DE112019007829T5

DE112019007829T5 - Proteinsuspension aus Biertreiber, Verfahren und Vorrichtung zu deren Erzeugung

Info

Publication number: DE112019007829T5
Application number: DE112019007829.1T
Authority: DE
Inventors: Oleg Grigorievich GORDILOV
Original assignee: Biobo GmbH
Current assignee: Biobo GmbH
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2022-07-07
Also published as: RU2719508C1; US11576401B2; US20230189838A1; AU2019449032A1; US20210378260A1; EP3831212A4; AU2019449032B2; EA201900521A1; EP3831212A1; WO2021080450A1; ZA202205542B

Abstract

Die Erfindung betrifft die Nahrungsmittelindustrie, im Einzelnen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Biertreberverarbeitung. Die Erfindung ermöglicht es, den Anteil der aus dem Biertreber gewonnenen Nährstoffe auf 90 - 95 % und den Proteingehalt der Nährstoffsuspension auf mindestens 50 Masse-% im Trockenrückstand zu erhöhen. Das Prinzip der Erfindung basiert auf der Technologie zur Aufbereitung von Biertreber zwecks Nährstoffgewinnung und -extraktion mittels mechanischer Verarbeitung auf einer vorgeschlagenen Produktionslinie. Im Wesentlichen besteht das Verfahren darin, dass der Biertreber auf einem Vibrationssieb zerbröselt, auf einer Kolloidmühle zermahlen wird und dabei Wasser oder Zentrat im Verhältnis von 0,5:1 bis 1:1 bezogen auf den Biertreber hinzugegeben wird, um aus dem Biertreber eine homogene pastöse Masse zu erzeugen, die anschließend in einem Schneckenextraktor verarbeitet wird, um sie weiter zu zermahlen und in 2 Fraktionen aufzuteilen: eine Nährstoffsuspension mit einer Feuchtigkeit von 90 - 95%, in der alle Nährstoffe, insbesondere auch Biertreberproteine, enthalten sind, und zermahlene Biertreberschalen mit einer Feuchtigkeit von 60 - 75 %, die zur weiteren industriellen Verwertung geeignet sind. Danach wird die Nährstoffsuspension einer mechanischen Filtration zugeführt, bei der zermahlene Schalenrückstände entfernt werden und die Suspension wird in einen Auffangbehälter gepumpt.

Description

Fachgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Nahrungsmittelindustrie und insbesondere die Tehnik zur Verarbeitung von Abfällen aus der Brauindustrie, und zwar Verfahren und Vorrichtungen zur Verarbeitung von Biertreber unter Gewinnung eines proteinösen Produktes in Form einer Suspension, das in Nahrungsmittelprodukten mit therapeutischen, prophylaktischen und diätetischen Eigenschaften verwendet werden kann. Besonders interessant ist das Biertreberprotein im Einzelnen für die Verwendung in Backwaren, Süßwaren, in der Wurstproduktion und in Sporternährung und diätetischen Nahrungsmitteln. Außerdem kann die Erfindung u.a. auch Anwendung in der Tierhaltung als Futterergänzungsmittel und in der Landwirtschaft als Bodendüngemittel finden.
Stand der Technik
In Brauereien fallen im Anschluss an die Bierproduktion Abfälle in Form von Biertreber an, welcher aus fett- und proteinreichen Gerstenschalresten und Getreidepartikeln besteht. Gerade dieser Biertreber ist der interessanteste aller Brauerei-Sekundärrohstoffe, da er in großer Menge anfällt und zahlreiche wertvolle Nährstoffe enthält.
Der Biertreber fällt bei der Filtration der verzuckerten Biermaische an. In Masseprozent beträgt die prozentuale Massenzusammensetzung von Biertreber in Abfällen aus der Bierherstellung beträgt mindestens 98%. Der Biertreber besteht aus flüssigen und festen Phasen. Die Festphase, deren Anteil am Biertreber etwa 45 % beträgt, enthält Getreideschalen und Getreidekernpartikel. Die Zusammensetzung von Biertreber enthält Fette, Cellulose sowie Aminosäuren: Histidin, Lysin, Leucin, Isoleucin, Methionin, Valin, Glycin, Threonin, Serin, Alanin, Arginin, Phenylalanin, Tyrosin u.a. In der russischen Brauereiwirtschaft werden jährlich mehr als 3,5 Mio Tonnen Biertreber zurückgewonnen, deren Proteingehalt 25 - 28 %, d.h. fast das Dreifache von deren Gerstengehalt, beträgt. Der Energiegehalt des rohen Biertreber beträgt 115 cal/g; der des trockenen Biertreber (mit 7 - 10 % Hydratation) beträgt 440 cal/g. Die Bestandteile des Biertrebers hängen dabei von der Gerstensorte, der Malzproduktionstechnik, dem Rezept des Malzgemisches für die Bierproduktion; dem Malzglättungsrezept bei der Bierherstellung usw. ab. Der resultierende Protein-, Fett-, Kohlenwasserstoff- und Cellulosegehalt im Biertreber liegt dabei im Bereich von 1 - 5 %.
Derzeit findet Biertreber in nativer Form keine breite Anwendung, da dessen Transport und Lagerung mit Schwierigkeiten verbunden sind; bei Temperaturen von 15 - 30 °C beginnen Fermentationsprozesse im Biertreber schon innerhalb von 6 - 8 Stunden, wodurch er sich nicht mehr für die Weiterverarbeitung und -verwertung eignet.
Bekannt sind verschiedene Verfahren zur Verarbeitung von Biertreber zur Anwendung als Nahrungsergänzungsmittel, die auf einer vorherigen Trocknung und anschließender Körnung bzw. Vermahlung basieren (so z.B. EP0694609A2 ; WO2010053493A1 ; WO2010117288A1 ; WO9822751A1 ). Dennoch wird ein Teil der Biertreberproteine bei der Trocknung in eine unverdauliche Form umgewandelt, was den Nährwert des trockenen Biertrebers gegenüber dem hydrierten Teber reduziert. Die Proteinkonzentration im trockenen Biertreber beträgt letzten Endes nur 27 - 28%. Außerdem enthält dieses Produkt eine beträchtliche Menge (bis zu 80 %) an unverdaulichen Gerstenmalzschalen. Ferner geht die Trocknung des Biertrebers mit erheblichen Energieverlusten einher, was dessen Verwendung zur Erzeugung von Mischfutter mitunter unwirtschaftlich macht.
Es sind Verfahren zur tieferen Bearbeitung von Brauereiabfällen bekannt. Im Einzelnen ist ein Verfahren zur Verarbeitung von flüssigem Biertreber mit 90 - 92 % Hydratation bekannt, bei dem die Verarbeitung des Rohstoffs in einem zweistufigen Pressvorgang vorgesehen ist: In einer ersten Stufe bis zu einer Hydratation von 70 - 75%, auf einer zweiten Stufe bis zu einer Hydratation 40 - 45%, sowie zwei Trocknungsschritte: im ersten erfolgte eine Trocknung bis 20 - 25 % Hydratation, im zweiten bis 10 % Hydratation, woraus sich ein trockenes Futterergänzungsmittel ergibt (RU2215426). Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass beim Pressen das Zentrat, welches eine erhebliche Menge an Nährstoffen enthält, aus dem Rohstoff entfernt wird. Außerdem ist das Endprodukt durch einen hohen Gerstenschalengehalt gekennzeichnet.
Aus der WO2018136234A1 ist ein Verfahren zur Gewinnung eines proteinösen Produktes mit einem Proteingehalt von 60 - 90 % aus Biertreber bekannt. Das Verfahren umfasst eine chemisch-thermische Behandlung des Biertrebers, wozu man bei ständigem Rühren in einen Hydrolysebehälter eine Mischung gibt, die aus verarbeitetem Getreide und Wasser besteht; danach wird Glukoamylase hinzugegeben. Die resultierende Mischung wird auf eine Temperatur von 30 - 70 °C erwärmt, die Getreidepartikel in der Mischung werden auf eine Durchschnittsgröße weniger als 500 µm zermahlen und der pH-Wert der Mischung wird auf 7 - 10,5 eingestellt. Dann wird alkalische Protease zur Solubilisation des Proteins hinzugefügt. Die resultierende Mischung durchläuft dann ein Sieb, dessen Öffnungen 5 - 500 µm Durchmesser aufweisen. Dann erfolgt eine Ultrafiltration über eine Membran mit einer Porengröße vom 20 - 40 kDa, gefolgt durch eine Nanofiltration. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es zur Gewinnung des proteinösen Produktes komplizierter und kostenintensiver Ausrüstungen sowie eines langfristigen technologischen Zyklus für Herstellung von Proteinen (60 - 105 min, d.h. 30 - 60 min zur Vermahlung und 30 - 45 min zur Hydrolyse) und der Verwendung gefährlicher Stoffe im technologischen Verfahren - Salz- und Carbonsäure sowie Lauge - bedarf. Ferner wird bei der Biertreberverarbeitung eine große Wassermenge (von 8:1 bis 11:1 im Verhältnis zum Biertreber) verwendet, was zur Bildung einer erheblichen Menge an Zentrat führt, welches ein Abfallprodukt darstellt, zu dessen Verwertung zusätzliche Ausrüstungen erforderlich sind.
Aus der EP0694609A2 sind ferner eine Proteinzusammensetzung bekannt, die aus verarbeiteten Getreiderohstoffen aus der Bierproduktion erzeugt wird und 40 - 60 % Proteine, 12 - 18 % Lipide, 2 - 6 % Faserstoffe und 1 - 4 % Asche bezogen auf die Trockenmasse umfasst, sowie ein Verfahren zu deren Erzeugung. Das Verfahren umfasst Pressen des Biertrebers auf einem Walzenstuhl unter gleichzeitigem Naßaushülsen der Biertreberpartikel, gefolgt durch Trennen des resultierenden Produktes von den Schalen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass beim Pressen auf den Wahlzenstühlen ein Teil der nützlichen Komponenten vom Biertreber abgesondert wird. Außerdem wird der Biertreber nicht vor dem Pressen zermahlen, und ein Teil des Proteins bleibt an die gepressten Schalpartikel gebunden, was zu Proteinverlusten bei der anschließenden Entfernung der Schalen führt. Um die Schalen wirksamer zu entfernen, wird im bekannten Verfahren die resultierende Mischung (flüssige Proteinsuspension) mit einer großen Menge Wasser gespült und die resultierende Suspension gesiebt, wobei der Spül- und Siebvorgang bis zu fünfmal wiederholt wird. Infolgedessen fällt eine große Menge Zentrat an, bei dem es sich um einen Produktionsabfall handelt, zu dessen Verwertung zusätzliche Ausrüstungen zur Reinigung des Zentrats erforderlich sind.
Ziel aller bekannten Biertreberverarbeitungsverfahren ist also die Gewinnung von Proteinpulvern oder -konzentraten, und sie sind gekennzeichnet durch die Komplexität und Langwierigkeit des Proteinabsonderungsprozesses und die Bildung großer Mengen an Zentrat, bei dem es sich um einen Produktionsabfall handelt, zu dessen Verwertung zusätzliche Ausrüstungen erforderlich sind.
Aus dem Stand der Technik ist kein Verfahren zur Gewinnung eines Endproduktes in Form einer Proteinsuspension aus Biertreber bekannt, die durch einen hohen Proteingehalt gekennzeichnet ist und breite Anwendung als Nahrungs- und Futterergänzungsmittel finden kann. Die bekannten Verfahren richten sich in erster Linie auf die Gewinnung eines Produktes in Mehl- oder Konzentratform aus Biertreber, ohne das gebrauchsfertige Produkt in Form einer Suspension im technologischen Prozess zu gewinnen, welches die diätetische Nahrungsproduktpalette erweitern könnte.
Beschreibung der Erfindung
Das technische Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist die Gewinnung eines Biertreberverarbeitungsproduktes in Form einer Nährstoffsuspension mit einem Proteingehalt von mindestens 50 Masse-% im Trockenrückstand mit einem Nährwert in Höhe von 250 ± 15 kcal bei Vereinfachung des Gewinnungsverfahrens. Bei der Suspension kann es sich dabei um ein gebrauchsfertiges Produkt oder ein Zwischenprodukt, aus dem durch weitere Verarbeitung ein Konzentrat, Isolat oder Mehl mit einem Proteingehalt von bis zu 90 - 95 Masse-% im Trockenrückstand erzeugt werden kann, handeln. Dabei fällt Zentrat, ein zur Verwertung bestimmtes Abfallprodukt, in minimaler Menge an, da dieses im technologischen Zyklus zur Hydratation des zu verarbeitenden Rohstoffs verwendet wird.
Erreicht wird das technische Ergebnis mittels einer aus Biertreber gewonnenen Proteinsuspension mit 90 - 95 % Hydratation und einer Partikelgröße von mindestens 0,5 mm.
Optimal ist dabei eine Suspensionszusammensetzung, die Protein, Fette, Cellulose, Asche und Aminosäure in folgenden Mengen enthält (in Masse-% bezogen auf den Trockenrückstand):

Proteine - mindestens 50,0
Fette - höchstens 5,0
Cellulose - höchstens 5,0
Asche - weniger als 1,5
wobei der Aminosäuregehalt mindestens 47,0 beträgt.

Das technische Ergebnis wird auch von einem Verfahren zur Gewinnung einer Proteinsuspension erreicht, welches umfasst: Zerbröseln des Ausgangs-Biertrebers zu einer homogenen Masse, Entfernen mechanischer Fremdstoffe und Hydrieren mit anschließendem Zermahlen der Masse bei gleichzeitigem Homogenisieren in einer Kolloidmühle zur Erzeugung einer pastösen Masse (Brei). Die Hydratation erfolgt durch Wasser- oder Zentrat-Zufuhr, wenn Biertreber in eine Kolloidmühle bis zu einer Feuchtigkeit von höchstens 95% ergibt, gefolgt durch Entfernen der zermahlenen Schalen aus der derart erzeugten Masse, um das Endprodukt, d.h. eine Nährstoffsuspension mit einer Proteingehalt von mindestens 50 Masse-% im Trockenrückstand, zu erhalten. Dabei erfolgt das Zerbröseln bis zur Erzeugung einer homogenen Masse und das Entfernen der mechanischen Fremdstoffe unter Einsatz eines Vibrationssiebs, dessen Sieböffnungen Abmessungen von 6 - 10 mm aufweisen und deren Schwingfrequenz 10 - 50 Hz mit einer Amplitude von 2-20 mm beträgt. Dabei erfolgt die Vermahlung des Rohstoffs in der Kolloidmühle bei einer Rotordrehzahl von 1800 - 3200 U/s bis zu einer Partikelgröße von 0,1 - 0,9 mm. Bei der Zuführung des Biertrebers zur Kolloidmühle wird diesem Wasser oder Zentrat hinzugegeben, wobei eine auf das Volumen bezogene gleichmäßige Hydratation des Rohstoffs gewährleistet wird. Dabei erfolgt die Entfernung der zermahlenen Schalen nach dem Zermahlen in der Kolloidmühle mittels eines Schneckenextraktors, und danach wird die Nährstoffsuspension einer zusätzlichen Vibrationsfiltration durch ein Sieb mit einer Zellgröße von 0,1 - 0,5 mm unterzogen, um verbleibende Schalpartikel zu entfernen.
Das technische Ergebnis wird auch durch die Verwendung einer Vorrichtung zur Gewinnung der vorgenannten Proteinsuspension erreicht, welche in nachstehender Reihenfolge umfasst: eine Vorrichtung zum Zerbröseln zur Entfernung mechanischer Fremdstoffe; eine Mühle, deren Konstruktion eine gleichmäßige Hydratation des Rohstoffs nach Volumen und die Vermahlung bis zu einer Fraktion von 0,1 - 0,9 mm und die Homogenisierung ermöglicht; einen Extraktor, dessen Konstruktion die zusätzliche Vermahlung der Masse bis zu einer Partikelgröße von 0,005 - 0,5 mm und deren Aufteilung in Suspension und Schalen ermöglicht; einen Vilbrationsfilter mit einer Zellgröße von 0,2 - 0,5 mm, dessen Konstruktion eine zusätzliche Entfernung der übrigen Schalpartikel aus der resultierenden Suspension ermöglicht; einen Auffangbehälter für die Proteinsuspension. Zur Vermahlung und Entfernung der mechnaischen Fremdstoffe wird dabei ein Vibrationssieb mit einem Magnetstofffänger mit einer Zellgröße von 6 - 10 mm, einer Siebschwingfrequenz von 10 - 50 Hz und einer Amplitude von 2-20 mm verwendet. Als Mühle wird eine Kolloidmühle verwendet, die mit einem Mittel zur Zufuhr von Flüssigkeit zur Hydration des Rohstoffs versehen ist. Die Kolloidmühle umfasst einen trichterförmigen Füllbehälter und zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Hydratation des Rohstoffs Mittel in Form einer Wasserleitung mit Öffnungen oder Düsen, die über den Umfang des Behälters an dessen Oberseite oberhalb der Markierungen der maximalen Füllhöhe verteilt sind, umfasst. Als Extraktor wird ein Schneckenextraktor mit einer Schneckendrehzahl von 2 - 8 U/min verwendet. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Konzentration der Proteinsuspension umfasst, die mit einem an die Mühle angeschlossenen Zentratauslaß zur Hydratation des zugeführten Rohstoffs versehen ist.
Die resultierende proteinöse Nährstoffsuspension ist durch einen hohen Proteingehalt gekennzeichnet, der durch Vermahlen von Biertreber unter Wasser- oder Zentratzufuhr in einer Kolloidmühle, gründliche Entfernung der Schalen des Biertrebers vom Nährstoffanteil in einem Schneckenextraktor und zusätzliche Vermahlung der verarbeiteten Mischung durch Abreiben der Mischung an einem Siebfilter des Separators durch die Schnecke erreicht wird. Außerdem sammelt sich bei der Verarbeitung des Biertrebers zum Endprodukt in Suspensionsform kein Zentrat an. Bei der Gewinnung des Konzentrats, Isolats oder Mehls im Wege der Weiterverarbeitung der Suspension wird das anfallende Zentrat zur Hydratation des Rohstoffs verwendet, und dessen zur Weiterverwertung bestimmte Menge beträgt höchstens 1 % der Ausbringung der Biertreberverarbeitungslinie, welche 1 kg/min beträgt.
Figurenliste

zeigt ein Foto eines Teils einer experimentellen Produktionslinie zur Gewinnung einer Proteinsuspension aus Biertreber, umfassend ein Vibrationssieb, einen Förderer, eine Kolloidmühle und einen Schneckenextraktor.
ist eine schematische Darstellung einer Produktionslinie zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei

1

Vibrationssieb,

2

Förderer,

3

Kolloidmühle,

4

Wasserleitung,

5

Schneckenextraktor,

6, 8

Impellerpumpe,

7

Vibrationsfilter,

9

Auffangbehälter für Proteinsuspension,

10

Auffangbehälter für Schalen,

11

Einrichtung zur Konzentration der Proteinsuspension zur Gewinnung eines Proteinkonzentrats bzw. -isolats,

12

Zentratbehälter.
ist eine schematische Darstellung des Einlauftrichters der Kolloidmühle. Dabei gilt:

A

Anordnung der Komponenten des Einlauftrichters der Kolloidmühle,

B

Ansicht von oben auf den Einlauftrichter,

C

schematische Darstellung der Kolloidmühle im Querschnitt, wobei

13

Ringwasserleitung,

14

Öffnungen in der Leitung zur Wasser- oder Zentratzufuhr,

15, 16, 17

Füllstandensoren,

18

Regelventil für die Wasserzufuhr,

19

Stator,

20

Rotor,

21

Statorgehäuse,

22

Rotorwelle,

23

Einlauftrichter der Kolloidmühle 3.

Ausführung der Erfindung
Es folgt eine nähere Beschreibung der vorliegenden Erfindung, die keine Einschränkung des Schutzumfangs darstellt, sondern lediglich mögliche Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, die das beanspruchte technische Ergebnis erreichen.
Der Ausgangsbiertreber mit 70 - 90 % Hydratation wird 3 Stunden lang nach dessen Bildung als Brauereiabfallprodukt verarbeitet. Die Temperatur des Biertrebers kann beim Ausgang aus der Bierproduktion 2 - 80 °C betragen. Der Biertreber wird von Hand oder mit beliebigen mechanischen Mitteln dem Vibrationssieb ( , ) mit einer Zellgröße von 6 - 10 mm zugeführt, das mit einem Magnetstofffänger versehen ist und in dem der Biertreber vermahlen und daraus mechanische und metallische Fremdstoffe entfernt werden. Die Verarbeitung am Vibrationssieb 1 umfasst Sieben des Biertrebers bei einer Siebschwingfrequenz von 10 - 50 Hz und einer Amplitude von 2-20 mm über 2 - 10 Sekunden, woraus sich ein für den nächsten Verarbeitungsschritt (d.h. Vermahlung) geeigneter Rohstoff ergibt, der keine größeren Stücke enthält und eine homogene Zusammensetzung aufweist. Außer dem Vibrationssieb kann die Vermahlung des Biertrebers zur Bildung einer homogenen Masse unter Entfernung mechanischer Fremdstoffe mit einer beliebigen bekannten Vorrichtung oder Baugruppe erfolgen, die die angegebenen Funktionen gewährleistet. Zur Vermahlung des zermahlenen Biertrebers wird er dann über den Förderer 2 der Kolloidmühle 3 ( ) oder einer sonstigen Mühle, die eine Vermahlung bis zu einer Fraktion von 0,1 - 0,9 mm gewährleistet, zugeführt. Beim Eintritt des Rohstoffs in den Einlauftrichter der Kolloidmühle wird ihm allmählich Wasser hinzugegeben, wobei eine gleichmäßige Hydratation des Rohstoffs nach Volumen gewährleistet wird, was im kontinuierlichen oder Pulsbetrieb durchgeführt werden kann. Die hinzugegebene Wassermenge beträgt in der Regel zwischen 0,5:1 bis 1:1 im Verhältnis zum Biertreber. Die Menge und die Geschwindigkeit der Wasserzufuhr können im Voraus anhand von Feuchtigkeitsmesswerten des der Verarbeitung zugeführten Biertrebers festgelegt werden, wobei der Feuchtigkeitsverlust beim Durchlaufen des Vibrationssiebs berücksichtigt wird. Der Hydratationsgrad des in der Kolloidmühle bearbeiteten Biertrebers liegt vorzugsweise im Bereich von 90 - 95 %. In der Kolloidmühle 3 wird der Biertreber gleichmäßig gemischt (und/oder homogenisiert), um eine homogene pastöse Masse mit einer Viskosität von vorzugsweise 750 - 1400 cPa·s zu erhalten, die dann mittels Schwerkraft dem Scheckenextraktor 5 zugeführt wird, in dem eine zusätzliche Vermahlung und Trennung in eine Suspension mit 90 - 95% Hydratation und einer Viskosität von 1,5 - 3 cPa·s und Schalen mit einer Partikelgröße von 0,01 - 1,0 mm und 60 - 75% Hydratation erfolgen. Bei der Verarbeitung in der Kolloidmühle und im Schneckenextraktor kann die Temperatur des Biertrebers 2 - 90 °C betragen. Der Biertreber kann mit beliebigen bekannten Mitteln, z.B. Förderschnecke, Förderband oder Kratzerförderer, der Kolloidmühle zugeführt werden.
Die Vermahlung des Biertrebers in der Kolloidmühle 3 erfolgt im Gehäuse 21 zwischen den Arbeitsflächen des Rotors 20 und des Stators 19, wobei der Rotor 20 der Mühle z.B. mit einer Drehzahl von 1800 - 3200 U/s gedreht wird, was eine dicke, homogene, aber fließfähige Masse ergibt, um einen maximalen Nährstoffanteil aus dem Rohstoff bei der Schneckenextraktion gewinnen zu können. Das bei der anschließenden Verarbeitung der Nährstoffsuspension (bei der Konzentration) anfallende Zentrat wird vorzugsweise zusammen mit Wasser zur Hydratation in der Kolloidmühle 3 verwendet, was die Gewinnung eines möglichst großen Nährstoffanteils aus dem Zentrat ermöglicht und wodurch auf eine Weiterverwertung des Zentrats verzichtet werden kann. So können die Ressourcen, die sonst zur Reinigung des Zentrats vor dem Abfließen in die Kanalistation benötigt werden, eingespart werden. Das Wasser bzw. Zentrat aus den Einrichtungen 5 oder 12 wird über die um den Umfang des Trichters oberhalb der Markierungen, die den maximalen Füllstand zeigen, angeordneten Öffnungen 14 der Wasserleitung 13 dem Einlauftrichter (Aufnahmetrichter) 23 der Kolloidmühle 3 zugeführt. Die hinzugegebene Wasser- bzw. Zentratmenge kann mithilfe des Ventils 18 geregelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen 14 der Leitung über deren Länge verteilt, was eine gleichmäßige Hydratation (Verflüssigung) des gesamten Biertrebervolmens während der Verarbeitung gewährleistet.
Nach der Vermahlung in der Kolloidmühle 3 wird die Masse einer Verarbeitung im Schneckenextraktor 5 bei einer Schneckendrehzahl von 2 - 8 U/min unterzogen, was es ermöglicht, die Nährstoffsuspension möglichst schnell, binnen 1 - 2 Sekunden, vom Nebenprodukt Gerstenschalen zu befreien. Hierzu wird die durch die Kolloidmühle 3 geführte pastöse Masse (Brei) mittels Schwerkraft dem Schneckenextraktor 5 zugeführt, wo sie von den Schalen separiert wird und sich am Ausgang das Hauptprodukt - eine Nährstoffsuspension mit höchstens 95 % Hydratation - und das Nebenprodukt - Gerstenschalen mit 60 - 75 % Hydratation und einer Partikelgröße von 1,0 - 5,0 mm - ergeben. Da nach der Verarbeitung der Suspension im Schneckenextraktor 5 immer noch 2 - 5 % kleine Schalen mit Abmessungen von 0,01 - 1,0 mm verbleiben, wird die Suspension einer Impellerpumpe oder einer sonstigen Pumpe 6 zugeführt, die zur Verarbeitung einer Nährstoffsuspension mit bis zu 5 % Verunreinigung mit höchstnes 1,0 mm großen kleinen Pflanzenanzeilen konfiguriert ist, und im nächsten Reinigungsschritt einem Vibrationsfilter 7 mit einer Zellgröße von 0,2 - 0,5 mm zugeführt wird, was eine praktisch vollständige Entfernung der nach der Schneckenextraktion verbliebenen Schalen aus der Nährstoffsuspension ermöglicht. Nach dem Vibrationsfilter 7 wird die Suspension mittels der Impellerpumpe 8 dem Auffangbehälter zugeführt. Die resultierende Proteinsuspension mit 50 - 65 Masse-% Proteingehalt im Trockenrückstand kann als Endprodukt fungieren und dabei als Nahrungs- bzw. Futterergänzungsmittel verwendet oder zum späteren Gebrauch eingefroren werden. Die resultierende Proteinsuspension kann einer anschließenden Verarbeitung in der Einrichtung 11 zugeführt werden, um daraus ein Proteinkonzentrat mit einem Proteingehalt von 60 - 80 Masse-% oder ein Proteinisolat mit einem Proteingehalt größer als 80 Masse-% zu gewinnen.
Die Schalen sind ein Nebenprodukt aus der Biertreberverarbeitung, das während des Arbeitsprozesses des Schneckenextraktors spontan dem Vorratsbehälter zufließt, aus dem es mittels Förderschnecke oder einer sonstigen Fördervorrichtung in den Auffangbehälter 10 übergeben wird. Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei entsprechender Konfiguration der Vorrichtungen, um eine Partikelgröße oberhalb des vorgenannten Bereichs in der Suspension (größer als 0,5 mm) zu erzielen, zur Gewinnung einer Proteinsuspension mit einem Proteingehalt weniger als 50 Masse-%, z.B. 40, 42, 47 und 49 Masse-% (mit geringerem Energiegehalt) verwendet werden. Ein derartiges Produkt kann in Gebieten Anwendung finden, in denen es nicht erforderlich ist, den maximalen quantitativen Proteingehalt im proteinösen Produkt zu gewährleisten, so z.B. als Tierfutter.
Durch die beanspruchte Methode wurde ein Produkt -proteinöse Nahrstoffsuspension - im Volumen von 337 1 erzeugt, die zu Analysezwecken anschließend getrocknet wurde.

Hierzu führte man von Hand 260 kg Biertreber mit 75,59 % Hydratation (Ausgangszusammensetzung, Energiegehalt 150 kcal) dem Vibrationssieb 1 (Vibrationssieb XFZ1020 mit einstufigem Sieb, Zellgröße 10 mm, 2000 mm Länge, 1000 mm Breite, Schwingfrequenz 20 Hz, Amplitude 8 mm) zugeführt. Aus dem Vibrationssieb 1 wurde die Masse per Förderband 2 in die Kolloidmühle 3 zugeführt (KDDJ-1,5, Leistung 11 kW, Rotordrehzahl 20 2200 U/min), die auch mit Mitteln zur Zuführung von Trinkwasser aus der Einrichtung 4 ausgestattet war. In der Kolloidmühle wurde der Biertreber mit schätzungsweise 170 1 Wasser (0,67:1) hydriert; das Wasser floss der Kolloidmühle mit einem Durchfluss von 15 1/min zu. Dabei wurde der hydrierte Biertreber bis auf eine Fraktionsgröße von 0,1 - 0,9 mm zermahlen. Geregelt wurde die Zuführung von Rohstoff und Wasser zum Einlauftrichter 23 der Kolloidmühle 3 mithilfe von drei Fülllstandssensoren 15, 16 und 17, die im Gehäuse des Einlauftrichters 23 eingebaut waren, und eines Mikrocontrollers, der in unmittelbarer Nähe der Füllstandssensoren am Rahmen des Tisches gebaut wurde, auf dem die Kolloidmühle montiert war. Dabei wird einer der Sensoren, der obere, 17, zur Kontrolle des maximalen Füllstands des Rohstoffs im Trichter verwendet (85 - 90 Vol.-% der maximalen Kapazität des Trichters). Bei Erreichung des maximalen Füllstands wurde der Befehl zum Stoppen des Förderers gegeben. Der zweite - mittlere - Sensor 16 wurde zur Kontrolle des minimalen Füllstands des zugeführten Rohstoffs (25 - 30 Vol.- % der maximalen Kapazität des Trichters), wobei bei Erreichen dieses Werts der Befehl zum Einschalten des Förderers und zur Zuführung von Rohstoff zum Einlauftrichter gegeben wurde, was einen ununterbrochenen Betrieb der Kolloidmühle gewährleistete. Der dritte - untere - Sensor 15 war am Boden des Einlauftrichters in einem Abstand von 15 cm vom Boden angeordnet, um die geringstmögliche Rohstoffmenge im Trichter zu kontrollieren (10 - 15 Vol.-% der maximalen Kapazität des Trichters), unterhalb dessen der Betrieb der Kolloidmühle bis zum Eingang der nächsten Rohstoffcharge unterbrochen wird. Nach der Kolloidmühle wurde die resultierende Masse mit einer Viskosität von 900 - 1200 cP und 95 % Hydratation dem Schneckenextraktor 5 (KDLZ-1,5, Leistung 4 kW, Drehzahl 4,5 - 10 U/min) zugeführt, am Ausgang dessen sich als Hauptprodukt eine Nährstoffsuspension mit 95 % Hydratation und einer Viskosität von 2,013 cP, und als Nebenprodukt Gerstenschalen mit 70,84 % Hydratation ergaben. Die Nährstoffsuspension wurde mittels einer Impellerpumpe 6 (Leistung 0,25 kW, Drehzahl 1200 U/min) dem Vibrationsfilter 7 (XZS-1200-1S, Leistung 0,75 kW, Öffnung 0,3 mm), und nach der Filtration wurde sie mittels Impellerpumpe 8 (Leistung 0,25 kW, Drehzahl 1200 U/min) in den Auffangbehälter 9 übergeben. Die Schalen flossen spontan dem Auffangbehälter 10 zu. Auf diese Weise ergab sich eine Nährstoffsuspension mit 93 % Hydratation, einer Viskosität von 1,907 cP und Partikelgröße von 0,005 - 0,3 mm. Zur Bewertung der Zusammensetzung wurden 12 1 der Suspension in einem Sprühtrockner (HT-RY1500) über 8 Stunden bei 200 °C bis zu einem Wassergehalt von 10 % getrocknet (die Leistung des Sprühtrockners HT-RY1500 beträgt dabei 1500 ml Suspension/h). Die durchgeführte Analyse zeigte, dass die resultierende Nährstoffsuspension (Probe 1) durch einen Energiegehalt von 250 kcal und folgende Zusammensetzung (Masse-% in Trockenrückstand) (Tabelle 1) gekennzeichnet ist. Tabelle 1

Zusammensetzung	Biertreiber (Ausgangszusammensetzung), Masse, %	Nährstoffsuspension, Nasse, % (Probe 1)
Protein	18,98	51,16
Fett	7,9	4,9
Cellulose	13,6	4,5
Asche	2,2	0,8
dabei besteht das Protein im Biertreber aus folgenden Aminosäuren:
Arginin	1,07	4,27
Lysin	0,86	2,37
Tyrosin	0,61	2,55
Phenylalanin	1,23	3,57
Histidin	0,66	1,8
Isoleucin	0,79	3,79
Leucin	0,57	3,79
Methionin	0,5	1,5
Valin	1,06	2,62
Prolin	2,05	4,21
Threonin	0,77	2,26
Serin	0,89	1,79
Alanin	0,94	3,6
Glycin	0,79	2,19
Cystin	0,46	1,91
Glutaminsäure	4,57	8,63
Asparaginsäure	1,35	2,06
Aminosäuren insgesamt	19,17	49,12

Insgesamt dauerte die Verarbeitung von 260 kg Biertreber 25 min.
So ist die erfindungsgemäße erzeugte Proteinsuspension durch einen niedrigen Fett- und Cellulosegehalt und einen hohen Proteingehalt unter Aufrechterhaltung der Amminosäurezusammensetzung des Biertrebers gekennzeichnet. Das Verfahren gestaltet sich einfach, zeitsparend (die Zeit vom Eingang des Rohstoffs bis zum Ausgang des Endproduktes als Suspension beträgt bei schätzungsweise 100 kg Biertreber 5 - 10 min bei einer Ausbringung von 20 - 500 t/Tag, wobei die Menge an Zentrat, einem zur Verwertung bestimmten Produktionsabfall, minimal ist (höchstens 1 % der Ausbringung der Biertreberverarbeitungslinie, d.h. 1 kg/min).

Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde Biertreber aus fünf verschiedenen Produktionsstätten im erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet. Dabei kam es zu einer Abweichung des Gehalts an den Biertreberbestandteilen um im Bereich von 1 - 5 % gegenüber den Angaben der Tabelle 1. Die Zusammensetzungen der Proteinsuspensionen mit optimalem Gehalt an den Schlüsselbestandteilen sind der Tabelle 2 zu entnehmen. Tabelle 2

Parameter	Nährstoffsuspension
Parameter	Probe 2	Probe 3	Probe 4	Probe 5	Probe 6
Nahrungsenergiewert (im Trockenrückstand)	245 kcal	260 kcal	258 kcal	255 kcal	265 kcal
Hydratation	91%	93%	92%	93 %	95 %
Partikelgröße	0,005 - 0,5 mm	0,005 - 0,1 mm	0,005 - 0,3 mm	0,005 - 0,4 mm	0,005 - 0,1 mm
Zusammensetzung	Gehalt (Masse, %)
Protein	51,1	62,19	58,3	55,4	64,7
Fett	3,7	4,9	3,2	3,8	4,7
Cellulose	2,4	3,8	4,2	3,1	4,5
Asche	0,4	0,82	0,56	0,7	1,0
Aminosäuregehalt
Arginin	3,93	4,27	4,6	4,0	5,3
Lysin	1,95	3	2,72	2,87	3,17
Tyrosin	2,15	3,85	2,53	2,23	3,72
Phenylalanin	3,5	4,97	4,47	3,68	4,17
Histidin	2,1	2,9	2,1	1,85	2,1
Isoleucin/Leucin	2,23	3,79	2,05	2,89	3,82
Methionin	2,43	2,55	2,1	1,97	2,1
Valin	2,84	2,62	2,9	2,75	3,16
Prolin	3,85	4,73	4,1	3,95	5,1
Threonin	1,79	3,12	3,7	3,17	3,7
Serin	1,98	2,3	2,4	1,95	2,4
Alanin	2,84	4,1	4,3	3,97	4,3
Glycin	2,98	2,49	3,1	2,94	3,1
Cystin	2,62	2,1	2,4	1,95	2,4
Glutaminsäure	7,7	9,8	8,5	7,94	10,3
Asparaginsäure	2,35	3,2	2,6	2,27	3,4
Aminosäuren insgesamt	47,24	59,79	54,57	50,38	62,24

Tabelle 3 zeigt die Verarbeitungsparameter für Biertrebers (Beispiele 2 - 6). Tabelle 3

Ausrüstung	Bearbeitungsparameter
Ausrüstung	Probe 2	Probe 3	Probe 4	Probe 5	Probe 6
Kolloidmühle/ Rotordrehzahl (U/s)	1800	3000	2500	2000	3200
Vibrationssieb Größe der Sieböffnungen (mm) / Schwingfrequenz (Hz und mm)	10/10, 15	5/40, 10	7/30, 20	8/20, 15	6/50, 8
Schneckenextraktor/ Drehzahl (U/min)	3	8	5	7	10
Filtration/Zellgröße (mm)	0,5	0,1	0,3	0,4	0,1

Die obigen Daten lassen den Schluss zu, dass trotz der Verwendung verschiedener Gerstensorten in unterschiedlichen Betrieben, der Unterschiede bei der Malzerzeugungstechnologie, den Rezepten für die Malzmischung zur Bierproduktion usw. im erfindungsgemäßen Verfahren ein proteinöses Produkt in Form einer Suspension mit hohem Proteingehalt erzeugt wird. Die zweistufige Verarbeitung des Biertrebers (Kolloidmühle und Schneckenextraktor) ermöglicht es, ohne mehrstufige Press-, Trocknungs- und chemischthermischer Behandlungsvorgänge, ein proteinöses Produkt mit höchstens 95 % Hydratation und einer Partikelgröße von höchstens 0,5 mm und einem Proteingehalt von mindestens 50,0 Masse% im Trockenrückstand und ohne Glutengehalt zu erzeugen.
Das Verfahren zur Erzeugung einer Proteinsuspension aus Biertreber ist vielfältig anwendbar und ermöglicht es, alle wertvollen biologisch aktiven Komponenten des Ausgangs-Biertrebers zu bewahren. Durch die reichhaltige chemische Zusammensetzung des Biertrebers und dessen minimalen Kohlenwasserstoffgehalt eignet er sich zur Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere zur Produktion mehlhalter Süßwaren als Protein-Mineral-Vitamin-Zusatzstoffe.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0694609 A2 [0005, 0008]
WO 2010053493 A1 [0005]
WO 2010117288 A1 [0005]
WO 9822751 A1 [0005]
WO 2018136234 A1 [0007]

Claims

Aus Biertreber erzeugte Proteinsuspension, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Feuchtkeit von höchstens 95 %, eine Partikelgröße von höchstens 0,5 mm aufweist, und Proteine, Fette, Cellulose und Asche enthält und der Proteingehalt der Suspension im Trockenrückstand mindestens 50,0 Masse-% beträgt.
Proteinsuspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der quantitative Gehalt an den jeweiligen Bestandteilen im Trockenrückstand in Masse-% höchstens 5,0 % Fett, höchstens 5,0 % Cellulose, weniger als 1,5 % Asche beträgt und der Aminosäuregehalt mindestens 37,0 % beträgt.
Verfahren zur Erzeugung der Proteinsuspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsbiertreber zu einer homogenen Masse zerbröselt wird, mechanische Fremdstoffe entfernt werden und die Masse dann in einer Kolloidmühle gemahlen wird, wobei Wasser oder Zentrat solange hinzugegeben werden, bis sich eine pastöse Masse mit einer Feuchtigkeit von höchstens 95 % ergibt; dann werden die zermahlenen Schalen aus der derart erzeugten Masse entfernt, um das Endprodukt, d.h. eine Nährstoffsuspension mit einer Proteingehalt von mindestens 50 Masse-% im Trockenrückstand, zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zermahlen des Rohstoffs auf der Kolloidmühle bis zu einer Partikelgröße von 0,1 - 0,9 mm erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermahlung und Homogenisierung der Masse in der Kolloidmühle bei einer Rotordrehzahl von 1800 - 3200 U/s erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der zermahlenen Schalen nach dem Zermahlen in der Kolloidmühle mittels eines Schneckenextraktors erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Wasser bzw. Zentrat beim Verladen des Biertrebers in die Kolloidmühle unter Gewährleistung einer gleichmäßigen Hydratation des Rohstoffs (nach Volumen) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerbröseln bis zur Erzeugung einer homogenen Masse und das Entfernen der mechanischen Fremdstoffe unter Einsatz von Vibrationssieben erfolgt, deren Sieböffnungen Abmessungen von 6 - 10 mm aufweisen und deren Schwingfrequenz 10 - 50 Hz mit einer Amplitude von 2-20 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nährstoffsuspension einer zusätzlichen Vibrationsfiltration durch ein Sieb mit einer Zellgröße von 0,1 - 0,5 mm unterzogen wird, um die übrigen Schalpartikel zu entfernen.
Vorrichtung zur Erzeugung der Proteinsuspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in folgender Reihenfolge umfasst: eine Vorrichtung zum Zerbröseln von Biertreber und zur Entfernung mechanischer Fremdstoffe daraus; eine Mühle, deren Konstruktion eine gleichmäßige Hydratation des Rohstoffs nach Volumen und die Vermahlung bis zur Erzeugung einer pastösen Masse ermöglicht; einen Extraktor, dessen Konstruktion die Vermahlung der Masse bis zu einer Partikelgröße von 0,01 - 0,5 mm und deren Aufteilung in Suspension und Schalen ermöglicht; einen Vilbrationsfilter mit einer Zellgröße von 0,1 - 0,5 mm, dessen Konstruktion eine zusätzliche Entfernung der übrigen Schalpartikel aus der resultierenden Suspension ermöglicht; einen Auffangbehälter für die Proteinsuspension.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung zur Vermahlung und Entfernung mechanischer Fremdstoffe ein Vibrationssieb mit Magnetstofffänger verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Viebrationssieb mit einer Zellgröße von 6 - 10 mm, einer Siebschwingfrequenz von 10 - 50 Hz und einer Amplitude von 2-20 mm verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Mühle eine Kolloidmühle verwendet wird, deren Konstruktion die Vermahlung des Ausgangsbiertrebers bis zu einer Fraktion von 0,1 - 0,9 mm ermöglicht und die mit einem Mittel zur Zufuhr von Flüssigkeit zur Hydration des Rohstoffs versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolloidmühle einen trichterförmigen Füllbehälter umfasst und zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Hydratation des Rohstoffs Mittel in Form einer Wasserleitung mit Öffnungen oder Düsen, die über den Umfang des Behälters an dessen Oberseite oberhalb der Markierungen der maximalen Füllhöhe verteilt sind, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Extraktor ein Schneckenextraktor mit einer Schneckendrehzahl von 2 - 8 U/min verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Einrichtung zur Konzentration der Proteinsuspension umfasst, die mit einem an die Mühle angeschlossenen Zentratauslaß zur Hydratation des zugeführten Rohstoffs versehen ist.