DE2618131A1

DE2618131A1 - Verfahren zur herstellung von dextrose und dextrinen aus eiweisshaltigen staerken

Info

Publication number: DE2618131A1
Application number: DE19762618131
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Ing Mueller
Original assignee: Fadr-Inghans Mueller; MUELLER HANS DR ING FA
Current assignee: Chemap AG
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-04-26
Publication date: 1976-11-18
Also published as: FR2309638B1; US4069103A; AU506930B2; GB1495220A; DD124479A5; AU1335976A; IT1062996B; JPS51142548A; FR2309638A1

Description

Verfahren zur Herstellung von Dextrose und Dextrinen aus eiweißhaltigen Stärken.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dextrose und Dextrinen aus eiweißhaltigen Stärken.

Als Ausgangsstoff für die Stärke dienen vorwiegend pflanzliche Produkte wie Kartoffeln, Marantawurzeln und Maniokawurzeln sowie Getreidesamen wie Mais, Sorghum, Weizen, Reis, Roggen und Gerste.

Die vollständige Hydrolyse der Stärke führt 'zur Dextrose. Für die Herstellung der Dextrose aus Stärke sind heute zwei prinzipielle Verfahren bekannt. Das eine Verfahren geht über eine reine Säurehydrolyse, das andere verläuft in einem 2-stufigen Säure-Enzym-Prozeß oder Enzym-Enzym-Prozeß.

Aus der DT-AS 15 67 365 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stärkehydrolysaten bekannt. Danach wird ein Sirup mit niedrigem DE-Wert erhalten. Die Hydrolyse erfolgt in zwei Schritten mit Alpha-Amylase.

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ORIGINAL INSPECTED

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Ein Verfahren zur Extraktion von Stärke aus Maisgriess und ihre anschließende enzymatische Verzuckerung wird von K. Kroyer in der Zeitschrift "Die Stärke", JI_0, 312 (1966) angegeben.

In der DT-OS 24 17 639 wird ein Verfahren zur Verflüssigung von Maisstärke beschrieben, bei dem die Stärke mit Wasser, einer bakteriellen Alpha-Amylase und Glukoamylase vermischt und bei erhöhten Temperaturen behandelt wird. Auch aus der DT-OS 17 17 126 ergibt sich ein Verfahren zur Verflüssigung von Stärke.

Nachteil dieser bekannten Verfahren ist die Notwendigkeit durch Quellung oder Auswaschung mit Wasser alle wasserlöslichen Bestandteile der Stärke möglichst weitgehend auszuwaschen, um eine reine Stärke für die enzymatische Hydrolyse und die Herstellung einer reinen Dextrose zu erhalten.

Diese Reinigung bereitet vor allem bei Weizen, Roggen und Gerste wegen der gegen Kartoffel- oder Maisstärke kleinen Stärkekörner und der Begleitstoffe beim Absetzen sehr große Schwierigkeiten. Eine klassische Filtration ist nicht möglich, da es sich um die Trennung eines Feststoffes von Feststoffen und Flüssigkeit handelt.

Neben der Schwierigkeit der Herstellung reiner Stärke, treten bei der Hydrolyse der Stärke weitere Schwierigkeiten infolge unvermeidbarer Bildung von Sekundärprodukten beim Abbau auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Dextrose und Dextrinen aus eiweißhaltigen Stärken durch enzymatische Hydrolyse, bei dem als Ausgangsmaterial für die Enzymbehandlung keine reinen Stärken eingesetzt werden müssen und bei der die Trennung der Hydrolyseprodukte (Dextrose und Dextrinen) vom Eiweiß und anderen Begleitprodukten einfach und verfahrenstechnisch günstig möglich ist.

Die Lösung besteht bei einem Verfahren zur Herstellung von Dextrose und Dextrinen aus eiweißhaltigen Stärken, bei dem die Stärkerohstoffe zuerst einer sauren und/oder enzymatischen

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Hydrolyse unterworfen und anschließend die Dextrose und Dextrine, vom Eiweiß getrennt werden darin, daß die Trennung durch Ultrafiltration erfolgt.

Die Vorteile des Verfahrens sind, daß man nicht von reiner Stärke ausgehen muß, sondern direkt nach der Naßvermahlung und Verdünnung des Mahlgutes die Hydrolyse in an sich bekannter Weise durchführen kann. Nach der Hydrolyse wird durch Ultrafiltration die entstandene Dextrose oder, wenn man die Hydrolyse nur partiell durchführt, die entstandenen Dextrine direkt abgetrennt.

Die Dextrose kann als Reindextrose gewonnen werden. Sie kann aber auch ohne vorhergehende Raffination weiter zur Herstellung von Isomerose eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil der Ultrafiltration ist die Gewinnung von nativem Eiweiß im Konzentrat der Ultrafiltration. Dieses native Eiweiß gilt als hochwertiges Nahrungsmittel in der menschlichen Diätik.

Neben der Herstellung von Dextrose und Dextrinen ist die Herstellung von Eiweiß als Ersatzstoff für Hühnereiweiß aus eiweißhaltigen Stärken von großem Interesse,beispielsweise bei der Herstellung von Backwaren.

Bei der Hydrolyse der eiweißhaltigen Stärken fällt neben dem löslichen Eiweiß auch unlösliches Eiweiß an. Die löslichen Fraktionen sind in wässriger Lösung stark schäumend und können als Ersatzstoffe für Hühnereiweiß dienen. Das unlösliche Eiweiß mit den fasrigen Verunreinigungen wird vor dem Ultrafiltrationsprozeß mit einem Grobfilter abfiltriert oder mit einer Zentrifuge abgetrennt und kann als Tierfutter verwendet werden.

Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Die Vorteile des Verfahrens sind, daß als Augangsmaterial für die Enzymbehandlung von gereinigten Stärken abgesehen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß bei keiner der beschriebenen. Verfahrensvarianten nennenswerte Mengen an Abwasser anfallen.

Auf die Gewinnung von Nebenprodukten, die neben Futtermitteln auch als hochwertige Eiweiß-Nahrungsmittel gelten, ist als weiterer Vorteil hervorzuheben.

Das Verfahren ist anhand von Beispielen mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 1 das Fließbild einer ersten Ausführungsform des Ver-

< fahrens zur Herstellung über Dextrose bis zur Isomerose aus Cerealien,

Fig. 2 das Fließbild einer Variante der Ausführungsform des Verfahrens nach Fig. 1,

Fig. 3 das Fließbild einer weiteren Variante der Ausführungsform des Verfahrens nach Fig, 1,

Fig. 4 das Fließbild einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Dextrose, und

Fig. 5 das Fließbild einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung.

Bei der Verfahrensvariante nach Fig. 1 werden die aus einem Silo kommenden, gequollenen Maiskörner durch Grob- und Feinmühlen 2 (hier symbolisch für beide Mühlen) in Rührbehälter 3 und 3' gefördert, in welchen die Hydrolyse nacheinander mit dem Enzym I aus dem Behälter 4 und anschließend mit dem Enzym II aus dem Behälter 4¹ erfolgt.

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Nach beendeter Hydrolyse wird die gesamte Lösung mittels einer Pumpe 5 auf ein Vibrationssieb 6 zur Abtrennung der Schalen gefördert. Über einen Separator 7 wird das Maisöl abgetrennt, ebenfalls die ausgefallenen Proteine von der zuckerhaltigen, dünnflüssigen Phase. In einem Ultrafilter 8 bekannter Bauart erfolgt die Abtrennung der hochmolekularen Eiweiße von der Dextrose und den niedermolekularen Dextrinen. Die Zirkulierung im Ultrafilter erfolgt mit einer Kreiselpumpe 9, Das Retenat wird einem Sprühtrockner 10 zugeführt und als 70 - 80 %iges Protein in Emballagen 11 abgefüllt.

Die als Permeat zu bezeichnende Zuckerlösung wird in einer Säule 12 gebleicht und evtl. entsalzt. Die gebleichte Lösung wird dann injeinem Eindampfer 13 konzentriert und kann in einem Reaktor 14 mit Isomerase zu Isomerose konvertiert werden. Die Isomerose wird in bekannter Weise/eine Reinigungsvorrichtung 15 geleitet und als Isomerose-Sirup oder Zucker 16 abgefüllt,

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Variante des Verfahrens nach Fig. 1 zur Herstellung von Isomerose aus Cerealien über Dextrose als Zwischenstufe.

Die aus dem Silo kommenden und in der Mühle 2 vorbehandelten Cerealien werden im Behälter 3 mit Amylase aus einem Behälter 4 behandelt. Vor Zugabe des Enzyms wird der Behälterinhalt über einen Homogenisator 17 eine bestimmte Zeit behandelt bis die gewünschte Teilchengröße erreicht ist. Aus der nun verflüssigten Stärke werden die Proteine über eine Trennvorrichtung 18 (Zentrifuge oder Filter ) abgetrennt. Die dünnflüssige Phase wird in einem Reaktor 19 mit Amyloglucosidase aus einem Behälter 20 zur Dextrose abgebaut. Nach dem Abbau wird die Lösung über das Ultrafilter 8 in ein Eiweißkonzentrat und reine Dextrose zerlegt. Das Eiweißkonzentrat wird wieder über den Sprühtrockner 10 getrocknet. Das Dextrose enthaltende Permeat wird in gleicher Weise wie gemäß Fig. 1 zu Isomerose aufgearbeitet.

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Fig. 3 zeigt eine weitere Variante des Verfahrens nach den Fig. 1 und 2.

Die Trennung der in gleicher Weise in gemäß Fig, 2 hergestellten ersten Enzymierungslösung wird über eine Zentrifuge 18 von Resten und Proteinen befreit und direkt auf das Ultrafilter 8 aufgegeben.

Hier wird das lösliche Eiweiß aufkonzentriert und in dem Sprühtrockner 10 zu wasserlöslichem Eiweiß getrocknet. Das Permeat des Ultrafilters 8 gelangt in einen zweiten Enzymreaktor 19 und wird dort mit Amyloglucosidase aus dem Behälter 20 behandelt, Die entstandene Glucoselösung wird in einer Säule 12 gebleicht und über Ionenaustauscher 21 entsalzt. Die Aufarbeitung zu Isomerase erfolgt in gleicher Weise wie gemäß Fig. 1 und 2.

Fig. 4 zeigt das Fließbild zur Herstellung von Dextrose.

Die gemäß Fig. 2 hergestellte Lösung aus dem Enzymreaktor 3 wird über einen Separator 18 in einen Reste und flüssige Phase enthaltenen Teil getrennt. Diese Reste werden in einem Behälter 22 aufgefangen und in einem Rührbehälter 23 mit Alkali 24 bei pH 8-9 behandelt. Auf diese Weise werden Eiweiße aus den zerkleinerten Schalen gelöst. Die Suspension wird über einen weiteren Separator 27 in proteinfreie Reste, die in einem Behälter 25 gesammelt und getrocknet werden können, und in proteinhaltige Lösung zerlegt. Letztere wird zusammen mit der Lösung aus dem ersten Separator 18 in einem Behälter 26 neutralisiert und anschließend im Reaktor 19 mit Amyloglucosidase aus dem Behälter 20 behandelt. Das Reaktionsprodukt wird wie gemäß Fig. 3 aufgearbeitet.

Fig. 5 zeigt eine weitere Aufarbeitungsmöglichkeit der enzymierten Lösungen.

Die aus dem Enzymreaktor 3 kommende Suspension wird in einem Filter 28 gefiltert. Der Filtrationsrückstand wird mit Natron-

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lauge behandelt und gemäß Fig. 4 aufgearbeitet. Das Filtrat , geht in den Reaktor 19 zur zweiten Enzymbehandlung, Hier gehen 76 % des gesamten Rohmais in Lösung, die nun die Zucker und die löslichen Proteine enthält. Die Neutralisation erfolgt zusammen mit der NaOH-behandelten Rückstandslösung auf pH 3,5 und wird anschließend zur Eiweißgewinnung in das Ultrafilter 8 eingeleitet. Die weitere Behandlung erfolgt wie bereits beschrieben.

Beispiel für die Verfahrensvariante gemäß Fig. 1

100 kg roher Mais mit 15 % Wassergehalt wird mit 900 1 Wasser aufgeschlämmt und nach Zusatz von 0,1 - 0,2 % Alpha-Amylase (HT 1000 Miles Labs} bei 70 - 80° C verrührt und homogenisiert.

Der pH-Wert wird bei ca. 7 gehalten. Nach 1-2 Stunden wird auf 50 - 60° abgekühlt und mit einem zweiten Enzym, Amyloglucosidase (DIAZYME L 100 Miles Labs.) in einer Menge von ebenfalls 0,1 - 0,2 % versetzt. Die Einstellung des pH-Wertes erfolgte mit verdünnter Salzsäure auf pH 3,5 - 4. Die Hydrolyse erfolgt während 10 bis 72 Stunden, abhängig vom Rohstoff und in Gegenwart von Calciumchlorid (0,01 Mol/1).

Die eiweißhaltige Aufschlämmung wird über das Vibrationssieb von den gelben Schalenteilen befreit und zur Entfernung der Fettbestandteile im Separator 7 zentrifugiert.

Die Menge an gewonnenem rohen Maisöl betrug ca. 2,950 - 3,000 kg auf 100 kg Mais mit 15 % Wassergehalt.

Der Rückstand aus dem Separator 7 besteht aus Fasern und aus unlöslichen (ausgefallenen) Proteinen, Die Menge dieses Rückstandes betrug 10 bis 15 kg, bezogen auf 100 kg Mais mit 15 % Wassergehalt .

Die zuckerhaltige und die lösliche Proteine enthaltende dünnflüssige Phase aus dem Separator wird während 20 Stunden ultra-

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filtriert. Als Ultrafilter 8 wurde der Typ WESTINGHOUSE, Style ■ Nr. POLY-184, Ser.No. 4-1197 mit Röhren von 10 mm Durchmesser und einer Länge von 1200 mm eingesetzt. Die Filterfläche betrug 0,68 m² mit 18 Röhren. Die Filtration wurde bei einem Differenzdruck von ca. 5 bar durchgeführt.

Durch das Ultrafilter 8 wird die Lösung einerseits in gelöste Glukose und andererseits in Eiweißkonzentrat aufgetrennt. Es wurde mehrfach während der Filtration Wasser zum Waschen hinzugefügt. Das Eiweißkonzentrat enthält vor der Trocknung 12 - 15 % Rohprotein. Die Ausbeute an Eiweiß betrug nach dem Trockner 0,5 1,0 kg Protein bezogen auf 100 kg Rohmais mit 15 % Wasser, Dieses Protein ist zwar hochwertig, da wasserlöslich und getrocknet mit einem Gehalt von 70 - 80 % Rohprotein, aber mengenmäßig im Verfahren nicht von großer Bedeutung.

Der Permeat besteht vorwiegend aus einer Glucose-Salz-Lösung und wird mit beispielsweise Aktivkohle entfärbt. In den meisten Fällen erfolgt jedoch eine ausreichende Entfärbung durch das Ionenaustauscherharz selbst. Es handelt sich hier also genauer um eine Entfärbung anstatt um eine Bleichung.

Die Konzentrierung erfolgt in einem dreistufigen Vakuumverdampfer in bekannter Weise, bei einer Einlauftemperatur von ca. 100° C und einer Auslauftemperatur von 45 - 50° C. Bei der Herstellung zu Glukosesirup wird auf 85 % Trockensubstanz eingedickt.

Bei Herstellung von Isomerose wird nur bis zu einem Sirup mit 40 % Trockensubstanz eingedampft. Pro Liter Sirup werden in bekannter Weise 1 g Magnesiumsulfat (MgSO. . 7H₀O) und 0,1 g Cobaltsulfat (CoSO- . 7H₂O) sowie als Enzym 8,5 GIN (Glucose Isomerase Novo SP 103) pro Gramm Glukose der Firma NOVO INDUSTRI A/S, Dänemark, zugefügt. Die Konvertierungstemperatur beträgt 60° C bei einem pH 6,6 bis 7,5. Die Konstanthaltung des pH-Wertes erfolgt mit Natronlauge der Konzentration von 0,1 bis 0,5 Mol pro Liter. Die Reaktion findet unter Stickstoff als Schutz gegen Oxydation statt.

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Die Reinigung des Sirups erfolgt durch Kation-Anion-Austausch und nachfolgender Aktivkohlebehandlung. Die Ausbeuten bewegen sich im Rahmen der von den Enzymherstellern genannten Angaben. Danach beträgt die Umwandlung 45 bis 50 % bezogen auf die
eingesetzte Glukose.

/Ansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Dextrose und Dextrinen aus eiweißhaltigen Stärkerohstoffen, bei dem die Stärkerohstoffe zuerst einer sauren und/oder enzymatischen Hydrolyse unterworfen und anschließend die Kohlehydrate vom Eiweiß abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtrennung mittels Ultrafiltration erfolgt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltration bei pH-Werten zwischen 3 und 9 durchgeführt wird.
3. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß während der Ultrafiltration mit kleinen Mengen Wasser so oft gewaschen wird, bis das Konzentrat mindestens 80 % Protein als Trockensubstanz enthält.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der unlöslichen Eiweiße von den löslichen vor der Ultrafiltration durch Zentrifugation oder Filtration erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß vor der Ultrafiltration die Hydrolysate von anderen Begleitstoffen wie Schalenteile und Fett in an sich bekannter Weise befreit werden.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als eiweißhaltige Stärkerohstoffe Cerealien und Leguminosen verwendet werden.

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7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Ultrafiltrat auf Dextrose aufgearbeitet wird,
8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Ultrafiltrat direkt auf Isomerose aufgearbeitet wird.
9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat zu Nahrungsmittel getrocknet wird.
10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß vor resp. während der ersten Hydrolyse eine Naßvermahlung der Cerealien erfolgt.

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