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Verfahren zur Herstellung eines Umwandlungsproduktes aus gemahlenen oder ungemahlenen
Getreidekörnern.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von handelsüblichem Dextrin, Monosacharosen, wie z. B. Glukose, und Klebstoffen aus Getreide zum Unterschied von der Herstellung aus Stärke.
Durch Anwendung der Erfindung ist es möglich, ein gutes handelsübliches Dextrin und andere oben erwähnte Produkte unmittelbar aus verschiedenen Getreidesorten herzustellen, welche beträchtliche Mengen von Protein und andern Nebenbestandteilen enthalten.
Der Ausdruck Getreide, der in der Beschreibung und in den Ansprüchen gebraucht wird, umfasst diejenigen aller Getreidearten und andern vegetabilen Substanzen, welche wesentliche Mengen von
Stärke enthalten, z. B. Weizen, Roggen, Mais, Reis, Erbsen, Bohnen u. dgl. Überraschenderweise können die genannten Körnerfrüchte dabei nicht nur in gemahlenem, sondern auch in nicht gemahlenem Zustande zur Verwendung gelangen.
Beim Aufschliessen von Stärke zwecks Herstellung von Dextrin wird für gewöhnlich Säure oder ein anderer Katalysator zu der Stärke in Form einer wässerigen Lösung oder Suspension zugesetzt. Wenn nun eine Flüssigkeit fein gemahlenen Körnern hinzugefügt wird, so bildet sich in der Regel ein zäher elastischer Teig oder eine gallertartige Masse, welche die Stärke mehr oder weniger vollständig einhüllt. Wenn anderseits die Körner als ganze, d. h. nicht in zerkleinertem Zustand, behandelt werden, verhindern die äussere Schale, das Protein und die Öle für gewöhnlich, dass die Feuchtigkeit in die Körner eindringt und mit der darin enthaltenen Stärke in Berührung kommt. Auf diese Weise entsteht ein heterogenes Produkt, in welchem die Umwandlungsreaktion nicht gleichmässig vor sich gehen kann.
Zweck der Erfindung ist es also, ein neues Verfahren zur Behandlung von Getreidekörnern auszuführen, bei dem einerseits die Entstehung von teigartigen Massen (Gelen), die aus den nichtstärkeartigen Komponenten normalerweise beim Befeuchten der gemahlenen Getreidekörner sich bilden, verhindert wird, so dass der übliche Prozess der Dextrinbildung oder sonstigen Umwandlung der Stärke, beispielsweise durch Hydrolyse, nicht gestört wird, während anderseits feste und sonstige wasserundurchlässige Stoffe in weiche, wasserlösliche Form gebracht werden, so dass auch sie der Hydrolyse der Stärke nicht im Wege stehen.
Bei Ausführung der Erfindung gemäss der oben erwähnten Methode werden die Getreidekörner entweder in gemahlenem oder ungemahlenem, d. h. grob zerkleinertem oder vorgebrochenem Zustand mit einem Mittel behandelt, welches auf den Kleberproteingehalt der Körner eine Schmelz-oder Verflüssigungswirkung auszuüben scheint, wodurch die Bildung eines Teiges oder einer gallertartigen Masse bei Anwesenheit von Feuchtigkeit verhindert wird. Zur Herbeiführung dieser Wirkung haben sich schwefelhaltige Stoffe anorganischer und organischer Natur als geeignet erwiesen, die in Gegenwart von Säuren Schwefeldioxyd oder Schwefelwasserstoff zu bilden vermögen, also beispielsweise Salze oder Additionsverbindungen der schwefeligen Säure wie Natriumbisulfit oder Additionsverbindungen von Anhydriden der schwefeligen Säure, z. B. Metabisulfite oder Pyrosulfite usw.
Eine andere Gruppe von geeigneten Verbindungen sind die durch Reduktion der schwefeligen Säure erhaltenen Derivate, wie z. B. Natriumhydrosulfit oder seine organischen Additionsverbindungen mit Aldehyden und Ketonen, wie z. B. Natriumformaldehyd-Sulfoxylat.
Ferner verwendbar sind auch Natriumsulfid, Kaliumsulfid, Ammoniumpolysulfid, Natriumxanthat und andere organische Schwefelverbindungen, beispielsweise Kaliumäthylxanthat, Natriumdiäthyldithiocarbamat, Thiokresol, Thionaphthol, Natriumtrithiokarbonat u. a. m.
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Diese Stoffe werden im folgenden als "Verflüssigungsmittel" bezeichnet.
Die richtige Wahl der Feuchtigkeitsmenge, die während der Behandlung gemäss der Erfindung anwesend ist, ist ein für das Gelingen des Verfahrens wesentlicher Faktor. Diese Menge ist ungenügend, um die Körnerfrucht in eine fliessende, flüssige Masse umzuwandeln, ist aber so gross, dass sie in Abwesenheit der Verflüssigungsmittel aus den Körnern eine klebrige, teigige, gelartige Masse entstehen liesse.
In der deutschen Patentschrift Nr. 55868 ist ein Verfahren zur Umwandlung von Stärke enthaltenden Stoffen beschrieben, bei welchem diese Stoffe mit schwefliger Säure in Gasform unter ganz trockenen Bedingungen behandelt und auf eine Temperatur zwischen 40-90 C erhitzt werden : der Druck wird dabei auf. mehrere Atmosphären erhöht, indem man weitere Mengen Schwefeligsäuregas oder irgendein anderes geeignetes Gas einführt. Dieses Verfahren wird bei absoluter Trockenheit durchgeführt, da keine Feuchtigkeit anwesend ist, um eine Gelbildung der nicht stärkeartigen Bestandteile
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artigen Bestandteilen der Körnerfrüchte dabei gebildet werden, werden durch die grosse Menge der anwesenden schwefeligen Säure zersetzt oder in flüssige Form übergeführt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist wie oben bemerkt, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cerealien während des ganzen Umwandlungsvorganges unter begrenzten Feuchtigkeitsbedingungen belässt, die zwischen den vollständig trockenen und den vollständig nassen Bedingungen liegen, die vorhin besprochen wurden. Gerade diese zwischenliegenden Feuchtigkeitsbedingungen wären ohne Zusatz der Verflüssigungsmittel gemäss der Erfindung besonders geeignet zur Bildung von Gelen, welche sich nicht oder kaum merklich bilden, wenn die Körner unter entweder vollständig trockenen oder vollständig nassen Bedingungen behandelt werden.
Da aber im Sinne der Erfindung die Gelbildung unter den mittleren Feuchtigkeitsbedingungen durch Zusatz der oben besprochenen Verflüssigungsmittel verhindert wird, ist das Verfahren deshalb vorteilhafter als die bekannten, weil es die Notwendigkeit vermeidet, mit überschüssigen Gasen und Flüssigkeiten zu arbeiten, die ja durch besondere Massnahmen wieder weggeschafft werden müssen. Es bewirkt also eine wirksamere Umwandlung mit kleineren Mengen von Zusatzstoffen und liefert dabei bessere Umwandlungsprodukte.
Die Getreidekörner können natürlich normalerweise einen kleinen Prozentsatz an Feuchtigkeit
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und sich dabei in einen ziemlich harten Teig verwandeln, welcher sich jedoch für gewöhnlich trocken anfühlt. Wenn das Maximum der Wasserabsorption des Mehles überschritten ist, zerfällt die Masse und geht in einen flüssigen oder zähflüssigen feuchten Zustand über.
Beim Gebrauch des Wortes begrenzte Feuchtigkeitsmenge od. dgl. sind daher alle Zustände des Getreides gemeint, in denen nicht genügend Wasser vorhanden ist, damit das Mehl oder die körnige Masse eine wässerige Flüssigkeit bildet oder diejenigen Zustände, in denen das Mehl oder die Körner noch nicht die maximale Wassermenge absorbiert haben.
Bei der Ausführung der oben angegebenen erfindungsgemässen Methode können die Getreidekörner in der Weise behandelt werden, dass eine als Katalysator bei der Hydrolyse der Stärke wirkende Säure (oder ein saures Salz) die mit einem der oben genannten Verflüssigungsmittel versetzt ist, zwischen die Körner zerstäubt oder in anderer Weise mit ihnen vermischt wird. Die Säure oder das saure Salz wird in grösserer Menge zu dem Gemisch hinzugefügt, als notwendig ist, um mit dem Verflüssigungsmittel zu reagieren, wobei der Überschuss eben als Katalysator bei der Hydrolyse wirkt. Sobald die Vermischung erfolgt ist, wird das Gemisch in Pfannen oder in mit einem Dampfmantel umgebenen Trommeln oder in Röstvorrichtungen anderer Art erhitzt. Die Hitze sowie die zugefügte Säure bewirken den Zerfall des als Verflüssigungsmittel dienenden Stoffes und macht z.
B. Schwefeldioxyd frei, welch letzteres auf die nichtstärkehaltigen oder ldeberartigen Teile des Getreides sowie auf die Faser-und Fettstoffe einwirkt und die Bildung eines Teigs oder einer gallertartigen Masse mit der anwesenden Mischung verhindert, so dass die darauffolgende Umwandlung der Stärke in Dextrin nicht unterbunden wird. Die ungewöhnliche Wirkung der Verflüssigungsmittel wird an folgendem Beispiel erläutert : Wenn etwa 20 kg Mehl und ebensoviel Wasser miteinander gemischt werden, bildet sich normalerweise ein Teig. Wenn jedoch etwa 0-1 1 kg Natriumbisulfit in den Teig hinein verarbeitet werden, verliert die Masse in ganz kurzer Zeit ihren teigartigen Charakter und wird flüssig. In der Praxis brauchen nur sehr kleine Mengen der Verflüssigungsmittel benutzt zu werden.
Für gewöhnlich genügen ungefähr 0-4% bis zu ungefähr 1%.
Wie bereits bemerkt, haben die Verflüssigungsmittel auch die Fähigkeit, die äussere Schale und die sonstigen unlöslichen Bestandteile der Körnerfrüchte aufzuweichen bzw. löslich zu machen, so dass sie auch bei der Behandlung ungemahlener Getreidekörner benutzt werden können, wobei sie die Umwandlung der Stärke in den Körnern beträchtlich erleichtern.
Das durch dieses. Verfahren gewonnene Produkt kann neben Dextrin, Stärkegummi und Zucker eine gewisse Menge von Pflanzenleim in unverändertem oder verändertem Zustand enthalten. Versuche
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haben ergeben, dass die Anwesenheit dieser Stoffe zusammen mit den Dextrinen, Gummisorten oder Zuckerarten nicht schädlich ist, da sie selbst Klebeeigenschaften besitzen, welche diejenigen des Dextrins ergänzen. Es werden sogar gewisse physikalische Eigenschaften des Produktes für viele Zwecke erheblich gegenüber denjenigen des handelsüblichen Dextrins und der aus der Stärke hergestellten Gummimischung verbessert.
Das erfindungsgemäss hergestellte Produkt ist sehr geeignet für die Verwendung als Bäckereidextrin, Linoleumzement, für gewisse Leimsorten zum Zusammenkleben von Kartons, Kernbindemittel, Textilleime und Papierleime, Getreidepasten und andere Klebstoffe.
Beispiel l : Die Erfindung kann in folgender Weise bei Umwandlung von Mais angewendet werden.
Eine 150 Teile Wasser, 20 Teile einer Salzsäure von 210 und 3 Teile Natriumbisulfit enthaltende Lösung wird in 2000 Teilen vorgebrochenen Maiskernen in der Weise zerstäubt, dass beim Rühren der körnigen Masse die zerstäubte Lösung in innige Berührung mit allen Maisteilchen kommt. Danach wird das Gemisch in Pfannen oder irgendwelchen andern Röstvorrichtungen bis auf ungefähr 250 C erhitzt. Diese Temperatur wird ungefähr 20 Stunden lang aufrecht erhalten, nachdem die Hitzezuführung und
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man feststellen, dass das Material seine Farbe erheblich geändert hat und ziemlich dunkelbraun geworden ist.
Nachdem es zu Mehl gemahlen ist, hat das Material eine Löslichkeit von ungefähr 31% und kann im Verhältnis von 1 : 1% Teilen mit heissem Wasser in eine sehr dicke Paste übergeführt werden.
Beispiel 2 : Eine aus 150 Teilen Wasser, 20 Teilen Salzsäure von 210 Bé und 4 Teilen Natriumsulfit bestehende Lösung wird in 2000 Teilen zerkleinerten Maiskörnern in der Weise zerstäubt, dass die Lösung in innige Berührung mit allen Körnchen kommt. Die entstehende Mischung wird dann in Pfannen oder andern Röstvorrichtungen bis auf 250 C ungefähr zehn Stunden lang erhitzt. Am Ende dieses Zeitraumes nimmt das Material eine gelbbraune Farbe an und lässt sich zu 51 % in Wasser lösen. Es bildet eine schöne weiche Paste, wenn es mit Wasser im Verhältnis von 1 : 1 aufgekocht wird.
Die Herstellung eines flüssigen handelsüblichen Dextrins. einer Dextrinpaste oder eines Zuckers, wie z. B. Glukose, unmittelbar aus Getreidekörnern kann man erfindungsgemäss auch ausführen, indem man ein Gemisch der Getreidekörner mit etwas Wasser zuerst mit Schwefeldioyxd oder einem schwefeligsauren Salz in der Weise behandelt, dass die Proteine. Faser-und Fettstoffe inaktiv gemacht werden, um zu verhindern, dass sich ein Teig oder eine gallertartige Masse bildet ; dann werden die so behandelten Körner mittels Hitze, Säuren, sauren Salzen, Enzymen oder anderer Katalysatoren oder mittels der Kombination dieser Mittel in ein Produkt umgewandelt, welches die gewünschten Eigenschaften besitzt.
Die folgenden wichtigen Faktoren beeinflussen den Charakter des Endproduktes :
1. die Menge des bei der Aufspaltung der Proteine benutzten Schwefeldioxyds,
2. die Menge und Art der Säure oder der andern katalytischen Mittel, welche dazu verwendet werden, die Stärke umzuwandeln (an Stelle der angeführten Chlorwasserstoffsäure können, wenn gewünscht, auch andere Säuren oder saure Salze oder Mischungen daraus verwendet werden, z. B. Salpetersäure, Essigsäure und Ameisensäure),
3. die Länge der Zeit, während der die Körner behandelt werden,
4. die Temperatur, bei welcher die Körner umgewandelt werden,
5. die Art der Körner, welche der Behandlung unterworfen werden,
6. die Feinheit des behandelten Materials,
7. die während oder am Schluss der Umwandlung verwendeten Neutralisierungsmittel.
Dadurch, dass einige dieser Faktoren oder alle geändert werden, kann man jedes beliebige gewünschte Endprodukt gewinnen, welches zwischen einem nur wenig veränderten Ausgangsprodukt und einem Produkt liegt, das sich mit Wasser mischt und in Form einer schweren weissen Paste ein Erzeugnis von der Natur der handelsüblichen Glukose ergibt ; die anwesenden Proteinbestandteile können davon getrennt oder auch darin belassen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Umwandlungsproduktes aus gemahlenen oder ungemahlenen Getreidekörnern, dadurch gekennzeichnet, dass man das Ausgangsmaterial in angefeuehtetem Zustand, d. h. bei Anwesenheit beschränkter, aber zur Gelbildung ausreichender Feuchtigkeit, in Gegenwart einer Säure oder eines sauren Salzes mit einer schwefelhaltigen Verbindung, die in saurem Milieu Schwefeldioxyd oder Schwefelwasserstoff entwickelt, oder direkt mit einem dieser beiden Gase behandelt, wodurch der nicht stärkehaltige Bestandteil des Korns in einem solchen Masse verflüssigt oder erweicht wird, dass die normalerweise bei diesem Feuchtigkeitsgrad eintretende Teigbildung unterbleibt, worauf man das erhaltene Gemenge zur Vollendung der Umwandlung der Stärke mit oder ohne Zusatz weiterer Katalysatoren erhitzt.