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Verfahren zur Gewinnung von Weizenstärke Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Gewinnung von Weizenstärke, bei dem Weizenmehl mit Wasser
angeteigt, der Weizenmehlteig mit Wasser ausgewaschen, dabei anfallende Rohstärkemilch
gesiebt und die gesiebte Stärkemilch in Primastärke- und primahaltige Sekundastärkemilch
klassiert wird.
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Für die technische Gewinnung von Weizenstärke wird allgemein das Martin-Verfahren
angewendet, bei dem in der Regel harte Weichweizenmehle der Type 812 mit ca. 40
bis 50% Wasser angeteigt werden. Der kleber- und faserhaltige Weizenmehlteig wird
mit Wasser ausgewaschen, ein Vorgang, bei dem Weizenkleber als kaugummiartige Masse
zurückbleibt, die nach einer Entwässerung ihrer weiteren Verwendung zugeführt wird,während
die spezifisch leichtere Phase der Entwässerung in die Auswaschstufe zurückgespeist
wird. Die beim Auswaschen anfallende Rohstärkemilch wird anschließend gesiebt und
dadurch von
Weizenkleberresten und Faserteilchen befreit. Die gesiebte
Stärkemilch wird dann mit Hilfe von Düsenseparatoren anstelle früher üblicher Absetzbottiche
oder Trennschleudern in Primastärkemilch und in primahaltige Sekundastärkemilch
klassiert.
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Die Primastärkemilch wird mit Hilfe von Entwässerungszentrifugen od.
dgl. entwässert und die erhaltene Prima-Feuchtsärke einer weiteren Verwendung zugeführt,
während die spezifisch leichtere Phase der Entwässerung in die Siebstufe zurückgespeist
wird.
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Die Sekundastärkemilch durchläuft nach dem Klassierungsvorgang eine
Rückgewinnungsstufe sowie nachfolgend eine Vorkonzentrationsstufe, wobei die spezifisch
leichteren Phasen dieser beiden Stufen in die Siebstufe bzw. die Auswaschstufe zurückgespeist
werden. Die vorkonzentrierte Sekundastärkemilch wird danach mit einem Dekanter eingedickt
und dessen Oberlauf mit Schlammseparatoren geklärt. Die spezifisch leichtere Phase
der Schlammseparatoren bildet Weizenstärkeabwasser.
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Eine solche Weizenstärkegewinnung bedingt einen Abwasseranfall von
8 bis 10 m3/tato Weizenmehl mit einer Konzentration von 1 bis 2% Trockensubstanz.
Die dementsprechend zwischen 500 bis 800 Schadeinheiten/tato Weizenmehl schwankende
Abwasserlast wirft schwerwiegende Probleme auf, die bis heute ungelöst sind, da
das Auswaschen des Weizenklebers einerseits ud das Klassieren der Stärke andererseits
unter Beachtung hinreichender Wirtschaftlichkeit des Verfahrens unbelastetes bzw.
Frischwasser in Mengen erfordern, die schon die effektive Durchsatzleistung erheblich
mindernde Maßnahmen erfordern, um einen Abwasserfaktor
von nur 8
bis 10 m3/tato Weizenmehl mit einer Konzentration von 1 bis 2% Trockensubstanz überhaupt
erreichen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung
von Weizenstärke zu schaffen, das wirtschaftlich und unter weitgehender Verwendung
von Anlagen für die Au'sführung des Martin-Verfahrens durchführbar ist, eine auf
einen Bruchteil verringerte Abwasserlast nach Schadeinheiten erbringt und darüber
hinaus eine wirtschaftliche Gewinnung wertvoller Inhaltsstoffe des wasserlöslichen
Weizenmehlanteiles erlaubt.
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Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art sieht das
Verfahren nach der Erfindung hierzu in erster Linie vor, daß die primahaltige Sekundastärkemilch
eingedampftund die dabei anfallenden Brüden als Prozeßwasser in eine vorangehende
Verrahrensstufe zurückgeführt werden.
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Das erfindungsgemäRe Verfahren mit seiner die primahaltige Sekundastärkemilch
erfassenden thermischen Trennung erlaubt eine weitgehende Schließung des Wasserkreislaufs,
da die bei der thermischen Trennung durch Eindampfen anfallende Brüden nach Trockensubstanz
nicht mehr belastet sind und nur noch einen geringen Anteil anflüchtigen organischen
Säuren besitzen. Daher können diese Brüden in den Kreislauf zurückgespeist werden,
ohne dadurch eine Anreicherung an Mikroorganismen, z,B. Milchsäurebakterien, und
anderen hochpolymeren Inhaltsstoffen, z.B. Schleimstoffen, zu fördern, oder das
zu einem großen Teil die Rentabilität
der Weizenstärkegewinnung
sichernde Herstellen von Weizenkleber oder Trennen von Prima- und Sekundastärke
im Klassifizierei zu beeinträchtigen, die am günstigsten mit an Trockensubstanz
unbelastetem Waschwasser vorgenommen werden. Infolge eines Fortls einer nochmaligen
Verarbeitung von Stärkebestandteilen aus rückgeführten Wässern, die beim bekannten
Verfahren die effektive Durchsatzleistung des Klassifizierers erheblich herabsetzt,
ist das Verfahren mit höhrerer Durchsatzleistung ausfAhrbar, während ferner neben
Primastärke ein Weizenstärkegemisch gewonnen wird, das native und/oder aufgeschlossene
sowie abgebaute Prima- und Sekundastärke, wasserlösliche Bestandteile des Weizenmehls,
insbesondere Proteine und Pentosane, sowie schließlich Mineralstoffe und Vitamine
des B-Komplexes enthält. Ein solches Gemisch entfaltet besondere Eigenschaften,
z.B. ein besseres Wasserbindevermögen, und erschließt dementsprechend neue Anwendungsmöglichkeiten,
und zwar -sowohl auf dem Nahrungsmittelsektor als Zusatzmittel, z.B. als Backmittel,
als auch auf technischen Anwendungsgebieten, z.B. dem pharmazeutischer Präparate.
Insbesondere aberermöglicht das Verfahren nach der Erfindung eine Verminderung des
Abwasserfaktors auf ca. 2,5 m3/tato Weizenmehl und darunter, wobei das Abwasser
keine absetzbaren Stoffe mehr enthält, ungiftig ist und hinsichtlich seines chemischen
Sauerstoffsbedarfs den Wert von 200 nicht überschreitet. Dementsprechend mindert
sich die Abwasserlast auf unter 40 Schadeinheiten/tato Weizenmehl.
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Bei Entwässerung der von der primahaltigen Sekundastärkemilch
getrennten
Primastärkemilch zur Bildung von Primastärke kann nach der Erfindung die bei der
Entwässerung anfallende spezifisch leichtere Phase der primahaltigen Sekundastärkemilch
vor dem Eindampfen zugeführt werden, um dann mit dieser gemeinsam eingedampft zu
werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die primahaltige Sekundastärkemilch,
gegebenenfalls gemeinsam mit der spezifisch leichteren Phase der Entwässerung der
Primastärkemilch, ferner vor dem Eindampfen einer enzymatischen Behandlung mit Amylasen
ausgesetzt worden, wobei für eine solche enzymatische Behandlung Amylasen in einem
Anteil von 1 - 5 Gew.o/o bezogen auf den Stärkegehalt i.T. zugesetzt werden können.
Eine solche Vorbehandlung mit enzymatischem Abbau der Stärke wirkt nicht nur Verkleisterungsgefahren
im Verdampfer entgegen, sondern ermöglicht auch eine erhöhte Endkonzentration, die
ohne enzymatische Vorbehandlung z.B. 28% T.S. und mit enzymatischer Behandlung 40%
T.S. betragen kann. Darüber hinaus verbessert die enzymatische Behandlung das gewonnene
Weizenstärkegemisch.
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Zahlreiche weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die ein Blockschaltbild
einer das Verfahren nach der Erfindung verwirklichenden Anlage veranschaulicht.
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In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Kneteinrichtung, in der Weizenmehl,
insbesondere hartes Weichweizenmehl der Type 812, zusammen mit Wasser zu einem Weizenmehlteig
verarbeitet wird. Die Weizenmehlzufuhr veranschaulicht der Pfeil 2, die Wasserzufuhr
der Pfeil 3.
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Entsprechend Pfeil 4 wird der-Weizenmehlteig einer Auswascheinrichtung
5 zugeführt, in der der Weizenmehlteig mit Wasser ausgewaschen wird. Die Wasserzufuhren
zur Auswascheinrichtung 5 versinnbildlichen die Pfeile 6 und 7. Die die Auswascheinrichtung
5 verlassende Rohstärkemilch gelangt entsprechend Pfeil 8 in eine Siebeinrichtung
9ß0, während der Weizennaßkleber aus der Auswascheinrichtung 5 entsprechend Pfeil
11 einer Entwässerungseinrichtung 12 zugeführt wird und diese als Weizenkleber bei
13 verläßt.
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Die nach Passieren von Klebersieben und Stärkesieben der Siebeinrichtung
iX0 gemäß Pfeil 14 verlassende Stärkemilch wird der Vorkonzentrationsstufe 15 zugeführt,
während die Weizennaßkleberreste und Rohfasern die Siebeinrichtung 9,10 gemäß Pfeil
16 verlassen und einer Entwässerungseinrichtung 17 zugeführt werden, die sie nach
Entwässerung als Weizenkleber-Futter entsprechend Pfeil 19 verlassen. Die spezifisch
leichtere Phase (bei Verwendung von Entwässerungszentrifugen der überlauf) der Entwässerungs
einrichtung 12 wird gemäß Pfeil 20 gemeinsam mit dem überlauf der Entwässerungseinrichtung
17 zur Siebeinrichtung 9,10 gemäß Pfeil 18 geführt und dort als Prozeßwasser in
das Verfahren zurüc -gespeist.
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Die spezifisch leichtere Phase (bei Verwendung von DUsenseparatoren
der Oberlauf) der Vorkonzentrationsstufe 15 wird entsprechend Pfeil 7 als Waschwasser
zur Auswascheinrichtung 5 -zurückgeführt.
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Die vorkonzentrierte Stärkemilch gelangt aus der Vorkonz&trationsstufe
15 entsprechend Pfeil 21 in einen Klassifizierer 22, z.B. einen Düsenseparator,
dem entsprechend Pfeil 27 Frischwasser zugeführt wird. Die den Klassifizierer gemäß
Pfeil 23 verlassende Primastärkemilch wird der Entwässerungseinrichtung 24 aufgegeben
und verläßt diese als Prima-Feuchtstärke, 'wie dies Pfeil 25 versinnbildlicht.
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Die den Klassifizierer verlassende, primahaltige Sekundastärkemilch
gelangt gemäß Pfeil 28 in eine Einrichtung 29 zur enzymatischen Behandlung, wobei
dieser Einrichtung 29 auch die spezifisch leichtere Phase bzw. der überlauf der
Entwässerungseinrichtung 24 gemäß Pfeil 26 zugeführt wird. Die enzymatisch behandelte,
primahaltige Sekundastärkemilch gelangt dann schließlich entsprechend Pfeil 30 in
einen Verdampfer 31, der als zumindest zweistufiger, vorteilhaft aber als drei-
oder vierstufiger Fallstromverdampfer ausgebildet sein kann. Aus dem Verdampfer
31 wird ein Weizenstärkegemisch entsprechend Pfeil 32 abgeführt, während die Brüden
des Verdampfer 31 zum größten Teil gemäß dem Pfeil 33,3,6 der Kneteinrichtung 1
und der Auswascheinrichtung 5 als Prozeßwasser zugeführt und damit in das Verfahren
rückgespeist werden.
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Lediglich ein kleiner, sich aus der Gesamt-Wasserbilanz ergebender
Anteil an Brüden verläßt die Einrichtung gemäß Pfeil 34 als Abwasser.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel einer das Verfahre
nachder Erfindung verwirklichenden Anlage kann, wie hier angemerkt sei, in mannigfacher
Weise abgewandelt werden. So können-z.B. die
Vorkonzentrationsstufe
15 sowie die Einrichtung 29 zur enzymatischen Behandlung entfallen, worauf weiter
unten noch einzugehen sein wird. Ferner versteht sich, daß die in dem Blockdiagramm
veranschaulichte Anlage Abwandlungen unter dem Gesichtspunkt abweichender Auslegung
erfahren kann. So kann z.B. der Rückstand der Siebeinrichtungen 9,10 versinnbildlicht
als Pfeil 16 auch direkt in die Einrichtung 29 geführt werden.
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Die Durchführung des Verfahrens sei nun anhand von Berechnungsgrundlagen
und Versuchsergebnissen näher erläutert: 1.) Berechnungsgrundlagen Die Rohstärkemilch
fällt je nach Mehlqualität mit einer Konzentration mn 10 bis 15% T.S., in Ausnahmefällen
sogar bis 20% T.S., an. Unter der Berücksichtigung, daß das erfindungsgemäße Verfahren
im wesentlichen geschlossen ist, wird eine Gesamtausbeute an Stärke von 85% i.T.
zugrundegelegt.Damit ergeben sich bei einer angenommenen Mehlverarbei tung von 50
tato folgende Mengenbilanzen: 1) Mengenbilanz Vorkonzentrator 15 In der Regel beträgt
die Konzentration in der Rohstärkemilch mindestens
Die Mengenbilanzgleichung lautet für 1 t dann: (1) 1 # 0,11 =
x # 0,22 + (1 - x) # 0,01 x = 0,476 t Konzentrat/ t Einlauf Bei einer Stärkeausbeute
von 85% i.T. errechnen sich folgende Mengen an Einlauf in den Vorkonzentrator 15:
50 tato Weizenmehl 14,4 t/h Einlauf Mit dem Faktor x = 0,476 ergeben sich dann folgende
Mengen an Vorkonzentrat: 50 tatW.M. - 6,584 t/h - bei 24 h 164,496 t/d 2) Mengenbilanz
Klassifizierer 22 Es werden beim Einsatz von Frischwasser beim Klassifizieren 10
bis 12 m3/hbenötigt.
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Bei einer maximalen Einlaufmenge von 30 tih lautet die Mengenbilanzgleichung
dann: (2) 30 # 0,22 + 12 # 0,01 = 10 # 0,40 + 32 # x x = 0,085 Konzentration des
Oberlaufes Die Konzentration des Oberlaufes, d.h. der primahaltigen Sekundastärkemilch
beträgt 8,5% T.S.
| Mehlverarbeitung tato 50 |
| Vorkonzentrat t/d 164,496 |
| Betriebsdauer - h 5>4832 |
| Konzentrat t/d 54,832 |
| Oberlauf t/d 175,464 |
b) Mengenbilanz Entwässerungszentrifuge 24
In der Regel wird bei dieser Überlaufzentrifuge kein Waschvorgang eingeschaltet.
Je nach Trocknungsdauer werden Konzentrationen von 63 bis 65% T.S. erreicht. Der
Überlauf hat in der
Regel mindestens 10% T.S.
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Die Mengenbilanzgleichung lautet bei einer Füllmenge von 1,3 t pro
Füllung: (3) 1,3 . 0,40 = x 0,63 + (1,3 - x) 0,10 x = 0,78 t Konzentrat/ t Einlauf
pro Füllung fallen an: 0,78 t Konzentrat 0,52 t Überlauf
| Mehlverarbeitung tato 5o |
| Primakonzentrat t/d 54,832 |
| Füllungen 42,17 |
Da die Trommel der Uberlaufzentrifuge zu einer Füllung 1,3 t benötigt, entstehen
Zulaufreste.
| Mehlverarbeitung tato 50 |
| Primakonzentrat t/d 54,832 |
| Füllungen 42 |
| Einlauf Strom- |
| trockner 25 t/d 32,76 |
| Überlauf t/d - 21,84 |
| + Rest vom Einlauf t/d 0,232 |
| Fertigprodukt |
| (Prima) bei |
| 14% H20 t/d 23,999 |
| Ausbeute % i.S. 48,00 |
| Wasserverdamhng t/d 8,761 |
11.) Mengenbilanz-Verdampfer 31 Es werden zwei Möglichkeiten unterschieden,
nämlich erstens das Eindampfen des Oberlaufes vom Klassifizierer 22 mit und zweitens
ohne enzymatische Vorbehandlung. Da zum Oberlauf des Klassifizierers 22 der Überlauf
der Entwässerungseinrichtung 24 hinzugefügt wird, müssen die Einlaufbedingungen
in die Eindampfanlage korrigiert werden.
| Mehlverarbeitung tato 50 |
| Oberlauf t/d 175,464 |
| Überlauf t/d 21,840 - |
| Primarest t/d 0,232 |
| Einlauf t/d 197,536 |
| Konzentration % T.S. 1 8,7 |
4.1) Gesamtbilanz Eindampfen ohne enzymatische Vorbehandlung Wird der Oberlauf,
d.h. die primahaltige Sekundastärkemilch ohne Vorbehandlung eingedampft, darf die
Produktsiedetemperatur bei Verwendung eines Fallstromverdampfers 500 C nicht überschreiten.
Eine Überschreitung dieser Temperatur führt wegen der einsetzenden Verkleisterung
der Stärke zu Belägen.
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Großtechnische Versuche erbrachten eine Endkonzentration von 28%
T.S. Für einen Dauerbetrieb können zumindest 25% T.S. zugrundegelegt werden. Der
Verdampfer kann zweistufig ausgelegt werden.
| Mehlverarbeitung tato 50 |
| Einlauf t/d 197,536 |
| Konzentration % T.S. 8,7 |
| Konzentrat t/d 68,740 |
| Endkonzentration%T.S. 25 |
| Wasserverdampfung t/d 128,796 - |
4.2) Gesamtbilanz Eindampfen mit enzymatischer Vorbehandlung Der enzymatische Abbau
der Stärke mit Enzymen, die Stärke verflüssigen, verhindert das Verkleistern der
Stärke im Verdampfer und erhöht die Endkonzentration. Um diese enzymatische Behandlung
so einfach wie möglich zu gestalten, wurden Bakterienamylase (1,5 o/oo Zusatz, 600
C, 30 Min) und Pilz - db - Amylase (1,5 o/oo Zusatz, 600 C, 30 Min) hinzugegeben.
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Die Strukturviskosität dieses Produktes erlaubt es, bei Dauerbetrieb
40% T.S. zu erreichen. Die Eindampfanlage wurde vierstufig gefahren.
| Mehlverarbeitung tato 50 |
| Einlauf t/d 197,536 |
| Konzentration % T.S. 8,7 |
| Konzentrat t/d 42,962 |
| Endkonzentration %T.S. 40 |
| Wasserverdampfung t/d 154,574 - |
II) Trocknung und Produkt analysen Die Konzentrate des Verdampfers
31 können auf Walzen getrocknet werden. Dabei ergeben sich folgende Ergebnisse:
1) Enzymatisch unvorbehandeltes Konzentrat Das unbehandelte Konzentrat wurde auf
Walzen get'rocknet.
| Mehlverarbeitung tato 50 |
| Einlauf in Trock- |
| ner tld 68,740 |
| Konzentration % T.S. 25 |
| Fertigprodukt |
| (5% H20) t/d 18,089 |
| Ausbeute % i.S. 36,18 |
| Wasserverdampfung 50,651 |
Produkt analyse des eingedampften und getrQckneten Oberlaufes
vom Klassifizierer 31 Aussehen helles weißes Pulver Farbe besser als O % H20 ca.
5,0 pH-Wert ca. 4,0 Azidität ml n/10 naOH/10 gr/ pH 8,4 ca. 7,0 % Rohprotein (Nx6,25)
i.T. ca. 2,4 Schüttgewicht g/l ca. 390,0 % Stärke und sonst. Kohlenhydrate (ber.)
ca. 91,46 g Rohfaser ca. 0,18 % Asche ca. 0,80 % Rohfett ca. 0,16 % wasserlösliche
Rohprotein ca. 1,70 Viskosität B.V.E. ca. 1500 % Wasserbindevermögen ca. 8,40 %
uellvermögen ca. 70,00 % Stärke (n. Ewers) ca. 85,00 Sieb analyse % R DIN 8 (0,750
mm) -o % R DIN 14 (0,430 mm) ca. 0,05 % R DIN 40 (0,150 mm) ca. 3,00 S D DIN 40
(0,150 mm) ca. 96,95
2) Enzymatisch vorbehandeltes Konzentrat
| Mehlverarbeitung tato 50 |
| Einlauf in Trock- |
| ner t/d 42,962 |
| Konzentration 40 |
| Fertigprodukt |
| (5% H20) t/d 18,089 |
| Ausbeute % i.S. 36,18 |
| Wasser verdampfung 24,873 |
Produktanalyse des enzymatisch vorbehandelten, eingedampften und getrockneten Oberlaufes
vom Klassifizierer 31 Aussehen fiell-braunes Pulver Farbe 3 pH-Wert ca. 5,0 Azidität
ml n/10 NaOH/10 gr/pH 8,4 ca. 10,0 % H20 ca. 5,0 % Rohprotein (N x 6,25) i.T. ca.
3,0 Schüttgewicht g/l ca. 570 % Stärke und sonstige Kohlenhydrate (ber.) i.T. ca.
95,75 Jodtest (qual.) pos.
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% Asche (8000C) i.T. ca. 1,00 % Rohfaser i.T. ca. 0,10 % Rohfett (Soxhlet)
i.T. ca. 0,15 wasserlösl. Protein ca. 0,50 Viskosität B.V.E. O Wasserbindungsvermögen
g H2O/g ca. 2,4
g Quellvermögen ca. 20,4 % R DIN 8 (0,750 mm) ca.
o % R DIN 14 (0,430 mm) ca. O % R DIN 4Q (0,150 mm) ca. 0,22 % D DIN 40 (0,150 mm)
- ca. 99,78 III) Wasserhaushalt Es wird vom Wasserhaushalt einer Mehlverarbeitung
von 50 tato ausgegangen. Bei dieser Durchsatzleistung wird diskontinuierlich gefahren.
Bei einem kontinuierlichen Betrieb fällt der Frischwasserbedarf nur halb so groß
aus, da die Auswascheinrichtung 5 vom Vorkonzentrator 15 den größten Teil des Wassers
erhält.
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Für den laufenden Prozeß wird nur an einer Stelle im Kreislauf Wasser
eingeführt, nämlich in den Klassifizierer 22.
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1) Kreislaufwasser (Brüden vom Verdampfer) Was den BSB5-Wert und
KMnO4-Verbrauch der anfallenden Brüden angeht, zeigen sich Unterschiede bedingt
durch die Vorbehandlung. Die Belastung an Trockensubstanz lag in allen Fällen nicht
über 0,1 gr/l. Die Sedimenttrockensubstanz wurde mit einer Laborzentrifuge bestimmt.
Der Bodensatz der Zentrifugengläser (4 x 10 ml) wird mit dest. Wasser aufgelöst
und eingedampft.
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1.1) Kreislaufwasser ohne enzymatische Vorbehandlung
| Brüden 1. Stufe 2. Stufe |
| GesTr. gr/l 0,05 0,02 |
| Sed.Tr. gr/l O 0 |
| Lösl. Tr. gril -0,05 0,02 |
| KMnO4mgSl 200 100 |
| BSB5 mg/l 150 120 |
| % Anteil an Ge- |
| samtbrüden ea. 65 35 |
1.2) Kreislaufwasser mit enzymatischer Vorbehandlung
| Brüden 1. Stufe 2. Stufe 3. Stufe |
| Ges.Tr. gr/l 0,10 0,08 0,02 |
| Sed.Tr. gril 0 0 00 |
| Lösl.Tr. gr/l 0,10 0,o8 0,02 |
| KMnO4 mg/l 200 200 50 |
| BSB5 mg/l 500 500 100 |
| S Anteile an Ge- |
| samtbrilden ca. I 45 35 20 |
2) Abwasser Die anfallenden Brüden vom Verdampfer werden bei der Knetereinrichtung
1 und in der Auswascheinrichtung 5 eingesetzt. Der Überschuß an Brüden, ca. 2,5
m3 tato Weizenmehl, verläßt den Betrieb als Abwasser. Die Beschaffen-heit des Abwassers
ist nicht schlechter als das der Brüden aus der ersten Stufe. Da das Abwasser keine
absetzbaren Stoffe enthält,
nicht giftig ist und der chemische
Sauerstoffbedarf den Wert von 200 nicht überschreitet, fällt nach dem neuen Abwasserabgabengesetz
eine Abwasserlast von unter 40 Schadeinheiten tato Weizenmehl an.