DE102017118163A1

DE102017118163A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Löwenzahn-Pflanzenteilen

Info

Publication number: DE102017118163A1
Application number: DE102017118163.6A
Authority: DE
Inventors: Steffen Hruschka; Luis Peixoto; Alexander Rossmeisl; Frans Kappen; Richard Op den Kamp
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CA3033656A1; WO2018036825A1; US20190233595A1; US11028236B2; RU2741106C2; UA123023C2; EP3504247A1; RU2019107685A; RU2019107685A3

Abstract

Ein Verfahren zur Verarbeitung von Löwenzahn-Pflanzenteilen, insbesondere von Löwenzahn-Pflanzenteilen der Sorte Taraxacum kok-saghyz, wobei bei dem Verfahren eine Gewinnung von Gummi als ein erstes Wertprodukt erfolgt und gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: A) Zerkleinern und/oder Ausquetschen der Löwenzahnpflanzenteile, vorzugsweise unter Zugabe von Wasser unter Bildung eines Breis; B) Erstes Separieren des Breis in zumindest eine inulinreiche gummiarme Phase 80 und zumindest eine gummireiche inulinarme Phase 90, wobei die gummireiche inulinarme Phase 90 das erste Wertprodukt bildet oder das erste Wertprodukt aus der gummireichen inulinarmen Phase gewonnen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Löwenzahn-Pflanzenteilen, insbesondere von Löwenzahn-Pflanzenteilen der Sorte Taraxacum kok-saghyz, wobei bei dem Verfahren eine Gewinnung eines Elastomers, insbesondere eines Gummis, als ein erstes Wertprodukt erfolgt.
Als Gummi ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere der sogenannte Löwenzahn-Kautschuk zu verstehen, wie er bereits in zahlreichen Veröffentlichungen, so u.a. in Kern, Timo: Förderbeispiel Latex aus Löwenzahn. Hrsg.: biotechnologie.de. 201; in van Beilen JB, Poirier Y,: Guayule and Russian Dandelion as Alternative Sources of Natural Rubber. In: Crit. Rev. Biotechnol. Band 27, 2007 und in T. Schmidt, M. Lenders, A. Hillebrand, N. van Deenen, O. Munt, R. Reichelt, W. Eisenreich, R. Fischer, D. Prüfer, C. S. Gronover: Characterization of rubber particles and rubber chain elongation in Taraxacum koksaghyz. In: BMC biochemistry. Band 11, 2010, S. 11, beschrieben wurde., So liefert der Russische Löwenzahn 1 Milliliter Kautschuk pro Pflanze. Zudem bietet der kurze Lebenszyklus von sechs bis acht Monaten und die Möglichkeit der Gewebekulturen zusätzliche Vorteile gegenüber anderen potentiellen Gummilieferanten. Die Gummipartikel, die aus dem Russischen Löwenzahn gewonnen werden, sind denen aus Hevea brasiliensis sehr ähnlich. Sie enthalten sehr reinen Poly(cis-1,4-isopren) mit einer hohen molekularen Masse.
Die Gewinnung von Gummi aus russischem Löwenzahn und dessen Verarbeitung, beispielsweise zu Reifen, ist ein Thema welches an sich bereits bekannt ist und welches in neuerer Zeit wieder aufgegriffen wurde.
Aus der US 2,399,156 A ist ein Verfahren zur Gewinnung von Gummi bekannt. Dieser kann aus Pflanzenteilen von Russischem Löwenzahn gewonnen werden. Dabei wird der Löwenzahn mit heißem Alkalimetall-Hydroxid behandelt und eine wasserunlösliche Fettsäure zur Verseifung der Hydroxide zugegeben. Sodann wird der gewonnene Gummi gewaschen und getrocknet. Dieses Verfahren zielt ausschließlich auf die Gewinnung von Gummi ab und hat sich u.a. aufgrund des Einsatzes an Chemikalien und der anfallenden Entsorgungskosten als wenig rentabel herausgestellt.
Die US 9 346 924 B2 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung von Gummi und einer inulinhaltigen Phase. Dabei erfolgt ein Abbau der Pflanzenfasern durch den Einsatz von Zellulase und/oder Hemi-Zellulase-Enzyme. Um optimale Bedingungen für die Enzymvermehrung zu schaffen wird die Lösung auf 40–70°C gehalten. Es handelt sich um einen biologischen Aufschluss. Der Einsatz von Enzymen hat allerdings mehrere Nachteile. Einerseits ist der Einsatz von Enzymen kosten- und zeitaufwendig. Andererseits ist die biologische Belastung der inulinhaltigen wässrigen Phase sehr hoch. Anfallendes Abwasser muss daher ggf. gesondert entsorgt werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, welches eine höhere Rentabilität verspricht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren beschäftigt sich mit der Verarbeitung von Löwenzahn-Pflanzenteilen, insbesondere von Löwenzahn-Pflanzenteilen der Sorte Taraxacum kok-saghyz.
Durch das Verfahren erfolgt eine Gewinnung von Gummi als ein erstes Wertprodukt. Dabei kann es sich um Rohgummi handeln oder um einen gereinigten Gummi. Der Begriff „Gummi“ umfasst insbesondere den sogenannten Löwenzahnkautschuk.
Der Abbau erfolgt im Gegensatz zur US 9 346 924 B2 gerade unter Vermeidung eines biologischen Abbaus von Pflanzenteilen durch Enzyme. Entsprechend ist die Prozesstemperatur gewählt.
Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

A) Zerkleinern und/oder Ausquetschen der Löwenzahnpflanzenteile, vorzugsweise unter Zugabe von Wasser unter Bildung eines Breis;

Das Zerkleinern oder Ausquetschen der Löwenzahnpflanzenteile kann bevorzugt unter Zugabe von zusätzlichem Wasser erfolgen. Das Zerkleinern und/oder Ausquetschen kann, ebenfalls bevorzugt, in mehrere Schritte unterteilt werden. Bei dem gebildeten Brei handelt es sich bevorzugt um eine Suspension aus Wasser in welche Feststoffe der zerkleinerten Löwenzahnpflanzenteile suspendiert vorliegen.
Als Löwenzahnteile zur Verarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die gesamte Pflanze oder, besonders bevorzugt, lediglich die Wurzel und der Hypokotyl, also der unterster Teil der Sprossachse verwendet werden. Diese kann durch vorherige Behandlung von Sand und anderen an der Oberfläche anhaftenden Stoffen, wie z.B. Erde oder Lehm, gereinigt sein.
Nach der Bildung des Breis kann es aufgrund von Enzymen im Löwenzahn zu einer Fermentation kommen in welcher weitere Wertprodukte wie Inulin und Fructose abgebaut werden. Um dies möglichst zu unterbinden kann die Verarbeitung in den Folgeschritten sehr schnell erfolgen. Darüber hinaus können Maßnahmen ergriffen werden, um die Fermentation zu verlangsamen.
Der gebildete Brei kann ein bevorzugtes Verdünnungsverhältnis von 1 Teil Wurzel zu 10 bis 20-Teilen Wasser aufweisen.
Im Anschluss an die Bildung des Breis wird dieser in dem nachfolgend beschriebenen Schritt B) weiter aufgearbeitet.

B) Erstes Separieren des Breis in zumindest eine inulinreiche gummiarme Phase und zumindest eine gummireiche inulinarme Phase, wobei die gummireiche inulinarme Phase das erste Wertprodukt bildet oder das erste Wertprodukt aus der gummireichen inulinarmen Phase gewonnen wird;

Das Separieren des Breis kann beispielsweise durch Sieben, Filtrieren und/oder besonders bevorzugt durch zentrifugale Separation erfolgen. Dabei kann die Trennung einstufig in drei Phasen (Gummi-, Wasser-, und Inulinphase) erfolgen oder zweistufig erfolgen indem Wasser entweder zuerst mit dem Gummi oder alternativ zuerst mit der Inulinphase oder auch in beiden Phasen, also der Gummi- und Inulinphase verteilt abgetrennt wird. Wird eine Gummi-Wasserphase von einer Inulinphase abgetrennt so kann der Gummi als Kügelchen aus dem Wasser abgesiebt werden. Wird eine Inulin-Wasserphase von der Gummi-Phase abgetrennt so kann die Trennung zwischen der Wasser- und der Inulinphase durch Zentrifugieren erfolgen, möglichst kalt und schnell, um einen enzymatischen Abbau des Inulins zu Fruktose zu vermeiden. Die derart vorgenannte Inulinphase kann auch nach Abtrennung der Wasserphase noch 5–15 Gew.% Wasser enthalten. Die vorgenannte Inulinphase umfasst zudem ca. 10% Trockensubstanzgehalt.
Gummi als erstes Wertprodukt kann somit direkt nach dem Separieren durch die gummireiche inulinarme Phase genutzt werden. Ein solcher Gummi wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch „Rohgummi“ genannt. Es ist jedoch von Vorteil, diesen Rohgummi beispielsweise durch Waschen ggf. unter Erwärmen, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 70 bis 100°C, weiter aufzureinigen. Ergänzend oder alternativ sind in diesem Schritt des Verfahrens Enzyme einsetzbar, die Verunreinigungen abbauen, z.B. Cellulase, Pectinase Es wird somit gereinigter Gummi hergestellt, welcher ebenfalls das erste Wertprodukt sein kann.
An sich ist die Gewinnung von Gummi aus Löwenzahn bereits bekannt. Dieser Gummi wird allerdings nicht durch schonendes Ausquetschen sondern durch Temperaturbehandlung gewonnen. Dabei wird in Pflanzen enthaltendes Inulin zu Fructose umgewandelt. Eine wesentlich bessere, insbesondere ökonomische, Verfahrensführung ergibt sich wenn Inulin vor der Gummitrennung möglichst nicht in Fructose umgewandelt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

C) Erwärmen der inulinreichen gummiarmen Phase, auf eine Temperatur, bei welcher Inulin zumindest teilweise in Fructose umgewandelt wird;

Zur Gewinnung des zweiten Wertproduktes kann die inulinreiche Phase bevorzugt erwärmt werden. Die Temperatur sollte zumindest so hoch sein, dass es zur Aufspaltung der Polysaccharidketten des Inulins unter Bildung von Fructose kommt, welches in einer Wasserphase löslich ist.
Im Fall einer hohen Konzentration an Fructose in der Wasserphase kann die Inulin-Aufspaltung auch nur teilweise oder gar nicht erfolgen, sondern das Inulin selbst kann in Lösung gehen und als Wertprodukt durch fraktionierte Fällung oder fraktionierte Kristallisation aus der Wasserphase abgeschieden werden.
Weitere organische Feststoffe, z.B. Zellulose, welche in der inulinreichen gummiarmen Phase enthalten sind gehen bei dieser Behandlung nicht in Lösung, sondern können als schlammartige Feststoffphase abgetrennt werden.
Dies erfolgt bevorzugt in Schritt D durch ein zweites Separieren:

D) Zweites Separieren der inulinreichen gummiarmen Phase in eine fructosereiche Phase, insbesondere in eine fructosereiche wässrige Phase, und in eine fructosearme Feststoffphase, wobei die fructosereiche Phase ein zweites Wertprodukt ist oder ein zweites Wertprodukt aus der fructosereichen Phase gewonnen wird.

Das zweite Wertprodukt ist somit Fructose oder Inulin oder ein Gemisch aus beiden in gelöster Form oder als Feststoffe.
Das Verfahren wird durch die Gewinnung des zweiten Wertproduktes wesentlich ökonomischer und eignet sich zur Massenproduktion.
Erfindungsgemäß wird zumindest der Schritt A), bevorzugt aber auch Schritt B), bei einer Temperatur unter 40°C durchgeführt.
Dies verhindert weitestgehend den Abbau von Inulin durch pflanzeneigene Enzyme. Insbesondere erfolgt die Bearbeitung Pflanzenteile nach Schritt A) und die Abtrennung nach Schritt B) ohne Enzymzusatz. Ohne Enzymzusatz bedeutet, dass zwar die unvermeidbaren pflanzeneigenen Enzyme vorhanden sind, allerdings werden keine zusätzlichen Enzyme für den Aufschluss der Pflanzen beigefügt.
Dadurch wird auch verhindert, dass Inulin sich zum falschen Zeitpunkt abbaut und dass diese Form des Aufschlusses auch weniger belastend für das Abwasser, also sowohl das abgepresste Wasser als auch das an anderer Stelle im Prozess anfallende Wasser.
Die Schritte A) und B) erfolgen vorzugsweise abgesehen von der Zugabe von Wasser und/oder anorganischem Salz, insbesondere Kochsalz, ausschließlich durch mechanische Mittel. Also werden auch keine organischen Chemikalien eingesetzt, so dass das anfallende Wasser nur gering chemisch oder biologisch belastet wird.
Bevorzugt behält dabei der Brei eine flüssige Konsistenz bei und wird nicht vereist. Entsprechend ist die Temperatur, also die Verarbeitungstemperatur, so zu wählen dass der Brei fließfähig bleibt. Es erfolgt also das Separieren eines fließfähigen Breis in Schritt B). Das Zerkleinern und zusätzliche Ausquetschen der Löwenzahnpflanzenteile kann vorteilhaft derart erfolgen, dass eine Freisetzung von Gummipartikeln aus den Löwenzahnpflanzenteilen erfolgt und dass Inulin zum überwiegenden Teil in den Pflanzenzellen der Löwenzahnpflanzenteile verbleibt.
Hierfür sollte das Zerkleinern nicht in zu kleine Stücke erfolgen, jedoch so ausgiebig, dass der Gummi in Form von Gummipartikeln, welche auf dem Brei schwimmen, freigesetzt wird. Ein zu starkes Zerkleinern würde die Gewinnung des Gummis erschweren.
Das Zerkleinern der Löwenzahnpflanzenteile kann vorteilhaft ein Mahlen unter Bildung des Breis, insbesondere einer Suspension, umfasst, in welchem die Löwenzahnpflanzenteile mit einem mittleren Durchmesser zwischen 2 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 6 mm, in Wasser suspendiert sind. Die Wasserzugabe kann vor, während und/oder nach dem Zerkleinern und/oder Ausquetschen erfolgen.
Das Zerkleinern der Löwenzahnpflanzenteile kann zudem vorteilhaft zumindest ein Vorzerkleinern umfassen, welches vor dem Mahlen erfolgt und in welchem die Löwenzahnpflanzenteile auf einen mittleren Durchmesser zwischen 9 bis 21 mm zerkleinert werden.
Das Vorzerkleinern und das anschließende Mahlen und/oder Quetschen ermöglichen eine größere Homogenität der zerkleinerten Pflanzenteile im Brei. Das Mahlen und/oder Quetschen kann üblicherweise mit einer Perl- oder Kugelmühle erfolgen.
Besonders bevorzugt kann zum Vorzerkleinern und/oder zum Mahlen und/oder Quetschen eine oder mehrere Hammermühlen eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden für die beiden vorgenannten Verfahrensschritte eine Kombination aus einer oder mehrerer Hammermühlen und einer oder mehrerer Hammermühlen eingesetzt. Besonders bevorzugt kann zum Vorzerkleinern und/oder Mahlen und/oder Quetschen eine oder mehrere Hammermühlen und eine oder mehrere Kugelmühlen eingesetzt werden.
Beim Mahlen und/oder Ausquetschen und/oder beim Vorzerkleinern kann vorteilhaft eine Wasserzugabe erfolgen. Besonders bevorzugt wird zu den Pflanzenteilen das Wasser in einem Verhältnis von 1 zu 10 bis 1 zu 20 gegeben. Bei dieser Wasserzugabe kann das Wasser vorteilhaft einen pH-neutralen oder besonders bevorzugt einen sauren pH-Wert, insbesondere einen pH-Wert zwischen pH = 3 und 7, aufweisen.
Zur Verringerung der Fermentationstendenz z.B. aufgrund von pflanzeneigenen Enzymen kann das zugegebene Wasser zumindest eine Sulfid- und/oder eine Monochloramin-Verbindung aufweisen. Die bevorzugte Konzentration der Sulfid- und/oder Monochloramin-Verbindung im zugegebenen Wasser beträgt zwischen 0,01 und 0,1 mol/l.
Alternativ oder zusätzlich kann die vorgenannte Behandlung im vollständig oder nahezu fermentationsfreien Zustand durch physikalische Verfahren erfolgen. Diese physikalischen Verfahren umfassen neben der Abtrennung von dispergierten Feststoffen durch Filter oder Zentrifugen auch die Behandlung mit Ozon und/oder UV-Licht.
Der Brei und/oder die inulinreiche gummiarme Phase kann somit vorteilhaft mit Ozon oder einer UV-Bestrahlung, insbesondere mittels UV-Licht im Normaldruck- oder Mitteldruckbereich, behandelt werden um die Fermentationstendenz des Breis oder der inulinreichen Phase zu senken.
Beim ersten Separieren des Breis, gemäß Schritt B kann vorteilhaft eine Wasserphase gebildet werden, welche z.B. das beim Mahlen und/oder Vorzerkleinern zugeführte Wasser aufweist und darüber hinaus weitere gelöste Stoffe der Löwenzahnpflanze.
Diese Wasserphase kann

i) zusammen mit der inulinreichen gummiarmen Phase;
ii) zusammen mit der gummireichen inulinarmen Phase; oder
iii) oder separat von den Phasen, z.B. nach einer Behandlung in einem Dreiphasen-Dekanter,

Die vorgenannte abgetrennte Wasserphase kann vorteilhaft wiederverwendet, insbesondere zur Bildung des Breis in Schritt A) rückgeführt werden.
Je nach fortschreitender Fermentation kann die vorgenannte Wasserphase auch bereits einen Anteil an Fructose aufweisen. Inulin fällt jedoch vorwiegend oder sogar nahezu vollständig in der inulinreichen gummiarmen Phase an, welche typischerweise schwerer ist als die Wasserphase und überwiegend oder vollständig aus organischen Feststoffen besteht.
Das erste Separieren des Breis kann vorteilhaft als eine ein- oder mehrmalige zentrifugale Trennung, vorzugsweise in einer Vollmantelschneckenzentrifuge, erfolgen.
Sofern die Wasserphase zusammen mit der gummireichen inulinarmen Phase abgeführt wird, so kann vorteilhaft eine Trennung zwischen den beiden Phasen durch Sieben erfolgen, so dass die Wasserphase und die gummireiche inulinarme Phase separat abgeführt werden.
Sofern die Wasserphase zusammen mit der gummiarmen inulinreichen Phase abgeführt wird, so kann vorteilhaft ein drittes Separieren zur Trennung der beiden Phasen erfolgen, welches zeitlich vor dem zweiten Separieren erfolgt, wobei dieses dritte Separieren eine ein- oder mehrmalige Trennung, vorzugsweise mit einem Sieb, umfasst, so dass die Wasserphase und die gummiarme inulinreiche Phase separat abgeführt werden.
Die separat abgeführte Wasserphase, welche bei einer Dreiphasentrennung beim ersten Separieren, oder durch Sieben oder nach dem dritten Separieren anfällt, kann für eine Zugabe zu den Löwenzahnpflanzenteilen beim Zerkleinern, insbesondere beim Vorzerkleinern und/oder beim Mahlen, vorteilhaft rückgeführt werden. Dies spart den Einsatz an Chemikalien zur Stabilisierung des Wassers und verringert den Umfang an zu entsorgenden Abfällen.
Die inulinreiche viskose Phase muss vor oder bei dem Erwärmen in Schritt C) abermals mit Wasser verdünnt werden. Auch dieses Wasser sollte pH-neutral oder vorzugsweise einen sauren pH-Wert aufweisen. Durch das zugeführte Wasser kann die aus Inulin gewonnene Fructose besser von den restlichen Feststoffen getrennt und in die wässrige Phase überführt werden.
Die wässrige Phase kann vorteilhat wiederverwendet werden. Sie kann insbesondere in Schritt A) rückgeführt werden.
Üblicherweise wird der Prozess bis incl. dem Schritt B) bei Temperaturen kleiner oder gleich der Umgebungs- oder Raumtemperatur durchgeführt. Es ist von Vorteil, wenn die inulinreiche viskose Phase beim Erwärmen in Schritt C) zumindest auf 55°C, vorzugsweise auf 60 bis 100°C erwärmt wird.
Das erste Wertprodukt kann vorteilhaft aus der gummireichen inulinarmen Phase durch Waschen mit Wasser, ggf. unter Erwärmung, insbesondere auf Temperaturen zwischen 70–100°C, als gereinigter Gummi gewonnen werden.
Das zweite Wertprodukt kann aus der fructosereichen Phase durch Kristallisation gewonnen wird, wobei das zweite Wertprodukt Inulin und/oder Fructose ist.
Um einer Fermentation durch Enzyme vorzubeugen sollte die Verarbeitung nach der Bildung des Breis in Schritt A) relativ schnell erfolgen
Das erste Separieren gemäß Schritt B) kann vorteilhaft innerhalb von weniger als 30 Minuten, insbesondere innerhalb von weniger als 10 Minuten, erfolgt sein, nachdem Schritt A) abgeschlossen ist.
Das erste Separieren gemäß Schritt B) und das Erwärmen gemäß Schritt C) können vorteilhaft innerhalb von weniger als 40 Minuten, insbesondere innerhalb von weniger als 15 Minuten, erfolgt sein, nachdem Schritt A) abgeschlossen ist.
Es ist besonders vorn Vorteil, wenn das erste Separieren gemäß Schritt B), das Erwärmen gemäß Schritt C) und das zweite Separieren gemäß Schritt D) innerhalb von weniger als 50 Minuten, insbesondere innerhalb von weniger als 20 Minuten, erfolgt ist, nachdem Schritt A), also die Bildung des Breis, abgeschlossen ist.
Vorteilhaft kann vor oder nach dem Vorzerkleinern und/oder dem Mahlen und/oder Quetschen der Löwenzahnpflanzenteile eine Wasserzugabe erfolgt und ein Auspressen des Wassers vor dem ersten Separieren erfolgt unter Gewinnung eines Inulinsirups.
Die verbleibenden Feststoffe nach dem Auspressen können vorzugsweise erneut unter Wasserzugabe zu einem Brei suspendiert werden.
Bei der Bildung des Breis gemäß Schritt A) oder nach der Bildung des Breis jedoch vor dem ersten Separieren kann vorteilhaft eine Zugabe eines Salzes, insbesondere von Kochsalz, als Feststoff oder Lösung zur Agglomerierung von Gummipartikeln erfolgen. Vor oder nach dem Vorzerkleinern und/oder dem Mahlen und/oder Quetschen der Löwenzahnpflanzenteile kann eine Wasserzugabe erfolgen und ein Auspressen des Wassers vor dem ersten Separieren erfolgen unter Gewinnung eines Inulinsirups und/oder von Inulin-Presswasser.
Die verbleibenden Feststoffe nach dem Auspressen können erneut unter Wasserzugabe zu einem Brei suspendiert werden.
Bei der Bildung des Breis gemäß Schritt A) oder nach der Bildung des Breis jedoch vor dem ersten Separieren kann eine Zugabe eines Salzes, insbesondere von Kochsalz, als Feststoff oder Lösung zur Agglomerierung von Gummipartikeln erfolgen.
Das Verfahren wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und unter Zuhilfenahme der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wobei Gummi als erstes Wertprodukt und Inulin oder Fructose als zweites Wertprodukt aus Löwenzahn gewonnen wird;
2 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Gummi und eines weiteren Wertproduktes aus Löwenzahn;
3 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Gummi und eines weiteren Wertproduktes aus Löwenzahn; und
4 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Gummi und eines weiteren Wertproduktes aus Löwenzahn.
1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Eines der gewonnenen Wertprodukte ist ein Gummi, welches auch als Löwenzahnkautschuk bekannt ist. Das andere Wertprodukt ist entweder Inulin oder Fructose. Dieses Wertprodukt kann gelöst in Wasser, z.B. als Zuckermelasse, oder als Feststoff vorliegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von Pflanzenteilen, insbesondere von Wurzeln, des Löwenzahns 10 der Sorte „Taraxacum kok-saghyz“. Die Wurzeln sind bereits durch Vorbereitungsschritte wie Waschen und Bürsten von Sand befreit. In einem ersten Schritt der Verarbeitung erfolgt ein Vorzerkleinern 20. Hierfür kann eine Hammermühle oder können mehrere hintereinander geschaltete Hammermühlen vorgesehen sein und zumindest jeweils eine Lochplatte und/oder zumindest ein Sieb mit einem vorbestimmten Lochdurchmesser bzw. einer vorbestimmten Maschenweite. Durch die Lochplatte und/oder das Sieb werden die Pflanzenteile durch die Hammermühle gepresst. Bei der Anwendung der Hammermühle genügt die granulometrische Verteilung der passierten Partikel in etwa der Gauß´schen Normalverteilung. Der mittlere Partikeldurchmesser bzw. Teilchendurchmesser der Pflanzenteile beträgt nach dieser ersten Stufe im ersten Schritt vorzugsweise zwischen 1 und 5 cm, vorzugsweise 2–3 cm. Zu kleine Pflanzenteile führen zu kleinen Kautschukpartikeln mit einem zu geringen Polymerisationsgrad. Auch ein Zerhäckseln ist möglich und kann im Rahmen des Vorzerkleinerns eingesetzt werden.
Anschließend erfolgt zweiten Schritt ein feineres Mahlen und/oder Quetschen 50 der zerkleinerten Pflanzenteile. Im zweiten Schritt des Zerkleinerns kann ebenfalls Wasser 30 zugeführt werden. Dieses Mahlen und/oder Quetschen entspricht im Vergleich zur Vorzerkleinerung eher einem Ausquetschen der Pflanzenteile. Dies wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Quetsch-Mahlen bezeichnet. Dies kann z.B. in einer Kugelmühle oder Perlmühle, insbesondere unter Einsatz weiterer Lochscheiben und/oder Siebe, erfolgen. Diese weisen vorzugsweise eine geringere Lochweite bzw. Maschenweite auf als die im Vorzerkleinern 20 eingesetzten Lochscheiben und/oder Siebe. Der mittlere Partikel- bzw. Teilchendurchmesser der gummifreien organischen Pflanzenteile die im Brei suspendiert sind beträgt hierbei 0,2 bis 1,0 cm, insbesondere 0,3 bis 0,6 cm.
Da es sich um ungleichmäßig geformte Teilchen bzw. Pflanzenteilchen handelt, umfasst der mittlere Teilchendurchmesser den Mittelwert aller Durchmesser, welche durch den Schwerpunkt eines Teilchens verlaufen. Sodann werden alle diese Mittelwerte für die jeweiligen Teilchen in einem bestimmten Volumenabschnitt zusammengezählt und durch die Anzahl an Teilchen in dem bestimmten Volumenabschnitt gerechnet. Dies ergibt den mittleren Teilchendurchmesser. Die Bestimmung dieses Wertes kann durch optische Messmethoden erfolgen.
Das zugeführte Wasser im ersten Schritt 20 und im zweiten Schritt 50 beträgt vorzugsweise das 5- bis 20-fache, bezogen auf Gewichts-%, der zerteilten Pflanzenteile.
Das zugegebene Wasser kann vorzugsweise mit Sulfiden oder Monochloramin zur Beibehaltung eines fermentationsfreien Zustandes stabilisiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Stabilisation auch durch ein physikalisches Verfahren erreicht werden. Ein solches physikalisches Verfahren kann neben der Abtrennung von dispergierten Feststoffen durch Filter und Zentrifugen auch eine Behandlung eines durch das Zerkleinern gebildeten Breis 60 oder davon abgetrennten inulinreichen Phase 80 oder 80’ mit Ozon oder Ultraviolettem Licht erfolgen. Das UV-Licht wird bevorzugt bei Normal- oder Mitteldruckbereich eingesetzt bei einer Intensität von zumindest 0,5 Watt per Liter Fluid.
Ebenfalls kann das zugegebene Wasser einen Zuckergehalt, insbesondere einen Anfangsgehalt an Fructose von mehr als 1 Gew.%, aufweisen, insbesondere dann, wenn das Wasser im Kreislauf geführt wird.
Durch das Mahlen und/oder Quetschen können die Pflanzenteile nur soweit zerkleinert werden, dass der Gummi aus den Pflanzenteilen freigesetzt wird und ein Großteil an Inulin in den Pflanzenzellen verbleibt. Der gebildete Brei 60 weist somit in Wasser dispergierte organische Feststoffe auf, welche sich absetzen können und Gummipartikel bzw. Gummikügelchen, welche auf dem Wasser aufschwimmen.
Bevorzugt erfolgt das Mahlen und/oder Quetschen 50 und/oder das Vorzerkleinern 20 bei Temperaturen von unter 30°C, vorzugsweise bei unter 25°C.
Ebenfalls bevorzugt weist das Pflanzenteile-Wasser-Gemisch beim Vorzerkleinern 20 und/oder Mahlen und/oder Quetschen 50 einen neutralen /oder sauren pH-Wert auf.
Der Brei 60 wird sodann in einem dritten Schritt der in 1 beschriebenen Verfahrensvariante durch ein erstes Separieren 70 in eine gummiarme, inulinreiche Phase 80, in eine gummireiche, inulinarme Phase 90 und in eine wässrige, inulin- und gummiarme Phase 100 aufgeteilt.
Die gummiarme, inulinreiche Phase 80 ist im Wesentlichen eine organische Feststoffphase, welche schwerer ist als die wässrige Phase 100.
Die vorgenannte gummiarme inulinreiche Phase weise einen Trockensubstanzgehalt von vorzugsweise 8–12 % auf.
Die gummireiche, inulinarme Phase 90 ist im Wesentlichen eine gummiartige Feststoffphase, welche leichter ist als die wässrige Phase 100.
Das erste Separieren 70 kann beispielsweise und bevorzugt durch einen Dreiphasendekanter erfolgen, wobei die inulinreiche Phase 80 in eine erste Richtung und die zweite gummireiche Phase 90 in eine zweite Richtung transportiert wird.
Die gewonnene wässrige Phase 100 weist üblicherweise einen gewissen Anteil an Fructose auf und kann als Wasser 30 zur Zugabe zu den Pflanzenteilen im Verfahren, gewöhnlich bei der Vorzerkleinerung 20 und/oder dem Mahlen 50 rückgeführt werden.
Die gummireiche, inulin- und/oder fructosearme Phase 90 kann bereits als erstes Wertprodukt, als sogenannter Rohgummi, verkauft werden.
Es ist allerdings auch möglich, die gummireichen Phase 90, auch nach einer enzymatischen Zwischenbehandlung zum Abbau organischer Verbindungen-, ggf. unter Zugabe von weiterem Wasser in einem weiteren Schritt „Erwärmen“ 110 zu erwärmen, insbesondere bei Temperaturen zwischen 70 bis 100°C, und anschließend das Wasser, z.B. durch Sieben, abzutrennen. Man erhält schließlich gereinigten Gummi 120 als Wertprodukt.
Die inulinreiche Phase 80 wird, ggf. unter Zugabe von Wasser 131, erwärmt. Diese Phase 80 wird bevorzugt auf einen Trockensubstanzgehalt von ca. 5–15 Gew.%, vorzugsweise 8–12 Gew.%, mit Wasser verdünnt.
Die inulinreiche Phase 80 wird auf eine Temperatur von vorzugsweise 60 bis 100°C erwärmt. Durch das Erwärmen 130 wird das ein Großteil des Inulins in Fructose umgewandelt und geht dadurch in Lösung, während andere organische Bestandteile, z.B. Zellulose oder Proteine als Feststoffe verbleiben.
Die inulin- und/oder fructosereiche Phase 80 ist dabei pH-neutral oder sauer. Im Anschluss an das Erwärmen erfolgt ein zweites Separieren 140, beispielsweise durch Filtration oder durch zentrifugales Separieren.
Das Erwärmen 130 der inulin- oder fructosereichen Phase 80 und das zweite Separieren 140 kann sich unmittelbar an das erste Separieren 70 anschließen und kann bevorzugt innerhalb von weniger als 30 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb von weniger als 10 Minuten nach dem ersten Separieren 70 initiiert werden. Dadurch wird einem enzymatischen Abbau im Rahmen einer Gärung zuvorgekommen.
Besonders bevorzugt sind die beiden Schritte „Erwärmen“ und „Separieren“ 130 und 140 innerhalb von weniger als 30 Minuten, insbesondere innerhalb von 10 Minuten, abgeschlossen.
Nach dem Separieren 140 liegt eine organische fructosearme Feststoffphase 150 vor, welche beispielsweise Zellulose und weitere schwer-wasserlösliche Pflanzen-Inhaltsstoffe enthält.
Zudem liegt eine fructosereiche wässrige Phase 160 vor. Diese kann bereits als Zuckerlösung, ohne gesonderte Isolierung der Fructose, als zweites Wertprodukt verkauft werden. Die Zuckerlösung kann zudem auch weitere Mono- oder Disaccharide, z.B. Glucose, enthalten. Der Gewichtsanteil dieser Saccharide in Lösung beträgt jedoch gegenüber dem Anteil an Fructose vorteilhaft weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%. Alternativ kann auch die Fructose ggf. nach weiteren Aufreinigungsschritten aus der Zuckerlösung z.B. durch Eindampfen und Kristallisation als Feststoff isoliert und als zweites Wertprodukt gewonnen werden.
Fructose ist ein beliebter Ersatz von Saccharose und kann auf vielfältige Weise in der Lebensmittelindustrie oder Chemischen Industrie eingesetzt werden.
2 zeigt eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Die Zerkleinerungsschritte 20 und 50, mit welchen der Brei 60 erhalten wird, ist analog zu der Vorgehensweise der 1.
Sodann erfolgt das erste Separieren 70. Dabei kann ein Zweiphasendekanter oder Separator, ggf. einem Düsenseparator eingesetzt werden, welcher den Brei in eine wässrige, gummireiche und inulinarme Phase 90’ und in eine inulinreiche gummiarme Phase 80 aufteilt. Die wässrige Phase 90’ ist dabei Wasser, ggf. mit weiteren gelösten Bestandteilen, in welchem Gummipartikel bzw. Gummikügelchen oder Gummiagglomerate dispergiert sind.
Diese lassen sich in der Folge als gummireiche Feststoffphase 90, bzw. als Rohgummi und somit als erstes Wertprodukt abtrennen. Dies kann vorzugsweise durch Sieben 170 erfolgen. Es bleibt Wasser 100 zurück, welches analog zu dem abgetrennten Wasser in 1 im Prozess rückgeführt werden kann.
Der Rohgummi kann sodann, analog zu 1, durch Wasserzugabe und/oder Erwärmen 110, zu gereinigtem Gummi 120 weiterverarbeitet werden.
Die inulinreiche Phase 80, vorzugsweise eine im Wesentlichen organische Feststoffphase, kann sodann analog zu 1 zu fructosehaltigem Zuckerwasser 160 oder zu Fructose als Feststoff als zweites Wertprodukt verarbeitet werden.
3 zeigt eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Die Zerkleinerungsschritte 20 und 50, mit welchen der Brei 60 erhalten wird, sind ebenfalls analog zu der Vorgehensweise der 1.
Beim ersten Separieren 70 erfolgt sodann eine Aufteilung des Breis 60 in eine gummireiche und inulin- und fructosearme Phase 90 und in eine wässrige, inulinreiche Phase 80’. Diese Separation erfolgt üblicherweise durch Siebung. Die wässrige Phase 80’ ist dabei Wasser mit gelösten und dispergierten organischen Bestandteilen, die als z.B. als Zellulose, Proteine oder Inulin.
Die gummireiche und inulinarme Phase 90 stellt dabei, analog zu 1, den Rohgummi dar, welcher als Wertprodukt genutzt werden kann oder zu gereinigtem Gummi 120 weiterverarbeitet werden kann.
Die wässrige inulinreiche Phase 80’ wird sodann in einem dritten Separieren 180, welches zeitlich vor dem analog zu 1 durchgeführten zweiten Separieren 140 erfolgt, in eine wässrige inulinarme Phase 100 und in eine inulinreiche Phase 80, die im Wesentlichen eine Feststoffphase ist, aufgeteilt.
Dieses dritte Separieren 180 sollte kalt, also bei Temperaturen von weniger als 30°C, vorzugsweise weniger als 25°C erfolgen. Es empfiehlt sich ein Separieren im Zentrifugalfeld eines Separators. Zudem kann dieses dritte Separieren 180 sich unmittelbar an das erste Separieren 70 anschließen und bevorzugt innerhalb von weniger als 30 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb von weniger als 10 Minuten nach dem ersten Separieren 70 initiiert werden. Dadurch wird einem enzymatischen Abbau zuvorgekommen, welcher das Inulin in Fructose umwandeln würde.
Zur inulinreichen Phase 80, der spezifischen schweren Phase wird sodann Wasser 131 hinzugegeben es bildet sich erneut eine Dispersion. Danach wird die inulinreiche Phase 80 den Folgeschritten analog zu 1, also dem Erwärmen und einem weiteren Separieren, in diesem Fall einem dritten Separieren, unterzogen. So kann analog zu 1 fructosehaltiges Wasser 160 oder zu Fructose als Feststoff als zweites Wertprodukt gewonnen werden.
Das erste Separieren sollte vorzugsweise in allen beschriebenen Varianten der 1–3 unmittelbar nach dem Mahlen 50 erfolgen, und sollte somit in einem Zeitraum von weniger als 30 Minuten, vorzugsweise von weniger als 10 Minuten nach dem Mahlen 50 initiiert werden.
Zum Separieren 70 des Breis 60 in die gummireiche, ggf. wässrige, Phase 90 und in die inulin- und/oder fructosereiche Phase 80 kann bevorzugt ein Dekanter eingesetzt werden. Die optimalen Umdrehungszahlen für eine Trennung mit dem Dekanter betragen 3000 bis 4500 (rpm) Umdrehungen pro Minute. Auch ist die Anwendung eines Separators mit einer Beschleunigung von ca. 12.000 × g möglich. Für die Ausführung nach 3 wird eine Sieb oder Filter angewendet, um die wässrige inulinreiche Phase vom Gummi abzutrennen.
Zur Trennung der inulinreichen wässrigen Phase 80 werden Vollmantelschneckenzentrifugen, Tellerseparatoren oder Düsenseparatoren angewandt.
In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante des Verfahrens kann Inulin als alternatives Wertprodukt gewonnen werden. Dies ist insbesondere dann der Fall wenn das vor dem zweiten und/oder dritten Separieren zugegebene Wasser einen erhöhten Fructosegehalt aufweist, so dass der Inulinabbau während des Lösens des Inulins im Wasser zumindest nur teilweise erfolgt. Das Inulin kann sodann als Wertstoff ausgefällt werden oder in Lösung verbleiben.
Das nach dem ersten und/oder zweiten Separieren in 1–3 gewonnene Wasser 100, welches sodann im Verfahren rückgeführt werden kann, hat einen Trockensubstanzgehalt von weniger als 1 Gew.% und eine gelblich braun bis schwarze Färbung. Es kann mehrfach verwendet werden.
Inulin kann bevorzugt als Verdickungsmittel, beispielsweise in der Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie eingesetzt werden.
Das beim Separieren rückgewonnene Wasser kann einen Trockensubstanzgehalt von weniger als 1% aufweisen.
Die in 4 dargestellte Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens weist einige Abwandlungen gegenüber der 1–3 auf. Das mit Frischwasser vorzerkleinerte Material des Löwenzahns wird dabei zunächst während oder nach einem Vorzerkleinerungsvorgang durch ein Pressen 310 abgepresst. Dabei geht ein Teil des Inulins in das abgepresste Wasser über und es bildet sich ein sogenanntes Inulin-Presswasser 340 in welchem gelartiges Inulin und Wasser miteinander vermengt sind.
Es entsteht eine Art Inulin-Sirup, welcher noch nicht in Fruktose umgewandelt ist, da die Gewinnung ohne einen Schritt des Erhitzens erfolgt ist.
Dann wird das abgepresste Wurzelgranulat erneut mit Wasser unter Bildung eines Breis suspendiert. Die Suspension kann sodann in einem oder mehreren Durchgängen in der Kugelmühle zerkleinert werden.
Da ein Teil des Inulins bereits durch den Auspressvorgang gewonnen wurde, kann die Gewinnung von weiterem Inulin durch einen zweiten Separationsvorgang vorteilhaft entfallen oder optional durchgeführt werden. Hierfür kann der Inulingehalt im abgepressten Wasser und im Brei ermittelt werden, um einzuschätzen ob eine weitergehende Gewinnung analog zu 1–3 noch wirtschaftlich ist.
Zur besseren Agglomeration der Gummipartikel kann in der Variante der 4, aber auch in den Varianten der 1–3, ein Salz, insbesondere Kochsalz 320, zugegeben werden. Alternativ kann auch gleich Salzwasser 330 bei der Bildung des Breis zugegeben werden. Die Zugabe erfolgt vorzugsweise jedoch unmittelbar vor der Kugelmühle und besonders bevorzugt erst nach der Abtrennung des Inulin-Sirups in 4. Bevorzugt kann es sich um 1–3 Gew.% an Kochsalz, bezogen auf die Masse an Brei, handeln. Damit wird die elektrische Leitfähigkeit verändert und der durch die Kugelmühle zerkleinerte Gummi, welcher vorzugsweise eine Partikelgröße von unter 0,5 mm aufweist, kann zu größeren Gummiknöllchen agglomerieren und kann somit besser ausgesiebt werden.
Das Salzwasser 330, auch Elektrolytwasser genannt, kann rückgeführt bzw. in einem Kreislauf geführt werden.
Im Folgenden werden einige konkrete Beispiele genannt, welche jedoch nicht einschränkend gegenüber den vorgenannten Ausführungsvarianten zu verstehen sind. Sofern keine anderslautende Bezeichnungen vorhanden, beziehen sich die %-Angaben in den Beispielen auf Masseprozent.
Beispiel 1:
300 g Wurzeln mit einem TS-Gehalt von 25% wurden mit dem Thermomix unter Zugabe von insgesamt 2070 g Wasser in insgesamt 6 Intervallen á 20 Sekunden auf der Stufe 7 zerkleinert. Ein Drittel davon wird mit einem Tel Wasser verdünnt (Probe A), ein weiteres Drittel wurde mit 2 Teilen Wasser verdünnt (Probe B) und ein Drittes Drittel wurde mit drei Teilen Wasser verdünnt (Probe C).
Jede dieser Proben wurde mit der Labstar Laborkugelmühle der Fa. Netzsch feinst vermahlen.
Das Ergebnis des Schleudertests 2 min á 6000 U/min (4500 g), erster Durchlauf:
Probe A zeigte eine Flotatschicht 7 % mit freiem Gummi unterhalb des Flotates, eine dunkelbraune Wasserphase und 22 % Feststoff.
Die Probe B zeigte 5 % als ein kompaktes Flotat mit eingebundenem Gummi, eine mittelbraune Wasserphase und 22% Feststoff.
Die Probe C zeigte 4% als ein kompaktes Flotat mit eingebundenem Gummi, eine hellbraune Wasserphase und 26% Feststoff.
Nach dem zweiten Durchlauf erhellte sich jeweils die Wasserphase, die Flotatphase wurde reduziert auf 2% Probe A, 3 % Probe B und 3 % Probe C. Ebenfalls reduzierte sich der Anteil Feststoffphase auf 17% (Probe A), 15% (Probe B) und 19% (Probe C).
Nach dem dritten Durchlauf erhellte sich jeweils die Wasserphase weiter, die Flotatphase betrug 3% Probe A, 2 % Probe B und 2 % Probe C. Ebenfalls reduzierte sich der Anteil Feststoffphase auf 14% (Probe A), 13% (Probe B) und 12% (Probe C).
Beispiel 2:
100 g getrocknete Wurzeln wurden für 40 min bei ca. 22°C in Wasser eingeweicht und anschließend ausgewogen. Deren Nass-Gewicht betrug 266 g (TS = 40%). Zusammen mit weiterem Wasser und weiteren nasse Wurzeln (gewonnen durch Quellung aus einem zusätzlichen Anteil Wurzeltrockenmasse von 100 g) mit der totalen Menge von 200 g Wurzel-Trockenmasse und 1872 g Wasser wurden mit dem Thermomix in insgesamt 4 Intervallen á 15 Sekunden auf der Stufe 9 in zwei Chargen zerkleinert. Durch Abtropfen unter Rütteln mit einem Küchensieb wurden 430 g Wasser mit ca. 3° Brix gewonnen. Das abgetrennte Inulin-Wasser wurde mit frischem Wasser ersetzt und die Gesamtmenge anschließend mit 2 Teilen Wasser verdünnt. Diese Suspension wurde mit einer Kugelmühle Labstar Fa. Netzsch in 3 Passagen feinst vermahlen.
Ergebnis des Schleudertests 2 min á 6000 U/min (4500 g), erster Durchlauf:
Die Probe A zeigte eine geringe Flotatschicht mit 0,5 % einer dunkelbraunen Wasserphase und 10% Feststoff. Nach dem zweiten Durchlauf erhellte sich jeweils die Wasserphase, die Flotatphase wurde erhöht auf 1%, bestehend aus hellen Gummipartikeln, Die Feststoffphase nahm 16% ein. Nach dem dritten Durchlauf erhellte sich jeweils die Wasserphase weiter, die Flotatphase betrug 1% als dunkles gummihaltiges Flotat. Die schwere Feststoffphase betrug 16%.
Beispiel 3:
40 kg getrocknete Wurzeln wurden vom Sand und Verunreinigungen gereinigt und anschließend in einer Hammermühle (Fa. Netzsch, Lochweite 15 mm) unter Zugabe von Wasser zu insgesamt 180 kg mit 17,2 kg Trockenmasseanteil vermahlen. Das Wasser der Dispersion nach der Vermahlung hatte im Mittel 3° Brix. Unter Zugabe von Wasser im Verhältnis von 1 + 1 wurde mit einer Hammermühle der Lochweite von 5 mm weiter zerkleinert. Als Resultat lag eine Dispersionsmenge von 359 kg vor, mit 2,4°Brix im Fluidanteil.
Diese Dispersion wurde unter Zugabe von 60 kg Wasser mit einer Kugelmühle Fa. Netzsch und einem Durchsatz von 200 kg/h vermahlen. Dieser Vorgang wurde noch einmal wiederholt, ohne weitere Wasserzugabe.
Die feinst vermahlen Dispersion wurde mit 100 kg Wasser verdünnt und in einen Trenndekanter der Firma GEA, Typ CA 226 gepumpt. Mit der Wasserphase wurden nur ca. 50 g Gummi ausgetragen und mittels Schwingsieb vom Wasser getrennt. Der Feststoff mit 15,33 %TS und sichtbaren Gummianteilen und die Flüssigkeit mit 1,1% Feststoff wurden wieder vermischt und nach 3 Wochen in zwei Teilen von 129 kg und 148 kg resuspendiert mit jeweils 80 kg Wasser. Es wurde 2 % Salz hinzugegeben. Mit der Wasserphase wurden insgesamt 2,8 kg nasser Gummi ausgetragen und mittels Schwingsieb (Maschenweite 500µm) vom Wasser getrennt. Getrocknet und gewaschen ergab dies ca. 500 g Gummi-Trockenmasse.
Bezugszeichenliste

10: Pflanzenteile
20: Vorzerkleinern
30: Wasser
40: Waschwasser
50: Mahlen
60: Brei
70: erstes Separieren
80: Inulinreiche Phase
80’: Inulinreiche wässrige Phase
90: Gummireiche Phase
90’: Gummireiche wässrige Phase
100: Wasserphase
110: Erwärmen
120: Gereinigter Gummi
130: Erwärmen
131: Wasser
140: zweites Separieren
150: fructosearme Feststoffe
160: fructosereiche Phase
170: Sieben
180: drittes Separieren
310: Pressen
320: Kochsalz
330: Salzwasser
340: Inulin-Presswasser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2399156 A [0004]
US 9346924 B2 [0005, 0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kern, Timo: Förderbeispiel Latex aus Löwenzahn. Hrsg.: biotechnologie.de. 201 [0002]
van Beilen JB, Poirier Y,: Guayule and Russian Dandelion as Alternative Sources of Natural Rubber. In: Crit. Rev. Biotechnol. Band 27, 2007 [0002]
T. Schmidt, M. Lenders, A. Hillebrand, N. van Deenen, O. Munt, R. Reichelt, W. Eisenreich, R. Fischer, D. Prüfer, C. S. Gronover: Characterization of rubber particles and rubber chain elongation in Taraxacum koksaghyz. In: BMC biochemistry. Band 11, 2010, S. 11 [0002]

Claims

Verfahren zur Verarbeitung von Löwenzahn-Pflanzenteilen (10), insbesondere von Löwenzahn-Pflanzenteilen der Sorte Taraxacum kok-saghyz, wobei bei dem Verfahren eine Gewinnung von Gummi als ein erstes Wertprodukt erfolgt und gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: A) Zerkleinern und/oder Ausquetschen der Löwenzahnpflanzenteile (10), vorzugsweise unter Zugabe von Wasser (30), unter Bildung eines Breis (60); B) Erstes Separieren (70) des Breis (60) in zumindest eine inulinreiche gummiarme Phase (80, 80’) und zumindest eine gummireiche inulinarme Phase (90, 90’), wobei die gummireiche inulinarme Phase (90, 90’) das erste Wertprodukt bildet oder das erste Wertprodukt aus der gummireichen inulinarmen Phase (90, 90’) gewonnen wird, wobei zumindest Schritt A) bei einer Temperatur von weniger als 40°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte A) und B) ohne Enzymzusatz erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte A) und B), abgesehen von der Zugabe von Wasser und Salz, insbesondere Kochsalz, ausschließlich durch mechanische Mittel erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt A) und Schritt B) bei einer Temperatur von weniger als 40°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als ein weiterer Schritt C) eine Gewinnung von Zucker aus der inulinreichen gummiarmen Phase (80, 80’) aus Schritt B durch Erwärmen (130) der inulinreichen gummiarmen Phase (80, 80’), auf eine Temperatur erfolgt, bei welcher Inulin zumindest teilweise in Fructose umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zweites Separieren (140) der inulin- und/oder fructosereichen gummiarmen Phase (80, 80’) nach Schritt C) in Anspruch 2 in eine fructosereiche Phase (160), insbesondere in eine fructosereiche wässrige Phase, und in eine fructosearme Feststoffphase (150), wobei die fructosereiche Phase (160) ein zweites Wertprodukt ist oder ein zweites Wertprodukt aus der fructosereichen Phase gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löwenzahnpflanzenteile (10) vorzugsweise Löwenzahnwurzeln sind
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerkleinern der Löwenzahnpflanzenteile (10) derart erfolgt, dass eine Freisetzung von Gummipartikeln aus den Löwenzahnpflanzenteilen erfolgt und dass Inulin zum überwiegenden Teil in den Pflanzenzellen der Löwenzahnpflanzenteile (10) verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerkleinern der Löwenzahnpflanzenteile (10) ein Mahlen und/oder Quetschen (50) unter Bildung des Breis (60) umfasst, in welchem die Löwenzahnpflanzenteile mit einem mittleren Durchmesser zwischen 2 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 6 mm, in Wasser suspendiert sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerkleinern der Löwenzahnpflanzenteile (10) zumindest ein Vorzerkleinern (20) umfasst, welches vor dem Mahlen und/oder Quetschen (50) erfolgt und in welchem die Löwenzahnpflanzenteile auf einen mittleren Durchmesser zwischen 10 bis 50 mm, vorzugsweise 20 bis 30 mm, zerkleinert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Mahlen und/oder Quetschen (50) und/oder beim Vorzerkleinern (20) eine Wasserzugabe erfolgt, wobei das Wasser (30) in einem Umfang von 5 bis 20 Teilen, bezogen auf das Gewicht der Pflanzenteile, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche beim Mahlen und/oder Quetschen (50) und/oder beim Vorzerkleinern (20) eine Wasserzugabe erfolgt, wobei das Wasser (30) einen pH-neutralen oder besonders bevorzugt einen sauren pH-Wert, insbesondere einen pH-Wert zwischen pH = 3 und 7 aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zugegebenen Wasser (30) zur Beibehaltung eines fermentationsfreien Zustandes zumindest eine Sulfid- und/oder eine Monochloramin-Verbindung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Separieren (70) des Breis (60) eine wässrige Phase (100) gebildet wird, welche i) zusammen mit der inulinreichen gummiarmen Phase (80); ii) zusammen mit der gummireichen inulinarmen Phase (90); oder iii) oder separat von den Phasen (80, 90) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vorzerkleinern (20) und/oder Mahlen und/oder Quetschen eine oder mehrere Hammermühlen und/oder eine oder mehrere Kugelmühlen eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Separieren (70) des Breis (60) eine ein- oder mehrmalige zentrifugale Trennung, vorzugsweise in einem Dekanter oder Separator, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sofern die wässrige Phase (100) zusammen mit der gummireichen inulinarmen Phase (90) als wässrige gummireiche inulinarme Phase (90’) abgeführt wird, eine Trennung zwischen den beiden Phasen 100, 90) durch Sieben (170) erfolgt, so dass die wässrige Phase (100) und die gummireiche inulinarme Phase (90) separat abgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sofern die wässrige Phase (100) zusammen mit der gummiarmen inulinreichen Phase (80) als wässrige gummiarme inulinreiche Phase (80’) abgeführt wird, ein drittes Separieren (180) zur Trennung der beiden Phasen (100, 80) erfolgt, wobei dieses dritte Separieren (180) eine ein- oder mehrmalige zentrifugale Trennung, vorzugsweise in einem Separator, umfasst, so dass die wässrige Phase (100) und die gummiarme inulinreiche Phase (80) separat abgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die separat abgeführte wässrige Phase (100) für eine Zugabe zu den Löwenzahnpflanzenteilen (10) beim Zerkleinern rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Phase (100) wiederverwendet wird, insbesondere in Schritt A) rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inulinreiche gummiarme Phase (80) vor oder bei dem Erwärmen in Schritt C) mit Wasser (131) verdünnt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserphase (100) mit Ozon oder einer UV-Bestrahlung zur Beibehaltung eines fermentationsfreien Zustandes behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inulinreiche gummiarme Phase (80) beim Erwärmen in Schritt C) zumindest auf 55°C, vorzugsweise auf 60 bis 100°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wertprodukt aus der gummireichen inulinarmen Phase (90) durch Waschen mit Wasser, ggf. unter Erwärmung (110), insbesondere auf Temperaturen zwischen 70–100°C, als gereinigter Gummi (120) gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wertprodukt aus der fructosereichen Phase (160) durch Kristallisation gewonnen wird, wobei das zweite Wertprodukt Inulin und/oder Fructose ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Separieren (70) gemäß Schritt B) innerhalb von weniger als 30 Minuten, insbesondere innerhalb von weniger als 10 Minuten, nach dem Schritt A) abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Separieren (70) gemäß Schritt B) das Erwärmen (130) gemäß Schritt C) innerhalb von weniger als 40 Minuten, insbesondere innerhalb von weniger als 15 Minuten, nach dem Schritt A abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Separieren (70) gemäß Schritt B), das Erwärmen (130) gemäß Schritt C) und das zweite Separieren (140) gemäß Schritt D) innerhalb von weniger als 50 Minuten, insbesondere innerhalb von weniger als 20 Minuten, nach Schritt A) abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Vorzerkleinern (20) und/oder dem Mahlen und/oder Quetschen der Löwenzahnpflanzenteile (10) eine Wasserzugabe erfolgt und ein Auspressen des Wassers vor dem ersten Separieren erfolgt unter Gewinnung eines Inulinsirups und/oder von Inulin-Presswasser (340).
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibenden Feststoffe nach dem Auspressen erneut unter Wasserzugabe zu einem Brei suspendiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung des Breis gemäß Schritt A) oder nach der Bildung des Breis jedoch vor dem ersten Separieren (70) eine Zugabe eines Salzes, insbesondere von Kochsalz (320), als Feststoff oder Lösung zur Agglomerierung von Gummipartikeln erfolgt.