DE3704651A1

DE3704651A1 - Verfahren zur gewinnung ballaststoffreicher und lipidarmer fraktionen aus biertrebern

Info

Publication number: DE3704651A1
Application number: DE19873704651
Authority: DE
Inventors: Dr Niefind Hans J
Original assignee: WICKUELER KUEPPER BRAUEREI GMB
Current assignee: WICKUELER KUEPPER BRAUEREI GMB
Priority date: 1987-02-14
Filing date: 1987-02-14
Publication date: 1988-08-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung ballaststoffreicher und lipidarmer Fraktionen aus Biertrebern. Die entstehenden ballaststoffreichen fettarmen Produkte können beispielsweise zur Herstellung von Backwaren oder Teigwaren oder Müsli mitverwendet oder auch direkt verzehrt werden.

Die DE-PS 30 39 430 und die EP-OS 81 108 410.2 beschreiben ein Verfahren zur Gewinnung ballaststoffreicher und proteinreicher Fraktionen aus Biertrebern, wobei aus Naßtrebern verschieden große Partikel erzeugt und diese dann durch Sieben getrennt werden. Dabei werden die Naßtreber im Heißluftstrom während einer schlagartigen Trocknung in grobe Schalenbruchstücke und feine Proteinpartikel zerkleinert, die durch Sieben dann getrennt werden.

Die bisherigen Bemühungen zur Nutzbarmachung der Treber für die menschliche Ernährung konzentrierten sich auf die Trennung der verschiedenen zusammengesetzten Massebestandteile und deren Weiterverarbeitung. Bekannt ist beispielsweise der Einsatz der getrockneten und gemahlenen Treber als Zusatzstoff für die Backwarenherstellung DE-PS 23 33 387.

Zur Bereitstellung eines ernährungsphysiologisch wertvollen und haltbaren Produktes ist es erforderlich, die in den Trebern enthaltenen Lipidanteile möglichst zu verringern.

Die DE-PS 3 27 675 beschreibt ein Verfahren, mit dem aus getrockneten Trebern zunächst durch Lösungsmittelextraktion der Lipidanteil entfernt wird. Anschließend werden die Proteine in der fettfreien Substanz mit Soda gelöst und abgepreßt. Die Proteine werden danach mit Säure hydrolisiert. Das Hydrolysat wird neutralisiert und zu einem Konzentrat eingedampft, das als Würzstoff verwendet werden kann. Aus dem Schalenrückstand wird nach Rösten eine karamelartige Masse gewonnen, die zur Bereitung von Aufgußgetränken geeignet sein soll.

Der schalenartige Rückstand ist nach dieser Behandlung zur Trocknung als Ballaststoff nicht mehr geeignet, da er unter Einwirkung von Fettlösungsmitteln und Soda wesentliche Eigenschaften verliert. Insbesondere wird das Quellvermögen der Schalenbestandteile stark vermindert.

Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt, ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung einer ballaststoffreichen und lipidarmen Fraktion aus Biertrebern zur Verfügung zu stellen, bei dem auch der Einsatz von organischen Lösungsmitteln vermieden werden soll.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Gewinnung einer ballaststoffreichen und lipidarmen Fraktion aus Biertrebern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Naßtreber

a) in Wasser suspendiert werden,
b) die Partikel der Suspension im Ventil eines Hochdruckhomogenisators aufgeschlossen und selektiv zerkleinert werden,
c) die Suspension vor dem Einleiten in den Hochdruckhomogenisator erwärmt wird,
d) die homogenisierte Suspension/Emulsion durch Sieben und Dekantieren in Fraktionen getrennt wird,
e) der Sieboberlauf mit Wasser ausgewaschen wird,
f) der Sieboberlauf und das Dekantat getrocknet werden und
g) aus der von den Feststoffen weitgehend befreiten Emulsion die Lipide abgetrennt werden.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, daß der Lipidanteil mit Wasser abgetrennt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit vor allem eine ballaststoffreiche und lipidarme Fraktion aus Biertrebern ohne Verwendung von organischen Lösungsmitteln gewonnen. Dies bewirkt den weiteren Vorteil, daß der schalenartige Rückstand nach dieser Behandlung und anschließenden Trocknung als Ballaststoff zur Anreicherung von Backwaren oder Teigwaren oder Müsli mit Ballaststoffen geeignet ist.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Naßtreber vorzugsweise in Wasser bei einer Temperatur von 90°C bis zum Siedepunkt suspendiert.

Neben dem Einleiten von Dampf in die Suspension vor dem Einleiten in den Hochdruckhomogenisator ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, die Suspension durch Beheizung des Behälters bis zum Siedepunkt zu erwärmen.

Vorzugsweise wird der Sieboberlauf gemäß dem Verfahrensschritt e) des Hauptanspruches mit heißem Wasser ausgewaschen, dessen Temperatur von 90°C bis zum Siedepunkt reicht.

Die Abtrennung des Feststoffanteils der Suspension kann nach den in der Technik bekannten Verfahren der Aufarbeitung von Suspensionen durchgeführt werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, den Feststoffanteil der Suspension durch Filtrieren, Sieben, Dekantieren, Sedimentieren, Zentrifugieren und/oder Abpressen abzutrennen.

Insbesondere wird zur Abtrennung des Feststoffanteils der Suspension die Verwendung eines Siebes bevorzugt.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Feststoffanteil der Suspension durch ein Sieb mit einer Maschen- bzw. Schlitz- oder Lochweite von 150 µm abgetrennt. Durch dieses Trennverfahren läßt sich neben einer ballaststoffreichen und proteinverminderten sowie lipidverminderten Fraktion eine lipidreiche und proteinreiche, aber ballaststoffärmere Fraktion erhalten. Es ist auch möglich, das emulgierte, konzentrierte Lipid aus der Emulsion abzuscheiden.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Gewinnung der genannten Fraktionen aus Biertrebern dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension/Emulsion oder Teile davon mit einer Dekantierzentrifuge in ihre Bestandteile aufgetrennt wird.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung einer ballaststoffreichen und lipidarmen Fraktion aus Biertrebern wird der Feststoffanteil der Suspension dadurch aufgearbeitet, daß die durch Hochdruckhomogenisation erzeugten aufgeschlossenen und verschieden großen Partikel durch Sieben getrennt werden. Der abgesiebte Feststoffanteil der Suspension wird anschließend, vornehmlich nach Abpressen, durch Mahltrocknung im Heißluftstrom schlagartig getrocknet und weiter zerkleinert, wobei grobe Schalenbruchstücke und feine Proteinpartikel entstehen, die dann voneinander, bevorzugt durch Absieben, getrennt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die aus der Suspension abgetrennten Feststoffanteile mit einem Ultra-Rotor im Heißluftstrom schlagartig gemahlen und getrocknet.

Derartige Aufarbeitungen von Trebern sind dem Fachmann prinzipiell bekannt. Die DE-PS 30 39 430 beschreibt, die Schalenteile und Proteinpartikel der Treber für eine weitere Trennung dadurch aufzuarbeiten, daß die Naßtreber gleichzeitig im Heißluftstrom eines Ultra- Rotors getrocknet und partiell zerkleinert werden. Der Ultra-Rotor ist ein Heißlufttrockner, bei dem das zu trocknende Gut im Heißluftstrom durch einen schnellaufenden Rotor gefördert wird. Der Rotor bewirkt eine Zerkleinerung des Einspeisgutes, welches die Wasserverdampfung fördert. Durch die plötzliche Wasserverdampfung im Heißluftstrom können die Schalenteile und die verbliebenen Proteinpartikel nicht miteinander verkleben, da sie durch die Wasserdampfbildung weitgehend voneinander getrennt gehalten werden. Die sich bildenden losen Agglomerate werden vom Rotor zerschlagen, wobei aufgrund der unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften zwischen Fasern und Proteinpartikeln grobe Schalenbruchstücke und feine Proteinpartikel entstehen. Diese können durch Siebe leicht voneinander getrennt werden. Vorteilhaft ist für die Trocknung und partielle Zerkleinerung, die Treber vor der Einspeisung in den Ultra-Rotor mechanisch zu entwässern. Dies geschieht üblicherweise durch die Verwendung einer Schneckenpresse, bei der ein proteinreicher Preßsaft erhalten wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits ein Teil der Proteine durch die Trennung im Anschluß an die Homogenisation von den ballaststoffreichen Fraktionen abgetrennt wurde, ist naturgemäß diese proteinhaltige Fraktion proteinärmer als bei der direkten Aufarbeitung von Naßtrebern.

Auf die in der DE-PS 30 39 430 beschriebene Auftrennung von Naßtrebern in verschieden große Partikel und deren anschließende Trennung durch Sieben wird hiermit insofern Bezug genommen, als die gleichen Verfahrensschritte auch Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung ballaststoffreicher und lipidarmer Fraktionen aus Biertrebern sind. Diese Verfahrensschritte werden nach der Homogenisierung und Abtrennung des Feststoffanteils der Naßtrebersuspension angewendet.

Bekannterweise kann ein Teil des in Biertrebern enthaltenen Proteins durch Auswaschen mit Wasser abgesiebt werden. Die Lipide verbleiben dagegen zum überwiegenden Teil im Siebrückstand. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, die in dem Zellmaterial eingeschlossenen Lipide durch Hochdruckhomogenisierung der Treber in heißem Wasser in der wäßrigen Phase zu emulgieren. Dadurch ist es möglich, die Lipide zusammen mit dem größten Teil der Proteinpartikel durch einen Absiebvorgang zu entfernen.

Die Homogenisierung der Treber bewirkt eine deutliche Zerkleinerung des Fasermaterials. Etwa die Hälfte der ohne Hochdruckaufschluß praktisch vollständig auf dem Sieb verbleibenden Masse passiert so das Sieb. Die Zerkleinerung des Materials bewirkt offenbar eine Freilegung und Emulgierung der in und an den Fasern gebundenen Lipide. Die ballaststoffreiche Treberfraktion enthält nach dem Hochdruckaufschluß und Auswaschen nur noch weniger als ein Fünftel der in der Gesamtmasse enthaltenen Lipide.

Das Protein reichert sich nach dem Hochdruckaufschluß im Sediment des Siebdurchlaufs an. Da der Proteingehalt des Sediments gegenüber dem gemäß der DE-PS 30 39 430 bekannten Verfahren ohne Hochdruckaufschluß deutlich größer ist und der Ballaststoffgehalt deutlich kleiner ist, kann angenommen werden, daß mit der Naßsiebung eine höhere Selektivität als mit der Trockensiebung gegeben ist. Dabei sind allerdings die Masseanteile der Fraktionen unterschiedlich. Bei der Verwendung eines Siebs mit einer Maschenweite von ca. 150 µm verbleiben zwischen 55-60% der Naßtrebermasse als ballaststoffreiche und fett- sowie proteinarme Fraktion auf dem Sieb. Dieses sind etwa 10-15% weniger an Ausbeute an ballaststoffreicher Fraktion wie sie bei dem gemäß der DE-PS 30 39 430 bekannten Verfahren zur Gewinnung von Fraktionen aus Biertrebern ohne Hochdruckaufschluß gegeben ist.

Die Erfindung wird durch die Abb. 1 und 2 näher erläutert.

Abb. 1

Die Abb. 1 zeigt das Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung ballaststoffreicher und lipidarmer Fraktionen aus Biertrebern durch Aufschluß und Entfettung von Biertrebern durch Hochdruckhomogenisierung.

Die Biertreber werden chargenweise in einem Behälter mit Rührwerk in Wasser suspendiert. Der Behälter sollte zweckmäßigerweise mit einem Heizmantel ausgestattet sein. Es ist auch möglich, die Suspension durch direkte Dampfinjektion auf 90°-100°C zu erhitzen. Mit einer Dickstoffpumpe wird kontinuierlich in den Homogenisator gefördert. Das Material wird darin bei 100-120 bar aufgeschlossen.

Das aufgeschlossene Material wird durch Sieben in eine eiweiß- und fettreiche Fraktion (Durchlauf) sowie eine ballaststoffreiche und fettarme Fraktion (Überstand) getrennt. Während des Siebens wird der Überstand ständig mit Wasser, vornehmlich mit heißem Wasser, ausgewaschen. Der Auswaschvorgang unterstützt sowohl die Trennung in grobe und feine Partikel als auch die gewünschte Verteilung des Lipidgehaltes auf die Fraktionen.

Abb. 2

Die Abb. 2 beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d. h. den Aufschluß und die Entfettung von Biertrebern durch Hochdruckhomogenisierung, Naßsiebung mit Heißwasser und anschließende Abpressung und Trocknung des Siebrückstands im Ultra-Rotor.

Zur Abtrennung des Feststoffanteils der Suspension wird ein Strahlsieb mit einer Maschenweite von 150 µm verwendet. Nach dem Auswaschen mit Wasser erhält man je eine lipid- (Emulsion) und eiweißreiche Fraktion (Sediment) sowie eine ballaststoffreiche, lipid- und proteinarme Fraktion (Ballaststoff). Durch Verwendung einer Schneckenpresse wird ein proteinhaltiger Preßsaft von der ballaststoffreichen, lipidarmen Rückstandsfraktion abgetrennt. Durch die anschließende Trocknung und Mahlung in einem Ultra-Rotor wird der Ballaststoff erhalten. Dieser kann dadurch weiter aufgearbeitet werden, indem die durch Mahltrocknung entstehenden verschieden großen Partikel durch Sieben weiter getrennt werden. Dadurch erhält man einen besonders ballaststoffreichen und sehr lipidarmen Ballaststoff, der beispielsweise nach weiterer Feinmahlung zur Herstellung von Backwaren oder Teigwaren oder Müsli mitverwendet oder auch direkt verzehrt werden kann, da er seine ursprüngliche Quellfähigkeit weiter beibehalten hat.

Es versteht sich von selbst, daß die beiden anderen Fraktionen, das proteinreiche Sediment und die fettreiche Emulsion, weiter aufgearbeitet werden können. Das Sediment kann beispielsweise nach Abpressen ebenfalls mit dem Ultra-Rotor getrocknet werden und aus der Emulsion kann das Lipid nach bekannten Verfahren extrahiert werden. Sofern jedoch nur ein Teil der insgesamt in einer Brauerei anfallenden Treber zu einem Ballaststoffpräparat aufgearbeitet wird, bietet es sich auch an, den Massestrom des Siebdurchlaufs mit den unbehandelten Trebern zu vereinen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Beispiel 1

200 g Treber wurden mit 400 ml Leitungswasser aufgekocht und durch einen Hochdruckaufschluß im Homogenisator aufgearbeitet. Alternativ ist es möglich, die Suspension durch direkte Dampfinjektion auf 90 bis 100°C zu erhitzen. Mit einer Dickstoffpumpe wurde die Suspension kontinuierlich in den Homogenisator gefördert. Das Material wurde darin bei 100 bis 120 bar aufgeschlossen. Das aufgeschlossene Material wurde direkt auf ein Vibrationssieb mit einer Maschenweite von 150 µm gegeben und dort mit Wasser von 90°C ausgewaschen, wobei ein fester Filterkuchen und eine lipid- und eiweißreiche Suspension/Emulsion anfiel. Der Filterkuchen entsprach der ballaststoffreichen und lipid- sowie proteinarmen Fraktion. Das Verhältnis von Treber zu Wasser betrug 1 : 25 nach dem Hochdruckaufschluß und dem Auswaschen.

Das Ausgangsmaterial (Biertreber) und der erhaltene Ballaststoff wurden im Umlufttrockenschrank bei 60°C getrocknet. Ein aliquoter Teil des Zentrifugenoberlaufs (Emulsion) und das Sediment wurden gefriergetrocknet. Vom Ausgangsmaterial und von allen getrockneten Fraktionen wurde zur Bilanzierung der Masse- und Inhaltsstoffverteilung der Proteingehalt nach Kjeldahl (N × 6,25) sowie der Lipidgehalt durch Extraktion mit Petrolether bestimmt. Von der Ballaststoff- und Sedimentfraktion wurde außerdem der Gehalt an unlöslichen Ballaststoffen bestimmt.

Die sedimentierbaren Feststoffe des Siebdurchlaufes wurden in einer Durchlaufzentrifuge abgeschieden und bildeten das Sediment. Die nicht sedimentierbare Masse bildete eine Emulsion.

Die erhaltenen Ergebnisse sind der Tabelle 1 zu entnehmen.

Vergleichsbeispiel 1

100 g Treber (Trockensubstanz: 20,9%) wurden mit 200 ml Leitungswasser aufgekocht und direkt auf ein Sieb mit einer Porenweite von 150 µm gegeben. Es wurde mit Wasser von 90°C ausgewaschen. Das Verhältnis von Treber zu Wasser betrug 1 : 15 nach dem Auswaschen.

Das Ausgangsmaterial und die erhaltenen Faserfraktionen wurden analog Beispiel 1 aufgearbeitet.

Die erhaltenen Ergebnisse sind der Tabelle 2 zu entnehmen.

Tabelle 1

Tab. 1: Beispiel 1 mit Hochdruckaufschluß

Tabelle 2

Tab. 2: Vergleichsbeispiel 1*), ohne Hochdruckaufschluß

Tabelle 3

Tab. 3: Ballaststoffgehalt, ohne und mit Hochdruckaufschluß

*) Für das Vergleichsbeispiel 1*) konnte der Lipidgehalt des Überstandes nicht analytisch erfaßt werden, da die angefallene Trockenmasse des aliquoten Teils so gering war, daß das Gewicht der extrahierbaren Fettmasse innerhalb der Meßtoleranz der verwendeten Analysenwaage lag.

Das hohe Treber/Wasser-Verhältnis in Beispiel 1 war aufgrund des geometrischen Verhältnisses der Treberpartikel zum Leitungsquerschnitt und zur Größe der Ventilkugeln der Hochdruckpumpe erforderlich.

Die Homogenisierung der Treber bewirkt eine deutliche Zerkleinerung des Fasermaterials. Etwa die Hälfte der ohne Hochdruckaufschluß auf dem Sieb verbleibenden Masse passiert so das Sieb. Die Zerkleinerung des Materials bewirkt offenbar eine Freilegung und Emulgierung des in und an den Fasern gebundenen Lipids. Etwa die Hälfte der in den Trebern enthaltenen Lipide waren nach dem Hochdruckaufschluß im Oberlauf der Durchlaufzentrifuge zu finden (Tab. 1). Es kann davon ausgegangen werden, daß ein Großteil dieser Lipide emulgiert vorliegt. Der hohe Trockensubstanzanteil des Oberlaufs läßt vermuten, daß Teile dieser Trockensubstanz weniger durch gelöste Inhaltsstoffe als durch Kolloide und Schwebstoffe gebildet werden. Danach liegt ein komplexes System vor, das partiell sowohl als Emulsion sowie als Suspension und Dispersion beschrieben werden kann.

Die Tabellen 1 bis 3 zeigen, daß das vorteilhafte Ergebnis nur durch die Hochdruckhomogenisierung des aufgeschlossenen Materials zu erzielen. Der in Tabelle 2 dargestellte Vergleichsversuch, bei dem das nicht homogenisierte Material gründlich ausgewaschen wurde, zeigt, daß keine wesentliche Reduzierung des Lipidgehalts im Siebrückstand möglich ist.

Aus der Tabelle 3 ist zu entnehmen, daß mit dem erfindungsgemäß angewendeten Verfahren auch eine beträchtliche Ballaststoffanreicherung verbunden ist.

Aus der lipid- und eiweißreichen Fraktion, die im Beispiel 1 erhalten wurde, können durch an sich bekannte Verfahren konzentrierte Lipid- und Eiweißprodukte erhalten werden, die ebenso für die menschliche Ernährung verwendet werden können wie die lipidarmen und ballaststoffreichen Produkte, da im Zuge der Aufarbeitung die Naßtreber lediglich mit Wasser in Kontakt kommen.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung einer ballaststoffreichen und lipidarmen Fraktion aus Biertrebern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Naßtreber

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Naßtreber in Wasser bei einer Temperatur von 90°C bis zum Siedepunkt suspendiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension vor dem Einlaufen in den Hochdruckhomogenisator durch Beheizung des Behälters und/oder direktes Einleiten von Dampf bis zum Siedepunkt erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sieboberlauf mit heißem Wasser ausgewaschen wird, dessen Temperatur von 90°C bis zum Siedepunkt reicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil der Suspension durch Filtrieren, Sieben, Dekantieren, Sedimentieren, Zentrifugieren und/oder Abpressen abgetrennt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ballaststoffreiche und lipid- sowie proteinarme Feststoffanteil der Suspension durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 150 µm abgetrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil der Suspension des Siebdurchlaufs durch eine Durchlaufzentrifuge abgetrennt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil des Siebrückstands dadurch aufgearbeitet wird, daß er durch Mahltrocknung zugleich selektiv zerkleinert wie auch getrocknet wird und die Trockenmasse durch Sieben in eine besonders ballaststoffreiche und lipid- sowie proteinarme Fraktion und in eine proteinreiche und ballaststoffarme Fraktion getrennt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufarbeitung in einem Ultra-Rotor durchgeführt wird.

10. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 9 erhaltenen Produkte für die Ernährung.