DE4428933A1 - Verfahren zur Gewinnung von Stärke und Protein aus Reis oder Bruchreis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von nati­ ver Stärke und nativem oder modifiziertem Protein aus Reis oder Bruchreis, wobei der Reis oder Bruchreis zuerst trocken oder naß zerkleinert, dann zur Lockerung der Proteinstärkema­ trix unter Zusatz von Wasser im drucklosen Zustand bei Tem­ peraturen von < 45° C eingeweicht und die so erhaltene Slurry durch Zentrifugieren in Stärke, suspendiertes Protein und Fasern getrennt wird.

Ein derartiges Verfahren läßt sich der Fachliteratur entneh­ men (Rice: Chemistry and Technology Second edition, Bienveni­ do O. Juliano, The American Association of Cereal Chemists, Inc., St. Paul, Minnesota/USA Library of Congress Catalog Card No.: 85-073192 International Standard Book No.:
0-913250-41-4 Published 1972, Second edition 1985; The Starch Industry, J.W. Knight, Pergamon Press Ltd., Library of Con­ gress Catalog Card No.: 68-57889, First edition: 1969). Dabei ist es grundsätzlich bekannt, die Reiszerkleinerung im Troc­ ken- oder Naßverfahren durchzuführen. Der Wasserzusatz zum Einweichen des Reismehls liegt bei etwa 60 bis 90% der so hergestellten Slurry.

Bekannt geworden ist ferner ein Verfahren zur Gewinnung von Stärke aus Reis, bei dem das Protein in denaturierter Form abgetrennt wird. Die Einweichung des Reises erfolgt diskon­ tinuierlich unter Anwendung eines hohen alkalischen pH-Wertes von etwa 11. Erforderlich sind dabei eine Reaktionszeit von vier bis sechs Stunden und eine Temperatur von 5 bis 40° C zur Erreichung derjenigen Lockerung der Struktur der Stärke­ körner, dem Protein und den Fasern, die für die Trennung von Stärke und suspendiertem Protein zum Zwecke der Stärkeraffi­ nation notwendig ist. Anschließend findet dann die Vermahlung des Reises zwecks Freilegung der Stärke und der übrigen Reis­ kornkomponenten statt.

Nachteilig bei den vorbekannten Verfahren ist die Einstellung eines hohen alkalischen pH-Wertes, der für die Lockerung der Kornstruktur erforderlich ist, jedoch zu einer teilweisen Zerstörung der Proteinstruktur führt mit der Folge, daß wich­ tige funktionelle Eigenschaften, die für ein nicht denatu­ riertes Protein zwingend erforderlich sind, irreversibel ver­ ändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs be­ schriebene Verfahren hinsichtlich der Stärkequalität und -ausbeute zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Einweichen des Reismehls bei pH-Werten von 9 vorgenom­ men wird, daß vor oder während des Einweichens Enzyme zugege­ ben werden, die auf die Proteinstärkematrix oder auf die Pro­ teinstärkematrix und das Protein einwirken, und daß während oder nach dem Einweichen durch Einbringen von Scherkräften eine Homogenisation der Slurry erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung eines pH-Wertes 9 wird die Entstehung von Alkalischäden an den Proteinen vermieden.

Außerdem muß für die Enzymreaktion keine Neutralisierung des Reaktionsgemisches vorgenommen werden. Dadurch ergibt sich im Proteinendprodukt ein vernachlässigbar geringer Aschegehalt. Außerdem reduzieren sich die Verbrauchsmittel an Säure.

Aufgrund der geringen alkalischen Belastung des Reaktionsge­ misches sowie der niedrigen Reaktionstemperatur von 45° C läßt sich der Verlust an Stärke nahezu vollständig vermeiden. Die Behandlungsweise führt zu niedrigen Viskositäten während der Reaktion und der weiteren Prozeßschritte, wodurch sowohl die mechanische Behandlungsfähigkeit als auch die Enzymreak­ tion begünstigt werden.

Durch entsprechende Menge der Enzymzugabe läßt sich erfin­ dungsgemäß erreichen, daß das Einweichen zwei Stunden dau­ ert.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn für die genannten Enzyme Mischungen von Proteasen und Peptidasen mit Cellulasen verwendet werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn als Enzyme außerdem Glucanase, Xylanase, Hemicellulase, Alpha-Galactosi­ dase, Phospholipase, Pectinase, Cellobiase, Arabinase oder Mischungen hiervon verwendet werden.

Durch gezielten Einsatz dieser Enzyme können funktionelle Gruppen des Proteins erzeugt werden, die sich vorteilhaft für bestimmte Applikation in der Lebensmittel- wie auch in der Futtermittelindustrie eignen. Hierfür ist das erfindungsgemä­ ße Verfahren insbesondere durch eine Enzymbehandlung gekenn­ zeichnet, die den für das Einweichen eingestellten pH-Wert von 9 auf einen Wert 7,5 verringert.

Die Homogenisation kann erfindungsgemäß mittels Ultraschall, einer Kolloidmühle, einer Mikrokavitationsaufschlußmaschine, Sieben und Verdrängerpumpen oder mittels Hochdruck erfolgen.

Bei allen diesen Verfahren geht es um das Einbringen von Scherkräften in die Slurry.

Zur weiteren Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, daß durch das genannte Zentrifu­ gieren der Slurry im Unterlauf ein Großteil der Stärke und Fasern und im Oberlauf die Proteinfraktion mit einem geringen Stärkeanteil erhalten werden, und daß anschließend aus dem Oberlauf durch einen zweiten Zentrifugiervorgang der Stärke­ anteil reduziert wird.

Die Trennung der Hauptkomponenten Stärke und Protein im Zen­ trifugalfeld des ersten Zentrifugiervorganges wird mit geeig­ neten Standardmaschinen so ausgeführt, daß die anfallende Oberlauffraktion einen Proteinanteil von 40% bezogen auf Trockensubstanz beinhaltet. Die in den beiden Zentrifugier­ vorgängen anfallenden Unterläufe werden zusammengeführt und in herkömmlicher Weise zu einer handelsüblichen Stärke wei­ terverarbeitet. Das während der späteren Eindampfung entste­ hende Abwasser (Brüdenkondensat) ist niedrig belastet und somit umweltverträglicher.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an einem Bei­ spiel erläutert:
600 kg gemahlener Bruchreis mit einer Trockensubstanz von ca. 88% werden mittels einer Injektionsdüse in 1000 l Wasser eingemischt und in einen beheizbaren Rührwerksbehälter einge­ bracht. Die Temperatur dieser Suspension wird mittels Warm­ wasserbeheizung auf 40° C eingestellt. Durch Zugabe von ca. 8 l 16%iger NaOH wird die Suspension auf einen pH-Wert von 8,5 justiert.

Anschließend wird ein Enzymcoktail aus Protease, Cellulase, Glucanase, Xylanase und Hemicellulase von 0,2% auf Trocken­ substanz Reismehl dazugegeben. Während einer eineinhalbstün­ digen Reaktionszeit erfolgt ein durch Messungen nachzuweisen­ des Absinken des pH-Wertes von 8,5 bis auf einen pH-Wert von 7,4.

Während der Reaktion wird die Suspension über einen Ultra­ schallhomogenisator zirkuliert. Anschließend erfolgt eine Trennung der einzelnen Fraktionen mit einem Dekanter mit ei­ nem Trommeldurchmesser von 180 mm, der für eine Leistung von ca. 1m³/h Zulauf ausgelegt und mit variabler Differenzdreh­ zahl einer Räumschnecke ausgerüstet ist.

Vor der Zugabe auf den Dekanter wird die Suspension im Rühr­ werksbehälter durch Wasserzugabe auf insgesamt 2800 kg ver­ dünnt.

Das vom Dekanter ablaufende Filtrat wird zur Vermeidung von Sedimentationen gerührt und hierfür in einem Rührwerksbehäl­ ter zwischengelagert. Durch die vorhergehende, eine Lockerung der Proteinstärkematrix hervorrufende Reaktion im Rührwerks­ behälter kann in einer Dekanterstufe die Trennung in die Fraktionen Stärke, Fasern (Unterlauf) und Protein (Oberlauf) erfolgen. Die entwässerte Stärkefraktion weist einen Trocken­ substanzgehalt von ca. 52% auf. Durch erneute Verdünnung der Stärkefraktion werden die Fasern nach einer Verdünnung und Siebung in der Stärkeraffinationsstufe abgetrennt.

Der in einem Rührwerksbehälter gesammelte Oberlauf des Dekan­ ters wird anschließend in einem Separator in einen stärkere­ duzierten proteinhaltigen Oberlauf und einen stärkeangerei­ cherten Unterlauf getrennt. Die Proteinfraktion (Oberlauf) wird anschließend pasteurisiert, eingedampft und sprühge­ trocknet. Das getrocknete Produkt hat einen Proteingehalt von 65% auf Trockensubstanz, ein elfenbeinfarbenes Aussehen und eine puderförmige Konsistenz.

Claims (11)

1. Verfahren zur Gewinnung von nativer Stärke und nativem oder modifiziertem Protein aus Reis oder Bruchreis, wobei der Reis oder Bruchreis zuerst trocken oder naß zerkleinert, dann zur Lockerung der Proteinstärkema­ trix unter Zusatz von Wasser im drucklosen Zustand bei Temperaturen von < 45° C eingeweicht und die so erhal­ tene Slurry durch Zentrifugieren in Stärke, suspen­ diertes Protein und Fasern getrennt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Einweichen des Reismehls bei pH-Werten von 9 vorgenommen wird,
daß vor oder während des Einweichens Enzyme zugegeben werden, die auf die Proteinstärkematrix oder auf die Proteinstärkematrix und das Protein einwirken, und
daß während oder nach dem Einweichen durch Einbringen von Scherkräften eine Homogenisation der Slurry er­ folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einweichen zwei Stunden dauert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für die genannten Enzyme Mischungen von Pro­ teasen und Peptidasen mit Cellulasen verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Enzyme außerdem Glucanase, Xylanase, Hemicellula­ se, Alpha-Galactosidase, Phospholipase, Pectinase, Cellobiase, Arabinase oder Mischungen hiervon verwen­ det werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Enzymbehandlung, die den für das Einweichen eingestellten pH-Wert von 9 auf einen Wert 7,5 verringert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels Ultraschall erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels einer Kolloidmühle erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels Hoch­ druck erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels Mikro­ kavitationsaufschlußmaschinen erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation durch Kombina­ tion von Sieben und Verdrängerpumpen erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß durch das genannte Zentrifu­ gieren der Slurry im Unterlauf ein Großteil der Stärke und Fasern und im Oberlauf die Proteinfraktion mit einem geringen Stärkeanteil erhalten werden, und daß anschließend aus dem Oberlauf durch einen zweiten Zen­ trifugiervorgang der Stärkeanteil reduziert wird.