СТАБИЛЬНЫЕ ПРОБИОТИЧЕСКИЕ ГРАНУЛЫ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
STABLE PROBIOTIC GRANULES AND THEIR PRODUCTION METHOD

Настоящее изобретение относится к области пробиотических композиций, используемых в области пищевой промышленности и здравоохранения и/или ветеринарии. В частности, оно касается способа гранулирования композиции, содержащей пробиотические микроорганизмы, позволяющего получать стабильные пробиотические гранулы.
Термин «пробиотики» обозначает живые или оживляемые микроорганизмы, которые при усвоении в достаточном количестве оказывают положительное влияние на организм хозяина, улучшающее свойства кишечной флоры и превосходящее традиционные питательные эффекты. Они представляют собой альтернативу применению антибиотиков в питании животных. Чаще всего речь идет о бактериях или дрожжах, присутствующих либо в пищевых продуктах, либо в биологически активных добавках к пище.
Существует четыре основных типа пробиотиков:
- молочнокислые бактерии (палочковидные и кокковидные молочнокислые бактерии),
- бифидобактерии человеческого или животного происхождения,
- различные дрожжи, в том числе дрожжи типа Saccharomyces,
- другие спорообразующие бактерии, в том числе Bacillus subtillis и cereus.
Микроорганизмы, погибающие при нагревании, не отвечают определению пробиотиков, даже если с ними можно связать определенный терапевтический эффект.
В более широком смысле термин «пробиотики» означает также пищевые продукты, содержащие такие микроорганизмы.
Пробиотики находят все более широкое применение, как в питании человека, так и в кормах для животных, в частности, в качестве заменителей антибиотиков, учитывая, в частности, тенденцию к более здоровому, более натуральному и более щадящему окружающую среду питанию. При кормлении животных эти микроорганизмы обычно добавляют в гранулированные корма через премикс, содержащий также витамины, микроэлементы и аминокислоты.
Как правило, производство гранул подразделяется, по меньшей мере, на две стадии:
А - приготовление премикса с использованием добавок,
В - производство гранулированного пищевого продукта, содержащего премикс (А).
Пробиотические микроорганизмы вводят либо в премикс, либо при изготовлении гранул.
Однако введение пробиотических микроорганизмов в гранулы является сложным процессом. Чаще всего во время процесса гранулирования пробиотические микроорганизмы гибнут. Фактически, производство гранул происходит в присутствии пара при температурах от 60°С до 120°С под давлением от 0,5 до 40 бар. Эти процессы гранулирования связаны со значительными термическими, механическими воздействиями и с воздействием влаги, которым должны противостоять микроорганизмы.
Согласно патентной публикации ЕР 0 694 610, стойкость к гранулированию дрожжей рода Phaffia rhodozyma, способствующих получению красителя астаксантина и применяемых в кормлении рыб для придания красного цвета искусственно выращиваемой семге и форели, была повышена за счет сушки в присутствии сахара, такого как глюкоза.
Однако в данном случае не идет речь о пробиотических дрожжах, которые должны оставаться в живом виде до их усвоения животными, чтобы выполнить свои функции.
В патентной заявке WO 2007/135278 описаны пробиотические микроорганизмы, которые могут обладать повышенной стабильностью во времени в премиксах за счет смешивания со стенками дрожжей и/или с деактивированными дрожжами вместо других традиционно используемых носителей премикса, таких как пшеничная мука или карбонат кальция, при этом такая повышенная стабильность во времени делает их более устойчивыми к гранулированию.
Таким образом, существует реальная потребность в пробиотических микроорганизмах, которые одновременно остаются стойкими в течение времени, а также во время процесса гранулирования, чтобы производить реальный ожидаемый эффект на усваивающий их организм.
Заявитель установил, что вышеуказанную проблему можно решить путем выбора пробиотического микроорганизма с точным определением его характеристик в сочетании с оптимизацией рабочих условий процесса гранулирования.
Решение в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает лучшую стабильность, то есть потери после обработки ниже 1 log KOE/г.
В частности, заявитель установил, что решение этой проблемы основано на комбинации двух следующих элементов:
- прежде всего, селекция микроорганизма, выбираемого среди пробиотических дрожжей, представленных в виде сухого агломерата из шариков с содержанием сухого вещества от 93 до 98% и со средним диаметром (d) шариков от 500 до 1500 мкм, и
- затем точный выбор рабочих условий процесса гранулирования, применяемого для получения гранулята, предназначенного для конечного применения.
Решение, на котором основано настоящее изобретение, не приводит к потерям пробиотических микроорганизмов после гранулирования, превышающим 1 log KOE/г гранулированного пищевого продукта, что будет пояснено ниже.
Предпочтительно содержание сухого вещества в шариках в соответствии с настоящим изобретением составляет от 93 до 96%, а средний диаметр (d) составляет от 800 до 1200 мкм.
Как правило, способ производства гранулята делится на несколько стадий:
А - приготовление премикса добавок (витамины, микроэлементы, микроорганизмы, эфирные масла и т.д., разведенные на носителе или наполнителе. Существует несколько классически применяемых наполнителей минерального или растительного происхождения, таких как пшеничная мука, карбонат кальция, сепиолитная глина или отходы крахмальной промышленности). Премикс представляет собой муку мелкого помола (средний диаметр частиц примерно 100 мкм).
В - производство гранулята производителем продукта, содержащее:
а - фазу макросмешивания с измельченным сырьем (пшеница, кукуруза, ячмень, жмых, …), добавками и премиксами. Эта макросмесь представляет собой муку грубого помола (средний диаметр частиц 500 мкм),
b - фазу предварительного гранулирования (термическая обработка только паром или с механическим воздействием),
с - фазу гранулирования (производство гранул), характеризующуюся температурой фильеры (Т) и диаметром гранул (D),
d - фазу сушки-охлаждения.
Как правило, дрожжи вводят в премикс (этап А) или напрямую в макросмесь (этап Ва).
Объектом настоящего изобретения является способ получения пробиотических гранул, содержащий следующие стадии:
- введение в питательную смесь, предназначенную для соответствующего применения, пробиотической композиции (А), содержащей:
- от 2 до 30 масс.% пробиотических дрожжей от общей массы композиции, при этом содержание сухого вещества в пробиотических дрожжах составляет от 93 до 98%, а средний диаметр (d) шариков составляет от 800 до 1200 мкм, и
- от 70 до 98 масс.% питательной добавки от общей массы композиции, содержащей, по меньшей мере, один ингредиент, выбираемый из витаминов, микроэлементов, аминокислот и других добавок, предназначенных для использования в пищевой промышленности или в области здравоохранения и/или ветеринарии,
- нагнетание водяного пара при температуре от 60°С до 85°С под давлением от 0,5 до 4 бар в смесь, полученную на предыдущем этапе,
- гранулирование путем выдавливания при температуре от 70 до 92°С для получения гранул диаметром (D), составляющим от 2 до 6 мм, и
- охлаждение.
Температуру (Т) грануляционной фильеры, диаметр (D) гранул, содержание сухого вещества (DM) и средний диаметр (d) шариков определяют таким образом, чтобы проверить следующее уравнение:
-5
-5
-6
2
2
Х=-196,482-[0,023×d]+[2,256×(DM)]-[14,793×Т]+[3,046×D]+[6,25×10×d×(DM)]+[0,001×d×Т]+[5,63×10×d×Т]+[0,167×(DM)×Т]-[0,036×(DM)×Т]-[0,023×D×Т]+[4,06×10×d]+[0,003×Т],
в котором потери дрожжей после гранулирования Х (log КОЕ/г исходных дрожжей - log КОЕ/г после гранулирования) составляют менее 1 log КОЕ/г гранулированного продукта.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, способ в соответствии с настоящим изобретением осуществляют в следующих условиях:
Температура фильеры (°С)
Диаметр гранул (мм)
Диаметр шариков (мкм)
Сухое вещество шариков (%)
85
3,5
1000
94,0
1200
93,0
90
4
800
94,0
970
94,8
92
4
865
94,8
92
4
950
94,7
Предпочтительно пробиотическая композиция в соответствии с настоящим изобретением содержит:
- от 5 до 20 мас.% пробиотических дрожжей от общей массы композиции,
- от 80 до 95 мас.% питательной добавки от общей массы композиции, содержащей, по меньшей мере, один ингредиент, выбираемый из витаминов, микроэлементов, аминокислот и других добавок, предназначенных для использования в пищевой промышленности или в области здравоохранения и/или ветеринарии.
Приготовление и сушка дрожжей являются хорошо известной технологией. Дрожжи выращивают в виде чистой биомассы, затем дрожжи собирают, в случае необходимости, смешивают с технологическими вспомогательными ингредиентами из расчета нескольких процентов применяемого сухого вещества, экструдируют и сушат при помощи разных технологий: разбавление, сушка на конвейере или во вращающемся барабане. Эти различные технологии описаны в базовых учебниках, таких как Yeast Technology, Reed and Nagodawithana, second edition, an AVI book, Van Nostrand Reinhlod. Специалист может адаптировать рабочие условия, в частности, размеры грануляционной фильеры и сит, а также условия сушки для получения дрожжей в соответствии с настоящим изобретением, как указано в экспериментальной части.
В качестве примера пробиотических дрожжей можно указать пробиотические дрожжи, выбираемые из группы, в которую входят дрожжи рода Saccharomyces, предпочтительно вида Saccharomyces cerevisae, или рода Kluyveromyces, такие как Kluyveromyces marxianus, и их смеси.
Предпочтительными примерами штаммов Saccharomyces cerevisae являются штамм Saccharomyces cerevisae Sc47, депонированный в NCYC под номером 47, штамм Saccharomyces cerevisae, депонированный в коллекции Пастера (CNCM) под номером I-1077, штамм Saccharomyces cerevisae, депонированный в коллекции Пастера (CNCM) под номером I-1079, штамм Saccharomyces cerevisae, депонированный в коллекции MUCL под номером 39 885, штамм Saccharomyces cerevisae, депонированный в коллекции CBS под номером 39 493.94, штамм Kluyveromyces marxianus, депонированный в коллекции MUCL под номером 39434, и их смеси.
Предпочтительно пробиотическая композиция в соответствии с настоящим изобретением содержит штамм Saccharomyces cerevisae Sc47, депонированный в NCYC под номером 47.
Пробиотическую композицию в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для животных кормов и/или для питания человека. Ее можно вводить в разных формах.
Согласно предпочтительному варианту изобретения, пробиотическую композицию, предназначенную для животных кормов, вводят в виде гранулята.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения применяют следующие условия:
Температурафильеры (°С)
Диаметр гранул (мм)
Диаметр шариков (мкм)
Сухое вещество шариков (%)
85
3,5
1000
94,0
1200
93,0
90
4
800
94,0
970
94,8
92
4
865
94,8
950
94,7
Можно указать следующие условия, которые приводят к наименьшим потерям:
Температурафильеры (°С)
Диаметр гранул (мм)
Диаметр шариков (мкм)
Сухое вещество шариков (%)
92
4
865
94,8
92
4
950
94,7
7
12
Композицию (А) вводят в гранулы из расчета от 0,01 до 10% пробиотических дрожжей в соответствии с настоящим изобретением относительно сухой массы продукта, что соответствует 10-10 КОЕ на кг гранулированных продуктов.
Другим объектом настоящего изобретения является гранулят, содержащий от 0,01 до 10 масс.% пробиотических дрожжей и от 90 до 99,9 масс.% соответствующей питательной смеси.
Согласно предпочтительному варианту, гранулят содержит от 0,01 до 5 масс.% пробиотических дрожжей и от 95 до 99,9 масс.% соответствующей питательной смеси.
Гранулят в соответствии с настоящим изобретением получают при потерях пробиотических микроорганизмов после гранулирования менее 1 log KOE/г гранулированного продукта.
Еще одним объектом изобретения является использование пробиотического гранулята для кормления животных и/или питания человека.
Ниже описаны варианты выполнения изобретения, которые не ограничивают его объема.
Были проведены следующие исследования:
- идентификация параметров гранулирования, критических для дрожжей,
- исследование индивидуального влияния идентифицированных параметров на срок жизни дрожжей в зависимости от физических и химических свойств,
- исследование полного гранулирования на дрожжах (в качестве эталонного образца) с целью создания математической модели, связывающей физические свойства шариков и их стабильность,
- определение пары [гранулометрия и DM], приводящей к минимальным потерям,
- подтверждение пары [гранулометрия и DM шариков] в ходе промышленных процессов гранулирования.
Для этой работы использовали дрожжи в виде ADY/SPH. Эти дрожжи являются сухими хлебопекарными дрожжами, предназначенными для гидратации. Перед использованием они требуют повторной гидратации. Они поставляются в виде шариков.
I. Идентификация параметров гранулирования, критических для дрожжей
Сложный комплекс экспериментов позволил получить следующую классификацию критических параметров в порядке снижения критичности: диаметр гранул, температура предварительного гранулирования, длина каналов фильеры, влажность продукта. Таким образом, физическими условиями являются влажность продукта, температура обработки и сжатие (диаметр и длина каналов напрямую связаны с усилиями сжатия).
II. Влияние полного гранулирования на стабильность дрожжей ADY/SPH
Был произведен сложный (многофакторный, многоуровневый) комплекс экспериментов с изменением следующих параметров:
- параметры, связанные с дрожжами: сухое вещество и средний диаметр
- параметры гранулирования: температура фильеры, диаметр гранул.
Испытания были проведены на контрольном прессе Kahl L 14-175,3 кВт.
Факторы
Уровни
Значения
Сухое вещество (%)
2
95
93
Диаметр шариков (мкм)
4
1250
1050
865
570
Температура (°С)
3
93
88
83
Диаметр гранул (мм)
2
4
3,2
В качестве примера ниже приведены некоторые результаты:
Средний диаметршариков
DM
Диаметр гранул
T(°С)
Потери (log KOE/г)
865
93
3,2
83
0,6
1250
95
3,2
83
0,5
1250
93
4
83
0,4
865
93
4
83
0,6
570
95
3,2
83
0,4
865
93
3,2
88
1,4
1250
95
3,2
93
1
1050
93
4
88
0,7
570
93
3,2
88
1,5
1250
95
3,2
88
1
1250
93
4
93
1,4
1050
95
3,2
93
0,6
Этот комплекс привел к созданию модели, объясняющей потери в дрожжах после гранулирования в зависимости от этих 4 факторов.
Ниже приведено математическое уравнение полной модели (действительной для нашего экспериментального поля).
-5
-5
-6
2
2
Х=-196,482-[0,023×d]+[2,256×(DM)]-[14,793×Т]+[3,046×D]+[6,25×10×d×(DM)]+[0,001×d×Т]+[5,63×10×d×Т]+[0,167×(DM)×Т]-[0,036×(DM)×Т]-[0,023×D×Т]+[4,06×10×d]+[0,003×Т],
где:
Х - потери микроогранизмов после гранулирования
(log KOE/г)=log KOE/г исходного вещества - log КОЕ/г
d (мкм) - средний диаметр шариков
DM (%) = сухое вещество шариков
D (мм) - диаметр гранул
Т (°С) = температура фильеры
Согласно нашим целям обеспечения стабильности - потерь ниже 1 log КОЕ/г - интересующие нас пары [DM × средний диаметр шариков] следует определять в зависимости от применяемых условий гранулирования. При этом математическое уравнение становится:
-5
-5
-6
2
2
1,0>-196,482-[0,023×d]+[2,256×(DM)]-[14,793×Т]+[3,046×D]+[6,25×10×d×(DM)]+[0,001×d×Т]+[5,63×10×d×Т]+[0,167×(DM)×T]-[0,036×(DM)×T]-[0,023×D×T]+[4,06×10×d]+[0,003×T].
Важно отметить, что при данных условиях гранулирования существует множество пар [DM × средний диаметр шариков].
Ниже приведены примеры пар, позволяющие добиться потерь ниже 1,0 log КОЕ/г продукта:
Температурафильеры (°С)
Диаметр гранул (мм)
Диаметр шариков (мкм)
Сухое вещество шариков (%)
85
3,5
1000
94,0
1200
93,0
90
4
800
94,0
970
94,8
92
4
865
94,8
950
94,7
При этом установлены две пары для подтверждения при промышленном способе гранулирования (по реализуемости изготовления продуктов):
Пара 1: d=950 мкм и DM=94,7%
Пара 2: d=865 мкм и DM=94,8%
Подробное описание способа подготовки дрожжей согласно изобретению
Дрожжи готовят в виде чистой биомассы, затем их собирают, смешивают с технологическими вспомогательными ингредиентами из расчета нескольких процентов применяемого сухого вещества, экструдируют и сушат при помощи разных технологий: разбавление, сушка на конвейере или во вращающемся барабане.
А - средний диаметр (d):
Используют экструдер с размером ячейки 2 мм с целью получения шариков, имеющих средний диаметр 950 мкм, и с размером ячейки 1,8 мм для получения шариков, имеющих средний диаметр 865 мкм.
В - количество сухого вещества (DM):
Способ состоит в сушке в классическом барабане, что будет описано ниже. Время сушки было оптимизировано для получения искомых количеств DM.
Описание способа изготовления
Различают несколько стадий изготовления, стадия обезвоживания и стадия сушки.
А - обезвоживание
Эта стадия позволяет получить дрожжевую массу с 33% (±3%) DM из отстоявшегося дрожжевого молока с 18% (±2%) DM.
Принцип:
В дрожжевое молоко вводят рассол (вода + NaCl) до получения проводимости, варьирующей от 15000 мкСм до 20000 мкСм.
Это соленое молоко проходит затем через водоотделитель (вращающийся вакуумный фильтр), в котором предварительно получают мучнистый слой (вода + мука). После прохождения через водоотделитель дрожжевое молоко переходит из жидкого состояния в тестообразное состояние (30-36% DM).
Затем эту дрожжевую массу измельчают в дробилке (цилиндр с лопастями, перемешивающими дрожжи и толкающими их в другой цилиндр, на конце которого находится сетка с размером ячейки 2 мм или 1,8 мм). Этот этап является определяющим для получения требуемого гранулометрического состава.
После этого дрожжи перемещают в сушильные устройства.
В - сушка
Сушку производят в непрерывном режиме в горизонтальном вращающемся барабане, оборудованном лопастями, перемешивающими дрожжи, внутри которого проходит горячий воздушный поток. Температуру и расход горячего воздуха определяют таким образом, чтобы в конце сушки дрожжи имели температуру порядка 43°С (+/-1°С).
После получения требуемого уровня DM дрожжи выгружают в упаковочный бункер.