IT201600069379A1 - Composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito e procedimento per la sua preparazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce al settore deirindustria alimentare, nonché deirindustria zootecnica e mangimistica, in particolare nei settori dove è previsto il consumo o l’impiego di una composizione a base di pareti cellulari di lievito.

Più in particolare, la presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di ima composizione costituita da pareti cellulari di lievito, mirato ad ottenere prodotti di interesse alimentare, zootecnico e mangimistico.

Arte nota

È noto che la parete cellulare microbica è una struttura specializzata di rivestimento, che circonda la membrana citoplasmatica cellulare e che ha molteplici funzioni biologiche.

È noto altresì che la parete cellulare dei lieviti assicura la morfologia e l'integrità della cellula grazie alla sua particolare rigidità, pur rimanendo altamente adattabile ai cambiamenti dell’ambiente esterno circostante.

In generale, le pareti cellulari del lievito rappresentano circa il 10-30% del peso secco cellulare e sono composte principalmente da: proteine (5%) e polisaccaridi (95%).

È noto inoltre che una parte dei polisaccaridi è rappresentata da residui di mannosio che sono covalentemente legati alla proteine della parete (dando origine alle mannoproteine), mentre la restante parte consiste prevalentemente di catene di glucani (tra cui i β-glucani) che formano legami crociati tra loro a formare la struttura principale della parete; la parete cellulare contiene inoltre chitina in quantità pari a solo l’l% dei polisaccaridi nelle cellule di lievito ma tale quantità può aumentare al variare delle condizioni di crescita e in base alla specie fungina (Backhaus et al., A systematic study of the celi wall composition of Kluyveromyces lactis, Yeast 2010; 27: 647-660).

L’impiego delle pareti cellulari di lievito è noto nel settore della zootecnica e della mangimistica, in particolare per allevamenti suini, bovini e di pollame.

Da diversi anni, infatti, si ricercano tecnologie naturali per migliorare la salute degli animali e favorirne uno sviluppo corretto, minimizzando il più possibile l’utilizzo di antibiotici, e sono stati trovati diversi rimedi naturali che promuovono la salute e la crescita animale, senza danneggiare la qualità del prodotto finale (carne, latte, burro, etc).

È noto che una di queste alternative naturali è rappresentata da colture di lieviti vivi fornite direttamente nel foraggio oppure dalle pareti cellulari ottenute da questi lieviti oppure ancora da una combinazione di questi prodotti (Broadway P., Carroll J.,Burdick Sanchez N., Live Yeast and Yeast Celi Wall Supplements Enhance Immune Function and Performance in Food-Producing Livestock: A Review, Microorganisms 2015, 3, 417-427).

Il microrganismo fungino utilizzato a tal fine è Saccharomyces cerevisiae, un genere di lievito ampiamente studiato e notoriamente impiegato per una varietà di processi.

È noto inoltre che, in tali particolari campi d’applicazione, le funzioni di questo microrganismo fungino sono molteplici: controllare la composizione della popolazione microbica nel tratto gastrointestinale degli animali, prevenire la colonizzazione di patogeni, inibire Fazione di tossine e micotossine e modulare il sistema immunitario. (Dawson, The Application of yeast and yeast derivatives in thè poultry industry, Proc. Austr. Poult. Sci. Symp. 13:100-105).

In particolare, è nota Faggiunta di colture di cellule vive di Saccharomyces cerevisiaenel foraggio di allevamenti di animali ruminanti, poiché stimolano la microflora digestiva, influenzano positivamente l'assunzione del foraggio, stabilizzano il pH dello stomaco del rumine ed esaltano Fattività dei i batteri responsabili della digestione della cellulosa e delle fibre, aumentando l'efficienza della fermentazione ruminale (Bailey, The Benefits of Yeast Culture and Yeast Celi Wall Componente in Beef Cattle, Marsyt, An Agricultural Company, 20 16)

In commercio è ampiamente noto il prodotto “SafMannan”, una composizione a base di pareti cellulari di lievito, con un contenuto equilibrato di mannani e β-glucani, ottenuto da lievito S.cerevisiae e adatto all'impiego zootecnico per allevamento di bovini, suini e di pollame(http://www.princeagri.com/Phibro/Products/Catalog/Safman nan-Specialty-Product-For-Poultry-Swine-Cattle-And-Other-Species.html).

La presenza dei β-glucani nelle pareti cellulari, rende tali prodotti interessanti anche per un impiego nell’alimentazione umana, I β-glucani, infatti, hanno effetti benefici sul colesterolo, inibendo il riassorbimento degli acidi biliari a livello digiunale e ileale, con il conseguente utilizzo di colesterolo endogeno per la neosintesi di sali biliari.

Inoltre, è noto il coinvolgimento di questi polisaccaridi in una varietà di attività biologiche. Essi, ad esempio, migliorano la risposta glicemica e modulano la secrezione post-digestiva di peptidi gastrointestinafl, aumentando la secrezione di colecistochinina e del peptide YY e diminuendo la concentrazione di grelina, garantendo così l’abbassamento del picco glicemico e l’aumento della sensazione di sazietà.

La presenza dei β-glucani nelle pareti cellulari di lievito garantisce anche un’attività prebiotica del prodotto finale, in quanto favoriscono la selezione e la crescita nell’intestino della flora batterica di bifìdobatteri e lattobacilli, la cui fermentazione produce acidi grassi a catena corta.

Ad oggi, le pareti cellulari di lievito vengono ottenute come sottoprodotto dal processo di produzione dell’estratto di lievito, a partire da colture di cellule vive di lievito Saccharomyces cerevisiae.

Le pareti cellulari così ottenute sono caratterizzate da una composizione variabile in relazione al tipo di processo di produzione dell’estratto di lievito e ai diversi ceppi di lievito Saccharomyces cerevisiae utilizzati.

Il problema alla base della presente invenzione è stato quello di mettere a disposizione una composizione a base di pareti cellulari di lievito ottenuta mediante un procedimento appositamente dedicato a partire da lievito esausto, dove per “lievito esausto” si intende la biomassa di cellule di lievito recuperata al termine dei procedimenti industriali di fermentazione ed estrazione (ad es. i procedimenti per la produzione di estratti di lievito e/o di ribonucleotidi) .

Sommario dell' invenzione

Il problema è stato risolto mettendo a disposizione un procedimento per la produzione di una composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito che comprende fasi di:

a) disperdere cellule di lievito esausto in un mezzo acquoso per ottenere una prima sospensione di cellule di lievito;

b) trattare detta prima sospensione con un enzima prò teolitico;

c) centrifugare detta prima sospensione ottenendo un primo pellet e un surntante;

d) disperdere in un mezzo acquoso detto primo pellet, ottenendo una seconda sospensione di cellule di lievito;

e) centrifugare detta seconda sospensione ottenendo un secondo pellet, che costituisce detta composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito.

In una forma di realizzazione, il procedimento prevede anche una fase ulteriore f) di essiccazione del summenzionato secondo pellet, che costituisce la summenzionata composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito, ottenuto nella fase e).

In un aspetto della presente invenzione, il summenzionato lievito esausto è un lievito Crabtree negativo, preferibilmente del genere Kluyveromyces.

in un altro aspetto della presente invenzione, il suddetto secondo pellet, che costituisce detta composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito ottenuto nella fase e), presenta un contenuto di proteine compreso tra 20-30% sulla sostanza secca.

Salvo diversa indicazione, le percentuali indicate nella presente domanda devono essere intese come percentuali peso /peso.

In un ulteriore aspetto della presente invenzione, la summenzionata fase b) di trattamento con un enzima proteolitico è eseguita ad una temperatura compresa tra 50°C e 70°C, preferibilmente tra 55<D>C e 65°C, ancora più preferibilmente a 60°C.

Preferibilmente il tempo della fase b) è generalmente di almeno 6 ore, preferibilmente circa 6-10 ore.

Preferibilmente, nella fase b) di trattamento con un enzima proteolitico, la sospensione di cellule di lievito esausto ha un peso secco compreso tra 5% e 12%, preferibilmente tra 7% e 12%.

Preferibilmente, la fase b) di trattamento con un enzima proteolitico è eseguita in un mezzo acquoso contenente un composto basico e avente un pH tra 7,5 e 9,0, preferibilmente tra 8,0 e 8,2.

Preferibilmente, il composto basico è una base forte, preferibilmente un idrossido alcalino o alcalino -terroso, ed è vantaggiosamente scelto tra idrossido di calcio, idrossido di sodio e idrossido di potassio. Convenientemente, il composto basico è idrossido di sodio.

La base forte è preferibilmente utilizzata in forma di soluzione acquosa a concentrazione compresa tra 20% e 40%, preferibilmente compresa tra 25% e 35%, ancora più preferibilmente a una concentrazione del 30%.

In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda una composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito, avente un contenuto di glucani compreso tra 20% e 24%, un contenuto di mannani compreso tra 5,5 e 7,5% e un contenuto di proteine compreso tra 20% e 30% in peso, ottenibile mediante il procedimento sopra descritto.

La composizione costituita da pareti cellulari di lievito, diversamente dalle composizioni noti dalla tecnica anteriore, prevede l’impiego di masse di lievito esausto, in particolare del lievito Kluyveromyces, al fine di utilizzare vantaggiosamente questo sottoprodotto di processi di fermentazione/ estrazione.

Inoltre, la composizione costituita da pareti cellulari di lievito secondo la presente invenzione, è vantaggiosamente caratterizzata da un ridotto contenuto proteico (contenuto di proteine inferiore al 30%) e un elevato contenuto di polisaccaridi (in particolare mannani e βglucani), rendendo tale composizione particolarmente indicata per impieghi in ambito zootecnico, mangimistico ed eventualmente per l’alimentazione umana.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, fornita a scopo illustrativo e non limitativo.

Da diversi processi di estrazione di acidi nucleici da lieviti, ad es. da lieviti dei generi Streptomyces, Kluyveromyces e Candida, si ottiene un sottoprodotto denominato comunemente “lievito esausto”. Tale sottoprodotto si presenta come una sospensione densa, con un contenuto in sostanza secca compreso tra il 17% ed il 22%, e con un contenuto proteico compreso tra il 45% ed il 55% (calcolato sulla sostanza secca).

La rimozione di una parte delle proteine presenti è possibile grazie alTutilizzo di un enzima proteolitico, in particolare una proteasi di origine microbica applicata al lievito esausto.

L’efficacia del trattamento enzimatico è condizionata da tre principali fattori: temperatura, pH e diluizione del lievito esausto.

Le temperature di idrolisi devono essere mantenute in un intervallo tra 55°C e 65°C; il pH viene controllato e mantenuto tra 7 e 9; la diluizione del lievito esausto viene vantaggiosamente effettuata fino a valori di peso secco compresi tra 7 e 12%. Infatti, valori di peso secco superiori al 12% riducono proporzionalmente l’efficacia dell’azione enzimatica.

Il dosaggio ottimale dell’enzima è compreso tra 1 e 3 mi (180 unità di caseina proteasi/ mi di enzima) per ogni kg di soluzione ottenuta in seguito alla diluizione del lievito esausto al 7-12%.

La reazione enzimatica viene condotta per un tempo compreso tra 5 e 8 ore, controllando il pH ogni ora e mantenendolo tra 8,0 ed 8,1 mediante aggiunta di NaOH.

In seguito, la sospensione idrolizzata di lievito esausto viene sottoposta a centrifugazione mediante una centrifuga separatrice, ottenendo così un primo pellet di lievito esausto al 12-16% di sostanza secca ed un suratante di scarto.

Il pellet così ottenuto viene sciolto in acqua, per poter rimuovere le proteine rimaste in seguito alla digestione enzimatica e per riportare il peso secco della sospensione a valori compresi tra 7 e 12%.

La sospensione viene sottoposta ad una nuova fase di centrifugazione, da cui si ottiene un surnatante di scarto e un secondo pellet con un peso secco compreso tra il 12 ed il 16%, che rappresenta la composizione secondo la presente invenzione, costituita sostanzialmente dalle pareti cellulari del lievito esausto.

Il contenuto proteico della composizione costituita dalle pareti cellulari così ottenuta è compreso tra il 20 ed il 30% sulla sostanza secca, conferendo al prodotto un valore commerciale superiore rispetto al lievito esausto tal quale. La composizione ha inoltre un contenuto di glucani compreso tra 20% e 24% e un contenuto di manna ni compreso tra 5,5% e 7,5%.

La composizione secondo l’invenzione viene commercializzata normalmente in forma secca e a tale scopo il suddetto pellet viene sottoposto a un’essiccazione spray.

L’essiccazione spray viene eseguita disperdendo la composizione in acqua, in modo da ottenere una sospensione con peso secco di circa Γ8%, che viene in seguito riscaldata a 79-8 1°C, mantenendo poi tale temperatura per tutto il tempo necessario all’essiccazione spray.

Infine, per caratterizzare il prodotto finale, si esegue un’analisi del contenuto di glucani e mannani.

ESEMPIO

In un becker di laboratorio, vengono pesati 500 g di lievito esausto del genere Kluyveromyces, ottenuto dal processo di estrazione dell’RNA ed avente le seguenti caratteristiche: 17,87% di sostanza secca, 51,39% di proteine sulla sostanza secca e 3,20% di ceneri sulla sostanza secca.

Vengono quindi aggiunti 500 g di acqua, raggiungendo un peso totale di lOOOg e la sospensione presenta un peso secco pari al 8,93%.

Il becker viene posto quindi su una piastra agitatoreriscaldante e la sospensione viene uniformemente mantenuta in agitazione e riscaldata fino a 60<D>C.

Si effettua quindi una correzione della sospensione da pH 5,94fino al valore di 8,05, mediante l’aggiunta di 2,1 mi di soluzione acquosa di NaOH al 30%.

Viene quindi aggiunto l’enzima Promod 950L (Biocatalyst), in concentrazione di 1,5 mi/ kg.

La reazione enzimatica procede a 60°C per 6,5 ore, sotto agitazione.

Durante questa fase, ad intervalli regolari di un’ora, viene controllato il pH e corretto in un intervallo compreso tra 8 e 8,1 mediante l’aggiunta di una soluzione di NaOH al 30%.

I valori riscontrati sono riportati nella Tabella 1 sottostante Ore di idrolisi pH di partenza pH dopo correzione mi di NaOH al 30% utilizzati 0 5,94 8,05 2,1 mi

1 6,87 8,07 1,5 mi

2 7,46 8,06 1,3 mi

3 7,58 8,05 1,1 mi

4 7,71 8,06 1 mi

5 7,84 8,06 0,6 mi

6 7,97 8,05 0,3 mi

6,5 7,99 - -Tabella 1. Valori di pH della sospensione durante la reazione enzimatica. Il pH di partenza misurato ogni ora veniva corretto con una soluzione di NaOH al 30% fino raggiungere il valore di circa 8.05 (pH dopo correzione).

Conclusa la reazione enzimatica, la sospensione viene sottoposta a centrifugazione (4500 giri/ min per 10 min) e il surnatante viene scartato.

Il pellet così ottenuto viene analizzato e presenta le seguenti caratteristiche: 15,68% di sostanza secca, 36,29% di proteine sulla sostanza secca e 4,75% di ceneri sulla sostanza secca.

Si sospende il pellet aggiungendo una quantità di acqua pari a quella scartata in seguito alla prima centrifugazione.

La sospensione così ottenuta viene mantenuta in agitazione per 15 minuti e successivamente sottoposta a centrifugazione (4500 giri/ min per 10 min).

Il sumatante viene scartato e il pellet che si genera è costituito principalmente da una composizione delle pareti cellulari di lievito.

La composizione presenta le seguenti caratteristiche: 12,05% di sostanza secca, 24,57% di proteine sulla sostanza secca e 3,91% di ceneri sulla sostanza secca.

La composizione viene sospesa in acqua fino ad un peso secco dell’8%; nel caso specifico per ogni parte di composizione al 12,05% di sostanza secca vengono aggiunte 0,5 parti di acqua osmotizzata. Il tutto viene scaldato e mantenuto a 81 °C per Tessiccazione spray.

L’essiccatore spray pilota è stato settato ad una temperatura di ingresso di 190°C e ad una temperatura di uscita di 91°C.

La polvere ottenuta presentava le seguenti caratteristiche: 13,63% di umidità, 24,17% di proteine sulla sostanza secca e 3,79% di ceneri sulla sostanza secca.

È stato analizzato il contenuto di polisaccaridi, la composizione è caratterizzata da 21,8 di glucani totali, di cui 1,4 g di aglucani e 20,4 g di β-glucani, e 6,5 di mannani totali calcolati su 100 g di composizione finale.

La resa del processo è stata del 36,17%, ovvero: da 89,35 g di lievito esausto secco sono stati ottenuti 32,3 17 g di pareti cellulari secche.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di una composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito, che comprende le fasi di: a) disperdere cellule di lievito esausto in un mezzo acquoso per ottenere una prima sospensione di cellule di lievito; b) trattare detta prima sospensione con un enzima prò teolitico; c) centrifugare detta prima sospensione ottenendo un primo pellet e un surnatante; d) disperdere in un mezzo acquoso detto primo pellet, ottenendo una seconda sospensione di cellule di lievito; e) centrifugare detta seconda sospensione ottenendo un secondo pellet, che costituisce detta composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto procedimento prevede ima fase ulteriore f) di essiccazione di detto secondo pellet, che costituisce detta composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito, ottenuta nella fase e).
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto lievito esausto è un lievito Crabtree negativo, preferibilmente del genere Kluyveromyces.
4. 4. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 1-3, in cui detto secondo pellet che costituisce detta composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito ottenuto nella fase e) presenta un contenuto di proteine compreso tra 20-30% sulla sostanza secca.
5. 5. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 1-4, in cui detta fase b) di trattamento con un enzima prò teolitico è eseguita ad una temperatura compresa tra 50 °C e 70°C, preferibilmente tra 55°C e 65°C, ancora più preferibilmente a circa 60°C, per un tempo di almeno 6 ore, preferibilmente per un tempo di 6-10 ore.
6. 6. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 1-5, in cui in detta fase b) di trattamento con un enzima proteolitico la sospensione di cellule di lievito esausto ha un peso secco compreso tra 5% e 12%, preferibilmente tra 7% e 12%.
7. 7. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 1-6, in cui detta fase b) di trattamento con un enzima proteolitico è eseguita in un mezzo acquoso contenente un composto basico e avente un pH tra 7,5 e 9,0, preferibilmente tra 8,0 e 8,2.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui il composto basico è una base forte, preferibilmente un idrossido alcalino o alcalino-terroso.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui detto idrossido alcalino o alcalino-terroso è scelto tra idrossido di sodio, idrossido di calcio e idrossido di potassio, ed è preferibilmente idrossido di sodio.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detta base forte è utilizzata in forma di soluzione acquosa a concentrazione compresa tra 20% e 40%, preferibilmente compresa tra 25% e 35%, ancora più preferibilmente a una concentrazione del 30%.
11. 11. Composizione sostanzialmente costituita da pareti cellulari di lievito, avente un contenuto di glucani compreso tra 20% e 24%, un contenuto di mannani compreso tra 5,5 e 7,5% e un contenuto di proteine compreso tra 20% e 30% in peso, ottenibile mediante il procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 1-10.
12. 12. Uso della composizione secondo la rivendicazione 11 come integratore alimentare.
13. 13. Uso della composizione secondo la rivendicazione 12 come additivo per mangimi.