-
Fachgebiet
-
Die Gruppe der Erfindungen betrifft die Nahrungsmittelindustrie, und zwar das Verfahren zur Verarbeitung von Abfällen aus der Brauindustrie, nämlich das Verfahren zur Verarbeitung von Biertreber unter Gewinnung eines proteinösen Gerstenerzeugnisses in Form eines Pulvers (Konzentrats), das in Nahrungsmittelprodukten mit therapeutischen, prophylaktischen und diätetischen Eigenschaften verwendet werden kann. Besonders interessant ist das Protein von Biertreber 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 Biertrebern an, welcher aus fett- und proteinreichen Gerstenschalresten und Getreidepartikeln besteht. Gerade dieser Biertreber (aus Malz) 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 Biertreber-Gehalt der Brauereiabfälle mindestens 98 %. Der Biertreber besteht aus flüssigen und festen Phasen. Die Festphase, deren Anteil an den Biertrebern etwa 45 % beträgt, enthält Getreideschalen und Getreidekernpartikel. Die Zusammensetzung des Biertrebers 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 Biertrebers beträgt 115 cal/g; der des trockenen Biertrebers (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 Braurezept usw. ab. Der resultierende Protein-, Fett-, Kohlenwasserstoff- und Cellulose-Gehalt in den Biertrebern 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 Biertreber-Proteine bei der Trocknung in eine unverdauliche Form umgewandelt, was denn Nährwert des trockenen Biertrebers gegenüber dem hydrierten Biertreber reduziert. Die Proteinkonzentration in den trockenen Biertrebern 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 durch den Pressvorgang das Fugat aus dem Rohmaterial entfernt wird, welches eine erhebliche Menge an Nährstoffen enthält, entfernt wird. Außerdem ist das Endprodukt durch einen hohen Gerstenschalengehalt gekennzeichnet.
-
Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur Gewinnung eines Proteinprodukts mit einem Proteingehalt von 60% bis 90% aus Biertrebern bekannt (
WO2018136234A1 ). Das Verfahren umfasst eine chemisch-thermische Behandlung des Biertrebers, wozu man bei ständigem Rühren in einen Hydrolyse-Behälter eine Mischung gibt, die aus verarbeitetem Getreide und Wasser besteht; danach wird Glukoamylase hinzugegeben. Die resultierende Mischung wird auf eine Temperatur von 30 bis 70 °C erwärmt, die Getreidepartikel in der Mischung werden auf eine Durchschnittsgröße unter 500 µm zermahlen und der pH-Wert der Mischung wird auf 7 bis 10,5 eingestellt. Dann wird alkalische Protease hinzugegeben, um das Protein aufzulösen. Die resultierende Mischung durchläuft dann ein Sieb, dessen Öffnungen 5 bis 500 µm Durchmesser aufweisen. Dann erfolgt eine Ultrafiltration über eine Membran mit einer Porengröße vom 20 bis 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 langwierigen technologischen Zyklus (60 - 105 min, d.h. 30 - 60 min zur Vermahlung und 30 - 45 min zur Hydrolyse) und der Verwendung gefährlicher Stoffe - Salz- und Carbonsäure sowie Lauge - bedarf. Ferner wird bei der Biertreber-Verarbeitung eine große Wassermenge (8 : 1 bis 11 : 1 im Verhältnis zu den Biertrebern) verwendet, was zur Bildung einer erheblichen Menge an Fugat 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 bis 60 % Proteine, 12 bis 18 % Lipide, 2 bis 6 % Faserstoffe und 1 bis 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 Biertreber-Partikel, gefolgt durch Trennen des resultierenden Produktes von den Schalen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass beim Pressen auf dem Walzstuhl ein Teil der nützlichen Komponenten von den Biertrebern 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 Fugat an, bei dem es sich um einen Produktionsabfall handelt, zu dessen Verwertung zusätzliche Ausrüstungen zur Reinigung des Fugats erforderlich sind.
-
Der der vorliegenden Erfindung nächstliegende Stand der Technik ist ein bioaktives Mehl aus Biertrebern sowie ein Verfahren zu dessen Erzeugung, in den rohen Biertrebern gepresst und in einen festen und einen flüssigen Anteil geteilt wird. Dabei durchläuft der flüssige Anteil einen doppelten Pressvorgang, und der feste Anteil wird sterilisiert, getrocknet und zu einem Fettsäuren-haltigen Mehl zerkleinert (
RU2250045 ). Das derart erzeugte Mehl mit 10,8 % Feuchtigkeit ist jedoch durch einen Proteingehalt von höchstens 30 Masse-% charakterisiert, wobei der Aminosäuregehalt höchstens 25 Masse-% beträgt, wobei die essentiellen Aminosäuren, die den Nährwert des Proteins ausmachen, zu höchstens 10 Masse-% enthalten sind.
-
Ziel aller bekannten Biertreber-Verarbeitungsverfahren ist also die Gewinnung von Proteinpulvern, und sie sind gekennzeichnet durch die Komplexität und Langwierigkeit des Proteinabsonderungsprozesses und die Bildung großer Mengen an Fugat, bei dem es sich um einen Produktionsabfall handelt, zu dessen Verwertung zusätzliche Ausrüstungen erforderlich sind.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist die Gewinnung eines Biertreber-Verarbeitungsproduktes in Form eines proteinösen Gerstenkonzentrats mit einem Proteingehalt von mindestens 50 Masse-% im Trockenrückstand mit einem Nährwert in Höhe von 250 ± 15 kcal bei Vereinfachung des Gewinnungsverfahrens. Dabei fällt Fugat, 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 durch ein aus Biertreber gewonnenes proteinöses Gerstenkonzentrat mit einer Feuchtigkeit von höchstens 7 % und einer Partikelgröße von höchstens 0,1 mm, welches Protein, Fette, Cellulose und Asche umfasst und dabei einen Proteingehalt von mindestens 50,0 Masse-% aufweist. Optimal ist dabei eine Zusammensetzung des proteinösen Gerstenkonzentrats, die Protein, Fette, Cellulose und Aminosäure in folgenden Mengen enthält (in Masse-% bezogen auf den Trockenrückstand):
- Proteine - mindestens 50,0
- Fette - mindestens 12,0
- Cellulose - höchstens 6,0
- Asche - weniger als 7,0
wobei der Aminosäuregehalt mindestens 40,0 beträgt.
-
Das technische Ergebnis wird auch von einem Verfahren zur Erzeugung eines proteinösen Gerstenkonzentrats (Mehl) 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) mit einer Hydratation von höchstens 95 %, gefolgt von Entfernen der zermahlenen Schalen aus der derart erzeugten Masse, woraus sich eine Suspension mit einem Proteingehalt von mindestens 50 Masse-% im Trockenrückstand ergibt. 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 bis 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 Fugat hinzugegeben, wobei eine auf das Volumen bezogene gleichmäßige Hydratation des Rohstoffs gewährleistet wird. Dabei erfolgt die Entfernung der zermahlenen Schalen nach dem Zermahlen mittels eines Schneckenextraktors, und danach wird die Suspension einer Vibrationsfiltration durch ein Sieb mit einer Zellgröße von 0,2 - 0,6 mm unterzogen, um verbleibende Schalpartikel zu entfernen. Danach wird die resultierende Suspension bis zu einem Wassergehalt von höchstens 7 % getrocknet, wobei die Trocknung in einem Sprüh- oder Vakuumtrockner erfolgt. Die Trocknung im Sprühtrockner erfolgt über 8 - 10 Stunden bei einer Temperatur von höchstens 200 °C und einer Leistung von 20 1 Produkt/Stunde; daraus ergibt sich ein Konzentrat mit einer Partikelgröße von höchstens 0,1 mm, vorzugsweise höchstens 0,05 mm. Im Vakuumtrockner erfolgt die Trocknung über 8 - 10 Stunden bei einer Temperatur von höchstens 80 °C und einer Leistung von 200 1 Produkt pro Trocknungszyklus, wobei die Suspension im Voraus bis zu einem Wassergehalt von höchstens 60 % dekantiert wird und das aus der Trocknung resultierende trockene Produkt in Form von Körnchen einer Größe von 0,1 - 5 mm zu einem Pulver mit einer Partikelgröße von höchstens 0,1 mm zerkleinert wird.
-
Das resultierende proteinöse Gerstenkonzentrat ist durch einen hohen Proteingehalt (mindestens 50 Masse-%, vorzugsweise 60 - 65 Masse-%) gekennzeichnet, der durch Vermahlen von Biertreber unter Zugabe des Wassers oder Fugats 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 kommt es bei der Verarbeitung des Biertrebers zum Endprodukt (Mehl) zu keiner Ansammlung von Fugat, da das anfallende Fugat zur Befeuchtung des Rohstoffs weiterverwertet wird und die zum Gebrauch bestimmte Menge höchstens 1 % der Produktion der Biertreber-Verarbeitungslinie, die 1 kg/min beträgt, darstellt.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt ein Foto eines Teils einer experimentellen Produktionslinie zur Gewinnung einer Proteinsuspension aus Biertrebern, umfassend ein Vibrationssieb, einen Förderer, eine Kolloidmühle und einen Schneckenextraktor.
- 2 ist eine schematische Darstellung einer Produktionslinie zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei gilt: 1 = Vibrationssieb, 2 = Förderer, 3 = Kolloidmühle, 4 = Wasserleitung, 5 = Schneckenextraktor, 6, 8 = Impellerpumpe, 7 = Vibrationsfilter, 9 = Auffangbehälter für Proteinsuspensionen, 10 = Auffangbehälter für Schalen, 11 = Einrichtung zur Konzentration der Proteinsuspension zur Gewinnung eines Proteinkonzentrats, 12 = Fugat-Behälter.
- 3 ist eine schematische Darstellung des Einlauftrichters der Kolloidmühle. Dabei gilt: A = Anordnung der Komponenten des Einlauftrichters der Kolloidmühle, B = Draufsicht auf den Einlauftrichter, C = schematische Darstellung der Kolloidmühle im Querschnitt, 13 = Wasserringleitung, 14 = Öffnungen in der Leitung zur Zugabe des Wassers oder Fugats, 15, 16, 17 = Füllstand-Sensoren, 18 = Regelventil für die Wasserzugabe, 19 = Stator, 20 = Rotor, 21 = Stator-Gehäuse, 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 Ausgangs-Biertreber 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 bis 80 °C betragen. Der Biertreber wird von Hand oder mit beliebigen mechanischen Mitteln dem Vibrationssieb (1, 2) 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 bis 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 (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 Kolloidmühler wird ihm allmählich Wasser hinzugegeben, wobei eine gleichmäßige Hydratation des Rohstoffs nach Volumen gewährleistet wird, was im kontinuierlichen oder Pulsbetrieb vonstatten gehen kann. Die hinzugegebene Wassermenge beträgt in der Regel 0,5 : 1 bis 1 : 1 im Verhältnis zu den Biertrebern. Menge und Zugabe-Geschwindigkeit 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 Schneckenextraktor 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 bis 1,0 mm und 60 - 75 % Hydratation erfolgen. Bei der Verarbeitung in der Kolloidmühle und im Schneckenextraktor kann die Temperatur des Biertrebers 2 bis 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 Suspension (bei der Konzentration) anfallende Fugat wird vorzugsweise zusammen mit Wasser zur Hydratation in der Kolloidmühle 3 verwendet, was die Gewinnung eines möglichst großen Nährstoffanteils aus dem Fugat ermöglicht und wodurch auf eine Weiterverwertung des Fugats verzichtet werden kann. So können die Ressourcen, die sonst zur Reinigung des Fugats vor dem Abfließen in die Kanalisation benötigt werden, eingespart werden. Das Wasser bzw. Fugat 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. Fugat-Menge 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 Biertreber-Volumens während der Verarbeitung gewährleistet.
-
Nach der Vermahlung in der Kolloidmühle 3 wird die Masse einer Verarbeitung im Schneckenextraktor 5 bei einer Schneckendrehzahl von 2 bis 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 eine Suspension mit höchstens 95 % Hydratation - und das Nebenprodukt - Gerstenschalen mit 60 - 75 % Hydratation und einer Partikelgröße von 1,0 bis 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 Suspension mit bis zu 5 % Verunreinigung mit höchstens 1,0 mm großen kleinen Pflanzenanteilen konfiguriert ist, und im nächsten Reinigungsschritt einem Vibrationsfilter 7 mit einer Zellgröße von 0,2 - 0,6 mm zugeführt wird, was eine praktisch vollständige Entfernung der nach der Schneckenextraktion verbliebenen Schalen aus der Suspension ermöglicht. Nach dem Vibrationsfilter 7 wird die Suspension mittels der Impellerpumpe 8 dem Auffangbehälter 9 zugeführt. Die resultierende Proteinsuspension kann als Endprodukt fungieren, das als Nahrungs- oder Futterergänzungsmittel verwendet oder zur späteren Verwendung eingefroren werden kann. Die resultierende Suspension wird der anschließenden Verarbeitung in der Einrichtung 11 zugeführt, um daraus ein Proteinerzeugnis (Konzentrat) mit einer Hydratation von höchstens 7 %, einer Partikelgröße von höchstens 0,1 mm, vorzugsweise 0,05 mm, und eine Proteingehalt von 50 - 65 Masse-% zu gewinnen. Dazu wird die resultierende Suspension über 8 - 10 Stunden bei einer Temperatur von höchstens 200 °C in einem Sprühtrockner oder über 8 - 10 Stunden bei einer Temperatur von höchstens 80 °C in einem Vakuumtrockner getrocknet. Vor der Vakuumtrocknung der Suspension wird diese auf eine Hydratation von höchstens 60 % dekantiert, die resultierende pastöse Masse wird getrocknet, und das daraus resultierende trockene Produkt in Form von 0,1 bis 5 mm großen Körnchen wird weiter bis zu einer Partikelgröße von höchstens 0,05 mm zerkleinert.
-
Die Schalen sind ein Nebenprodukt aus der Biertreber-Verarbeitung, 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 vorstehend beschriebene Produktionslinie kann dazu benutzt werden, um ein proteinöses Gerstenkonzentrat mit einem Proteingehalt von mindestens 50 Masse-%, z.B. 40, 42, 47 und 49 Masse-% (bei geringerem Energiewert) in einer entsprechenden Einrichtung zu erhalten. 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 Köder für Tiere.
-
1. Ausführungsbeispiel Erzeugung eines proteinösen Gerstenkonzentrats.
-
260 kg Biertreber mit 75,59 % Hydratation (Ausgangszusammensetzung, Energiegehalt 150 kcal) wird 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 wird die Masse per Förderband 2 in die Kolloidmühle 3 geführt (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 l/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 Füllstand-Sensoren 15, 16 und 17, die im Gehäuse des Einlauftrichters 23 eingebaut waren, und eines Mikrocontrollers 17, der in unmittelbarer Nähe der Füllstand-Sensoren am Rahmen des Tisches angeordnet war, auf dem die Kolloidmühle angeordnet 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) verwendet, 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 derer 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 eine Suspension mit 95 % Hydratation und einer Viskosität von 2,013 cP, und als Nebenprodukt Gerstenschalen mit 70,84 % Hydratation ergaben. Die resultierende Suspension 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/mim) in den Auffangbehälter 9 übergeben. Die Schalen flossen spontan dem Auffangbehälter 10 zu. Auf diese Weise wurde eine Suspension mit 93 % Hydratation, einer Viskosität von 1,907 cP und einer Partikelgröße von höchstens 0,005 - 0,3 mm erhalten, die in einem experimentellen HAT-RY1500-Sprühtrockner über 8 Stunden bei einer Temperatur von 200 °C bis zu einer Hydratation von 5 % (die Produktivität des HT-RY1500-Sprühtrockners beträgt dabei 1500 ml Suspension/Stunde) getrocknet wurde. Daraus ergab sich 20,8 kg des proteinösen Gerstenkonzentrats (Probe 1), das durch eine Partikelgröße von höchstens 0,05 mm, einen Nährwert von 255 kcal und folgende Zusammensetzung (in Masse-%) des Trockenrückstands (Tabelle 1) charakterisiert war: Tabelle 1
| Zusammensetzung | Biertreber (Ausgangszusammensetzung), Masse-% | Nährstoffsuspension, Masse-% (Probe 1) |
| Protein | 18,98 | 61,17 |
| Fett | 7,9 | 11,9 |
| Cellulose | 13,6 | 5,7 |
| Asche | 2,2 | 6,8 |
| dabei besteht das Protein im Biertreber aus folgenden Aminosäuren: |
| Arginin | 1,07 | 4,5 |
| Lysin | 0,86 | 2,97 |
| Tyrosin | 0,61 | 2,75 |
| Phenylalanin | 1,23 | 4,0 |
| Histidin | 0,66 | 2,8 |
| Isoleucin | 0,79 | 4,1 |
| Leucin | 0,57 | 1,73 |
| Methionin | 0,5 | 1,95 |
| Valin | 1,06 | 3,5 |
| Prolin | 2,05 | 5,17 |
| Threonin | 0,77 | 2,26 |
| Serin | 0,89 | 2,56 |
| Alanin | 0,94 | 2,95 |
| Glycin | 0,79 | 2,3 |
| Cystin | 0,46 | 1,97 |
| Glutaminsäure | 4,57 | 12,32 |
| Asparaginsäure | 1,35 | 2,06 |
| Aminosäuren insgesamt | 19,17 | 59,89 |
Insgesamt dauerte die Verarbeitung von 260 kg Biertreber 8 h 25 min.
-
2. Ausführungsbeispiel Erzeugung eines proteinösen Gerstenkonzentrats.
-
200 kg Biertreber mit 85,0 % Hydratation (Ausgangszusammensetzung, Nährwert 150 kcal) wurde bis zur Gewinnung der Suspension analog Beispiel 1 verarbeitet. Auf diese Weise wurde eine Suspension mit 92 % Hydratation, einer Viskosität von 1,907 cP und einer Partikelgröße von höchstens 0,005 - 0,5 mm gewonnen, die mittels einer für Nahrungsmittel bestimmten Zentrifugalpumpe einem Separator/Dekanter (LW220) mit einer Geschwindigkeit von 100 1 Suspension/Stunde zugeführt und bis zu einer Hydratation von 60 % verarbeitet wurde. Danach wurde die resultierende pastöse Masse in einem experimentellen Vakuumtrockner (GRT-ZBG500) über 8 Stunden bei einer Temperatur 80 °C bis zu einer Hydratation von 6,5 % getrocknet (dabei betrug die Produktivität des Vakuumtrockners 200 1 Suspension pro 8 - 10 Stunden langen Trocknungszyklus). Danach wurde das resultierende trockene Produkt (0,1 bis 5 mm große Körnchen) weiter auf eine Partikelgröße von 0,005 - 0,09 mm zerkleinert (Mahlscheibenmühle VLM-80, Leistung 80 kg/Stunde). Daraus ergab sich 16,0 kg des proteinösen Gerstenkonzentrats (Probe 2), das durch einen Nährwert von 255 kcal und folgende Zusammensetzung (in Masse-%) des Trockenrückstands (Tabelle 2) charakterisiert war: Tabelle 2
| Zusammensetzung | Biertreber (Ausgangszusammensetzung), Masse-% | Nährstoffsuspension, Masse-% (Probe 2) |
| Protein | 18,98 | 51,16 |
| Fett | 7,9 | 10,8 |
| Cellulose | 13,6 | 5,7 |
| Asche | 2,2 | 6,56 |
| 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 | 1,7 |
| Leucin | 0,57 | 2,1 |
| 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 | 49,13 |
Insgesamt dauerte die (halbindustrielle) Verarbeitung von 260 kg Biertreber 8 h 35 min.
-
So ist das erfindungsgemäß erzeugte proteinöse Gerstenerzeugnis (Konzentrat) gekennzeichnet durch einen niedrigen Fett- und Cellulose-Gehalt und einen hohen Proteingehalt unter Aufrechterhaltung der Aminosäurezusammensetzung des Biertrebers. Das Verfahren gestaltet sich einfach, zeitsparend (die Zeit vom Eingang des Rohstoffs bis zum Ausgang des Endproduktes als Pulver beträgt bei schätzungsweise 100 kg Biertreber 5 bis 10 Minuten bei einer Ausbringung von 20 bis 500 t/Tag, wobei die Menge an Fugat, einem zur Verwertung bestimmten Produktionsabfall, minimal ist (höchstens 1 % der Ausbringung der Biertreber-Verarbeitungslinie, d.h. 1 kg/min).
-
Mithilfe der beschriebenen Produktionslinie wurden Biertreber aus verschiedenen Produktionsstätten im erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet. Dabei kam es zu einer Abweichung des Gehalts an den Biertreber-Bestandteilen um im Bereich von 1 - 5 % gegenüber den Angaben der Tabelle 1-2. Die Zusammensetzungen des proteinösen Gerstenkonzentrats mit optimalem Gehalt an den Schlüsselbestandteilen sind der Tabelle 3 zu entnehmen. Tabelle 3
| Parameter | Proteinöses Gerstenkonzentrat |
| Probe 2 | Probe 3 | Probe 4 | Probe 5 | Probe 6 |
| Energiegehalt (im Trockenrückstand) | 245 kcal | 260 kcal | 258 kcal | 255 kcal | 265 kcal |
| Hydratation | 6,5 % | 3,8 % | 5,7 % | 4,3 % | 6,2 % |
| Partikelgröße | 0 0,01 - 0,1 mm | ,0-0,01 0,01 - 0,09 mm | 0,005 - 0,04 mm | 0,005 - 0,03 mm | 0,005 - 0,01 mm |
| Zusammensetzung | Gehalt (Masse-%) |
| Protein | 51,1 | 62,19 | 58,3 | 55,4 | 64,7 |
| Fett | 10,7 | 11,9 | 10,9 | 11,2 | 11,8 |
| Cellulose | 5,4 | 4,8 | 5,2 | 3,7 | 5,8 |
| Asche | 6,4 | 5,82 | 6,3 | 4,7 | 6,7 |
| 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 |
-
Die Verarbeitungsparameter des Biertrebers (Proben 3 - 7) sind der Tabelle 3 zu entnehmen. Tabelle 3
| Ausrüstung | Verarbeitungsparameter |
| Probe 3 | Probe 4 | Probe 5 | Probe 6 | Probe 7 |
| 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) | 0,6 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,2 |
| Sprühtrockner (Zeit, Temperatur) | - | 8h 200 °C | 10 h 150 °C | - | 9h 180 °C |
| Vakuumtrockner (Zeit, Temperatur) | 8h 80 °C | - | - | 10 h 60 °C | - |
-
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 Gerstenkonzentrat mit hohem Proteingehalt erzeugt wird. Die zweistufige Verarbeitung des Biertrebers (Kolloidmühle und Schneckenextraktor) ermöglicht es, ohne mehrstufige Press-, Trocknungs- und chemisch-thermische Behandlungsvorgänge, ein proteinreiches Produkt mit einem Proteingehalt von mindestens 50,0 Masse-% im Trockenrückstand und ohne Glutengehalt zu erzeugen.
-
Durch das Verfahren wird es ermöglicht, alle wertvollen bioaktiven Bestandteile des Ausgangs-Biertrebers zu erhalten. Durch die reichhaltige chemische Zusammensetzung des Biertrebers und dessen minimalen Kohlenwasserstoffgehalt eignet er sich zur Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere zur Produktion mehlhaltiger Süßwaren als Protein-Mineral-Vitamin-Zusatzstoffe.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0694609 A2 [0005, 0008]
- WO 2010053493 A1 [0005]
- WO 2010117288 A1 [0005]
- WO 9822751 A1 [0005]
- RU 2215426 [0006]
- WO 2018136234 A1 [0007]
- RU 2250045 [0009]
