DD235650A1 - Verfahren und vorrichtung zur staerkegewinnung aus roggen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Staerkegewinnung aus einem durch allgemein praktizierte oder spezielle Zerkleinerung und Sichtung des Roggens hergestelltem Mahlprodukt und dessen Trennung in Staerke und verbleibende Mehlbestandteile. Ziel der Erfindung ist es, durch die Gestaltung eines kontinuierlichen Verfahrens mit niedrigem Energiebedarf, minimalem Hilfsstoffeinsatz und geringem Anlagenvolumen eine Moeglichkeit zur kostenguenstigen Gewinnung von Staerke aufzuzeigen. Erfindungsgemaess wird ein Mahlprodukt des Roggens mit Prozesswasser und rezirkuliertem Fugat zu einer Suspension verruehrt, einem viskositaetsabbauenden Aufschluss durch mikrobiell gebildete Enzyme unterworfen, die Suspension nach dem Aufschluss einer Klassierung im Zentrifugalfeld unterzogen, wobei eine Trennung in ein vorwiegend Rohstaerke enthaltendes Sediment und ein alle geloesten, gequollenen und Feinkornstaerke beinhaltendes Fugat erfolgt. Dieses Sediment wird nach einer zweiten Klassierung durch Siebung, Raffination, Entwaesserung und Trocknung zu einer Roggenstaerke hoher Qualitaet aufgearbeitet. Das Verfahren wird in einem rotierenden Rohrreaktor mit sedimentationsverhindernden Einbauten durchgefuehrt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen und 2 Seiten Tabellen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Stärke aus einem durch allgemein praktizierte oder spezielle Zerkleinerung und Sichtung des Roggens hergestelltem Mahlprodukt und dessen Trennung in Stärke und verbleibende Mehlbestandteile.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Charakteristik wäßriger Roggenmehlsuspensionen wird durch vergleichsweise hohe Viskositäten geprägt. Diese typischen Eigenschaften werden durch den anderen Getreidearten gegenüber höheren Gehalt an Schleimstoffen hervorgerufen. Sie verhindern die Anwendung bekannter und bewährter Verfahren zur Getreidestärkeproduktion für die Roggenstärkegewinnung unter vertretbaren Einsatzbedingungen.

Die Technologie der Weizen-, Mais-und Reisstärkegewinnung ist für Roggenstärke nur anwendbar, wenn die hohen Viskositäten der wäßrigen Roggenmehlsuspensionen durch die Verwendung der 5 bis 10fachen Wassermengen auf das maschinentechnisch erforderliche Maß reduziert werden. Bei Einsatz dieser großen Wassermengen ist die Verwertung der übrigen Mehlinhaltsstoffe nicht mehr möglich.

Das DRP 528109 beschreibt ein Verfahren zur Roggenstärkegewinnung aus Vorzugsmehlen mit Ausmahlungsgraden bis max.

50% und Säuerung der wäßrigen Mehlsuspension mit Milchsäure. Mit diesem Verfahren werden völlig unbefriedigende Stärkeausbeuten deutlich unter 50% bezogen auf den Mehleinsatz erreicht. Diese geringe Menge verhindert die Effektivität des Verfahrens.

Im DRP 639609 wird zur Lösung der im DRP 528109 bestehenden technologischen Probleme der hohen Viskosität und der Schaumbildung die Erhöhung des Milchsäurezusatzes und der Einsatz von Essigsäureäthylester vorgeschlagen. Durch die.

teilweise Inklusion des Lösungsmittels ist mit diesem Verfahren nur die Gewinnung technisch verwertbarer Roggenstärke möglich.

Der Verfahrensvorschlag in HU-PS 119501 beruhtauf den Einsatz von Pepsin. Damit wird im Rahmen einer Langzeitbehandlung eine Viskositätsreduzierung der wäßrigen Roggenmehlsuspension durch eine partielle Hydrolyse des Roggenproteins und einen Abbau der Stärke und der Hemicellulosen erreicht. Die entstandenen Abbauprodukte verringern die Ausbeute und führen zu technologischen Problemen, die wiederum durch erhöhten Wassereinsatz gelöst werden müssen.

Ähnlich ist die Problematikim DRP 739530. In diesem Verfahrensvorschlag wird mit Hilfe von Salzsäure und unter Zugabe von SO₂ eine pH-Reduzierung bewirkt, die jedoch keine ausreichende Viskositätsreduzierung bewirkt. Erst durch weiteren Wasserzusatz, d. h. durch Verdünnen der Mehlsuspension ist die Stärketrennung möglich.

Eine Viskositätsreduzierung der wäßrigen Roggenmehlsuspension durch Enzyme wird erstmals im DRP 804908 vorgeschlagen.

Als Enzymproduzenten werden Pilzstämme, z. B. Aspergillus cryzae oder Rhizopus oryzae, verwendet. Es erfolgt eine Langzeitbehandlung von 24 Stunden bei 30⁰C unter Zusatz von SO₂. Durch die zeitlich Länge und die Temperaturführung des

Aufschlusses kommt es zu unkontrollierbaren Nebenreaktionen (z. B. Gärungs- und Fäulniserscheinungen) die zu Trockenmasseverlusten führen und die Reproduzierbarkeit verhindern.

In der DD-PS 156921 wird vorgeschlagen, den Aufschluß der wäßrigen Roggenmehlsuspension durch Einsatz eines industriell produzierten Enzympräparates durchzuführen. Da es sich bei dem vorgeschlagenen Brauereienzym um ein Komplexpräparat handelt, in dem die enzymatischen Hauptaktivitäten bei den Amylasen und Proteasen liegen und die verfahrensrelevanten Pentosanasen nicht quantifiziert oder standardisiert sind, ist das vorgeschlagene Verfahren mit unnötigen Stärkeverlusten, fehlender Quantifizierbarkeit und fehlender Reproduzierbarkeit verbunden.

Ziel der Erfindung .

Ziel der Erfindung ist es, durch die Gestaltung eines kontinuierlichen Verfahrens mit niedrigem Energiebedarf, minimalem Hilfsstoffeinsatz und geringem Anlagenvolumen eine Möglichkeit zur kosten- und energiegünstigen Gewinnung von Stärke aus Roggen mit einer maximalen Nutzung des eingesetzten Rohstoffes und minimaler Umweltbelastung darzustellen und eine qualitativ hochwertige, vielseitig verwendbare Stärke zu produzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Stärke aus Roggen zu entwickeln, mit denen ausgehend von einem Mahlprodukt des Roggens durch die Klassierung einer wäßrigen, viskositätsreduzierten Mehlsuspension im Zentrifugalfeld bei minimiertem Wasser- und Energiebedarf und unter Ausschaltung stärketechnologisch untypischer Hilfsmittel eine Stärke gewonnen wird, die allseitig einsetzbar ist. Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem ein durch Trockenzerkleinerung und Sichtung des Roggens hergestelltes stärkehaltiges Mahlprodukt durch Hinzufügen von Prozeßwasser und rezirkuliertem Fugatzu einer Suspension mit einem Hydraulischen Modul von 1,0 bis 2,5, vorzugsweise 1,6 bis 2,0 verarbeitet wird. Diese Suspension wird auf eine Temperatur von 20 bis 40°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 25 bis 30⁰C gebracht, mit Lactobacillen oder Sauerteigkulturen inkubiert und zur Viskositätsreduzierung in der Dauer von 2 bis 8 Stunden, vorzugsweise 3 bis 6 Stunden einem Aufschluß durch mikrobiell gebildete Enzyme unterworfen. Die für den durch mikrobiell produzierte Enzyme bewirkten Aufschluß der wäßrigen Roggenmehlsuspension benötigten Mengen an Lactobacillen oder anderer Mikroorganismen werden durch einen partiellen Kreislauf des ersten Fugates, welcher vor seiner Wiederverwendung modifiziert wird, bereitgestellt. Dadurch wird eine Population verwendet, die ohne zeitliche Verzögerung wegen Substratanpassung sofort voll wirksam werden kann. Dieser Aufschluß wird in einer Vorrichtung durchgeführt, die die Kontinuität und die Erhaltung des für den Aufschluß erforderlichen Temperaturniveaus garantiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Realisierung des Viskositätsreduzierenden Aufschlusses der Roggenmehlsuspension stellt einen kontinuierlich arbeitenden Rohrreaktor mit sedimentationsverhindernden Einbauten dar. Die Größe des Reaktors ist dabei vom erforderlichen Durchsatz und der notwendigen Reaktionszeit abhängig. Entsprechend der Fließgeschwindigkeit des Reaktionsgemisches sind Anzahl und Abmessung der sedimentationsverhindernden Einbauten festgelegt. Diese sind derart auszuführen, daß eine ständige Vermischung der Randzonen mit den zentralen Teilen des Reaktionsgemisches erfolgt. Die Einbauten können über die gesamte Reaktionslänge oder über bestimmte Teile dieser vorhanden sein. Der Effekt der Vorrichtung kann dadurch verstärkt werden, daß der Reaktor ist eine rotierende Bewegung versetzt wird. Damit verbunden ist eine Begünstigung der bei dem mikrobiologischem Aufschluß ablaufenden Stoffwechselvorgänge und des Energieaustausches. Eine Verbesserung der Transportprozesse im Reaktor kann dadurch erzielt werden, in dem der Rohrreaktor mit einem von der Horizontalen abweichenden Neigungswinkel installiert wird. Die beschriebenen Maßnahmen führen dazu, daß der Ablauf der mikrobiologischen Reaktion prozeßbegünstigend beeinflußt werden kann. Die prinzipielle Form eines solchen Reaktors ist in Fig. 1 dargestellt.

Die durch die Wirkung der mikrobiell gebildeten Enzyme, vor allem durch hemicellulose abbauenden Pentosanasen, viskositätsreduzierte Mehlsuspension wird anschließend einer Klassierung im Zentrifugalfeld unterzogen und in eine vor allem stärke-, rohfaser-, kleie- und hochmolekulare, gequollene Hemicellulosen enthaltende feste Fraktion sowie in eine alle löslichen, quellbaren und Feinkornstärke enthaltende flüssige Fraktion geteilt. Die feste Fraktion wird mit Prozeßwasser und/oder Frischwasser resuspendiert, einer Zweitklassierung im Zentrifugalfeld zur Trennung der hochmolekularen, gequollenen Hemicellulosen unterworfen, anschließend mindestens zweimal gesiebt und über Schwerkrafttrennung raffiniert. Je nach weiterem Verwendungszweck kann diese wäßrige Stärkesuspension verarbeitet oder entwässert und getrocknet werden. Auf diese Weise ist es möglich in Abhängigkeit vom eingesetzten Rohstoff Ausbeuten von 55 bis 60%, bezogen auf das verwendete Mahlprodukt zu erreichen und eine Stärke hoher Qualität mit einem Reflexionsgrad über 90% und einem Restproteingehalt von 0,2 bis 0,5% herauszustellen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und mit einem Flußschema erläutert: Aus einem Vorratsbehälter, der dazu dient, das im Mahlprozeß gewonnene Produkt zwischenzulagern, wird über eine mechanische Austragsvorrichtung 11 Mehl entnommen und in eine Mischvorrichtung auf der Basis einer Rohrschnecke dosiert. Dazu werden 2,0t einer aus 400kg modifiziertem I.Dekanterfugat und 1,6t Prozeßwasser bestehende Flüssigkeit so dazu gegeben, daß eine vollständige Benetzung des Mehles erfolgt. Die Flüssigkeit hat eineTemperatur von 36 bis 38°C, die gebildete Suspension hat eine Temperatur von-30 bis 32⁰C. Sie wird in einem Zwischenbehälter gesammelt und dann mit Hilfe von Schnecken- oder Zahnradpumpen in den Bioreaktor gefördert. Dabei erfolgt eine vollständige Homogenisierung zu einer glatten Suspension mit sahniger Konsistenz, die eine Temperatur von 28 bis 30°C besitzt. Als Bioreaktor wird ein Röhrenreaktor eingesetzt, der wie aus der Zeichnung ersichtlich mit eingebauten Schikanen ausgerüstet ist. Anzahl und Anordnung der

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Einbauten dienen dazu, einen gleichmäßigen Suspensionsstrom während des gesamten Aufschlusses, d. h. bei ständig sinkender Suspensionsviskosität zu gewährleisten. Der Reaktor ist in Abhängigkeit vom geforderten Durchsatz und der Aufschlußzeit so zu demensionieren, daß bei Verlassen der Suspension aus dem Reaktor diese den für die Klassierung im Zentrifugalfeld erforderlichen Viskositätswert erreicht hat. Der Verlauf des mikrobiologischen Aufschlusses wird über Temperatur-pH-und Viskositätsmessung verfolgt und gesteuert. . ~

Die Reaktion ist exotherm, dadurch ist unter normalen Bedingungen eine Heizung oder Kühlung des Reaktors nicht erforderlich. Folglich hat die aufgeschlossene Suspension beim Ausgang aus dem Reaktor das gleiche Temperaturniveau wie beim Eingang.

Durch die starke Vermehrung der Mikroorganismen erfolgt eine pH-Wert-Senkung. Während die frisch bereitete Suspension einen pH-Wert von 5,5 bis 6,0 aufweist, wird nach dem Aufschluß das milchsaure pH-Milieu von 3,2 bis 3,6 erreicht. Bedingt durch diemikrobiell sehr schnell gebildeten hohen Enzymaktivitäten wird ein beschleunigter Abbau der viskositätsverursachenden Schleimstoffe erreicht. Nach 4,5 Stunden ist die Viskosität der wäßrigen Suspension von 8967 auf 287 mPas gesunken. Diese kurze Zeitspanne wird bisher in keinem anderen Verfahren erreicht. Die aufgeschlossene Mehlsuspension wird eine Klassierung im Zeritrifugalfeld unterworfen. Dazu wird eine Horizontalscheckenzentrifuge vom Typ OGSch 352 K-6 eingesetzt, die eine Trennung in 1,11 eines vorwiegend Grobkornstärke und Kleie und Restbestandteile an hochmolekularen, gequollenen Pentosanen sowie Protein enthaltendes Sediment und 1,9t eines aus Feinkornstärke, Schleimstoffen, Feinfasern, Protein und löslichen Mehlbestandteilen zusammengesetztes Fugat durchführt. Das Fugat wird zur Modifizierung und teilweisen Rezirkulation bzw. zur Trocknung aus dem Prozeß herausgezogen. Das Sediment wird mit dem gleichen Gewichtsanteil Prozeßwasser resuspendiert und erneut einer Dekanterjdassierung unterworfen. Das Fugat wird mit dem der ersten Klassierung zur Aufbereitung vereinigt. Die vereinigten Fugate bilden ein Mischprodukt mit einem Wassergehalt von 88 bis 90%. Das Sediment wird mit der doppelten Masse an Prozeßwasser resuspendiert. Dann erfolgt die Trennung der Kleie und Grobfasern durch Siebung. Dafür wird eine modifizierte Stößelschwingsiebmaschine nach TGL 33997 mit einer Doppelspannung

I.Stufe =

2. Stufe= 71 μηη

verwendet. Die so erhaltene Suspension wird einer Raffination im Zentrifugal- oder Schwerefeld unterzogen, um verbleibende Feinfasern und vor allem gequollene niedermolekulare Schleimstoffe zu entfernen, die die weitere Aufbereitung erschweren. Dazu werden Zentrifugen, Seperatoren, Fluten oder Hydrozyklone eingesetzt. Im Ergebnis der Raffination wird eine Rohstärkemilch gewonnen, die über Vakuumdrehfilter entwässert und anschließend auf einen Restfeuchtegehalt von 12 bis 17% getrocknet wird.

Die so gewonnene Roggenstärke hat einen Gehalt an Restprotein von 0,3 bis 0,4% und einen Refexionsgrad von 90%. Es wird mit dem beschriebenen Verfahren eine Ausbeute an Roggenstärke von 55%, bezogen auf die eingesetzte Mehlmasse, erreicht.

Claims (9)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Stärkegewinnung aus Roggen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Mahlprodukt des Roggens mit Prozeßwasser und rezirkuliertem Fugatzu einer Suspension im Mehl/Wasser-Verhältnis von 1,0 bis 2,5, vorzugsweise 1,6 bis-2,0 verrührt wird, daß diese Suspension bei einer Temperatur von 20 bis40°C, vorzugsweise von 25 bis 30°C einem viskositätsabbäuenden Aufschluß durch mikrobiell gebildete Enzyme unterworfen wird, daß die Dauer des Aufschlusses 2 bis 8 Stunden, vorzugsweise 3 bis 6 Stunden beträgt und die Suspension nach dem Aufschluß einer Klassierung im Zentrifugalfeld unterzogen wird, die eine Trennung in ein vorwiegend Rohstärke enthaltendes Sediment und ein alle gelösten, gequollenen und Feinkornstärke beinhaltendes Fugat vollzieht, daß dieses Sediment nach einer zweiten Klassierung durch Siebung, Raffination, Entwässerung und Trocknung zu einer Roggenstärke hoher Qualität aufgearbeitete wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei den zum enzymatischen Aufschluß der wäßrigen Roggenmehlsuspension verwendeten Mikroorganismen um Milchsäurebildner wie Lactobacillen, Streptokokken oder Mischpopulationen wie Sauerteigkulturen u. a., handelt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die enzymbildenden Mikroorganismen durch partielle Rezirkulation und Modifikation des ersten Fugates zur Verfügung gestellt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des Reaktionsproduktes zurückgeführt und am Reaktoreingang oder einer beliebigen Stelle des Reaktors wieder zugemischt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktionsdruck beim Aufschluß vom Normaldruck abweicht.
6. 6. Verfahrennach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die TemperätüTder wäßrigen Suspension des Mahlproduktes durch Mischen desselben mit entsprechend temperierter Flüssigkeit eingestellt wird.
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein Rohrreaktor verwendet wird. An der Innenwand des Reaktors werden Einbauten angebracht, die schneckenförmig verlaufen. Die Anordnung der Einbauten erfolgt durchgängig oder teilweise durchgängig und/oder unterbrochen. Die Anzahl der Einbauten, ihre Verteilung im Reaktor und die Steigung der Schneckengänge werden den gewählten Prozeßparametern angepaßt.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Rohrreaktor rotiert und in einem Winkel von 0° bis 90° angeordnet wird.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Beheizung und/oder Kühlung des Rohrreaktors mit Doppelmantel und/oder Rohrschlangen durchgeführt wird. ·