DE1442265A1 - Process and device for converting starch and other polysaccharides into products containing dextrose and maltose - Google Patents
Process and device for converting starch and other polysaccharides into products containing dextrose and maltoseInfo
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Description
Karl Kristian Kobs Kreiyer, Aarhus-Viby/DänemarkKarl Kristian Kobs Kreiyer , Aarhus-Viby / Denmark
Verfahren und Vorrichtung zur Höwyei'L'X'erung von Stärke und anderen Polysacchariden in dextrose- und maltosehaltige Erzeugnisse.Method and device for Höwyei'L'X'erung of Starch and other polysaccharides in products containing dextrose and maltose.
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konvertierung von Stärke und anderen Polysacchariden in dextrose- und maltosehaltige Erzeugnisse» Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, hei dem. die zu konvertierenden Polysaccharide zunächst in einer ersten Verfahrens stufe einer enzyraati sehen Verflüssigung und sodann in einer zweiten Verfahrensstufe einer enzymatischen Verzuckerung unterworfen werden«The invention "relates to a method and an apparatus for converting starch and other polysaccharides into products containing dextrose and maltose »The invention relates in particular to a process, ie. the Polysaccharides to be converted first in a first process stage of enzyraati see liquefaction and then are subjected to enzymatic saccharification in a second process step «
Das durch ein solches Verfahren gewonnene Endprodukt besteht im wesentlichen aus gelöster Dextrose und/oder Maltose und kleineren Mengen anderer Zucker sowie aus ungelösten Produkten, wie unkonvertierten oder teilweise konvertierten Polysacchariden und unlöslichen Substanzen des Ausgangsmaterials· Diese ungelösten Produkte müssen daher zum Beispiel durch Filtration entfernt werden, "bevor die dextrose— und/oder maltosehaltige Lösung durch Verdampfung des Lösungsmittels konzentriert werden kanne Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Filtration des durch die "bekannten Verfahren gewonnenen Endproduktes durch die ungelösten Bestandteile "behindert wird f welche die Poren des Filters „ t .The end product obtained by such a process consists essentially of dissolved dextrose and / or maltose and small amounts of other sugars as well as of undissolved products such as unconverted or partially converted polysaccharides and insoluble substances from the starting material.These undissolved products must therefore be removed by filtration, for example "before the dextrose and / or containing maltose solution are concentrated by evaporation of the solvent kanne However, it has been found that the filtration of the by the" final product obtained to known methods by the undissolved components "is hindered f which the pores of the filter" t .
250^L >. Γ.809δ11/0348 250 ^ L>. Γ.809δ1 1/0348
verstopfen« Hierdurch gestaltet sich der Filtrierprozess ' schwierig und zeitraubend. * /clog "This is how the filtering process takes shape ' difficult and time consuming. * /
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, diese Haent eile der vorgenannten bekannten Verfahren zu vermeidenοThe invention is primarily based on the object this Haent rush to the aforementioned known method avoid ο
Bei dem. Verfahren nach der Erfindung zur Konvertierung von 'Starke und anderen Polysacchariden in dextrose'- und malto— sehaltige Erzeugnisse, wobei die zu konvertierenden Polysaccharide zunächst in einer ersten Verfahrensstufe einer enzyiaatischen Verflüssigung und sodann in einer zweiten Verfahrens stufe einer enzyüiatis'chen Verzuckerung unterworfen werden, wird diese Aufgabe in erster Linie dadurch, gelöst, daß die Verflüssigung in der ersten Verfahrens— stufe in der Weise durchgeführt wird, daß das Polysaccha— rid-Medium, dem ein Verflüssigüngsenzym zugesetzt ist, zunächst durch einen ersten Wärmeaustauscher gedrückt und dabei ohne jedes Einführen von Dampf auf Verflüssigungstemperatur erhitzt wird, sodann unter Aufrechterhaltung einer im wesentlichen gleichen Temperatur durch ein oder mehrere Konverterrohre geführt wird, daraufhin durch einen zweiten Wärmeaustauscher geleitet und dabei auf eine Temperatur gut oberhalb UOO0C erhitzt sowie einige Zeit auf dieser Temperatur und unter einem Druck gehalten wird, beiIn which. Process according to the invention for converting starch and other polysaccharides into dextrose and maltose-containing products, the polysaccharides to be converted first being subjected to enzymatic liquefaction in a first process stage and then, in a second process stage, enzymatic saccharification, This object is primarily achieved in that the liquefaction in the first process stage is carried out in such a way that the polysaccharide medium, to which a liquefying enzyme has been added, is first pressed through a first heat exchanger and thereby without being introduced at all is heated by steam to liquefaction temperature, is then passed through one or more converter tubes while maintaining an essentially the same temperature, then passed through a second heat exchanger and heated to a temperature well above UOO 0 C and for some time at this temperature and below a m pressure is maintained at
dem keine Dampfbildung stattfindet, und danach auf die Verflüssigungstemperatur abgekühlt wird- und eine weitere 'Zugabe von VerfiüssigungsenzyaE zur Vollendung der Verflüssigung des Mediums erhält«where there is no formation of steam, and then to the Condensing temperature is cooled - and another 'Adding liquefaction enzymes to complete the liquefaction of the medium receives "
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Durch die Kombination dieser Verfahrensschritte wird eine erhebliche Verringerung des Gehalts an ungelösten Bestandteilen im Endprodukt ohne eine übermäßige Zunahme des gesamten "Verbrauchs an Ve rflüssigungsenzym erzielt. Es ist anzunehmen, daß dieser überraschende Effekt wie folgt erklärt werden kann.The combination of these process steps results in a considerable reduction in the content of undissolved constituents achieved in the final product without an excessive increase in the total "consumption of liquefying enzyme. It is assume that this surprising effect is explained as follows can be.
Während des Durchflusses durch den ersten Wärmeaustauscher gelatiniert das Polysaccharid-Medium, wie zum Beispiel eine Stärkemilch, wenn die untere Grenze des Verkleiste— rungs-Teinperaturbereichs erreicht ist. Wenn aber das Stärkemedium schließlich auf eine Temperatur innerhalb des Verflüssigungs-Temperaturbereichs erhitzt ist, liegt seine Temperatur dicht an. der oberen Grenze des Verkleisterungs-Temperaturbereichs, so daß das Stärkemedium unter dem Einfluß der thermischen Behandlung wieder flüssig wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die enzymatisn^y Verflüssigung einzusetzen, und diese Verflüssigung erreicht ein solches Ausmaß, daß während des Durchflusses durch das Konverterrohr oder die Konverterrohre und durch den zweiten Wärmeaustauscher eine Erhitzung des Stärkemediums auf eine Temperatur gut oberhalb 1000C erfolgen kann, ohne daß Verkleisterungsprobleme auftreten.During the flow through the first heat exchanger, the polysaccharide medium, such as, for example, a starch milk, gelatinizes when the lower limit of the gelatinization temperature range is reached. However, when the starch medium is finally heated to a temperature within the liquefaction temperature range, its temperature will be close. the upper limit of the gelatinization temperature range, so that the starch medium becomes liquid again under the influence of the thermal treatment. At this point in time, the enzymatic liquefaction begins, and this liquefaction reaches such an extent that the starch medium can be heated to a temperature well above 100 ° C. during the flow through the converter tube or the converter tubes and through the second heat exchanger without that gelatinization problems occur.
Infolge der Absorption von Wasser durch die Stärkepartikel während der Gelatineerung werden die Molekülbindungen, welche di€ kristallinischen Flächen der Stärkepartikel miteinander verketten (die sog. "Crystallite")» gelockert,Due to absorption of water by the starch particles during Gelatineerung are the molecular bonds that di € crystalline surfaces of the starch particles linked together (the so-called. "Crystal Lite") loosened "
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so daß das Verflüssigungsenzym die Molekülbindungen während der nachfolgenden enzymatischen Verflüssigung der Stärke in dem Konverter angreifen kann. Anderenfalls kann offenbar das Verflüssigungsenzym die Molekülbindungen in den kristallinischen Flächen der Stärkepartikel nicht oder nur schwer angreifen, wenn die Stärkepartikel nicht einer vorbereitenden Behandlung unterworfen worden sind« Es muß angenommen werden, daß die nicht angegriffenen oder teilweise zerlegten molekularen Bindungen die Schwierigkeiten verursachen, die das Filtrieren des konvertierten Endproduktes aus den 'bekannten Verfahren bereitet« so that the liquefying enzyme breaks the molecular bonds during the subsequent enzymatic liquefaction of the Strength in the converter can attack. Otherwise can apparently the liquefying enzyme in the molecular bonds attack the crystalline surfaces of the starch particles only with difficulty, if the starch particles are not one have been subjected to preparatory treatment «It must be assumed that the unaffected or partial disassembled molecular bonds which cause difficulties in filtering the converted end product from the 'known processes'
Während des nächsten Verfahrensschrittes der Erfindung, nämlich der Erhitzung auf eine gut oberhalb 10O0C liegende Temperatur, findet eine thermische Zerlegung der Molekülbindungen statt, so daß die Stärkepartikel nach der Abkühlung auf die Verflüssigungstemperatur in der zweiten Verfahrensstufe von den Verzuckerungsenzymen leicht angegriffen werden können ν During the next process step of the invention, namely the heating to a temperature well above 10O 0 C, a thermal breakdown of the molecular bonds takes place, so that the starch particles can easily be attacked by the saccharification enzymes after cooling to the liquefaction temperature in the second process stage ν
Da das Verflüssigungsenzym zerstört wird, wenn das Stärkemedium auf eine Temperatür oberhalb 10O0O erhitzt wird, ist eine erneute Zugabe von Enzym zur Vervollständigung der Verflüssigung erförderlich. Es hätte erwartet werden müssen, daß das erfindungsgemäße Verfahren unwirtschaft·* lieh wäre, weil es einen relativ hohen Gesamtverbrauch an Verflüssigungsenzymen erfordereο Es wurde jedoch gefunden, daß der gesamte Enzym-Verbrauch relativ niedrig gehaltenSince the liquefying enzyme is destroyed when the starch medium is heated to a temperature above 10O 0 O, it is necessary to add more enzyme to complete the liquefaction. It should have been expected that the process according to the invention would be uneconomical because it required a relatively high total consumption of liquefying enzymes. However, it was found that the total enzyme consumption was kept relatively low
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werden kann und daß der sehr wichtige Fortschritt der er-' zielten "besseren Filtrierbarkeit des konvertierten Endproduktes die zweifache Zugabe von Enzymen eindeutig rechtfertigt. and that the very important progress of the aimed "better filterability of the converted end product clearly justifies the double addition of enzymes.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens "beruhen auf einer kombinierten Wirkung der mechanisch, thermisch und enzymatisch erzeugten Viskositätsveränderungen während des Durchflusses des Mediums durch den ersten Wärmeaustauscher und die Konverter rohre«. Der thermisch hervorgerufene Viskositätsanstieg, der an der unteren Grenze des Verkleiste·*- lungs-Temperaturbereichs stattfindet, wird neutralisiert durch eine mechanisch erzeugte Viskositätsverminderung infolge der inneren Heibung in dem Medium, wenn dieses durch den ersten Wärmeaustauscher gepreßt wird» Diese mechanisch erzeugte Viskositätsverminderung wird im Verlauf der nachfolgenden Behandlung durch eine enzymatisch erzeugte Viskosität sverminderung erhöht, welche einsetzt, wenn die Temperatur des Mediums sich der für die Wirksamkeit der Enzyme optimalen Temperatur nähert. Würde nun die Erhitzung sofort fortgesetzt werden, bis die maximale Temperatur erreicht wäre, bei der die thermische Zerlegung der Molekülbindungen stattfindet, so würde eine starke und schnelle Zerstörung des Enzyms verursacht» In diesem Fall wäre ein hoher Überschuß an Enzym erforderlich, wenn die enzymatisch erzeugte Viskositätsverringerung irgendeine bedeutsame Rolle spielen soll innerhalb der gesamten Viskositätsverminderung im Verlauf der Wärmebehandlung. Wenn man sichThe advantages of the method according to the invention "are based on a combined effect of the mechanically, thermally and enzymatically generated viscosity changes during the Flow of the medium through the first heat exchanger and the converter tubes «. The thermally induced increase in viscosity, the one at the lower limit of the cladding * - treatment temperature range takes place, is neutralized by a mechanically generated viscosity reduction as a result the internal heat in the medium when it is pressed through the first heat exchanger »This mechanical The viscosity reduction produced is in the course of the subsequent treatment by an enzymatically produced viscosity s decrease increases, which sets in when the temperature of the medium decreases for the effectiveness of the Enzymes approaching optimal temperature. The heating would now continue immediately until the maximum temperature was reached in which the thermal breakdown of the molecular bonds takes place, a strong and rapid one would be Destruction of the enzyme causes »In this case a large excess of enzyme would be required if the enzymatic The viscosity reduction produced is believed to play some significant role within the overall viscosity reduction in the course of the heat treatment. If you
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andererseits ater nur auf die mechanisch erzeugte Viskos!-· tatsverininderung stützen müßte, bis die thermisch erzeugte Viskositätsverminderung wirksam. wirds würde die Verwendung eines Ausgangsmaterials mit relativ hoher Stärkekonzentration zur Folge haben, daß das Stärkemedium während des übrigen T-eils der Wärmebehandlung der Strömung einen sehr ken Widerstand entgegensetzte Bs bestünde daher die große . Gefahr, daß Verstopfungen entstehen, es sei denn, daß übermäßig hohe Drücke angewendet würden» on the other hand, ater would only have to rely on the mechanically produced reduction in viscosity until the thermally produced reduction in viscosity becomes effective. is s would use a starting material having a relatively high starch concentration, have the effect that the starch medium during the rest of T-Eils the heat treatment, the flow would be a very ken resistance opposed Bs therefore large. Risk of blockages unless excessively high pressures are applied »
Durch die erfindungsgemäße Unterbrechung der Erhitzung^ sobald die Temperatur einen Wert nahe der für die Wirksam.-» keit der Verflüssigungsenzyme optimalen Temperatur erreicht hat, und durch weitere Erhitzung, wenn das Enzym auf die Stärke eingewirkt und eine bestimmte Viskositatsvermin« derung bewirkt hat, wird die Gefahr von Verstopfungen während der nachfolgenden Erhitzung auf die maximale Temperatur ausgeschaltet, selbst wenn nur eine sehr geringe Menge an Enzym verwendet wirdo By interrupting the heating according to the invention as soon as the temperature has reached a value close to the temperature optimal for the effectiveness of the liquefying enzymes, and by further heating when the enzyme has acted on the starch and caused a certain reduction in viscosity eliminates the risk of clogging during subsequent heating to the maximum temperature, even if only a very small amount of enzyme is used, etc.
Wie aus den obigen Erläuterungen ersichtlich ist, ist es sehr wichtig, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Konvertierung eines Ausgangsmaterials mit relativ hoher Konzentration der E ply saccharide angewendet,· wird, daß in dem ersten Wärmeaustauscher eine mechanische Viskositätsverminderung erzeugt wird, die in der lage ist, eine bedeutsame Holle innerhalb der beschriebenen Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Faktoren zu spielen.. In weitererAs can be seen from the discussion above, it is very important when the method according to the invention for conversion a starting material with a relatively high concentration of E ply saccharide applied, that in the first heat exchanger a mechanical viscosity reduction is generated, which is capable of a significant Holle to play within the described interaction between the various factors .. In further
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Ausgestaltung der Erfindung wird daher der erste Wärmeaustauscher mit schlitzartigen Durchgängen versehen, durch die das Medium mit solchem Druck und solcher Geschwindigkeit gepreßt wird, daß eine im wesentlichen tixotrope Viskosität svermind erung des Mediums hervorgerufen wird ο Diese Erscheinung beruht darauf, daß ein ganz oder teilweise gelatiniertes Stärkernedium eine gänzlich andere Konsistenz annimmt, wenn es inneren Scherkräften unterworfen wird, als wenn solche Kräfte nicht auftreten» Diese Erscheinung wird hier als Tixotropie "bezeichnet, da sie beispielsweise ähnlich ist mit der Herstellung einer Betonmischung, welche durch Rühren lange Zeit plastisch gehalten werden kann, während sie verhältnismäßig rasch erstarrt, wenn man sie stehen läßt«. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Scherkräfte in dem Stärkemedium durch Hindurchpressen des Mediums durch die schlitzartigen Durchgänge während des Erhitzens erzeugt, so daß die gelatinierten und die nicht gelatinierten Teile des Mediums gezwungen werden, eine homogene Masse zu "bilden, auf die das Verflüssigungsenzym gut einwirken kann«. So kann das Verflüssigungsenzym wirksam werden und zu einer Viskositätsverminderung "beitragen, die die tixotrope Viskositätsverminderung ergänzt. Beim Hindurchpressen des Mediums durch die schlitzartigen Durchgänge gelatiniert eine sich vergrößernde Menge an Stärke, so daß gleichzeitig mit dieser fortschreitenden Gelatinierung eine fortschreitende enzymatisch^ Verflüssigung eintritt, welche eine Viskositätsverminderung "bewirkt und die durch fortschreitende GeIatinierung verursachte Viskositätserhöhung reduzierte Letztlich tritt ein Zustand ein, ■ ' 809811/034 8 Embodiment of the invention, the first heat exchanger is therefore provided with slot-like passages through which the medium is pressed with such pressure and speed that an essentially thixotropic viscosity reduction of the medium is caused Starch medium assumes a completely different consistency when it is subjected to internal shear forces than when such forces do not occur. "This phenomenon is referred to here as tixotropy", as it is similar, for example, to the production of a concrete mixture which can be kept plastic for a long time by stirring while it solidifies relatively quickly if left to stand. ”In the method according to the invention, the shear forces are generated in the starch medium by forcing the medium through the slot-like passages during heating, so that the gelatinized and non-gelatinized parts of the medium are forced to "form a homogeneous mass on which the liquefying enzyme can act well". The liquefying enzyme can thus become effective and contribute to a reduction in viscosity, which supplements the thixotropic reduction in viscosity. When the medium is pressed through the slot-like passages, an increasing amount of starch gelatinizes, so that at the same time as this progressive gelatinization, a progressive enzymatic liquefaction occurs, which a viscosity reduction "causes and the increase in viscosity caused by progressive gelatinization is reduced. Ultimately, a state occurs, " 809811/034 8
"bei dem die durch die enzymatische Verflüssigung bewirkte" Viskositätsverniinderung ausreichend hoch ist, um die Masse flüssig zu halten und ohne Einwirkung von inneren Scherkräften fließen zu lassen© Wenn dieser Zustand erreicht ist, verläßt das Stärkemedium die schlitzartigen Durchgänge und fließt in den Konverter, so daß, wie oben erwähnt, das Enzym seine Wirkung entfalten kann, bevor das Medium auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Molekülbindungen thermisch abgebaut werden."in which the enzymatic liquefaction brought about" Viscosity reduction is sufficiently high to keep the mass liquid and without the influence of internal shear forces to let flow © When this state is reached, the starch medium leaves the slot-like passages and flows into the converter, so that, as mentioned above, the enzyme can develop its effect before the medium is up a temperature is heated at which the molecular bonds are thermally broken down.
Vorzugsweise wird das Medium während des Durchflusses, durch den ersten Wärmeaustauscher, das Konverterrohr oder die Konverterrohre und den zweiten Wärmeaustauscher einer,pulsierend fortschreitenden Bewegung unterworfen, beispielsweise durch Verwendung einer Membran- oder Kolbenforder— pumpe. Dies trägt weiterhin in der Masse zu einer Erhöhung der Scherkräfte bei, die während der Gelatinierung die Viskosität vermindern» Die pulsierend fortschreitende Bewegung dient auch dazu, Ablagerungen von gelatinierter Stärke an den Konverterrohrwandungen zu verhindern. Insgesamt hat die pulsierend fortschreitende Bewegung auf die Strömungsverhältnisse die Wirkung, daß das Medium als ganzes sprunghaft vorwärtsgestoßen wird, so daß,Jedes Teilchen des Mediums nahezu die gleiche Zeit in der Vorrichtung verweilt»The medium is preferably passed through during the flow the first heat exchanger, the converter tube or the Converter tubes and the second heat exchanger one, pulsating Subject to progressive movement, for example by using a diaphragm or piston demand pump. This continues to increase in bulk the shear forces that occur during gelatinization Reduce viscosity »The pulsating progressive movement also serves to prevent deposits of gelatinized starch on the converter tube walls. All in all has the pulsating progressive movement on the flow conditions the effect that the medium as a whole is pushed forward by leaps and bounds, so that, every particle of the Medium remains in the device for almost the same time »
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens»Die erfindungsgemäße -Vorrichtung besteht aus einem ersten Wärmeaustauscher, The invention also relates to a device for carrying out the described method. The device according to the invention consists of a first heat exchanger,
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einem oder mehreren Konverterrohren, einem, zweiten Wärmeaustauscher und einem Verweilrohr, die alle in Heihe geschaltet sind, ferner aus einer Einrichtung, die das PoIysaccharid-Medium mit zugesetztem Verflüssigungs enzym, durch die vorgenannte Reihenschaltung unter einem solchen Druck preßt, daß bei der im zweiten Wärmeaustauscher auftretenden maximalen Temperatur des Mediums keine Dampfbildung stattfindet, und weiterhin aus einer an den zweiten Wärmeaustauscher angeschlossenen Einrichtung zur Kühlung des Mediums auf Verflüssigungstemperatur und zur Zugabe von weiterem Verflüssigungsenzym zum Medium»one or more converter tubes, a second heat exchanger and a residence pipe, all of which are connected in series, furthermore from a device which supplies the polysaccharide medium with added liquefaction enzyme, by the aforementioned series connection under such a pressure presses that at the maximum temperature of the medium occurring in the second heat exchanger no steam formation takes place, and continues from one to the second heat exchanger connected device for cooling the medium to condensing temperature and for adding additional liquefying enzyme to the medium »
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und aus den Ansprüchen·Further features of the invention emerge from the following description of the drawing and from the claims
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, two embodiments of the device according to the invention are shown schematically, and although shows
Pig. 1 einen Verfahrensstammbaum des ersten Ausführungsbeispiels,
Pigβ 2 einen Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach
der linie A-A in Pig. 1 undPig. 1 shows a process tree of the first exemplary embodiment,
Pigβ 2 a cross section through a heat exchanger along the line AA in Pig. 1 and
Pig» 3 einen Verfahrensstammbaum des zweiten Ausführungsbeispiels. Pig »3 shows a process tree of the second exemplary embodiment.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig» 1 enthält ein Behälter 1 ein Polysaccharid-Mediura, wie zum Beispiel Stärkemilch, der eine bestimmte Menge an Verflüssigungsenzym zugesetzt worden ist. Die Zugabe des Enzyms zum StärkemediumIn the embodiment according to Pig »1, a container 1 contains a polysaccharide mediura, such as, for example, starch milk, to which a certain amount of liquefying enzyme is added has been. The addition of the enzyme to the starch medium
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kann in 'ά.em Behälter 1 oder auch bereits vorher vor Einleitung des Mediums in den Behälter 1 erfolgt sein«. Vom Boden des Behälters 1 führt eine Rohrleitung 2 zur Ein— trittsseite einer Membranpumpe 3» "beispielsweise einer Pumpe j deren Membrane= hydraulisch mittels eines sich hin- und herbewegenden Kolbens betätigt wird» Die Austrittsseite der Membranpumpe 3 ist mit einer Rohrleitung 4 verbunden, an die in Reihenschaltung ein erster Wärmeaustauscher 5, ein Rohrkonverter 6, ein zweiter Wärmeaustauscher 7, ein Verweilrohr 8, ein Kühler 9, ein weiterer Rohrkonverter 10, ein weiterer Kühler 11 und eine Rohrleitung 12 mit einem Staudruckventil 13. angeschlossen sindocan have taken place in the container 1 or even beforehand before the medium is introduced into the container 1 ”. From the bottom of the container 1 a conduit leads 2 to the input inlet side of a membrane pump 3 "", for example, a pump j whose membrane = hydraulically by means of a back and forth reciprocating piston is actuated "The outlet side of the diaphragm pump 3 is connected to a pipe 4 located at which are connected in series with a first heat exchanger 5, a pipe converter 6, a second heat exchanger 7, a residence pipe 8, a cooler 9, a further pipe converter 10, a further cooler 11 and a pipe 12 with a back pressure valve 13
Wie aus Fig» 2 ersichtlich ist, besteht der Wärmeaustauscher 5 aus drei ineinander angeordneten Rohren 14, 15 und 1.6ο Das Rohr 14 besitzt eine Mehrzahl von Bögen oder Krümmungen und bildet auf diese Weise zwischen den Rohren 14 und 15 schlitzartige Durchgänge 17 für das Stärkemediumo Weiterhin ist der Wärmeaustauscher 5 so ausgebildet, daß Dampf oder ein anderes Heizmittel in das Innere des inneren Rohres 14 sowie in den Heizmantel zwischen den Rohren 15 und 16 eingeführt werden kann« Der Dampf wird durch ein Rohr 18 zugeführt und das Kondensat und der Abdampf werden durch ein Rohr 19 abgeführt (Fig. 1 )■'·- Der Wärmeaustauscher 7, dem Dampf oder ein'anderes Heizmittel durch ein Rohr zugeführt wird und aus dem Kondensat und Abdampf durch ein Rohr 21 abgezogen werden, kann in ähnlicher Weise wie der : vorstehend beschriebene Wärmeaustauscher 5 oder aber auchAs can be seen from FIG. 2, there is the heat exchanger 5 from three tubes 14, 15 and 1.6 o arranged one inside the other. The tube 14 has a plurality of bends or bends and in this way forms between the tubes 14 and 15 slot-like passages 17 for the starch medium Furthermore, the heat exchanger 5 is designed so that Steam or other heating means into the interior of the inner tube 14 as well as into the heating jacket between the tubes 15 and 16 can be introduced «The steam is passed through a Pipe 18 is fed and the condensate and the exhaust steam are discharged through a pipe 19 (Fig. 1) ■ '· - The heat exchanger 7, the steam or some other heating medium through a pipe is supplied and from the condensate and exhaust steam through a Tube 21 can be withdrawn in a similar way to: heat exchanger 5 described above or else
^ - 10 -^ - 10 -
8 0 9811/0348 .8 0 9811/0348.
wie ein gewöhnlicher kontinuierlicher Wärmeaustauscher ausgebildet sein οdesigned like an ordinary continuous heat exchanger be ο
Während das Stärkemedium durch das Verweilrohr 8 strömt, wird die Temperatur aufrechterhalten, auf die das Medium in dem Wärmeaustauscher 7 erhitzt worden ist0. In dem Kühler 9 wird das Stärkemedium von einem Kühlmittel gekühlt, das einer Kühlschlange 22 durch ein Rohr 23 zugeführt und durch ein Rohr 24 wieder abgeführt wird. Der Kühler 11 besteht aus einer Kühlschlange 25 mit einer Zuleitung 26 und einer Ableitung 27. ' "While the starch medium flows through the retention tube 8, the temperature is maintained at which the medium has been heated in the heat exchanger 7 0th In the cooler 9, the starch medium is cooled by a coolant which is fed to a cooling coil 22 through a pipe 23 and discharged again through a pipe 24. The cooler 11 consists of a cooling coil 25 with a supply line 26 and a discharge line 27. '"
Die Vorrichtung nach Figo 3 entspricht, mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Abweichungen, der Vorrichtung nach Figo 1. Das Staudruckventil 13 ist unmittelbar hinter dem Verweilrohr 8 angeordnet und an die Stelle des Kühlers 9 der Fig. 1 ist ein Expansionszyklon 28 getreten. Der Expansionszyklon 28 igt so ausgebildet, daß das wässrige Stärkemedium einer plötzlichen Druckverminderung unterworfen werden kann, um einen Teil des in dem Medium enthaltenen Wassers zu verdampfen« Durch entsprechende Einstellung des Druckes in dem Zyklon wird das den Zyklon verlassende Medium auf die gewünschte Temperatur gekühlte Der aus dem Zyklon durch eine Leitung 29 abgezogene Dampf kann beispielsweise zur Vorwärmung der Stärkemilch verwendet werden. An die Austrittsseite des Zyklons 28 ist eine Pumpe 30 angeschlossen, die das Stärkemedium durch den nachfolgenden Teil der Vorrichtung drückteThe device according to Figo 3 corresponds, with the exception of deviations described below, the device according to Figo 1. The back pressure valve 13 is immediately behind arranged in the residence pipe 8 and an expansion cyclone 28 has taken the place of the cooler 9 in FIG. 1. The expansion cyclone 28 igt designed so that the aqueous starch medium can be subjected to a sudden pressure reduction to a portion of that contained in the medium To evaporate water «By setting the pressure in the cyclone accordingly, the one leaving the cyclone becomes The medium cooled to the desired temperature from the Steam withdrawn from the cyclone through a line 29 can be used, for example, to preheat the starch milk. A pump 30 is connected to the outlet side of the cyclone 28, which pumps the starch medium through the following Part of the device pressed
, - 11 -, - 11 -
809811/0348809811/0348
14422851442285
Die beiden Forrichtungen nach. fig* 1 und 3 /besitzen ein Rohr 31 für; die Zufuhr zusätzlicher Mengen an iFollow the two directions. fig * 1 and 3 / have a tube 31 for ; the supply of additional amounts of i
gungsenzjm* ■ ■ ■ -■---:■.-. ■ ·-- ■:..■" : .■. gungsenzjm * ■ ■ ■ - ■ ---: ■ .-. ■ · - ■: .. ■ " : . ■.
Die Stärkemilch., der'ein: (Teil der insgesamt -für; vertierungsprozeß verwendeten Menge an zugesetzt worden ist» wird mittels der Membranpumpe 3 ineiner rliytlimisch. pulsierenden Iließbewegung durc3i den lärmeaustauscher 5 gepreßt ο Während des-Durchflusses düroh den Wärmeaustauscher 5 wird das Stärkemedium iron einer !Temperatur von 20 bis 60° G allmählich, auf die gewählte Yer« flüssigungstemperatur eriiitzt, die gewöhnlich, in dem Be- : reich, von 80 Ms 90° C liegt ο Diese temperatur wird aufrechterhalten, während das Stärkemedium den anschließenden Ronrkonverter 6 durchströmt, der zur yärmeidung eines nennenswerten Tsmperaturabfalls in geeigneter Weise isoliert sein kann* Die Weite der schlitzartigen Durchgänge in dem Wärmeaustauscher 5 ist so gewählt, daß das Stärkemedium !beim Durchströmen dsr Durchgänge beträchtlich«n Scherkräften ausgesetzt wird, die eine tixotrope Tiskositätsverminder-ung des Stärkemediums erzeugen». Wie -öhen läutert wurde9 -sird hierdarch. di© Einwirkung des flüssigungsenzyms auf die Molekülketten; erleichtertThe starch milk, der'ein.:. (Part of the total -for; amount vertierungsprozeß used to has been added "is in an rliytlimisch by the diaphragm pump 3 is vibrant Iließbewegung durc3i the is lärmeaustauscher 5 pressed ο During the-flow düroh the heat exchanger 5, the starch medium ! iron at a temperature of 20 to 60 ° G gradually "flüssigungstemperatur eriiitzt to the selected Yer, usually, in the loading: rich, is 80 ms 90 ° C ο This is temperature maintained while the starch medium subsequent Ronrkonverter 6 flows through, which may be isolated for yärmeidung an appreciable Tsmperaturabfalls suitably * the W g e of the slit-like passages in the heat exchanger 5 is chosen so that the starch medium is! when flowing through dsr passages considerably "n shear exposed to a thixotropic Tiskositätsverminder- to produce the starch medium ». How he was refined 9 -sirdarch. the © influence ng of the liquid enzyme on the molecular chains; relieved
im letzten ϊβάΐ ä&a\^ Wärmeatistausciiers 5 sowie la dem Sonrkonverter 6 während einer Zeit von 2 *bis: § Minuten eine Yorverflüssigung statt g-ef und en hat, wird das Siärkemedium dem Wärmeaustausch.er T zugeführt, intern es auf eine Temperatur zwischen 100 und 160° C erhitzt wird. Diesein the last ϊβάΐ ä & a \ ^ Wärmeatistausciiers 5 as well as la the Sonrkonverter 6 for a time from 2 * to : § minutes has a Yorver liquefaction instead of g-ef and en, the heat medium is fed to the heat exchange.er T, internally it is at a temperature between 100 and heated to 160 ° C. These
809311/0348809311/0348
Temperatur wird in dem. Verweilrohr 8 während einer Zeit von 3 bis IG Minuten aufrechterhaltene Während dieser Wärmebehandlung werden die kristallinischen Teile der Stärkepartikel thermisch zerlegt, so daß auf sie bei der nachfolgenden Behandlung die Verflüssigungsenzyme und die Verzuckerungsenzyme einwirken können. Fach dieser Erhitzung auf eine relativ hohe Temperatur wird das Stärkemedium in dem Kühler 9 auf eine Temperatur von etwa 80 bis 90° C gekühlt« Unmittelbar danach wird der restliche Teil·-.an Yerfliissigungsenzyst durch die Rohrleitung 31 zugesetzt und das Gemisch von S^ärkemedium und Verflüssigungsenzym wird in den Rohrkonverter tO gepreßt, in dem die abschließende Verflüssigung stattfindet. Diese Verflüssigung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 80 Ms 90° C während einer Zeit von 20 bis 50 Minuten durchgeführt»Temperature is in that. Retention tube 8 over a period of 3 to IG minutes maintained During this heat treatment, the crystalline T e of the starch particles ile thermally decomposed, so that the liquefaction and saccharification enzymes enzymes can act on it in the subsequent treatment. Subject to this heating to a relatively high temperature, the starch medium is cooled in the cooler 9 to a temperature of about 80 to 90 ° C. and liquefying enzyme is pressed into the tube converter to, in which the final liquefaction takes place. This liquefaction is preferably carried out at a t e mperature of 80 Ms 90 ° C over a period of 20 to 50 minutes'
Bevor die Verzuckerung des verflüssigten Stärkemediums erfolgt, wird das Stärkemedium durch den Kühler 11 geleitet, in dem es auf die optimale Verzuckerungstemperatur gekühlt wird, die vorzugsweise in dem Bereich von 55 bis 60° C liegt· Sodann wird das Stärkemedium durch das Staudruckventil 13 in die Bohrleitung 12 gedrückt und von hier dem Verzuckerungsbehälter zugeführt.Before the liquefied starch medium is saccharified, the starch medium is passed through the cooler 11, by cooling it to the optimum saccharification temperature, which is preferably in the range of 55 to 60 ° C · Then the starch medium is released through the back pressure valve 13 pressed into the drilling pipe 12 and from here fed to the saccharification container.
Anstelle des Kühlers 11 kann bei der Vorrichtung nach ein Expansiönszyklon verwendet werden, in dem gleichzeitig eine Druckverminderung und eine Kühlung des Stärkemediums auf die gewünschte Verzuckerungstemperatur erfolgen kann·Instead of the cooler 11, in the device according to an expansion cyclone can be used in which at the same time a pressure reduction and a cooling of the starch medium can be carried out to the desired saccharification temperature
- 13 -809811/0348- 13 -809811/0348
Bei der Vorrichtung nach iig« 3 strömt das unter Druck stehende Stärkemedium von dem Wärmeaustauscher 7, in dem es auf eine Temperatur von 100 bis 160° C erhitzt worden ist» durch das Verweilrohr 8, in dem die vorgenannte Temperatur aufrechterhalten wird, zu dem Expansionszyklon 28» Dieser Zyklon wird unter Vacuum gehalten, so daß das Stärkemedium auf eine Temperatur von 80 bis 90° C gekühlt wird, welches die optimale Temperatur für die anschließende VerflüssignHig-in dem Konverter 10 ist. Fach Zugabe der restlichen Menge an Verflüssigungsenzym wird das Stärkemedium von der Pumpe 30 durch den Hohrkonverter 1.0 zu dem Kühler It gedrückt, in dem die Temperatur auf die optimale Verzuckeruiigstemperatur, das heißt auf eine Temperatur von 55 bis 60° G gesenkt wird» Da die Kühlung des Stäfkeme- " diums im Anschluß an die starke Wärmebehandlung rückläufige Vorgänge in dem umgewandelten Produkt verursachen könnte, wird Vorzugsweise das Produkt schnell gekühlt ufii"'-das 'Verflüssigungsenzym sofort dem gekühlten Medium zugesetzte Daher wird "besonders die Vorrichtung nach fig. 3 ;b"evorzugt, da das Stärkemedium in dem Expansionszyklon nähezur plötzlich abgekühlt wird. ■-'■--'■ s In the device according to iig «3 the pressurized starch medium flows from the heat exchanger 7, in which it has been heated to a temperature of 100 to 160 ° C., through the residence pipe 8, in which the aforementioned temperature is maintained, to the expansion cyclone 28 »This cyclone is kept under vacuum so that the starch medium is cooled to a temperature of 80 to 90 ° C, which is the optimum temperature for the subsequent liquefaction in the converter 10. When the remaining amount of liquefying enzyme is added, the starch medium is pressed by the pump 30 through the high converter 1.0 to the cooler It, in which the temperature is lowered to the optimum saccharification temperature, i.e. to a temperature of 55 to 60 ° G the Stäfkeme- "could cause diums following the strong heat treatment declining operations in the converted product, preferably the product ufii quickly cooled"'-the' liquefaction enzyme immediately to the cooled medium added Therefore, "is particularly the apparatus of fig. 3; b "It is preferable because the starch medium in the expansion cyclone is suddenly cooled close to r. ■ - '■ -' ■ s
Das Erzeugnis aus den Vorrichtungen nach Pig. 1 und 3-wird abschließend während einer Zeitdauer von 48 bis 96 Stunden einer Verzuckerung unterworfen*The product from the devices according to Pig. 1 and 3-will finally for a period of 48 to 96 hours subjected to saccharification *
- 14 -809811/0348 - 14 - 809811/0348
Claims (1)
/G.
25.1ο.65 M 3141
/G.
25.1ο.65 M
durch, sehlltzartige Durchgänge^ mit. einem· Brück/raad- , Geschwindigkeit Mndurchgeprelat wird, öaJB-.Tftyß des Seher-,, kräf ten in dem Medium eine - tixotrope Viskösitätsverfflindei^ - des Mediums erzeugt wird. · .- · : ■ r : ;-; .-··■-;-·; ·· :PolysaCGharid ^ edium in et out "only © ti
through, sudden passages ^ with. A bridge, speed, and speed is related to the seer's forces in the medium, a thixotropic viscosity comparison of the medium is generated. · · .-: ■ r:; - ; .- ·· ■ -; - ·; ··:
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