DE2542155A1

DE2542155A1 - Verfahren zur gewinnung von wasserloeslichem eiweiss aus kartoffelfruchtwasser

Info

Publication number: DE2542155A1
Application number: DE19752542155
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Giesemann; Paul Schmidt; Hubertus Hendrik Snijder
Original assignee: Koninklijke Scholten-Honig NV
Current assignee: Koninklijke Scholten-Honig NV
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1975-09-22
Publication date: 1976-04-01
Also published as: SE7510598L; JPS5163200A; GB1520738A; NL7510937A

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler ~f" 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

5 Köln ι > ^den 22. Sept. 1975

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF Fu/ϊΐβ

Koninklijke Scholten-Honig N.V.,
Lagedijk 3, Koog a/d Zaan, Niederlande.

Verfahren zur Gewinnung von wasserlöslichem Eiweiß aus

Kartoffelfruchtwasser.

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Eiweiß aus nicht verdünntem oder verdünntem Kartoffelfruchtwasser. Die Erfindung betrifft dabei sowohl die Herstellung von wasserlöslichem Eiweiß als insbesondere auch die Gewinnung von Eiweiß mit verbesserter Farbe und verbessertem Geschmack.

Die Möglichkeit zur Aufarbeitung von Kartoffelfruchtwasser ist für die Kartoffeln verarbeitende Industrie von großer Bedeutung, beispielsweise für die Hersteller von Kartoffelstärke und Kartoffelchips. Wertvolle Nebenprodukte, z.B. Eiweisse, Aminosäuren und andere Materialien können gewonnen werden, und es kann eine Verschmutzung des Wassers durch Abwasser des Verfahrens beschränkt werden. Kartoffelfruchtwasser enthält gewöhnlich etwa 5 ^ Trockensubstanz, bestehend aus Eiweissen, Peptiden, Aminosäuren, Zuckern und Mineralien. Bekannte Verfahren benutzen die Wärmekoagulation des Eiweisses durch Dampfeinlaß in nicht kon-

Telefon: (02 21) 23 45 41- CfIQQI/ /ft Q A O = Dompatent Köln

zentriertes Kartoffelfruchtwasser (das etwa 1,5 # durch Wärme koagulierbares Eiweiß enthält) und das Abtrennen der durch Wärme koagulierten Eiweißmaterialien. Diese Verfahren sind wegen des Dampfverbrauchs und wegen der großen Anlage, die zur Behandlung des nicht konzentrierten Kartoffelfruchtwassers erforderlich ist, wenig wirtschaftlich. Auch ist bekannt, das Eiweiß in Kartoffelfruchtwasser, das durch Verdampfung konzentriert worden ist, zu koagulieren und das koagulierte Eiweiß abzuscheiden. Dieses Verfahren führt aber zu weniger reinen und zu gefärbten Eiweißprodukten. Weiter sind Verfahren bekannt, bei denen das Eiweiß durch Konzentration des Kartoffelfruchtwassers, z.B. durch Vakuumverdampfung und Trocknen des konzentrierten Fruchtwassers gewonnen wird. Die auf diese Weise erhaltenen Eiweißprodukte sind wenig rein und instabil, weil sie alle anderen Komponenten des Kartoffelfruchtwassers, d.h. Aminosäuren, organische Säuren, anorganische Salze, Zucker usw., enthalten.

Die Erfindung hat die Aufgäbe,für die Gewinnung von Eiweiß aus Kartoffelfruchtwasser Vorteile und Verbesserungen zu schaffen, z.B. eine zweckmässigere Gewinnung von Eiweiß und die Gewinnung eines besser löslichen Eiweißproduktes mit verbesserten Färb- und Geschmackeigenschaften zu ermöglichen. Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß diese Ziele erreicht werden können, wenn als erste Stufe das Kartoffelfruohtwasser durch Ultrafiltration konzentriert wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von wasserlöslichem Eiweiß aus Kartoffelfruchtwasser, das dadurch gekennzeichnet ist, daß nicht verdünntes oder verdünntes Kartoffelfruchtwasser einer Ultrafiltration unterworfen und das bei der Ultrafiltrationsstufe erhaltene Konzentrat bei einer Temperatur, unterhalb der Temperatur, bei der eine bedeutende Denaturierung des Eiweisses auftritt, getrocknet wird. Zu diesem Zweck wird die Produkt temper a tür unter 100 C gehalten. Vorzugsweise wird das wasserlösliche

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Eiweiß dadurch gewonnen, daß das nach der Ultrafiltrationsstufe erhaltene Konzentrat einer Sprühtrocknung unterworfen wird. Auch ist es möglich, wenn auch häufig erwünscht, das Konzentrat auf beheizten Walzen zu trocknen.

Jedes nicht verdünnte oder verdünnte Kartoffelfruchtwasser, das bei der Verarbeitung von Kartoffeln frei wird, kann als Ausgangsmaterial für die Ultrafiltrationsstufe der Erfindung verwendet werden. So kann z.B. in der Kartoffelmehlindustrie das Kartoffelfruchtwasser durch Auspressen oder Zentrifugieren des geraspelten Materials, wie dieses nach Raspeln der Kartoffeln vorliegt, erhalten werden. Vorzugsweise wird Kartoffelfruchtwasser verwendet, das erhalten worden ist durch Entfernung der Pasern mittels einer Dekantiervorrichtung aus einer Mischung von Kartoffelfruchtwasser und Fasern, wie diese bei einem Verfahren gemäß der niederländischen Patentanmeldung 72.00127 entstanden ist. Diese Dekantiervorrichtungen werden z.B. in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, New York, 1964, Band 4, Seiten 745-746, beschrieben.

Die niederländische Patentanmeldung 72.00127 beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von in geringem Maß verdünntem Kartoffelfruchtwasser, in dem die Kartoffeln geraspelt sind und bei dem das geraspelte Material durch Hydrozyklone in eine Mischung von Kartoffelfruchtwasser und Pasern und eine Stärkesuspension getrennt ist.

Das Kartoffelfruchtwasser kann bevor es der Ultrafiltration unterworfen wird, vorbehandelt werden. z.B. durch Variation des pH-Wertes innerhalb weiter Grenzen (pH 2-12). So kann z.B. Kalziumhydroxyd zugesetzt werden, wobei sich Phosphate und andere Verunreinigungen absetzen, die durch Filtrieren oder Zentrifugieren entfernt werden können. Auch ist es möglich, das Kartoffelfruchtwasser durch Dampfinjektion in kurzer Zeit auf 50-65 C zu erwärmen, um Enzyme zu inaktivieren oder eine Fraktion, die Farbstoffvorläufer

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enthält, auszufällen. Das vorerwärmte,Eiweiß enthaltende Wasser ist auf 50° C oder niedriger abzukühlen und kann geklärt werden, bevor es zur Ultrafiltrationsstufe geführt wird. Diese Vorbehandlungen verbessern die Farbe und den Geschmack der zu gewinnenden Eiweisse.

Zweckmäßig wird dafür gesorgt, daß das Kartoffelfruchtwasser, das zur Ultrafiltrationsvorrichtung gepumpt wird, im wesentlichen schaumfrei ist. Dies kann durch Abtrennung des anwesenden Schaums aus der Flüssigkeit mittels bekannter Vorrichtungen, z.B. durch Entschäumungsgefäße, erreicht werden.

Die Ultrafiltration, wie diese im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet wird, 1st ein Membranverfahren, bei dem die Porengröße der Hauptfaktor im Trennungsmechanismus ist. Für die Behandlung von Kartoffelfruchtwasser werden Membranen mit solchen Permeabilitäts- und Retentionseigenschaften gewählt, daß das Eiweißmaterial zurückgehalten wird und die Komponenten des Kartoffelfruchtwassers mit niedrigem Molekulargewicht durchgelassen werden. Geeignete Membranen für diesen Zweck sind z.B. Membranen, bestehend aus Zellulose- > azetat oder synthetischen Polymerisaten, z.B. Polyamiden oder Polymerisaten oder Mischpolymerisaten von Acrylnitril, Vinylidenchlorid, Vinylchlorid und anderen Vinylmonomeren. Bei der Ultrafiltration werden also vom Kartoffelfruchtwasser Materialien mit niedrigem Molekulargewicht und Wasser unter Druck durch die Membran getrieben, wobei ein Konzen- ! trat, das im wesentlichen die Eiweisse enthält, und ein Permeat, das das Material mit niedrigem Molekulargewicht, z.B. Peptide, Aminosäuren, Zucker und anorganische Salze enthält, erhalten werden. Der angewendete Druck beträgt zweckmäßig etwa 2,8 bis

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17*5 kg/cm , vorzugsweise 2,8 bis 10,5 kg/cm .

Das Volumen des erfca ltenen Konzentrats kann etwa die Hälfte bis etwa ein Zehntel des ursprünglichen Volumens des Kartoffelfruchtwassers ausmachen und beträgt vorzugsweise ein Viertel bis ein Sechstel des ursprünglichen Volumens.

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In Abhängigkeit von den verwendeten Membranen und dem Gewinnungsgrad kann die Fließgeschwindigkeit einen Wert in der Größenordnung von 5-1 cnr/cm /Stunde haben. Diese Größe wird vorzugsweise auf einem Wert über 3 cnr/cn /Stunde gehalten. Da die Fließgeschwindigkeit infolge Verschmutzung der Membranen während eines Zyklus abnimmt, muß die Ultrafiltration in regelmäßigen Abständen unterbrochen werden, um die Membranen zu reinigen und um den ursprünglichen Wert der Fließgeschwindigkeit zu erhalten. Die Reinigung erfolgt in Linie durch Behandlung mit Enzyme enthaltendem Wasser, Detergentien und/oder Oxydationsmitteln und anderen reinigenden Verbindungen. Sehr gute Resultate erhält man durch Reinigung mit verdünnten Natriumhypochloritlösungen, die bis zu 45OO T.p.M. Chlor enthalten. Da synthetische Membranen im Gegensatz zu Zelluloseazetat-Membranen durch eine solche Behandlung nicht beschädigt werden, werden die erstgenannten^ Membranen sehr bevorzugt.

Das Ultrafiltrationskonzentrat von Kartoffelfruchtwasser ist als Ausgangsmaterial für die Gewinnung von Eiweiß besonders geeignet, da es weniger verunreinigendes Material mit niedrigem Molekulargewicht enthält. Eiweiß, das durch Trocknen des Konzentrats gewonnen worden ist, besitzt eine größere Reinheit als Eiweiß, das aus durch Verdampfung konzentriertem Kartoffelfruchtwasser erhalten worden ist.

Das Ultrafiltrationskonzentrat wird vorzugsweise in Form einer klaren, durch Entfernung suspendierter Teilchen wie Stärke, Fasern oder Eiweiß mittels Filtrieren oder Zentrifugieren erhaltenen Lösung sprühgetrocknet. Ein besseres Produkt erhält man, wenn das Konzentrat mit reinem Wasser verdünnt wird und das auf diese Weise verdünnte Konzentrat erneut einer Ultrafiltration unterworfen wird. Dieser Zyklus kann zur Gewinnung eines sehr reinen Eiweißkonzentrats ein- oder mehrfach wiederholt werden. Sehr reines Eiweiß wird erhalten, wenn das Konzentrat angesäuert, das ausge-

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fällte Eiweiß durch Filtrieren entfernt, und das Piltrat einer Diafiltration unterzogen wird, d.h. einer Ultrafiltration, bei der dem Konzentrat kontinuierlich und vorzugsweise im Gegenstrom Frischwasser zugefügt wird, um die Verunreinigungen mit niedrigem Molekulargewicht auszuwaschen. Außerdem wurde gefunden, daß das Ultrafiltrationskonzentrat zweckmäßig zu einem wasserlöslichen Eiweiß getrocknet werden kann, welches Eiweiß sich leichter und vollständiger in Wasser löst als bekannte Kartoffeleiweißprodukte, wenn das Produkt bei Temperaturen getrocknet wird, die unterhalb der Temperatur liegen, bei eier eine bedeutende Denaturierung des Eiweisses auftritt.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dementsprechend wasserlösliches Eiweiß dadurch gewonnen, daß das bei der Ultrafiltrationsstufe erhaltene Konzentrat der Sprühtrocknung bei niedriger Temperatur unterworfen wird. Es sind verschiedene Typen von Sprühtrockenvorrichtungen zur Durchführung der Sprühtrocknung des Konzentrats geeignet. Die Sprühtrockeneinheit kann mit einem aus zwei Flüssigkeitsdüsen, einer einzigen Flüssigkeitsdüse öder einer Scheibenzentrifuge bestehenden Zerstäubungssystem versehen sein. Die Sprühtrockenvorrichtung kann so ausgebildet sein, daß die zerstäubten Tropfen in einem Warmluft- oder Inertgasstrom, gegebenenfalls im Gegenstrom zu den zerstäubten Tropfen, getrocknet werden.

Die Einlaßtemperatur des Warmgases kann etwa 100 bis 500° C betragen, jedoch unter Anwendung solcher Verfahrensbedingungen, daß die Temperatur des Produkts unter 100° C bleibt. Während des Sprühtrocknens des erfindungsgemäßen Konzentrats tritt viel weniger Verfärbung des Produkts und eine geringere Verunreinigung der Trockenvorrichtung auf als beim Trocknen vollen Kartoffelfruchtwassers, das durch Verdampfung konzentriert ist.

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Das beim erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Eiweiß ist weiß bis ein wenig grau und löst sich leicht und nahezu vollkommen in Wasser bei Raumtemperatur.

Auch ist es möglich, das Konzentrat auf beheizten Walzen zu trocknen, vorausgesetzt, daß die Produkttemperatur unter 100° C bleibt. Hierzu können verschiedene Walzentrockner-Typen angewendet werden, z.B. Einfach- und Doppelwalzentrockner. Das Konzentrat kann durch Aufsprühen, durch Tauchzufuhr, Oberseitenzufuhr mittels einer oder mehrerer Zufuhrwalzen, und durch Spaltzufuhr im Falle eines Doppelwalzentrockners auf die beheizte Walze aufgebracht werden. Geeignete Walzentrockner werden beschrieben in: Whistler and Paschall, "Starch", Chemistry and Technology, Band II, Seiten 524 bis 528, New York, 1967. Vorzugsweise wird Vakuumwalzentrocknen bei Walzentemperaturen von 60 bis 100 C angewendet. Sprühtrocknen wird aber bevorzugt, weil das durch Trocknen auf beheizten Walzen erhaltene Eiweiß eine Farbtönung hat und weniger wasserlöslich ist als das sprühgetrocknete Produkt.

Die Erfindung ermöglicht damit ein vorteilhaftes Verfahren zur Gewinnung von löslichem Eiweiß aus Kartoffelfruchtwasser, das besser löslich ist in Wasser und weniger verfärbt ist als bisher bekannte Produkte und weiter einen neutralen Geschmack besitzt. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Anwendung von Kartoffeleiweiß in der menschlichen Nahrung. Das Permeat der Ultrafiltrationsstufe kann durch umgekehrte Osmose und/oder Verdampfung konzentriert und auf beheizten Walzen getrocknet werden.

Die Erfindung wird, ohne daß sie darauf beschränkt wird, anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.

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Beispiel 1

Kartoffelfruchtwasser, das bei einem Verfahren zur Herstellung von Stärke nach der niederländischen Patentanmeldung 72.OOI27 erhalten worden ist, und aus dem Fasern mittels einer Dekantiervorrichtung entfernt worden waren, wurde von Schaum befreit und in einer mit rohrförmigen Ultrafiltrationsmembranen versehenen Vorrichtung der Ultra-

filtration unterzogen. Der Druck im System betrug 9*5 kg/cm bei einem Anfangswert der Fließgeschwindigkeit von 4 cnr/cm / Stunde.

Die Membran war eine Zelluloseazetatmembran, Typ 215 von "Fluid Sciences". Das Konzentrat hatte ein Volumen von einem Viertel des ursprünglichen Volumens des Kartoffelfruchtwassers .

Das auf diese Weise erhaltene Konzentrat wurde mittels eines Siebfilters filtriert, wobei ein klares Filtrat erhalten wurde. Das Sprühtrocknen erfolgte in einer "Niro"-Sprühtrockenvorrichtung, versehen mit einer Düse, in der die Tropfen im Gleichstrom in einem Warmluftstrom getrocknet wurden. Die Einlaßtemperatur betrug 150 bis 1βθ C und die Auslaßtemperatur 85° C. Das auf diese Weise erhaltene Eiweiß bestand a_us einem leicht grauen Pulver, das sich nach Rühren leicht in Wasser von Raumtemperatur löste. Das Produkt enthielt 71 % Eiweiß und hatte einen Löslichkeitsindex von 79 $ und einen milden Geschmack. Beim Trocknen des Konzentrats auf einer einfachen Walzentrockenvorrichtung, wobei die Walze eine Temperatur von 120° C hatte, wurde ein Eiweißprodukt erhalten, das eine dunklere Farbe hatte und das sich weniger leicht in Wasser löste als das sprühgetrocknete Produkt.

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Beispiel 2

Kartoffelfruchtwasser, aus dem das geraspelte Material durch eine Dekantiervorrichtung abgetrennt war und dem Schwe· feldioxyd zugesetzt war, wurde einer Dampfinjektion ausgesetzt, bis die Temperatur auf 58° C erhöht worden war. Das so vorbehandelte Fruchtwasser wurde filtriert, dabei das ausgefällte Material entfernt, und nach Entfernung von Schaum bei einer !temperatur von 40 C in eine Ultrafiltrationseinheit, die Polyacrylnitrilmembranen enthielt, gepumpt. Die Membranen wurden in Linie mit Hilfe einer Natriumhypochloritlösung mit 3000 T.p.M. Aktivchlor gereinigt, um die Pließgeschwindigkeit auf einem Wert von wenigstens 3 cnr/cm /Stunde zu halten. Das Volumen des Konzentrats betrug ein Fünftel des ursprünglichen Volumens des Kartoffelfruchtwassers und wurde in zwei Portionen verteilt. Die eine Portion wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise sprühgetrocknet. Das Produkt war nahezu weiß und enthielt 75 # Eiweiß, während der Stickstofflöslichkeitsindex 83 % betrug.

Die andere Portion wurde durch Zugabe von Salzsäure angesäuert. Der auf diese Weise gebildete Niederschlag wurde abfiltriert und nach Suspendieren in Wasser sprühgetrocknet, wobei ein Produkt erhalten wurde, das 72 $ Eiweiß enthielt. Die Einlaßtemperatur betrug I65 C und die Auslaßtemperatur 90° C. Das Filtrat wurde wieder der Ultrafiltration unterworfen, wobei dem umlaufenden Konzentrat kontinuierlich Frischwasser zugesetzt wurde. Nachdem die Waschbearbeitung beendet war und die Flüssigkeit auf ein Viertel ihres ursprünglichen Volumens konzentriert worden war, wurde sie sprühgetrocknet. Die Einlaßtemperatur betrug I65⁰ C und die Auslaßtemperatur 90° C. Das weiße Eiweiß, das auf diese Weise erhalten wurde, enthielt 77 % Eiweiß, während der Stickstofflöslichkeitsindex 86 % betrug. Der Geschmack des Produkts war neutral.

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Claims

Patentansprüche

l) Verfahren zur Gewinnung von wasserlöslichem Eiweiß aus Kartoffelfruchtwasser, dadurch gekennzeichnet, daß nicht verdünntes oder verdünntes Kartoffelfruchtwasser einer Ultrafiltration unterworfen wird und das bei der Ultrafiltrationsstufe erhaltene Konzentrat bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der eine bedeutende Denaturierung des Eiweisses auftritt, getrocknet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat bei
trocknet wird.

Konzentrat bei einer Produkttemperatur unter 100 C ge-
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat durch Sprühtrocknen bei niedriger Temperatur getrocknet wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat bei einer Gaseinlaßtemperatur von etwa 100° C bis etwa j500° C und unter Anwendung solcher Bedungen sprühgetrocknet wird, daß die Temperatur des Produkts unter 100° C bleibt.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kartoffelfruchtwasser von Schaum befreit wird, bevor es der Ultrafiltration unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ultrafiltration bei einem Druck von 2,8 bis 10,5 kg/cm durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des nach der Ultrafiltration erhaltenen Konzentrats die Hälfte bis ein Zehntel des ursprünglichen Vdumens beträgt

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flfeßgeschwindigkeit während der Ultrafiltration auf einem Wert über 3 cnr/em /Stunde gehalten wird.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluggeschwindigkeit durch in Linie Reinigen der Membranen mit Natriumhypochlorit auf einem Wert über 3 cnr/cm /Stunde gehalten wird, wobei mit Ultrafiltrationsmembranen aus syntehtischem Material gearbeitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat bevor es getrocknet wird durch Filtrieren oder Zentrifugieren geklärt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Kartoffelfruchtwassers auf einen Wert von 2-12 eingestellt und auf diese Weise gebildeter Niederschlag vor der Ultrafiltration entfernt wird.
la. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kartoffelfruchtwasser schnell auf 50 bis 65° C erwärmt und vor der Ultrafiltration auf 50° C oder niedriger abgekühlt und geklärt wird.
13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Ultrafiltration erhaltene Konzentrat angesäuert, das niedergeschlagene Eiweiß entfernt und das Filtrat der Diafiltration unterzogen und dann sprühgetrocknet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Ultrafiltration erhaltene Konzentrat unter verringertem Druck auf einer beheizten Walze bei einer Walzentemperatur von 60 bis 100° C getrocknet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Ultrafiltration erhaltene Konzentrat wenigstens ein Mal einem Zyklus ausgesetzt wird, in dem es mit Wasser verdünnt

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wird und das auf diese Weise verdünnte Konzentrat einer Ultrafiltration ausgesetzt und danach sprühgetrocknet wird.

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