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Die
Erfindung betrifft Erbsenmehl, erhältlich durch ein Verfahren
zur Extraktion und Raffination der Bestandteile von Erbsenmehl,
d. h. der Stärke, der Proteine, der inneren Fasern und
der lös-lichen Substanzen, mithilfe mindestens eines der
Ausrüstungsgegenstände, die von einer Kartoffelstärkefabrik übernommen
werden.
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So
gestattet es die Erfindung, durch eine besondere Verwendung mindestens
eines der Ausrüstungsgegenstände, die von einer
Kartoffelstärkefabrik übernommen werden, die Bestandteile
von Erbsenmehl zu extrahieren und zu raffinieren, ohne dass zuvor
die inneren Faserbestandteile der Erbsen entfernt werden müssen.
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Im
Sinne der Erfindung wird unter ”Kartoffelstärkefabrik” eine
Industrieanlage zur Extraktion der Stärke, der Proteine
und der Pulpe (Fasern) aus Kartoffeln verstanden.
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Ebenso
versteht man im Sinne der Erfindung unter ”Ausrüstungsgegenstände
einer Kartoffelstärkefabrik” die in der Stärkeextraktionsphase
verwendeten Hydrozyklone und Siebe sowie die Zentrifugaldekanter, die
in der Phase der Extraktion der Proteine aus Kartoffelfruchtwasser
verwendet werden.
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Die
Erfindung betrifft folglich Erbsenmehl, erhältlich durch
ein erstes Verfahren zur Extraktion und Raffination der Bestandteile
von Erbsenmehl unter Verwendung von Zentrifugaldekantern und anschließend
von Sieben in einer Konfiguration, die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner Erbsenmehl, erhältlich durch
ein zweites Verfahren zur Extraktion und Raffination der Bestandteile
von Erbsen-mehl unter Verwendung von Hydrozyklonen und anschließend
von Zentrifugaldekantern in einer Konfiguration, die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird.
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Das
vorliegende Schutzrecht beschreibt schließlich Vorrichtungen
zur Extraktion der Bestandteile von Erbsenmehl, wobei diese Vorrichtungen
mindestens einen der Ausrüstungsgegen-stände einer
Kartoffelstärkefabrik, ausgewählt aus der Gruppe,
bestehend aus Hydrozyklonen, Zentrifugal-dekantern und Sieben, umfassen.
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Genauer
gesagt umfasst eine erste Vorrichtung zur Extraktion der Bestandteile
von Erbsenmehl Zentrifugaldekanter und anschließend Siebe
als Ausrüstungsgegenstände einer Kartoffelstärkefabrik.
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Eine
zweite Vorrichtung zur Extraktion der Bestandteile von Erbsenmehl
umfasst Hydrozyklone und anschließend Zentrifugaldekanter
als Ausrüstungsgegenstände einer Kartoffelstärkefabrik.
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Die
Beschreibung dieser Ausrüstungsgegenstände und
ihrer Verwendung in einer Kartoffelstärkefabrik ist im
Stand der Technik gut dokumentiert. So kann zum Beispiel hinsichtlich
der Verwendung von Hydrozyklonen in einer Kartoffelstärkefabrik
auf die Patente
EP 443.692 oder
EP 517.965 , oder hinsichtlich
der Verwendung von Zentrifugaldekantern in einer Kartoffelstärkefabrik
auf das Patent
FR 2.256.727 ,
dessen Inhaberin die Anmelderin ist, Bezug genommen werden.
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Dem
Fachmann ist bekannt, dass Kartoffelstärkefabriken höchstens
für 4 bis 6 Monate pro Jahr in Betrieb sind.
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Ein
Anliegen der Unternehmer ist die Aufwertung der Ausrüstungsgegenstände
von Stärkefabriken zwischen den Betriebsperioden, so dass
die Verwendung der Betriebsmittel während des gesamten
Jahres sichergestellt wird.
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Dem
Wissen der Anmelderin zufolge dienten die einzigen Adaptationen
von Ausrüstungsgegenständen einer Kartoffelstärkefabrik
an andere Pflanzen mit dem Ziel, diese Ausrüstungsgegenstände
zwischen den Betriebsperioden zu verwenden, der Behandlung von Raps
oder der Aufwertung von Raufutter (insbesondere Luzerne) oder Rübenkraut.
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Die
internationale Patentanmeldung
WO
93/16.109 beschreibt eine Adaptation der Ausrüstungsgegenstände
einer Kartoffelstärkefabrik im Hinblick auf die Fraktionierung
von Kartoffel und Raps in gemeinsamen Ausrüstungsgegenständen
und durch abwechselnde Betriebsperioden.
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Die
gemeinsamen Ausrüstungsgegenstände bei der Behandlung
der beiden Pflanzen bestehen aus einem Schredder, einem Zentrifugaldekanter,
einem Zentrifugal-sieb, einem Kocher, einem Verdampfer, einem Zerstäuber,
einer Zentrifuge und einem Schleifentrockner, zu denen ein Ölabscheider
zur Behandlung von Raps hinzugefügt wird oder zu denen
ein Wäscher, ein Dekanter, ein Durchlaufkocher und ein
Vakuumdrehfilter zur Behandlung von Kartoffeln hinzugefügt
werden.
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Die
normalerweise zur Behandlung von Kartoffeln verwendete Ausrüstung
wird hier tatsächlich jedoch ganz besonders dahingehend
abgeändert, dass man ausschließlich ölhaltige
Pflanzen zur Extraktion des Öls behandeln kann, und diese
Abänderung kann folglich nicht an Erbsen angepasst werden.
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Tatsächlich
beschreibt die internationale Patentanmeldung
WO 93/16.109 vor allem eine Abänderung des
Verfahrens zur Behandlung von Kartoffeln, wodurch die Extraktion
des Öls und der Proteine von Raps auf dem Umweg einer besonderen
enzymatischen Behandlung sichergestellt wird, sowie die Hinzufügung
eines spezifischen zusätzlichen Betriebsmittels, im vorliegenden
Fall eines Ölabscheiders.
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Folglich
lässt nichts daran denken, dass die verwendeten Ausrüstungsgegenstände
auf Erbse umstellbar sein könnten, die keine ölhaltige
Pflanze ist, während im Gegensatz dazu die Möglichkeit
einer Anpassung dieses Verfahrens an andere ölhaltige oder öl-
und proteinhaltige Pflanzen, wie Sonnenblumen, Soja oder Flachs,
beschrieben wird.
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Die
internationalen Patentanmeldungen
WO
00/40.787 und
WO 00/40.788 beschreiben
eine weitere Adaptation von Ausrüstungsgegenständen
einer Kartoffelstärkefabrik an andere Pflanzen zur Aufwertung
von Raufutter oder genetisch veränderten Pflanzen.
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Mithilfe
dieser Adaptation, die von den Ausrüstungsgegenständen
einer Kartoffelstärkefabrik die Betriebsmittel zur Zerkleinerung
und konische Zentrifugalsiebe verwendet, lassen sich vor allem Faserfraktionen von
Pflanzen wie Raufutter, Kartoffelkraut, Erbsenkraut oder Rübenblättern
und -Köpfen gewinnen.
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Die
Presssäfte dieser Pflanzen werden durch Ausflockung behandelt,
wie Kartoffelfruchtwasser, um daraus einerseits die Proteine in
Form von Isolaten und andererseits einen Zuckersirup zu extrahieren.
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Die
Behandlung genetisch veränderter Pflanzen, die in der internationalen
Patentanmeldung
WO 00/40.788 beschrieben
ist, wird zur Gewinnung therapeutisch interessanter Moleküle
aus Presssäften in Betracht gezogen.
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Die
in diesen beiden internationalen Patentanmeldungen beschriebenen
Verfahren zielen auch auf eine Aufwertung der in der Regel abgewerteten
Pflanzenmaterialien, um daraus den Faseranteil zurückzugewinnen,
im Wesentlichen für Papierherstellungsanwendungen (Herstellung
von Papierbrei).
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Die
internationale Patentanmeldung
WO
00/40.787 nennt zwar die Behandlung von Erbsen, jedoch einzig
aufgrund ihres krautigen Anteils, d. h. des Krauts.
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Die
technologischen Beschränkungen in Verbindung mit der Abtrennung
der Stärke und der Proteine aus Erbsensamen sind von einer
ganz anderen Größenordnung als diejenigen, denen
man bei der Abtrennung von Zuckern und Proteinen aus Presssäften
von Erbsenkraut gegenübersteht.
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Bei
der Erbse handelt es sich um ein Gemüse, in dessen Samen
der Proteingehalt von 25 bis 35%, der Stärkegehalt zwischen
35 und 50%, der Fasergehalt (Cellulose und Hemicellulose) zwischen
12 und 18%, der Gehalt an löslichen Substanzen zwischen
8 und 12% und der Gehalt an Lipiden zwischen 1 und 2% variiert.
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Wie
die Puffbohne, hat man die Erbse historisch aufgrund ihres Proteinreichtums
als Sojabohnenersatz zur Fütterung von Vieh verwendet.
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Etwa
95% ihrer Anwendungen trifft man folglich bei der Fütterung
von Vieh und Geflügel als Quelle für essenzielle
Aminosäuren, wie Lysin, an.
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Aus
diesem Grund zielen die Verfahren zur Extraktion und zur Raffination
der Bestandteile von Erbsen traditionsgemäß nur
auf ihren Proteinanteil ab.
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Die
Erbsenstärke, die reich an Amylose ist, kann jedoch für
bestimmte Nahrungs- und Nicht-Nahrungsmittelanwendungen aufgewertet
werden, wenn sie nur ausreichend raffiniert wird.
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Die
inneren Fasern der Erbse können unter der Voraussetzung
einer ausreichenden Raffinierung ebenfalls bei bestimmten Nahrungsmittel-
(hohes Wasserrückhaltevermögen, Bindemittel- und
Stabilisationsvermögen) oder sogar pharmazeutischen Anwendungen
eingesetzt werden.
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Weil
die meisten herkömmlichen Verfahren zur Extraktion der
Bestandteile aus Erbsen auf den Proteinanteil abzielen, werden die
Stärke und die Fasern folglich nur indirekt und in einem
unzureichenden Raffinierungszustand isoliert.
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Wie
von VOSE et al. ganz allgemein in einer Übersicht
in Cereal Chemistry, 1980, 57(6), S. 406–416 beschrieben,
verwendet der Fachmann auf dem Gebiet der Extraktion von Erbsenbestandteilen
die technischen Entwicklungen, die auf dem herkömmlichen
Verfahren zur Nassbehandlung von Mais basieren, in Kombination mit
Technologien, die ihrerseits aus der Sojabohnenisolat-Industrie
stammen.
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Der
erste Schritt der Verfahren zur Extraktion von Erbsenproteinen besteht
entweder aus dem Einweichen von Erbsen in Wasser und dem anschließenden
Zerkleinern in der feuchten Phase oder aus der Herstellung eines
Mehls aus zuvor geputzten, verlesenen, gehäuteten, entstaubten
und zerkleinerten Erbsen und aus dem anschließenden Einbringen
des so erhaltenen Mehls in Wasser.
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Es
ist bekannt, dass die Erbsenproteine nur eine Löslichkeit
von 85% in Wasser bei neutralem pH aufweisen und dass die Löslichkeit
dieser Proteine umso höher ist, je mehr der pH der Suspension
ansteigt.
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Bei
diesen Verfahren des Standes der Technik wird somit diese Erbsensuspension
vor der Zerkleinerung oder die aus zerkleinerten Erbsen hervorgegangene
Mehlmilch unter Zugabe von Kalk oder Natron auf einen pH von 9 gebracht,
um die Proteine zu mehr als 95% zu solubilisieren (so genanntes ”alkalisches
Einweichen”).
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Die
Zentrifugation dieser Mehlsuspension führt zur Gewinnung
zweier Fraktionen.
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Die
leichte Fraktion entspricht der Proteinlösung, die getrocknet
oder zerstäubt werden muss, damit ein Proteinkonzentrat
erhalten wird, das einen Gehalt an Proteinen in der Größenordnung
von 60% aufweist.
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Die
schwere Fraktion enthält die Stärke, jedoch mit
noch 6% Proteinen.
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Folglich
muss man erneut einen alkalischen Einweichschritt dieser stärkereichen
Fraktion vornehmen, um daraus die damit verbundenen Proteine zu
entziehen, und versuchen, eine Fraktion zu erhalten, die im Wesentlichen
Stärke enthält.
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Sogar
unter diesen Bedingungen enthält die Stärkefraktion
aus Erbsen noch etwa 2% an restlichen Proteinen, was noch weit davon
entfernt ist, zufrieden stellend zu sein; als ein ausreichender
Reinheitsgrad kann ein Gehalt von höchstens 0,5% an restlichen
Proteinen angesehen werden.
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Um
das Problem der Gewinnung der Erbsenproteine in besserer Qualität
zu überwinden, hat man andere Techniken beschrieben, die
eher zur Produktion von Erbsenprotein-Isolaten führen.
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Diese
Erbsenprotein-Isolate werden tatsächlich durch einen Schritt
der selektiven Ausfällung der Proteine an ihrem isoelektrischen
pH oder pI (mittels Koagulation) bei Umgebungstemperatur oder höherer
Temperatur (bis zum Siedepunkt), aber auch durch Verwendung organischer
Lösungsmittel oder auch durch Verwendung von Medien mit
hoher Ionenstärke erhalten.
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Diese
Isolate können auch durch Membrantechniken des Ultrafiltrationstyps
erhalten werden.
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Als
Veranschaulichung dieser Techniken zur Ausfällung der Proteine
an ihrem pI findet man im Stand der Technik zum Beispiel das Patent
DD 275.609 .
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Bei
dem von diesem Patent beschriebenen Verfahren werden die Proteine
zunächst durch Behandlung von Erbsenmehl im Nassverfahren
mit Kalk bei einem alkalischen pH extrahiert, dann werden die Proteine bei
ihrem pI durch Absenken des pH des Mediums mit Phosphorsäure
auf einen Wert in der Größenordnung von 4,6 ausgefällt.
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Dieses
Verfahren ist weit davon entfernt zufriedenstellend zu sein, weil
der Überstand, der die noch löslichen Proteine
enthält, nochmals mit Kalk behandelt werden muss, um die überschüssige
Phosphorsäure zu beseitigen, und dann auf eine Temperatur
zwischen 80 und 150°C erhitzt werden muss, damit er aufbereitet und
für zukünftige Extraktionen wiederverwendet werden
kann.
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Die
isolierten Proteine sind reiner, aber dies erfolgt auf Kosten der
Ausbeuten der Proteinrückgewinnung, und die Stärke
und die inneren Fasern werden in den entsprechenden Fraktionen ebenfalls
nicht angereichert.
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Die
Langwierigkeit und die Schwierigkeit dieses Verfahrens machen es
unter industriellem Gesichtspunkt nicht besonders attraktiv.
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Das
Patent
US 4.766.204 beschreibt
ein Verfahren, das eine bessere Abtrennung der Proteine von der Stärke
(oder den Zuckern) von Leguminosen, wie Erbse oder Saubohne, gestattet,
wobei es sich teilweise von der alkalischen Behandlung befreit.
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Dieses
Verfahren umfasst das Suspendieren des fein zerkleinerten Leguminosenmehls
in Wasser bei einem pH zwischen 2 und 10.
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Die
Erfinder dieses Patents empfehlen jedoch, das Mehl in einem sauren
Medium (bevorzugter pH zwischen 2,2 und 3,2) zu suspendieren, um
die Entwicklung von unangenehmem Geruch oder Geschmack in den Proteinen
zu vermeiden, die am Ende des Extraktionsverfahrens erhalten werden.
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Anschließend
wird diese angesäuerte Mehlsuspension einem ersten Siebungsschritt
unterworfen, um die inneren Fasern der Erbse zu entfernen.
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Dieser
erste Schritt wird notwendig durch die Tatsache, dass die inneren
Fasern der Erbse sich sehr leicht an die Stärke und die
Proteine der Erbse binden. Man muss daher mehrere Waschschritte
der Fasern einsetzen, um die daran gebundene Stärke oder
die daran gebundenen Proteine zu extrahieren.
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Vor
allen Schritten zur Extraktion und Abtrennung der eigentlichen Stärke
und Proteine wird sehr empfohlen, die Fraktion der inneren Fasern
so schnell wie möglich in den ersten Schritten der durchgeführten
Verfahren zu entfernen.
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Nach
diesem Siebungsschritt führt man eine Zentrifugation der
von den inneren Fasern befreiten Suspension durch, um eine ”leichte
Phase”, die den größten Teil der Proteine
enthält, und eine ”schwere Phase”, die
den größten Teil der Stärke enthält,
zu erzeugen.
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Abschließend
muss man den pH dieser leichten und schweren Phase derart einstellen,
dass daraus die Proteine beziehungsweise die Stärke isoliert
werden können.
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Bei
der leichten Phase wird der pH auf zwischen 4,4 und 4,6 zurückgebracht,
einen pH-Bereich, von dem man weiß, dass darin die Erbsenproteine
bei ihrem isoelektrischen Punkt ausfallen.
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Man
muss eine neue alkalische Behandlung der schweren Phase durchführen
(die noch wenige Proteine enthält), um die restlichen Proteine
zu solubilisieren. Es wird dann vorgeschlagen, die so behandelte
Mischung von neuem mit Dekantern oder Vertikalzentrifugen oder mit
einer Reihe von Hydrozyklonen zu zentrifugieren, um eine ”sauberere” Stärkefraktion
zu gewinnen.
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Die
restlichen Proteine werden nacheinander getrennt koaguliert und
zu der Hauptfraktion der Proteine, die weiter stromaufwärts
im Verfahren erhalten werden, hinzugefügt.
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Bei
diesem Verfahren ist zuallererst erforderlich, dass man eine Batterie
vieler Siebe einsetzt, um die Fraktion der inneren Fasern zu entfernen,
eine unerlässliche Vorbedingung für die Abtrennung
der Proteine und der Stärke der Erbse.
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Die
Schwierigkeit der Verwendung dieser Siebe, die Reinigungshäufigkeit
und ihre Unterhaltskosten machen diesen Siebungsschritt industriell
nicht lebensfähig.
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Es
ist außerdem notwendig, dass man die pH-Variationen der
verschiedenen Fraktionen mit hoher Präzision handhabt,
und dies verkompliziert übermäßig die
Verwendung der Batterien von Dekantern, Zentrifugen und Hydrozyklonen.
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Der
Extraktion der Stärke als Hauptbestandteil der Erbse wird
trotz ihrer zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten angesichts
ihres relativ hohen Gehalts an Amylose wenig Arbeit gewidmet.
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Die
Stärkeausbeute aus Erbsenvarietäten ist weit niedriger
als die Ausbeute pro Hektar von Arten wie Mais, Weizen oder Kartoffel.
Erbse ist folglich eine Leguminose, der von den Stärkeherstellern
wenig Aufmerksamkeit geschenkt wird.
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MEUSER
et al. haben in CEREAL CHEMISTRY, 74(4), S. 364–370 (1997) ein
Pilotverfahren beschrieben, das eine Extraktion der Stärke
aus Erbse bereitstellt, und haben es als industriell rentabel dargestellt.
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Das
Verfahren besteht aus drei Hauptschritten, wobei man Erbsen in Wasser
einweicht, die nassen Erbsen enthülst und die an den Stärkekörnchen
haftenden Proteine mithilfe eines Hochdruckhomogenisators zersetzt.
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Die
Fasern werden zuallererst vor dem Durchgang durch den Hochdruckhomogenisator
ausgehend von dem Zerkleinerungsprodukt der nassen Erbsen mithilfe
vibrierender Siebe entfernt.
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Es
wird noch einmal festgestellt, dass es notwendig ist, die inneren
Fasern der Erbse zu entfernen, bevor die eigentliche Extraktion
der Stärke- und Proteinbestandteile unternommen wird.
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Die
so von den Fasern befreite Suspension enthält dann unlösliche
Proteinpartikel, Partikel, die aus einer Mischung von Stärke
und Proteinen bestehen und lösliche Proteine.
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In
diesem Schritt des Verfahrens trennt ein Zentrifugaldekanter die
unlöslichen Proteine (in der leichten Phase) von den löslichen
Proteinen und den Partikeln aus Stärke und Proteinen (in
der schweren Phase).
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Die
schwere Phase wird anschließend in den Hochdruckhomogenisator überführt,
um die Agglomerate aus Stärkepartikeln und den daran gebundenen
Proteinen aufzubrechen.
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Die
in diesem Homogenisator behandelte Suspension wird anschließend
in Hydrozyklone überführt, wobei Wasser im Gegenstrom
verwendet wird, um die Proteine von der Stärke zu trennen.
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Dieses
auf die Gewinnung der Stärke ausgerichtete Verfahren ist
besonders aufwendig, wenn man es auch zur gleichzeitigen Gewinnung
der Proteine verwenden möchte.
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Tatsächlich
ist es notwendig, die aus den Hydrozyklonen kommenden leichten Phasen,
die aus dem Zentrifugaldekanter kommenden leichten Phasen plus die
aus der Pressung der Fasern stammenden Ströme wiedervereinigen,
um das Maximum an unlöslichen Proteine zu gewinnen.
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Schließlich
muss man die aus den Hydrozyklonen stammenden schweren Phasen wieder
aufnehmen und zentrifugieren und die aus dieser Zentrifugation stammenden
leichten Phasen ultrafiltrieren, um die löslichen Proteine
zu gewinnen.
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Die
löslichen Proteine müssen ferner durch Techniken
des Typs einer Koagulation bei isoelektrischem pH oder unter Erhitzen
oder auch mittels Ultrafiltration extrahiert werden.
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Aus
dem gesamten zuvor Gesagten zeigt sich, dass es kein einfaches Verfahren
gibt, das die technologischen Beschränkungen in Verbindung
mit der Extraktion der vier Hauptbestandteile der Erbse, d. h. der Stärke,
der Proteine, der inneren Fasern und der löslichen Substanzen,
insbesondere mit der Extraktion der Stärke und der Proteine,
und dies mit einem hohen Grad an Reinheit, mit den besten Ausbeuten
und Produktivitäten integriert.
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Es
ist der Verdienst der Anmelderin, dass sie es geschafft hat, diese
schwierig zu vereinbarenden Zielsetzungen zu vereinbaren, indem
sie nach zahlreichen Forschungen ein einfaches und wirksames Verfahren zur
Extraktion und Raffination der Bestandteile von Erbsenmehl erdacht
und ausgearbeitet hat.
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Es
ist ebenfalls der Verdienst der Anmelderin, dass sie gezeigt hat,
dass es durch die Verwendung von Zentrifugaldekantern oder Hydrozyklonen
in einer Konfiguration, die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird, möglich ist, sich von der Anforderung zu
befreien, dass, vor der Durchführung aller eigentlichen
Schritte zur Fraktionierung der Proteine von der Stärke
und den löslichen Bestandteilen, die inneren Fasern der
Erbse entfernt werden müssen.
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Bei
dem Verfahren zur Extraktion und Raffination der Bestandteile von
Erbsenmehl, das gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet , wird, stellt man somit das Erbsenmehl her durch Zerkleinerung
zuvor geputzter, verlesener, enthäuteter, entstaubter trockener
Erbsen, bringt das so erhaltene Mehl in Wasser ein und trennt die
Bestandteile des Erbsenmehls mithilfe mindestens eines der Ausrüstungsgegenstände,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hydrozyklonen,
Zentrifugaldekantern und Sieben, ohne dass zuvor ein Schritt zur
Abtrennung der inneren Fasern der Erbse durchgeführt worden
ist.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß verwendeten
Verfahrens zur Extraktion und Raffination werden für die
Verwendung als Ausrüstungs-gegenstände einer Kartoffelstärkefabrik Zentrifugal-dekanter
und Siebe ausgewählt.
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In
einem ersten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform wird das aus zuvor geputzten,
verlesenen, enthäuteten, entstaubten und zerkleinerten
Erbsen erhaltene Mehl in Wasser suspendiert.
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Das
Erbsenmehl wird aus Erbsen erhalten, die zuvor durch jede Technik,
die dem Fachmann anderweitig bekannt ist, geputzt, verlesen, enthäutet,
entstaubt wurden. Vorteilhafterweise wird eine mit einem 100-μm-Gitter
ausgerüstete Hammermühle des Typs ALPINE gewählt,
wie nachstehend veranschaulicht wird.
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Vorteilhafterweise
entscheidet man sich anschließend für das Suspendieren
eines Mehls, das eine durchschnittliche Korngröße
von höchstens 100 μm aufweist, in einer Konzentration
von 20 bis 30% Trockengewicht, vorzugsweise bei 25% Trockengewicht,
in Wasser.
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Der
pH der Lösung ist kein beschränkender Faktor,
aber vorteilhafterweise entscheidet man sich dafür, den
pH der Suspension nicht zu berichtigen, was dazu führt,
dass in einem pH-Bereich zwischen 6,2 und 7 gearbeitet wird.
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In
einem zweiten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform entscheidet man sich vorteilhafterweise
für das direkte Behandeln der wässrigen Mehlsuspension
mit einem Zentrifugaldekanter.
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Die
Erbsenfaserfraktion wird folglich nicht durch vorheriges Sieben
entfernt.
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Die
Anmelderin hat nämlich beobachtet, dass man aufgrund der
Durchführung dieses Trennungsschrittes mit Zentrifugaldekantern
entsprechend einer Konfiguration, die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird, leicht in zwei unterschiedliche Fraktionen auftrennen
kann, einerseits die löslichen Substanzen und die Proteine
und andererseits die Fasern und die Stärke.
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In
einem dritten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform werden die Proteine dann leicht
aus der Fraktion, die die so erhaltene Mischung der löslichen
Bestandteile und der Proteine enthält, durch eine Technik
isoliert, die aus der Gruppe von Techniken zur Ausfällung
von Proteinen bei ihrem isoelektrischen pH und/oder der Membrantrennung
des Ultrafiltrationstyps ausgewählt wird.
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Die
löslichen Bestandteile werden anschließend als
solche aus dem Überstand der Ausfällung oder dem
Ultrafiltrationspermeat gewonnen.
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In
einem vierten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform trennt man die Stärke
von den Fraktionen der inneren Fasern unter Verwendung von Sieben
entsprechend einer Konfiguration, die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird.
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Vorteilhafterweise
entscheidet man sich für Siebungsschritte auf Rotationssieben
und gewölbten Sieben.
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Aufgrund
dieses Schrittes ist es somit möglich, die inneren Fasern
effizienter von der Stärke zu trennen, und zwar mit weniger
Sieben und daher mit viel weniger Schwierigkeiten bei der Wartung
der Ausrüstungsgegenstände als bei den bereits
beschriebenen Verfahren, bei denen die Siebe zu Beginn des Verfahrens
eingesetzt werden und somit den gesamten Strom behandeln müssen.
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Die
gereinigte Stärke wird anschließend aus der von
den Fasern befreiten Fraktion gewonnen und durch jede Technik aufkonzentriert,
die dem Fachmann anderweitig bekannt ist.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß verwendeten
Verfahrens zur Extraktion der Bestandteile von Erbsenmehl entscheidet
man sich für eine Verwendung von Hydrozyklonen und Zentrifugaldekantern
als Ausrüstungsgegenstände einer Kartoffelstärkefabrik.
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Bei
einem ersten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das Mehl, das
ausgehend von zuvor geputzten, verlesenen, enthäuteten,
entstaubten und zerkleinerten Erbsen erhalten wurde, ebenfalls in
Wasser suspendiert.
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Der
pH der Lösung ist kein beschränkender Faktor,
aber man entscheidet sich vorteilhafterweise dafür, den
pH der Suspension nicht zu berichtigen, was dazu führt,
dass in einem pH-Bereich zwischen 6,2 und 7 gearbeitet wird.
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Man
lässt die Suspension in diesem wässrigen Medium
für kurze Zeit, zwischen 5 min und 2 Stunden, bei einer
Temperatur zwischen 15°C und 25°C, vorzugsweise
bei Umgebungstemperatur, diffundieren.
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In
einem zweiten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
zweiten bevorzugten Ausführungsform entscheidet man sich
für das direkte Behandeln der wässrigen Mehlsuspension
mit einer Kombination von Hydrozyklonen, ohne dass die Erbsenfaserfraktion
durch vorheriges Sieben entfernt wird.
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So
hat die Anmelderin festgestellt, dass man aufgrund der Entscheidung
für diesen Trennschritt mit Hydrozyklonen entsprechend
einer Konfiguration, die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird, leicht in zwei unterschiedliche Fraktionen auftrennen
kann, einerseits sehr reine Stärke und andererseits die
löslichen Substanzen, die Fasern und die Proteine.
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In
einem dritten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
zweiten bevorzugten Ausführungsform wird gegebenenfalls
die stärkereiche Suspension an den Hydrozyklonen aufkonzentriert,
so dass die Stärke gereinigt wird.
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Dieser
Schritt kann auch mithilfe einer weiteren Kombination von Hydrozyklonen
durchgeführt werden.
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Wie
jedoch nachstehend noch ausgeführt wird, hat die Anmelderin überraschender-
und unerwarteterweise festgestellt, dass der Grad der Reinheit der
Stärkefraktion, die direkt durch Verwendung von Hydrozyklonen
erhalten wird, derart ist, dass diese Stärkefraktion nur
dann eines zusätzlichen Raffinationsschrittes bedarf, wenn
man eine Stärke erhalten möchte, die nicht mehr
als 0,2% an restlichen Proteinen enthält.
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In
einem vierten Schritt des Verfahrens gemäß dieser
zweiten bevorzugten Ausführungsform werden unter Verwendung
von Zentrifugaldekantern in einer Konfiguration, die bei der Behandlung
von Kartoffelfruchtwasser verwendet wird, die inneren Fasern leicht
von der an Proteinen und löslichen Substanzen reichen Fraktion
abgetrennt.
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In
einem fünften Schritt des Verfahrens gemäß dieser
zweiten bevorzugten Ausführungsform werden die Proteine
leicht aus der Fraktion, die das so erhaltene Gemisch von löslichen
Substanzen und Proteinen enthält, durch eine Technik isoliert,
die aus der Gruppe der Techniken zur Ausfällung von Proteinen
bei ihrem isoelektrischen pH und Membrantrennungstechniken des Ultrafiltrationstyps
ausgewählt ist.
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Das
erfindungsgemäß verwendete Verfahren zur Extraktion
und Raffination der Bestandteile von Erbsenmehl besteht schließlich
darin, dass dieses Verfahren mithilfe mindestens eines der Ausrüstungsgegenstände
einer Kartoffelstärkefabrik, ausgewählt aus der
Gruppe, bestehend aus Hydrozyklonen, Zentrifugaldekantern und Sieben,
durchgeführt wird.
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Die
Verwendung dieser Verfahren kann vorteilhafter in einer besonderen
Vorrichtung, aber noch besser direkt zwischen den Betriebsperioden
in einer industriellen Kartoffelstärkeanlage zur Behandlung
von Kartoffeln im eigentlichen Sinne durchgeführt werden.
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Die
Erfindung benutzt folglich auch eine Vorrichtung zur Extraktion
und Raffination der Bestandteile von Erbsenmehl, die mindestens
einen der Ausrüstungsgegenstände einer Kartoffelstärkefabrik,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hydrozyklonen,
Zentrifugaldekantern und Sieben, umfasst.
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Eine
erste Vorrichtung umfasst als Ausrüstungsgegenstände
einer Kartoffelstärkefabrik Siebe und Zentrifugaldekanter.
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Eine
zweite Vorrichtung umfasst als Ausrüstungsgegenstände
einer Kartoffelstärkefabrik Hydrozyklone und Zentrifugaldekanter.
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Durch
die Verwendung dieser Vorrichtungen lassen sich sehr stark angereicherte
Fraktionen mit einer ausgezeichneten Ausbeute erhalten.
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So
wurde festgestellt, dass man mehr als 90% der ursprünglich
vorhandenen Proteine extrahieren und die Stärke mit einer
Reinheit von mindestens 99,5% erhalten kann.
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Es
wurden Messungen des Anteils an restlichen Proteinen, des pH und
der BRABENDER-Viskosität der Erbsenstärke, die
gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhalten wurde, durchgeführt.
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Die
durch das erfindungsgemäß verwendete Verfahren
hergestellte Stärke weist einen Gehalt an restlichen Proteinen
zwischen 0,3 und 0,5% und ein pH-Wert zwischen 3,5 und 7, vorzugsweise
zwischen 5 und 7, auf.
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Das
hier eingesetzte Verfahren zur Bestimmung des Proteingehaltes ist
dasjenige von DUMAS (Norm NF V 18-120 vom März
1977 – Verbrennungsverfahren – Stickstoffbestimmung).
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Der
pH der Erbsenstärke wird bei Umgebungstemperatur an einer
Lösung bestimmt, die 20 g Trockengewicht in 80 ml entmineralisiertem
Wasser enthält.
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Die
durch das erfindungsgemäß verwendete Verfahren
hergestellte Stärke weist außerdem eine gemäß einem
Test A bestimmte BRABENDER-Viskosität zwischen 950 und
1100 BU, vorzugsweise zwischen 970 und 1050 BU, auf.
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Bei
dem Test A handelt es sich um einen Test, der von der Anmelderin
entwickelt wurde und bei dem man die Viskosität einer Suspension
von stärkehaltiger Substanz in einem Natriummedium mithilfe
des BRABENDER-Viskographen bestimmt.
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Diese
Viskositätsmessung erfolgt unter präzisen Konzentrationsbedingungen
und gemäß einer angemessenen Temperatur-/Zeit-Programmierung.
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Dieser
Test lässt sich wie folgt beschreiben: Man bereitet in
einem 600-ml-Becher 20,9 g trockene Erbsenstärke vor und
gibt dazu 48 g einer 1 N Natriumhydroxidlösung und 470
g entmineralisiertes Wasser mit einem Widerstand von mehr als 500000
Ohm.
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Diese
Mischung wird bei Umgebungstemperatur in der Schale eines BRABENDER-Pt100-Viskosimeters
hergestellt. Unter Verwendung dieser Apparatur erhitzt man anschließend
die Mischung schnell bis auf 35°C mit einer Rate von 3°C/min.
Man behält diese Temperatur für 5 Minuten bei
und führt anschließend einen Temperaturanstieg
von 2,5°/min durch, bis 92°C erreicht sind. Diese
Temperatur wird für 20 min beibehalten.
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Die
Viskosität, ausgedrückt in BRABENDER-Einheiten
(BU), entspricht somit dem Wert des gemessenen Viskositätsmaximums.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim
Lesen der nachstehend gegebenen Beispiele deutlich, welche die Erfindung
veranschaulichen, jedoch ohne sie zu beschränken.
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Beispiel 1
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Erbsenmehl
wird mittels Zerkleinerung enthülster Futtererbsen in einer
Hammermühle des Typs ALPINE, die mit einem 100-μm-Gitter
ausgerüstet ist, hergestellt.
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Anschließend
werden 300 kg Mehl mit 87% Trockensubstanz in Wasser in einer Endkonzentration
von 25%, bezogen auf die Trockensubstanz, bei einem pH von 6,5 für
30 Minuten bei Umgebungstemperatur eingeweicht.
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Anschließend
werden 1044 kg der Mehlsuspension mit 25% Trockensubstanz (also
261 kg trockenes Mehl) mit 500 kg Wasser in eine auf einer industriellen Kartoffelstärkeanlage
zur Behandlung von Kartoffeln basierenden Kombination von Hydrozyklonen
eingebracht.
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Diese
Kombination von Hydrozyklonen besteht aus 14 Stufen. Sie wird mit
der Mehlsuspension auf der Stufe Nr. 5 beschickt.
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Diese
Trennung führt zur Gewinnung einer leichten Phase, die
dem Auslass der Stufe Nr. 1 entspricht. Sie besteht aus dem Gemisch
von Proteinen, inneren Fasern und löslichen Substanzen.
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Die
schwere Phase, die die Stärke enthält, ist das
in Höhe der Stufe Nr. 14 erhaltene Konzentrat.
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Der
Einlass der Stufe Nr. 14 wird mit Waschwasser beschickt.
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Diese
Trennung mit Hydrozyklonen führt zur Gewinnung einer leichten
Phase, die aus einem Gemisch von Proteinen, inneren Fasern und löslichen
Substanzen besteht, und einer schweren Phase, die aus Erbsenstärke
besteht.
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In
der schweren Phase werden 297 kg Stärkemilch mit 40% Trockensubstanz
(also 119 kg Stärke, bezogen auf die Trockensubstanz) gewonnen.
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Der
Gehalt an Verunreinigungen ist kleiner als 1%, der Gehalt an Proteinen
beträgt 0,3%, bezogen auf die Trockensubstanz.
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Somit
ist es nicht notwendig, eine zusätzliche Raffination dieser
Fraktion durchzuführen.
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Die
leichte Phase am Auslass der Hydrozyklone enthält ihrerseits
im Gemisch (142 kg, bezogen auf die Trockensubstanz in der Gesamtmenge):
Fasern (etwa 14,8 Gew.-%, d. h. 21 kg, bezogen auf die Trockensubstanz), Proteine
(etwa 42,8 Gew.-%, d. h. 60,8 kg, bezogen auf die Trockensubstanz)
und lösliche Substanzen (etwa 42,4 Gew.-%, d. h. 60,2 kg,
bezogen auf die Trockensubstanz).
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Sie
wird anschließend auf einen Gehalt an Trockensubstanz von
11,4% gebracht.
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Die
Abtrennung der Fasern wird mit Zentrifugaldekantern des Typs WESPHALIA
vorgenommen, die in einer industriellen Kartoffelstärkeanlage
zur Behandlung von Kartoffeln eingesetzt werden.
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Die
leichte Phase am Auslass des Zentrifugaldekanters enthält
ein Gemisch von Proteinen und löslichen Substanzen, während
die schwere Phase die Erbsenfasern enthält.
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Die
schwere Phase enthält 105 kg Fasern bei 20% Trockensubstanz.
Es wird festgestellt, dass sich praktisch alle Fasern in dieser
Fraktion befinden.
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Die
Fraktion der Proteine und löslichen Substanzen enthält
1142 kg eines Gemischs von löslichen Substanzen und Proteinen
in Lösung.
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Die
Koagulation der Proteine an ihrem isoelektrischen Punkt wird durchgeführt,
indem die leichte Phase am Auslass de Zentrifugaldekanters auf einen
pH von 4,6 eingestellt und diese Lösung auf 100°C
erhitzt wird.
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Nach
der Ausfällung der Proteine wird eine Zentrifugaldekantierung
vorgenommen, durch die nach Trocknen ein Sediment gewonnen werden
kann, das 56 kg Proteine (86% N 6,25, bezogen auf die Trockensubstanz)
mit 93% Trockensubstanz enthält.
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Beispiel 2
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Man
bestimmt die physikochemischen Eigenschaften der Erbsenstärke,
die gemäß dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren
hergestellt wurde, das viermal wiederholt wurde.
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Die
folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse, die für den Proteingehalt,
den pH und die Viskosität gemäß dem Test
A erhalten wurden, der an den vier so erhaltenen Proben bestimmt
wurde.
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Physikochemische
Eigenschaften von 4 Erbsenstärkeproben, die gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren extrahiert wurden.
| | Probe
1 | Probe
2 | Probe
3 | Probe
4 |
| Gehalt
an restlichen Proteinen (%) | 0,3 | 0,45 | 0,5 | 0,45 |
| pH | 6,9 | 5,8 | 5,2 | 5,6 |
| Viskosität
(BU) | 1010 | 970 | 1030 | 1050 |
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Diese
Ergebnisse zeigen, dass Erbsenstärke, die direkt nach dem
Schritt des Durchgangs durch Hydrozyklone erhalten wurde, einen
vollständig zufriedenstellenden Gehalt an restlichen Proteinen
sowie einen pH-Wert aufweist, der widerspiegelt, dass die Behandlung
der Mehlsuspension stromaufwärts in dem Verfahren ohne
Berichtigung des pH durchgeführt wurde.
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Messungen,
die an im Handel erhältlichen Erbsenstärken durchgeführt
wurden, liefern Proteingehalte zwischen 0,18 und 0,25%, aber pH-Werte
für Erbsenstärke in Lösung von weniger
als 3,5 oder mehr als 7.
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Die
gemäß dem erfindungsgemäß verwendeten
Verfahren erhaltene Erbsenstärke ist somit vollständig
einzigartig im Vergleich zu anderen Erbsenstärken.
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Außerdem
ist bemerkenswert, dass die gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Erbsenstärken Viskositäten
zwischen 970 und 1050 BU aufweisen, während Messungen,
die an kommerziellen Erbsenstärken gemäß dem
Test A durchgeführt wurden, Viskositätswerte über
1280 BU ergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 443692 [0010]
- - EP 517965 [0010]
- - FR 2256727 [0010]
- - WO 93/16109 [0014, 0017]
- - WO 00/40787 [0019, 0024]
- - WO 00/40788 [0019, 0022]
- - DD 275609 [0045]
- - US 4766204 [0050]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - VOSE et al.
ganz allgemein in einer Übersicht in Cereal Chemistry,
1980, 57(6), S. 406–416 [0033]
- - MEUSER et al. haben in CEREAL CHEMISTRY, 74(4), S. 364–370
(1997) [0066]
- - Norm NF V 18-120 [0116]