DE4428933A1 - Recovering starch and protein from rice - Google Patents

Recovering starch and protein from rice

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Abstract

Recovery of native starch (I) and native or modified protein (II) from (broken) rice comprises: (a) comminuting the rice (under wet or dry conditions); (b) loosening the (I)-(II) matrix by soaking with addn. of water at less than 45 deg C and without application of pressure, and (c) centrifuging the slurry to separate (I), suspended (II) and fibres. This process is now improved by: (1) carrying out the soaking step at pH <= 9; (2) adding enzymes (before or during soaking), which act on the matrix (and opt. also (II)) and (3) homogenising the slurry, during or after soaking, by application of shearing forces.

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.The invention relates to a method for obtaining nati ver starch and native or modified protein from rice or broken rice, the rice or broken rice being dry first or crushed wet, then to loosen the protein starch trix with the addition of pressurized water at tem temperatures of <45 ° C soaked and the resulting slurry by centrifuging in starch, suspended protein and Fibers is separated.

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.Such a method can be found in the specialist literature (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, JW Knight, Pergamon Press Ltd., Library of Congress Catalog Card No .: 68-57889, First edition: 1969). It is basically known to carry out the rice crushing in the dry or wet process. The water added to soak the rice flour is around 60 to 90% of the slurry produced in this way.

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.A method for the production of Starch from rice, in which the protein is in denatured form is separated. The rice is soaked at a discount continuously using a high alkaline pH of about 11. A response time of four to six hours and a temperature of 5 to 40 ° C to achieve that loosening of the structure of the starch grains, the protein and the fibers needed for the separation of Starch and suspended protein for starch affinity nation is necessary. Then the grinding takes place of the rice for the purpose of exposing the starch and the rest of the rice grain components instead.

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.The setting is disadvantageous in the known methods a high alkaline pH value, which is used to loosen the Grain structure is required, however, to a partial extent Destruction of the protein structure leads to the fact that wich functional properties necessary for a non denatu protein are absolutely necessary, irreversibly ver be changed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs be­ schriebene Verfahren hinsichtlich der Stärkequalität und -ausbeute zu verbessern.The invention is based, to be the beginning written procedures regarding starch quality and - improve yield.

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.This object is achieved according to the invention in that pre-soaking the rice flour at pH 9 Men will that enzymes are added before or during the soaking be based on the protein starch matrix or on the Pro starch matrix and the protein act, and that during or after soaking by applying shear forces the slurry is homogenized.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung eines pH-Wertes 9 wird die Entstehung von Alkalischäden an den Proteinen vermieden. By using a pH value of 9 according to the invention the formation of alkaline damage to the proteins is avoided.  

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.In addition, no neutralization of the Reaction mixture can be made. This results in Final protein product has a negligible ash content. In addition, the consumables in acid are reduced.

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.Because of the low alkaline load on the reaction mix as well as the low reaction temperature of 45 ° C the loss of starch can be almost completely avoided. The treatment procedure leads to low viscosities during the reaction and the further process steps, whereby both the mechanical treatability as well as the enzyme freak tion are favored.

Durch entsprechende Menge der Enzymzugabe läßt sich erfin­ dungsgemäß erreichen, daß das Einweichen zwei Stunden dau­ ert.A corresponding amount of the enzyme addition can be invented According to the invention, soaking takes two hours 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.According to the invention, it is advantageous if for the above Enzyme mixtures of proteases and peptidases with cellulases be used. It is useful if as an enzyme also glucanase, xylanase, hemicellulase, alpha-galactosi dase, phospholipase, pectinase, cellobiase, arabinase or Mixtures thereof are used.

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.Through the targeted use of these enzymes, functional Groups of protein are generated that are beneficial for certain application in the food as well as in the Feed industry. For this, the invention ß procedures characterized in particular by an enzyme treatment records the pH set for soaking decreased from 9 to a value of 7.5.

Die Homogenisation kann erfindungsgemäß mittels Ultraschall, einer Kolloidmühle, einer Mikrokavitationsaufschlußmaschine, Sieben und Verdrängerpumpen oder mittels Hochdruck erfolgen.According to the invention, the homogenization can be carried out using ultrasound, a colloid mill, a microcavitation digestion machine, Sieving and displacement pumps or by high pressure.

Bei allen diesen Verfahren geht es um das Einbringen von Scherkräften in die Slurry. All of these processes involve the introduction of Shear forces into the 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.To further improve the method according to the invention it is also proposed that by the said centrifuge the slurry in the lower reaches greed a large part of the strength and Fibers and in the upper reaches the protein fraction with a small Starch content can be obtained, and that subsequently from the Overflow through a second centrifugation process of the starch share is reduced.

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.The separation of the main components starch and protein in Zen The centrifugal field of the first centrifugation process is also approved Neten standard machines designed so that the accruing Overflow fraction a protein content of 40% based on Includes dry matter. The in the two centrifuging processes occurring underflows are merged and white in a conventional manner to a commercial starch processed. This arises during the later evaporation wastewater (vapor condensate) is low polluted and thus more environmentally friendly.

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.The method according to the invention is explained below using an example:
600 kg of ground broken rice with a dry matter of approx. 88% are mixed into 1000 l of water using an injection nozzle and placed in a heated agitator container. The temperature of this suspension is adjusted to 40 ° C. by means of warm water heating. The suspension is adjusted to a pH of 8.5 by adding about 8 l of 16% NaOH.

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. An enzyme cocktail of protease, cellulase, Glucanase, xylanase and hemicellulase from 0.2% on dry Substance rice flour added. During an hour and a half The reaction time is determined by measurements the decrease in pH from 8.5 to a pH of 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.During the reaction, the suspension is over an Ultra sound homogenizer circulates. Then there is one Separation of the individual fractions with a decanter with egg nem drum diameter of 180 mm, which for a performance of approx. 1m³ / h inlet designed and with variable differential rotation number of augers is equipped.

Vor der Zugabe auf den Dekanter wird die Suspension im Rühr­ werksbehälter durch Wasserzugabe auf insgesamt 2800 kg ver­ dünnt.Before adding to the decanter, the suspension is stirred factory container by adding water to a total of 2800 kg ver thins.

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.The filtrate draining from the decanter is used to avoid Sedimentation stirred and for this in an agitator container ter temporarily stored. By the previous one, a loosening the protein starch matrix-causing reaction in the agitator In a decanter stage, the container can be separated into the Starch, fiber (lower reaches) and protein (upper reaches) fractions respectively. The drained starch fraction is dry substance content of approx. 52%. By rediluting the Starch fraction is the fibers after a dilution and Separation in the starch refining stage.

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.The dean's upper reaches collected in an agitator tank ters is then separated into a stronger one in a separator induced proteinaceous headwaters and a starchy diet secured lower reaches separately. The protein fraction (upper reaches) is then pasteurized, evaporated and sprayed dries. The dried product has a protein content of 65% on dry matter, an ivory-colored appearance and a powdery consistency.

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.1. A process for the production of native starch and native or modified protein from rice or broken rice, the rice or broken rice first being crushed dry or wet, then soaked in order to loosen the protein starch matrix with the addition of water in the unpressurized state at temperatures of <45 ° C. and the slurry thus obtained is separated by centrifugation in starch, suspended protein and fibers, characterized in that the rice flour is soaked at pH values of 9,
that enzymes which act on the protein starch matrix or on the protein starch matrix and the protein are added before or during the soaking, and
that during or after the soaking by introducing shear forces, the slurry is homogenized. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einweichen zwei Stunden dauert. 2. The method according to claim 1, characterized in that soaking takes two hours.   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.3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that mixtures of Pro teases and peptidases with cellulases can be used. 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.4. The method according to claim 3, characterized in that as enzymes also glucanase, xylanase, hemicellula se, alpha-galactosidase, phospholipase, pectinase, Use cellobiase, arabinase or mixtures thereof be det. 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.5. The method according to any one of the preceding claims, ge is characterized by an enzyme treatment that the for the soaking set pH from 9 to one Value reduced by 7.5. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels Ultraschall erfolgt.6. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that the homogenization by means of Ultrasound is done. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels einer Kolloidmühle erfolgt.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the homogenization by means of a Colloid mill is done. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels Hoch­ druck erfolgt.8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the homogenization by means of high printing takes place. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation mittels Mikro­ kavitationsaufschlußmaschinen erfolgt.9. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the homogenization by means of micro cavitation digestion machines. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisation durch Kombina­ tion von Sieben und Verdrängerpumpen erfolgt.10. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the homogenization by Kombina sieving and positive displacement pumps. 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.11. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that by said centrifuge the slurry in the lower reaches greed a large part of the starch  and fibers and the protein fraction in the upper reaches a small amount of starch can be obtained, and that then from the upper reaches through a second Zen centrifugation process the starch content is reduced.
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