnych i dlatego fermentacja propiońowa trwała długo - zwykle 5-8 dni przy ph = 6,8-7,2. Wydajności korynoidów w tych warunkach były stosunkowo niskie, wahały się w granicach 6-11 mg witaminy Bj 2 w litrze przy czym zużycie surowców na 1 kg witaminy B12 w suchej biomasie było bardzo wysokie i wynosiło np. 33 tony melasy i 11,65 t namoku kukurydzianego (50%) (W.T.Dienszyzykow - Odpady przemysłu spożywczego i ich wykorzy stanie, Warszawa 1969, WNT, s ).

2 Trzecią grupę sposobów stanowią procesy (np. opis patentowy nr 79805), według których suszy się całość przefermentowanego podłoża razem z biomasą bakterii i całość wykorzystuje się jako koncentrat witaminy Bt 2 do celów paszowych. Ten sposób umożliwia produkcję bezodpadową (bez ścieków). W tej grupie sposobów prowadzi się intensyfikację procesu poprzez stosowanie fermentacji półciągłej (zwykłej) oraz stymulację fermentami propionowej metabolitami bakterii mlekowych, drożdży lub grzybków kefirowych. W rezultacie uzyskuje się znacznie wyższą wydajność, przekraczającą 40 mg korynoidów z litra hodowli) oznaczonych metodą mikrobiologiczną), uzyskaną w znacznie krótszym czasie (2 3 dni) niż w pierwszej czy drugiej grupie sposobów. Po wysuszeniu metodą rozpyłową całego podłoża wraz z biomasą bakterii otrzymuje się koncentrat w postaci suchego proszku, zawierający w 1 kg około 800 mg korynoidów, przy czym udział czystej witaminy wynosi 30-40%. Mimo wielu zalet i ta grupa sposobów wykazuje kilka wad, a przede wszystkim tę, że w rezultacie procesu otrzymuje się podobnie jak w drugiej grupie sposobów, tylko jeden produkt - preparat (koncentrat) witaminy Bi 2, który nadaje się tylko jako dodatek do pasz, natomiast nie nadaje &ę do wzbogacania produktów spożywczych, oraz nie może być użyty do utrwalania żywności i pasz ponieważ zawiera zbyt dużo witaminy Bi 2 Ujemną stroną tej technologii poza tym jest konieczność odparowania dużej ilości wody. Wady w/w sposobów nie występują w sposobie według wynalazku. Fermentację propionową serwatki, melasy lub innych surowców węglowodanowych prowadzi się przy jednoczesnym neutralizowaniu podłoża do ph = 6,8 7,2 periodycznie lub ciągle przy użyciu wodorotlenku wapnia, amoniaku, wodorotlenku lub węglanu amonu. Sposobem według wynalazku otrzymuje się dwa oddzielne produkty: preparat surowej witaminy Bi2 i preparat propionianu wapnia lub amonu. Istotą wynalazku jest wzmożona, fermentacja propionową półciągła lub ciągła z kilkakrotną, recyrkulacją bakterii z kilkakrotną zwrotną separacją bakterii) oraz z oddzielną konwersją korynoidów, zawartych w komórkach bakteryjnych, na fizjologicznie aktywną witaminę Bi 2 W tym celu proces rozpoczyna się fermentacją propionową periodyczną, z której przechodzi się do wzmożonej fermentacji półciągłej lub ciągłej ze zwrotną recyrkulacją bakterii i oddzielną konwersją korynoidów. W sposobie według wynalazku serwatkę lub inne surowce podaje się najpierw fermentacji periodycznej, trwającej 5 7 dni, a po jej ukończeniu odlewa się połowę przefermentowanego podłoża do tanku zbiorczego, po czym z płynu odwirowuje się biomasę bakterii, którą zawraca się do tanku fermentacyjnego do którego dolewa się drugą połowę świeżego podłoża o podwójnym stężeniu składników, takich jak serwatka o 12 14% suchej masy, serwatka o 10% cukru, serwatka o 4-5% cukru i 4-5% mleczanu wapnia lub amonu oraz ekstrakt drożdżowy fosforan dwuamonowy i sól kobaltawa, po czym całość poddaje się fermentacji zwanej wzmożoną fermentacją półciągła lub ciągłą, podczas której okresowo lub ciągle zawraca się bakterie do ponowenj fermentacji oraz jednocześnie okresowo lub ciągle zobojętnia się podłoże wodorotlenkiem wapnia lub amonu do ph = 6,8-7,2. Po skończonej wzmożonej fermentacji półciągłej odlewa się ponownie połowę przefermentowanego podłoża, a dolewa drugą połowę - świeżego. Bakterie, kierowane kilkakrotnie do ponownej fermentacji, zwiększają kilkakrotnie ich ilość, a tym samym skracają gwałtownie czas fermentacji, np. gdy fermentacja propionową periodyczna trwa 5-7 dni, to fermentacja półciągła 2 3 dni, natomiast fermentacja półciągła z kilkakrotną recyrkulacją bakterii umożliwia skrócenie czasu fermentacji do 2-5 godz. Po takich nawrotach nagromadzoną gęstwę bakterii przekazuje się do oddzielnego tanku konwersyjnego, gdzie przeprowadza się konwersję korynoidów, zawartych w komórkach bakteryjnych na fizjologicznie aktywną wtaminę Bi2 co daje pierwszy produkt procesu preparat surowej witaminy Bi2, natomiast odciek z wirówki bakteriofugacyjnej, z kilku cykli półciągłych zagęszcza się w wyparce próżniowej do postaci syropu o zawartości 25 30% suchej masy a ten z kolei suszy się do formy proszku, co daje drugi produkt tego procesu propionian wapnia. Konwersję korynoidów na witaminę Bi2 prowadzono dotąd w ten sposób, że oba prekursory, sól kobaltawa w ilości 15 ppm. podłoża i DMB (5,6-dwumetylobenzimidazol) w ilości 4 ppm podłoża dolewano do tanku fermentacyjnego, co powodowało słabe wykorzystanie drogiego DMB, natomiast siarczanu kobaltowego dodawano zbyt mało przy fermentacji półciągłej, co jak wykazują obliczenia i doświadczenia powoduje spadek wydajności biosyntezy witaminy Bi2 w kolejnych cyklach fermentacji półciągłej. Dodanie 15 ppm siarczanu kobaltowego, zawierającego 6 ppm kobaltu wystarcza na wytworzenie 135 mg witaminy B!2 w litrze podłoża i jest parametrem ograniczającym osiągnięcie wyższej wydajności biosyntezy w fermentacji półciągłej. Dodawanie stale 15 ppm siarczanu kobaltawego do podłoża powoduje stały spadek wydajności witaminy Bi2 w kolejnych cyklach fermentacji półciągłej z recyrkulacją bakterii. Sposób według wynalazku zapobiega

3 tym ujemnym zjawiskom w trakcie biosyntezy i konwersji witaminy przez podwojenie stężenia prekursorów oraz przez oddzielenie procesu konwersji od procesu fermentacji. W sposobie według wynalazku odebraną z wirówki gęstwę bakteryjną rozcieńcza się jałową serwatką na mleczko bakteryjne, do którego wkrapla się w ciągu 24 godzin ppm chlorku lub siarczanu kobaltawego bezwodnego w formie roztworu o stężeniu 30mg% w stosunku do całości podłoża, czyli na 1 m3 podłoża dodaje się 501 roztworu soli kobaltowej; podobnie dodaje 4-8 ppm DMB w formie roztworu o stężeniu 8 mg %, również w przeliczeniu na całość przefermentowanego podłoża czyli na 1 m3 również dodaje się 501 roztworu DMB. W trakcie dodawania obu prekursorów mleczko bakteryjne zobojętnia się okresowo lub ciągle wodorotlen kiem wapnia do ph - 6,8 7,2 przy stałym powolnym mieszaniu mleczka przez 24 godziny w temperaturze C, po czym oddziela się biomasę bakterii na wirówce bakteriofugacyjnej, kilkakrotnie przemywa biomasę.*"' wą wodą, suszy ją w suszarce próżniowej, rozdrabnia na młynku, co daje preparat surowej witaminy Bi2. %v formie różowego proszku wysuszonych komórek bakterii. / Sposobem według wynalazku można uzyskać oba produkty, witaminę Bi2 i propionian wapnia, prowa dząc proces metodą ciągłą wzmożoną z ciągłą recyrkulacją bakterii i okresową odzielną konwersją korynoidów na witaminę Bl2. W tym celu z fermentacji periodycznej przechodzi się bezpośrednio lub pośrednio poprzez fermentację półciągłą wzmożoną do fermentacji ciągłej wzmożonej, synchronizując dopływ świeżego podłoża o podwójnym stężeniu składników, z odpływem przefermentowanego podłoża, z którego biomasę bakterii oddziela się na wirówce i zawraca do tanku fermentacyjnego w sposób ciągły, przy czym w określonych odstępach czasu, zależnie od ilości nagromadzonej biomasy, zbiera się gęstwę bakteryjną do oddzielnego tanku, gdzie przeprowadza się konwersję korynoidów, zawartych w komórkach bakteryjnych, na witaminę Bi 2. Otrzymane sposobem według wynalazku produkty: preparat witaminowy Bi2 i preparat propianu wapnia oraz jego pochodne i pośrednie produkty, jak rozcieńczony lub zagęszczony propionian wapnia, mogą być wykorzystane do utrwalania i wzbogacania mokrego ziarna, przeznaczonego dla trzody i drobiu, natomiast rozcieńczony lub zagęszczony propionian amonu do utrwalania mokrego ziarna zbóż, przeznaczonego dla przeżuwaczy. Z rozcieńczonego propionianu wapnia można przez działanie stężonym kwasem siarkowym otrzymać kwas propionowy, który może być użyty bezpośrednio lub po zmieszaniu z propionianami do utrwalania mokrego ziarna. Odciek z wirówki, zawierający propionian wapnia, może być po zagęszczeniu go w wyparce wysuszony na proszek w suszarce próżniowej i po unormowaniu zawartości głównego składnika może być użyty jako standardowy preparat do utrwalania pieczywa przeciw pleśnieniu i ziemniaczanej chorobie chleba". Sposób według wynalazku wyjaśniają bliżej przykład wykonania, oraz schemat pfocesu przedstawiony na rysunku. Przykład. Otrzymywanie preparatu witaminy Bi2. Im3 serwatki, odbiałczonej w znany sposób chlorkiem wapnia i odwirowanej do klarowności w znany sposób chlorkiem wapnia i odwirowanej do klarownoś ci, wzbogaca się 5 1 autolizatu lub 15 1 ekstraktu z drożdży paszowych, przygotowanego na serwatce, dodaje 0,5 kg fosforanu dwuamonowego i 15 g czystego, siarczanu lub chlorku kobaltawego w roztworze 0,5% i,pasteryzuje się całość w odczynie kwaśnym, po czym chłodzi do temperatury 30 C i neutralizuje wyjałowio nym wodorotlenkiem wapniowym, następnie szczepi jałowo 501 mieszaniny bakterii propionowych, złożonej z gatunku Propionibacterium petersonii, P. jensenii ip.arabinosum. Fermentacja prowadzona sposobem stacjo narnym, trwa 5 7 dni przy zobojętnieniu podłoża wodorotlenkiem wapniowym z ph 5,0 do 6,8 7,2. Po skończonej fermentacji stacjonarnej przechodzi się do fermentacji półciągłej wzmożonej i odlewa się / połowę przefermentowanego podłoża, a dolewa się drugą połowę świeżej pasteryzowanej, odbiałczonej serwatki o podwójnym stężeniu składników a więc zawierającej 12% suchej masy oraz 101 autolizatu, 1 kg fosforanu dwuamonowego i 30 g siarczanu kobaltawego, w roztworze 0,5%. Do podłoża dodaje się biomasę bakterii odwirowanej z odebranej połowy przefermentowanej serwatki. Zabieg dolewania i odlewania podłoża oraz recyrkulagi bakterii może powtarzać się kilkakrotnie. Fermentacja półciągłą wzmożona trwa 2-3 doby, a z recyrkulacją kilkakrotną bakterii tylko 2 5 godzin. Po nawrotach biomasy bakterii przekazuje się ją do oddzielnego tanku konwersyjnego, gdzie różową gęstwę bakteryjną w ilości 500 Jcg przeprowadza się jałową serwatką w mleczko bakteryjne, do którego wkrapla się 50 1 roztworu czystego siarczanu kobaltawego o stężeniu 30 mg % i 501 roztworu czystego DMB (5,6 dwumetylobenzimidazolu) o stężeniu 8 mg %, przy czym mleczko zobojętnia się wodorotlenkiem wapnia okresowo lub ciągle do ph = 6,8 7,2 przy stałym powolnym mieszaniu przez 24 godziny i przy utrzymaniu temperatury 25 30~C. W tym czasie następuje dalsze wzmożenie biosyntezy korynoidów i ich konwersja na fizjologicznie aktywną witaminę B12. Z 1 m3 serwatki o podwójnym stężeniu 12 Blg'a otrzymuje się około 20 kg suchej biomasy bakterii o zawartości 30 g korynoidów w tym 20 g witaminy Bt 2. Otrzymany produkt

4 stanowi pierwszy preparat procesu preparat surowej witaminy Bi2. Otrzymany z wirówki odciek o 12 Blg'a gromadzi się w tanku zbiorczym, umieszczonym w chłodni, z którego pobiera się odciek do zagęszczania w wyparce próżniowej do gęstości syropu o 25 30% suchej masy, przy czym syrop suszy się w suszarce rozpyłowej do postaci proszku. Zim3 serwatki o 12 Blg'a otrzymuje się około 120 kg proszku o zawartości około 100 kg soli wapniowych w przeliczeniu na propionian wapnia. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób otrzymywania preparatów do utrwalania i wzbogacania żywności i pasz drogą fermentacji propionowej jałowej serwatki, melasy lub innych surowców, zawierających węglowodory lub mleczany, wzbogaconych w ekstrakt drożdżowy, w fosforan dwuamonowy i sól kobaltawą oraz zobojętnianych wodą amoniakalną lub ługiem wapniowym do ph = 6,8 7,2, znamienny tym, że serwatkę lub inne surowce poddaje się najpierw fermentacji periodycznej, a po jej ukończeniu odlewa się połowę podłoża i odwirowuje z niego bakterie, po czym biomasę bakterii zawraca się do pozostałej połowy przefermentowanego podłoża, do którego dolewa się drugą połowę świeżego podłoża o podwójnym stężeniu składników, takich jak serwatka o 12 14% suchej masy o 8 10% cukru, lub o 4 5% cukru i 4-5% mleczanu wapnia lub amonu oraz ekstrakt drożdżowy, fosforan dwuamonowy i sól kobaltawą, po czym całość poddaje się wzmożonej fermentacji półciągłej lub ciągłej z recyrkulacją bakterii, podczas której okresowo lub w sposób ciągły zawraca się bakterie do fermentacji oraz okresowo lub ciągle zobojętnia się podłoże wodorotlenkiem wapnia lub amonu do ph = 6,8 7,2 po czym po skończonej fermentacji półciągłej odlewa się ponownie połowę przefermentowanego podłoża, a dolewa drugą połowę świeżego, po takich cyklach nagromadzoną gęstwę bakterii przekazuje się z wirówki do oddzielnego tanku, gdzie przeprowadza się konwersję korynoidów, zawartych, w komórkach bakteryjnych, na fizjologicznie czynną witaminę Bi 2, natomiast odciek z wirówki zawierający propionian wapnia z kilku cykli półciągłych, zagęszcza się w wyparce próżniowej do postaci syropu o zawartości 25 30% suchej masy, a ten z kolei suszy się do formyproszku. 2. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e,n n y tym, że gęstwę bakteryjną rozcieńcza się jałową serwatką na mleczko bakteryjne, do którego wkrapla się w ciągu 24 godzin ppm chlorku lub siarczanu kobaltawego bezwodnego, w formie roztworu, o stężeniu 30 mg %, w przeliczeniu na całość przefermentowanego podłoża oraz wkrapla się 4 8 ppm 5,6 - dwumetylobenzimidazolu, w formie roztworu o stężeniu 8 mg%, również w przeliczeniu na całość przefermentowanego podłoża, przy okresowym, lub ciągłym zobojętnieniu mleczka bakteryjnego wodorotlenkiem wapnia do ph = 6,8-7,2 oraz stałym, powolnym mieszaniu mleczka przez 24 godziny i utrzymaniu go w temperaturze C po czym oddziela się biomasę bakterii na wirówce, kilkakrotnie przemywa biomasę jałową wodą, suszy ją w suszarce próżniowej, rozdrabnia na młynku. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym że po przeprowadzeniu fermentacji periodycznej prowadzi się fermentację ciągłą wzmożoną przez zsynchronizowanie dopływu świeżego podłoża, o podwójnym stężeniu składników z odpływem przefermentowanego podłoża, z którego biomasę bakterii oddziela się na wirówce i zawraca do tanku fermentacyjnego w sposób ciągły, przy czym w określonych odstępach czasu zbiera się gęstwę bakteryjną do oddzielnego tanku, gdzie przeprowadza się konwersję korynoidów, zawartych w ko mórkach bakteryjnych na witaminę B12.

5 Surowce SCHEMAT PRODUKCJI PREPARATU WITAMINY Ba I PROPIONIANU WAPNIA Fermentacja Pożywka hoafaiana O etap Tetap ćzasfoc- 5-ł (kil. fiematka odforroaaw B etap.. cza5 W- serwatka 6*eza rneatabfi pd w2tioqqcona cukrom acwmoj Ij w etap rza&ffcrml. ien* taqi 2-5 h. firoparąfy do utrwa lania mokrego ziarna: ' lotkowy Wt różo WkropU wor^łóc ~ lobonzurudoaoiu uaaew; 5JtqMnnv ' preparat wita- ^^ rnirwr a Hr>ui7hr)«ggcaaig ^3 I otówny produkl ^ Wcowy! arat propioi: laiania jjoazfc.