AT401934B

AT401934B - Kontinuierliches verfahren zur gleichzeitigen herstellung von weinsäure und futterhefe

Info

Publication number: AT401934B
Application number: AT207894A
Authority: AT
Original assignee: Balazs Otto Dipl Ing Dr
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-12-27
Also published as: ATA207894A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Weinsäure und Futterhefe, insbesondere aus Weingeläger.

Im spezielleren ist der Gegenstand der Erfindung das halbkontinuieriiche oder kontinuierliche Verfahren zur gleichzeitigen Verarbeitung von Weingeläger zu Weinsäure und Futterhefe unter Anwendung eines quasi-fluidisierten oder fluidisierten Kationenaustauschers.

Das Weingeläger ist ein Nebenprodukt der Weinwirtschaft. Es enthält hauptsächlich Hefe und In dem nach der Gärung entstandenen Jungwein schwer lösliche Salze der Weinsäure (Kalium- bzw. Natnumbitar- trat sowie Calziumtartarat). Das Weingeläger scheidet sich nach der Gärung aus dem Jungwein aus und setzt sich am Boden der Fässer oder Behälter als Sediment ab. Die weiterverarbeitete (z. B gepresste) Form dieses Sedimentes - der sog. Gelägerpresskuchen - wird im Rahmen dieser Erfindung ebenfalls als Weingeläger bezeichnet.

Gemäss der einfachsten, bekanntesten Art der Gewinnung von Weinsäure aus Nebenprodukten der Weinwirtschaft, insbesondere Weingeläger, werden die schwer wasserlöslichen Weinsäuresalze mit Säure oder Lauge aufgelöst und die Tartrationen aus der Lösung - nach Abtrennung der festen Anteile - in Form von Caloumtartrat abgeschieden, worauf die Weinsäure nach Zerstezung des Calaumtartrats mit Schwefelsäure durch Kristallisieren gewonnen wird. Im Zuge dieses Auflösungsvorganges mit Säure oder Lauge wird die eiweisshaltige Hefe beschädigt, weshalb sie nicht als Wertstoff gewonnen weden kann. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in dem in grossen Mengen anfallenden, schwer zu verarbeitenden, d. h. schwer entsorgbaren, umweltverunreinigenden Abfall.

Nach der Methode der FR 1 422 108 A 1 wird aus thermisch behandeltem Weingelägerpresskuchen eine 2-3% Weinsäuresalze beinhaltende wässnge Suspension bereitet und daraus durch unmittelbaren Kationenaustausch eine höchstens 10% ige Weinsäureiösung hergestellt, aus der die Weinsäure auskristallisiert wird.

Das Verfahren ist nicht kontinuierlich, für das Eindampfen der erhaltenen dünnen Weinsäurelösung wird viel Energie benötigt, und die Menge der verunreinigenden Stoffe steigt stark an. Das Weingeläger muss vor seiner Verarbeitung auf 170 0 C erhitzt weden, wodurch die eiweisshaitigen Inhaltstoffe, Insbesondere Hefe, zerstört werden und für eine eventuelle Gewinnung aus dem Einsatzmatenal verloren gehen.

Im Verfahren gemäss der HU 160 171 A erfolgt die Auflösung des Kalium- bzw. Natriumhydrogentartarates in Wasser ; für ihre Zersetzung wird ein starker Kationenaustauscher verwendet. Da die Kalium- und Natriumhydrogentartarate in Wasser nur in geringem Ausmass löslich sind, wird das Verfahren zur Verbesserung der Löslichkeit bei erhöhter Temperatur durchgeführt und die wässrige Lösung wird in mehreren Zyklen durch den Kationenaustauscher geführt. Auf dieser Weise wird der Weinsäregehalt der von der Säule gewonnenen Lösung erhöht. Das Verfahren ist wegen der hohen Temperaturen energieintensiv, die Hefe wird beschädigt und die Weinsäure kann nur mit grossem Verlust gewonnen werden.

Nach dem Verfahren der HU 157 933 A wird der Gelägerpresskuchen getrocknet, fein gemahlen, das Hefefett wird durch Extraktion mit organischen Lösungsmitteln gewonnen, das Lösungsmittel wird abdestil- liert, und durch Säurebehandlung des Rückstandes wird die Weinsäure gewonnen. Durch die Anwendung organischer Lösungsmittel werden Verunreinigungen eingebracht, und im Zuge des Abdestillieren werden die eiweisshaltigen Stoffe beschädigt.

Der Nachteil der bekannten Verfahren liegt vor allem dann, dass eine komplexe Aufarbeitung des Weingelägers - In deren Verlauf sowohl die Weinsäure als auch die Hefe ohne deren Beschädigung gleichzeitig und mit günstigem Wirkungsgrad gewonnen werden können-nicht möglich ist. In den meisten Fällen fällt der eiweisshaltige, nahrhafte Trockenstoffanted der Hefe als umweltverunreinigender Abfall an
Die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ergeben sich aus jenen-bisher komplex nicht gelösten - Verfahrensschwlengkelten, dass die Weinsäuresalze in Wasser nur in sehr genngem Ausmass löslich sind. Werden hingegen diese Salze durch Lauge oder Säure aufgelöst, dann werden die Hefeeiweisse beschädigt.

Werden die Weisäuresalze durch Ionenaustauscher aufgelöst, wird nur eine sehr dünne Lösung erhalten, und das Verfahren ist nur diskontinuierlich durchführbar, da die Hefezellen und Weinsauresalze beinhaltende wässrige Suspension des naturbelassenen Gelägers nicht
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! eAufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, weiches die obigen Schwierigkeiten und die Nachteile der bekannten Verfahren beseitigt. Das Verfahren soll unter minimalem Energieaufwand und Chemikaiienverbrauch ermöglichen, aus natürlich anfallendem, unbehandeltem Wein- geläger - schon in der ersten Aufarbeitungsphase - Weinsäure von relativ hohem Reinheitsgrad und gleichzeitig für Fütterungszwecke geeignete Hefe guter Qualität zu erhalten, wodurch die Emission von umweltverunreinigenden Stoffen auf-ein Minimum verringert wird.

Die Erfindung sieht vor, dass das In viel Wasser suspendierte dünne Weingeläger durch eine quasifluidisierte oder f ! uidisierte Kationenaustauschersäu ! e geführt wird und dadurch eine freie Weinsäure enthaltende dünne Hefesuspension gewonnen wird. Die auf diese schonende Weise erhaltene weinsäure-

und hefehaltige Lösung ermöglicht die Trennung der unlöslichen Weinsäuresalze von den nunmehr unbeschädigten Hefezellen. Durch die Anwendung des in fluidisierte Zustand befindlichen Kationenaustauschers wird die Möglichkeit einer Betriebsstörung durch Verstopfung verhindert und dadurch ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht.
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d. h als dieeinem Schwebezustand gehalten.

Die Quasi-Fluidisation ist ein Verfahren, das im wesentlichen dann besteht, dass das Fluidum mit periodisch geänderten Geschwindigkeiten-zunächst mit einer höheren bzw. mit einer etwas niedrigeren Geschwindigkeit als die vorgenannte - zum Strömen gebracht wird und dadurch die in der Säule befindlichen festen Teilchen ebenfalls In einem Schwebezustand gehalten werden.

Der Wert der Grenzgeschwindigkeit hängt In Jedem Fall von der Konzentration und Viskosität des konkreten Fluidums (im Falle der vorliegenden Erfindung ist dies die wässrige Gelägersuspension) sowie (unter anderem) von der Konzentration des festen Anteiles (im Falle der vorliegenden Erfindung ist dieser das Ionenaustauscherharz) ab. Oberhalb der Grenzgeschwindigkeit steht ein Intervall zur Verfügung, innerhalb dessen die anzuwendende Strömungsgeschwindigkeit gewählt werden kann.

Dieses Intervall kann in jedem konkreten Fall experimentell bestimmt weden und hängt unter anderem von der Geometrie der angewendeten Säule und der Menge des darin befindlichen Harzes ab.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein vorzugsweise kontinuierliches Verfahren zur gleichzeitigen Aufarbeltung von Weingeläger zu Weinsäure und Futterhefe unter Einsatz von Kationenaustauscherharzen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
A. ) eine aus natürlich anfallendem, unbehandeltem Weingeläger her gestellte wässnge Suspension aufsteigend durch eine einen Kationenaustauscher enthaltende Säule mit einer solchen Strömungsge- schwindigkeit geführt wird, dass sich das Ionenaustauscherharz in fluidisierte Zustand befindet, worauf die gewonnene, freie Weinsäure und Hefe enthaltende Suspension gegebenenfalls In einen Zwischenbe- hälter geleitet wird, von wo gegebenenfalls ein Teil der Suspension zum unteren Einlass der Katenenaus- tauschersäule rezirkuliert wird,

oder
B. ) die aus natürlich anfallendem unbehandeltem Weingeläger hergestellte wässrige Suspension aufstei- gend durch eine einen Kationenaustauscher enthaltene Säule mit einer solchen durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit geführt wird, dass eine nledngere bzw. höhere Strömungsgeschwindigkeit als die Grenzgeschwindigkeit periodisch wechselnd erzeugt wird, so dass sich das Ionenaustauscherharz In einem quasi-fluidisierten Zustand befindet, worauf die gewonnene. Weinsäure und Hefe enthaltende
Suspension gegebenenfalls in einen Zwischenbehälter geleitet wird, von wo gegebenenfalls ein Teil der
Suspension zum unteren Einlass der Kationenaustauschersäule rezirkuliert wird, worauf die Suspension nach Bedarf durch Zentrifugieren und/oder Durchführen durch einen Anionenaustauscher.

Eindampfen,
Knstallisleren und Ausfällen In Form von Calciumtartrat verarbeitet wird und hieraus Weinsäure und ein hefehaitiger Feststoff (Futterhefe) gewonnen werden.
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es,die Säule geführt werden kann.

Zur Fluldlslerung bzw. Quasifluidisierung des Kationenaustauscherharzes hat sich eine Strömungsgeschwindigkeit der wässngen Weingelägersuspension von 1.4.10-3 bis 8.10-3 m3sec.m2 als besonders zweckmässig erwiesen.

Der Kationenaustauscher, welcher das Kalium-, Caicium-und Natnumtartrat n freie Weinsäure umwandelt, wird, abhängig vom pH-Wert der gewonnenen Suspension, auf übliche Art regenenert. Im kontinuierli- chen Betrieb wird die Einspeisung durch überwechseln von einer Säule an eine andere Kattonenaustau- schersäule fortgesetzt.

Aus dem Zwischenbehälter wird die Weinsäurelösung und Hefe enthaltende Suspension kontinuierlich weiterverarbeitet. Die Weiterverarbeitung kann vorteilhaft dadurch erfolgen, dass - die Suspension einer Zentrifuge zugeführt wird (statt einer Zentrifuge kann auch eine Filterpresse oder jedwede Elnnchtung, die für die Trennung von Feststoff und Flüssigkeit geeignet ist, verwendet werden) und die von der Zentrifuge erhaltene, von Hefeanteil befreite Flüssigkeit entweder eingedickt und die Weinsäure auskristallisiert wird, oder aber einer Anionenaustauschersäule zugeführt wird, von der nach deren Sättigung die Weinsäure mit einer stärkeren Säure als die Weinsäure eluiert wird und aus der auf diese Welse erhaltenen,

verhältnismässig konzentrierten Lösung die Weinsäure auskristalli- siert wird (dieser Schritt kann durch Anwendung von zwei oder mehreren Anionenaustauschersäulen ebenfalls kontinuierlich gestaltet werden ; der Wechsel kann pH-abhängig durchgeführt werden) und aus dem nach der mechanischen Trennung erhaltenen Feststoff (d. h.

Hefe), der nach Bedarf In

herkömmlicher Weise getrocknet und mit den bekannten Zusätzen vermengt werden kann, eine als
Futter verwertbare Mischung hergestellt wird, oder - die Suspension ohne Trennung einer Säule zugeführt wird, welche einen Anionenaustauscher in quasi-fluidislertem oder fluidisierte Zustand enthält und aus der von der Säule gewonnenen, weinsäurefreien Suspension die festen Teile herausgefiltert und gemäss dem Vorstehenden weiterbe- handelt werden, während die Weinsäure vom Anionenaustauscher auf die im Vorstehenden beschrie- bene Weise gewonnen wird (mit mehreren Säulen ermöglicht auch diese Verfahrensvanante einen kontinuierlichen Betrieb).

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit sowohl die Gewinnung des ganzen Weinsäuregehaltes des Weingelägers als auch gleichzeitig die Gewinnung der auf diese Weise von Weinsäure befreiten und im Zuge des Verfahrens unbeschädigten Hefe in einer zu Fütterungszwecken geeigneten Form. Das Verfahren kann mit einem minimalen Energieaufwand und ohne umweltbelastende Emissionen realisiert weden.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird an Hand der nachstehenden Beispiele ausführlicher dargestellt.

Beispiel 1
250 kg Weingelägerkuchen (48% Wassergehalt, 19% Tartratgehalt) werden in einem Rührbehälter mit 2500 l tonenarmen Wasser suspendiert. Die Suspension wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3, 3 10-3 m3/sec. m2, die dazu erforderlich Ist, das Harz In fluidislertem Zustand zu halten von, unten einer Säule zugeführt, welche einen Durchmesser von 500 mm und eine Höhe von 4 m aufweist und 355 1 Kationenaustauscherharz (Varion KSM Harz) enthält. Der pH-Wert der von der Säule gewonenen Suspension wird gemessen. Sobald dieser den Wert 3, 2 erreicht, werden die Säulen gewechselt, und die bis dahin verwendete Säule wird regeneriert. Die von der Säule gewonnene Suspension wird In einen Behälter geführt.

Aus diesem Zwischenbehälter wird die Suspension der Zentrifuge zugeführt und in die festen
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! t w ! rd eingedickt,Flüssigkeitsphase auf einer mit Varion Anionenaustauscherharz gefüllten Säule zugeführt wird und dann nach Sättigung der Säule die Weinsäure mit Mineralsäure von der Säule eluiert und durch Knstalllsleren gewonnen wird (37, 8 kg, 80% Ausbeute).

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Claims

Beispiel 3 : Es wird nach Beispiel 1 mit dem Unterschied vorgegeangen, dass die Suspension aus dem ZwischenbehÅalter einer Säule zugeführt wird, welche ein in Varion-Anionenaustauscherharz in fluidisiertem Zustand enthält. Sobald die von der Säule gewonnene Suspension den pH-Wert 3, 2 erreicht, wird die Säule gewechselt. Aus der von der Säule gewonnenen Suspension weren die festen Teile durch ein Pressfilter abflltnert. Es wird ein hefehaltiger Feststoff von 109 kg erhalten (91% Ausbeute). Die Weinsäure wird von EMI3.2 5Beispiel 4 : Es wird nach Beispiel 1 mit dem Unterschied verfahren, dass die Suspension gemäss folgendem Strömungsprogramm der Kationenaustauschersäule zugeführt wird : 30 Sekunden 3, 3. 10-3 m3/sec. m2, dann 10 Sekunden 2, 3. 10-3 m3/sec. m2.

Diese Geschwindigkeiten werden durch Einstellen des Regelventils an der Zuleitung periodisch gewechselt. Die Menge der auf diese Welse gewonnenen Weinsäure beträgt 39 kg (82% Ausbeute) Patentansprüche 1. Kontinuierliches Verfahren zur gleichzeitigen Aufarbeitung von Weingeläger zu Weinsäure und Futter- hefe unter Eisatz von Kationenaustauscherharzen, <Desc/Clms Page number 4> dadurch gekennzeichnet, dass A.

) eine aus natürlich anfallendem, unbehandelten Weingeläger hergestellte wässrige Suspension aufsteigend durch eine einen Kationenaustauscher enthaltende Säule mit einer solchen Strömungs- geschwindigkeit geführt wird, dass sich das Ionenaustauscherharz in fluidislertem Zustand befindet, worauf die gewonnene, freie Weinsäure und Hefe enthaltende Suspension gegebenenfalls in einen Zwischenbehälter geleitet wird, von wo gegebenenfalls ein Teil der Suspension zum unteren Einlass der Kationenaustauschersäule rezirkuliert wird, oder B.

) die aus natürlich anfallendem, unbehandelten Weingeläger hergestellte wässnge Suspension aufsteigend durch eine einen Kationenaustauscher enthaltende Säule mit einer solchen durchschnitt- lichen Strömungsgeschwindigkeit geführt wird, dass eine Geschwindigkeit unter dem Grenzwert bzw.

eine Geschwindigkeit über dem Grenzwert der Fluidisation periodisch abwechselnd erzeugt wird, so dass sich das Ionenaustauscherharz In quasl-fluldisiertem Zustand befindet, worauf die gewonnene, Weinsäure und Hefe enthaltende Suspension gegebenenfalls in einen Zwischenbehälter geleitet wird, von wo gegebenenfalls ein Teil der Suspension zum unteren Einlass der Kationenaustauscher- säule rezirkuliert wird, worauf die ganze Suspension aus dem Zwischenbehälter in bekannter Weise durch mechanische Trennung, vorzugsweise durch Zentrifugieren und/oder Durchführen durch einen Anionenaustauscher, Eindampfen, Knstalllsieren und Ausfällen In Form von Calciumtartrat verarbeitet wird und hieraus Weinsäure und ein hefehaitiger Feststoff (Futterhefe) gewonnen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weingelägersuspension mit einer Geschwindigkeit von 1, 4. 10-3 bis 8. 10-3 m3/sec. m2 der Kationen- austauschersäule zugeführt und damit das dann befindliche Harz In fluidisiertem Zustand gehalten wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wässnge Suspension mit einer periodisch geänderten Geschwindigkeit impulsartig der Säule zugeführt wird, wodurch das Kationenaustauscherharz in quaslfluidlslertem Zustand gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Änderung der Einspeisung der Weingelägersuspension durch die Impulsartige Ände- rung der Rezirkulation erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension aus dem Zwischenbehälter einer mechanischen Trennung, vorzugsweise einer Zennfu- ge, zugeführt wird und aus der festen Phase nach dem Trocknen und gegebenenfalls nach Vermen- gung mit herkömmlichen Zusätzen ein hefehaltiges Futter hergestellt wird
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Zentrifuge erhaltene Flüssigkeitsphase eingedickt und daraus die Weinsäure durch Knstalllsleren gewonnen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Zentrifuge erhaltene Flüssigkeitsphase einer Anionenaustauschersäule zugeführt wird, anschliessend die an der Säule gebundene Weinsäure mit einer stärkeren Säure eluiert wird und die Weinsäure aus der Lösung kristallisiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension aus dem Zwischenbehälter einer Säule zugeführt wird, die einen Anionenaustauscher In quasifluldisiertem oder fluidisierte Zustand enthält.