DE102007019401A1 - Processing leguminous raw material, useful as raw material e.g. for producing ethanol, comprises extruding raw material, pelleting the obtained mass, contacting the mass with cell wall cleaving enzyme and fermenting - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von kohlenhydrat- und proteinhaltigem Leguminosen-Rohmaterial, insbesondere von Sojaschrot oder Sojaflocken, zu einem Konzentrat aus Leguminosenprotein, insbesondere Sojaprotein, und zu einem Fermentationsprodukt, insbesondere zu Ethanol.The This invention relates to a method of processing carbohydrate and proteinaceous legume raw material, especially soybean meal or soy flakes, to a legume protein concentrate, in particular Soy protein, and to a fermentation product, in particular to Ethanol.
Verfahren
zur Herstellung von Sojaprotein-Konzentrat sind z. B. aus der
Die
Herstellung von Ethanol aus einem Soja-Hydrolysat ist z. B. aus
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leguminosen-Rohmaterial nicht nur als kostengünstiges Ausgangsmaterial für Futtermittel, insbesondere für Fischfutter, sondern auch als Ausgangsmaterial für weitere Wertstoffe, insbesondere für Ethanol, zu erschliessen.Of the Invention is based on the object, a legume raw material not only as a cost-effective starting material for Feed, especially for fish feed, but also as starting material for further valuable substances, in particular for ethanol.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 18 gelöst.These Task is by the inventive method after Claim 1 or solved according to claim 18.
Weitere Ausführungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Embodiments of the method emerge from the subclaims.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden die folgenden Schritte durchgeführt:
- a) Extrudieren des Leguminosen-Rohmaterials zu einer Masse, wobei zumindest ein Teil der Proteine der Masse denaturiert werden. Die durch das Extrudieren/Texturieren denaturierten Proteine sind wasserunlöslich. Sie lösen sich daher in einer Cellulase und/oder Hemicellulase enthaltenden wässrigen Lösung nicht auf.
- b) Pelletieren oder Texturieren der extrudierten Masse zu Pellets bzw. Texturaten. Dies erleichtert den Umgang mit der kohlenhydrat- und proteinhaltigen Masse in den folgenden Schritten.
- c) Kontaktieren der Pellets bzw. Texturate mit einem Zellwand spaltenden Enzympräparat, wie z. B. Cellulase und/oder Hemicellulase enthaltendes Wasser, wodurch ein Gemisch aus einer C5-Zucker und/oder C6-Zucker enthaltenden flüssigen Phase und einer denaturierte Leguminosenproteine enthaltenden festen Phase gebildet wird. In der flüssigen Phase reichern sich dabei C5-Zucker und C6-Zucker an, während in der festen Phase der Proteingehalt zunimmt.
- d) Trennen der flüssigen Phase und der festen Phase. Hier teilt sich der Prozess in einen ersten Prozesszweig und einen zweiten Prozesszweig zur gesonderten Weiterverarbeitung auf.
- e) Konzentrieren bzw. Entwässern der festen Phase zu einem Leguminosenprotein-Konzentrat in dem ersten Prozesszweig.
- f) Fermentieren der C5-Zucker und/oder C6-Zucker der flüssigen Phase zu mindestens einem Fermentationsprodukt in dem zweiten Prozesszweig.
- a) extruding the legume raw material into a mass wherein at least a portion of the proteins of the mass are denatured. The proteins denatured by extrusion / texturing are water insoluble. They therefore do not dissolve in an aqueous solution containing cellulase and / or hemicellulase.
- b) pelletizing or texturizing the extruded mass into pellets or textures. This facilitates the handling of the carbohydrate and protein-containing mass in the following steps.
- c) contacting the pellets or Texturate with a cell wall-cleaving enzyme preparation, such as. B. cellulase and / or hemicellulase-containing water, whereby a mixture of a C5-sugar and / or C6-sugar-containing liquid phase and a denatured legume proteins containing solid phase is formed. C5 sugars and C6 sugars accumulate in the liquid phase, while the protein content increases in the solid phase.
- d) separating the liquid phase and the solid phase. Here, the process is divided into a first process branch and a second process branch for separate further processing.
- e) concentrating or dewatering the solid phase into a legume protein concentrate in the first process branch.
- f) fermenting the C5 sugars and / or C6 sugars of the liquid phase to at least one fermentation product in the second process branch.
Die Schritte d) und e) können auch ausgelassen werden.The Steps d) and e) can also be omitted.
Es erfolgt dann ein Fermentieren wie in Schritt f) in dem Gemisch bestehend aus der C5-Zucker und/oder C6-Zucker enthaltenden flüssigen Phase und der denaturierte Leguminosenproteine enthaltenden festen Phase.It then a fermentation as in step f) is carried out in the mixture from the liquid phase containing C5 sugar and / or C6 sugar and denatured legume proteins containing solid phase.
Zweckmässigerweise folgt auf den Schritt f) ein Schritt g) zum Separieren des Fermentationsproduktes und des Zellwand spaltenden Enzympräparats. Letzteres steht dann zur weiteren Verwendung zur Verfügung.Conveniently, following step f) is a step g) for separating the fermentation product and the cell wall-cleaving enzyme preparation. The latter is then available for further use.
Vorteilhafterweise wird in Schritt a) entfettetes Leguminosen-Rohmaterial verwendet, oder es erfolgt vor der Verarbeitung ein Entfetten des Leguminosen-Rohmaterials.advantageously, in step a) defatted legume raw material is used, or degreasing the legume raw material prior to processing.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von entfettetem Sojaschrot, das eine Handelsware ist, die in riesigen Mengen produziert wird und überall auf der Welt erhältlich ist. Es enthält aber etwa 1/3 unerwünschte Kohlenhydrate, die für monogastrische Tiere nahezu unverdaulich und eben deswegen unerwünscht sind. Durch die enzymatische Spaltung der unverdaulichen Kohlenhydrate können diese gesondert weiterverarbeitet werden. In dem ersten Prozesszweig wird das für die Tierernährung bestimmte Sojaprotein-Konzentrat hergestellt, aus dem die unerwünschten Kohlenhydrate entfernt wurden. In dem zweiten Prozesszweig werden die enzymatisch gespaltenen Kohlenhydrate, d. h. die Pentosen und Hexosen, dem Fermentationsprozess zugeführt, um als Energielieferant Ethanol zu erhalten.Especially preferred is the use of defatted soybean meal, which is a Merchandise is produced in huge quantities and everywhere the world is available. But it contains about 1/3 unwanted carbohydrates responsible for monogastric Animals almost indigestible and therefore undesirable are. By enzymatic cleavage of indigestible carbohydrates these can be processed separately. By doing The first process branch will be for animal nutrition certain soy protein concentrate made from which the unwanted Carbohydrates were removed. In the second process branch the enzymatically split carbohydrates, d. H. the pentoses and Hexoses, fed to the fermentation process, as an energy supplier To obtain ethanol.
Insgesamt wird somit das Leguminosen-Rohmaterial und vorzugsweise das Soja-Rohmaterial zu Fetten, Kohlenhydraten und Proteinen fraktioniert und dann optimal weiterverarbeitet, z. B. die Fette in der Lebensmittelverarbeitung, die Kohlenhydrate als Treibstoffe für Verbrennungsmotoren und die Proteine zur Tierernährung. Das Proteinkonzentrat wird zweckmässigerweise getrocknet und kann anschliessend zu einem Proteinpulver vermahlen werden. Ethanol und Wasser werden zweckmässigerweise durch Destillation und Molekularsiebe voneinander getrennt.All in all thus becomes the legume raw material and preferably the soy raw material fractionated to fats, carbohydrates and proteins and then optimally further processed, z. As the fats in food processing, the carbohydrates as fuels for internal combustion engines and the proteins for animal nutrition. The protein concentrate is dried suitably and can then to a protein powder are ground. Ethanol and water conveniently by distillation and molecular sieves from each other separated.
Vorzugsweise erfolgt das Extrudieren in Schritt a) bei Temperaturen im Bereich von 120°C bis 160°C. Dadurch wird eine praktisch vollständige Denaturierung der Leguminosen-Proteine erzielt, so dass diese in dem wässrigen, leicht saueren Enzympräparat unlöslich sind (sie bilden die feste Phase), während die Leguminosen-Kohlenhydrate durch das Enzympräparat zu Pentosen und Hexosen abgebaut und dabei aus den Extrudaten/Texturaten "herausgelöst" werden (sie bilden die flüssige Phase).Preferably, the extrusion in step a) takes place at temperatures in the range of 120 ° C to 160 ° C. This will be a virtually complete De so that they are insoluble in the aqueous, slightly acidic enzyme preparation (they form the solid phase), while the leguminous carbohydrates are degraded by the enzyme preparation to pentoses and hexoses and thereby "extracted" from the extrudates / textures become (they form the liquid phase).
Beim Pelletieren oder Texturieren in Schritt b) kann auch ein Expandieren der Masse zu expandierten Pellets bzw. expandierten Texturaten durchgeführt werden. Man erhält dabei eine wasserunlösliche, schwammartige Textur, die dann mit dem Zellwand spaltenden Enzympräparat besonders leicht und schnell ausgewaschen werden kann. Bei Verwendung von Sojaschrot lässt sich dadurch der nach dem Extrudieren/Texturieren in der Masse vorliegende Proteingehalt von etwa 45–48 Gew.% auf über 70 Gew.% steigern.At the Pelleting or texturing in step b) can also be an expansion the mass to expanded pellets or expanded textured performed become. This gives a water-insoluble, spongy texture, which then with the cell wall-cleaving enzyme preparation can be washed out particularly easily and quickly. Using of soybean meal can be characterized by the extruding / texturing in the mass protein content of about 45-48 wt.% increase to more than 70% by weight.
Vorzugsweise erfolgt das Kontaktieren in Schritt c) durch Auswaschen der Pellets bzw. Texturate mit einer Cellulase und/oder Hemicellulase enthaltenden wässrigen Lösung, vorzugsweise während einer Kontaktierungsdauer im Bereich von 5 h bis 10 h und in einer Pufferlösung bei einem pH-Wert im Bereich von 4,0 bis 6,0. Bei Soja-Rohmaterial ist ein pH-Wert im Bereich von 4,0 bis 5,0 besonders vorteilhaft, da dies den isoelektrischen Punkt der Komponenten des Sojaproteins umfasst und damit deren geringste Löslichkeit gewährleistet ist.Preferably the contacting takes place in step c) by washing out the pellets Textures with a cellulase and / or hemicellulase-containing aqueous solution, preferably during a Contacting time in the range of 5 h to 10 h and in a buffer solution at a pH in the range of 4.0 to 6.0. For soy raw material a pH in the range of 4.0 to 5.0 is particularly advantageous, since this is the isoelectric point of the components of soy protein and thus ensures their lowest solubility is.
Für das Kontaktieren in Schritt c) kann eine Cellulase und Cellobiase enthaltende Enzym-Zubereitung verwendet werden, wie z. B. "Cellubrix".For contacting in step c) can be a cellulase and cellobiase containing enzyme preparation can be used, such. B. "Cellubrix".
Vorzugsweise enthält die für das Kontaktieren in Schritt c) verwendete Enzym-Zubereitung mindestens eines der Enzyme Cellulase, Xylanase und Pektinase.Preferably contains the information for contacting in step c) used enzyme preparation at least one of the enzymes cellulase, Xylanase and pectinase.
Für das Kontaktieren in Schritt c) kann auch eine Enzym-Zubereitung, die mindestens eines der Enzyme Cellulase, Xylanase und Pektinase, Arabanase, Beta-Glukanase, Hemicellulase sowie Cellulase und Cellobiase enthält, verwendet werden, wie z. B. "Viscozyme L".For contacting in step c) can also be an enzyme preparation, the at least one of the enzymes cellulase, xylanase and pectinase, Arabanase, beta-glucanase, hemicellulase and cellulase and cellobiase contains used, such as. B. "Viscozyme L".
Das Trennen in Schritt d) kann durch Filtrieren, Zentrifugieren oder Auspressen, insbesondere in einer Filterpresse, oder durch Kombinationen solcher Schritte erfolgen.The Separation in step d) can be accomplished by filtration, centrifugation or Squeezing, especially in a filter press, or by combinations take such steps.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird beim Konzentrieren in Schritt e) und/oder beim Separieren in Schritt g) Zellwand spaltende Enzyme enthaltendes Wasser zu Schritt c) rückgeführt. Es kann dann erneut zum Kontaktieren der Pellets bzw. Texturate verwendet werden, wodurch teuere Enzyme eingespart werden.In a particularly advantageous embodiment is when concentrating in step e) and / or when separating in step g) cell wall cleavage Water containing enzymes to step c) recycled. It can then be used again to contact the pellets or texturates can be used, thereby saving expensive enzymes.
Die Schritte d) und e) können auch ausgelassen werden. Das Fermentieren in Schritt f) erfolgt dann in dem Gemisch aus einer flüssigen Phase, die C5-Zucker und/oder C6- Zucker enthält, und einer festen Phase, die denaturierte Leguminosenproteine sowie noch nicht oder teilweise enzymatisch abgebaute Kohlenhydrate enthält. Die Saccharifizierung und Fermentation laufen dann gleichzeitig in diesem Gemisch ab (SSF, simultaneous saccharification and fermentation).The Steps d) and e) can also be omitted. The Fermentation in step f) then takes place in the mixture of a liquid phase containing C5 sugar and / or C6 sugar, and a solid phase containing the denatured legume proteins as well contains not yet or partially enzymatically degraded carbohydrates. The saccharification and fermentation then run simultaneously in this mixture (SSF, simultaneous saccharification and fermentation).
In Schritt e) können in dem konzentrierten Leguminosenprotein-Konzentrat vorhandene Enzyme abgetötet werden, Dies erfolgt vorzugsweise durch Erhitzen des Leguminosenprotein-Konzentrats.In Step e) may be carried out in the concentrated legume protein concentrate existing enzymes are killed, this is preferably done by Heating the legume protein concentrate.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden, nicht einschränkend aufzufassenden Beschreibung einer erfindungsgemässen Ausführung des Verfahrens anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further Advantages, features and applications of the invention arise from the following, not limiting to be understood description of an inventive embodiment of the method based on the drawing. Show it:
Die vorwiegend aus Sojaprotein bestehende feste Phase wird durch weiteres Spülen, Auspressen, Trocknen und Vermahlen konzentriert (Schritt e). Das Endprodukt dieses ersten Zweiges des Verfahrens ist ein Sojakonzentrat, das praktisch frei von monogastrisch unverdaulichen Kohlenhydraten ist.The predominantly from soy protein existing solid phase is by further Rinsing, squeezing, drying and grinding concentrated (Steps). The end product of this first branch of the process is a soy concentrate that is virtually free of monogastric indigestible Carbohydrates is.
Die aus der enzymatischen Saccharifizierung der monogastrisch unverdaulichen Kohlenhydrate stammenden C5-Zucker und C6-Zucker werden beim Trennen der Phasen sowie beim weiteren Spülen in einen zweiten Zweig des Verfahrens geleitet und zu Ethanol fermentiert (Schritt f). Das Wasser in dem Ethanolprozess in diesem zweiten Zweig wird vom Ethanol durch Destillation und/oder Molekularsiebe abgetrennt (Schritt g) und dem Enzymbehandlungsschritt (Schritt c) erneut zugeführt.The C5 sugars and C6 sugars derived from the enzymatic saccharification of monogastric indigestible carbohydrates are passed into a second branch of the process on separation of the phases and during further rinsing and fermented to ethanol (step f). The water in the ethanol process in this second branch is separated from the ethanol by distillation and / or molecular sieves (step g) and the enzyme hand lungsschritt (step c) fed again.
Das erfindungsgemässe Verfahren benötigt keine Chemikalien und produziert keine unangenehmen Emissionen. Es tritt lediglich feuchte Abluft aus dem Trocknungsprozess aus.The inventive method requires no chemicals and does not produce unpleasant emissions. It only occurs moist exhaust air from the drying process.
Diese schwammartigen Partikel können mit einer Zellwand, d. h. Cellulose und/oder Hemicellulose spaltenden, wässrigen Enzymlösung, die z. B. Cellulase, Xylanase und Pektinase enthält, kontaktiert werden. Dabei werden die monogastrisch unverdaulichen Kohlenhydrate "herausgelöst" und ausgewaschen.These spongy particles may be associated with a cell wall, i. H. Cellulose and / or hemicellulose cleaving, aqueous Enzyme solution, the z. Cellulase, xylanase and pectinase contains, be contacted. In doing so, they become monogastric Indigestible carbohydrates "dissolved out" and washed out.
Das Kontaktieren, Herauslösen und Auswaschen kann erfolgen, indem man die Partikel zusammen mit der Enzymlösung in einen trogartigen Behälter gibt und umrührt, oder indem man die Partikel in einen käfigartigen Behälter gibt und eine Relativbewegung zwischen dem Käfigbehälter zu der Enzymlösung durchführt.The Contact, dissolution and washing out can take place, by placing the particles together with the enzyme solution in gives a trough-like container and stir, or by placing the particles in a cage-like container There is a relative movement between the cage container to the enzyme solution.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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