DE4440958A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Weizenstärke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wei­ zenstärke aus Weizen, geschältem Weizen oder Weizenmehl, wo­ bei der Weizen oder geschälte Weizen zuerst trocken oder naß vermahlen wird, das Weizenmehl aus schließlich naß vermahlen werden kann und danach mit Wasser bei Temperaturen 50°C zu einer Slurry verarbeitet wird, die anschließend durch Zentri­ fugieren getrennt wird in eine Stärke und Fasern enthaltende Fraktion und in eine glutenbildende Proteinfraktion.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung dieses Verfahrens sowie die hergestellte Weizenstärke.

Die Herstellung von Weizenstärke als Rohstoff für eine Wei­ terverarbeitung zu Endprodukten wie zum Beispiel Glucose hat in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Hiermit ist nicht nur eine erhöhte Weizenstärkeproduktion sondern auch eine Erhöhung der aus den konventionellen Verfahren resultie­ renden B-Stärkefraktion sowie des Weizenvitalklebers einher­ gegangen. Es wurden auch die aufnehmenden Märkte für den Wei­ zenvitalkleber beeinflußt. Als ein Beispiel sei hier die Pro­ duktion von Futter für die Aufzucht von Jungtieren erwähnt, in welcher der Weizenvitalkleber nach einer chemischen oder biochemischen Modifizierung zunehmend als Ersatz für tieri­ sches Eiweiß und andere pflanzliche Eiweiße dient. Für den Einsatz in Futtermittel für die Jungtieraufzucht liegt die Hauptbedeutung des modifizierten Weizenklebers in seinem Ei­ weißgehalt und/oder in den funktionellen Eigenschaften be­ gründet, welche durch die Modifizierung eingestellt werden können. Ein entscheidender Vorteil für die Verwendung des Weizens zur Stärkeherstellung ist der Gehalt an wertvollem Eiweiß im Weizen, welches ebenfalls gewonnen werden kann und zur Wirtschaftlichkeit der Stärkeherstellung am Weizen ent­ scheidend beiträgt.

Nachteilig bei der Durchführung der konventionellen Technik für die Weizenstärkeherstellung ist insbesonders, daß die Ausbeute an qualitativ guter Stärke, der sogenannten A-Stär­ ke, lediglich ca. 60% auf Weizenmehl-TS beträgt.

Die Stärkeausbeute bei der Weizenstärkeherstellung wird ent­ scheidend beeinflußt durch folgende Faktoren:

• - den Stärkegehalt im Weizen/Weizenmehl
• - die Partikelgrößenverteilung der Weizenstärke
• - den Eiweißgehalt des Weizens/Weizenmehles
• - die Fähigkeit des wasserunlöslichen Proteins zu agglome­ rieren
• - die Qualität des Eiweißes, d. h. Gewinnung des sogenann­ ten Vitalklebers für den Backprozeß
• - den Gehalt an Hemicellulose, Xylanose und Glucane sowie weiterer nichtstärke- und nichteiweißhaltigen Komponen­ ten, welcher sich auf das Viskositätsverhalten des Wei­ zenmehles in wässeriger Phase auswirken
• - die Wechselwirkungen zu den unterschiedlichen Komponenten
• - das Verhältnis von wasserlöslichen und nichtwasserlösli­ chen Pentosanen
• - den Einfluß von im Prozeß eingesetzten Hilfsstoffen

Eine anwendbare Labormethode für die Ermittlung der Weizen­ mehlqualität mit Aussagen für die Produktion von Vitalkleber und Weizenstärke wurde beschrieben von P.L. Weegels et. al.: Small Scale Separation of Wheat Flour in Starch and Gluten, Starch/Stärke 40 (1988) Nr. 9, S. 342-346.

• E. Lameÿer et al.: Workshop over geluid, afvalwater, guer en energie in de Nederlandse zetmeelindustrie, 10. Mai 1990, Holiday Inn Hotel Utrecht, Organisator: Novem, Postbus 17, NL-6130 AA Sittard, vergleicht die unterschiedlichen Weizen­ stärkeherstellungsprozesse mit modernen analytischen Metho­ den. E. Lameÿer et al. beschreibt die derzeit modernsten Weizenstärkeprozesse, den sogenannten Hydrozyklon-Prozeß und den 3-Phasen-Dekanter-Prozeß.

Wenn man diese modernen bekannten Prozesse betrachtet, so kann man feststellen, daß die bei der Weizenstärkeherstellung entstehenden Stärkeverluste vorrangig begründet sind durch

• - Stärkeverluste in der dritten Phase des 3-Phasen-Dekan­ ter-Prozesses, wobei die dritte Phase überwiegend die Pentosane enthält sowie Proteine und Stärke;
• - Verluste im B-Stärke-Strom, der sowohl im 3-Phasen-Dekan­ ter-Prozeß wie auch im Hydrozyklon-Prozeß anfällt, weil hiermit der Hauptanteil des Eiweißes abgetrennt wird;
• - Stärkeverluste in Höhe von ca. 10% mas auf TS im gewon­ nenen Vitalkleber;
• - Stärkeverluste bei der Abtrennung von Fasern und/oder unlöslichen Pentosanen (überwiegend im Hydrozyklon-Pro­ zeß).

Angaben zu Verlusten und Ausbeuten im Weizenstärkeherstel­ lungsprozeß finden sich ferner bei W. Kempf und C. Röhrmann, Detmold: Verfahren der industriellen Weizenstärkegewinnung auf Rohstoffbasis Weizenkorn, Starch/Stärke 36 (1984) Nr. 1, S. 1-7, sowie bei 13. 1. Dahlberg, Tumba: A New Process for the Industrial Production Wheat Starch and Wheat Gluten, Starch/Stärke 30 (1978), Nr. 1, S. 8-12.

Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen:
Während der letzten zehn Jahre ist der Einsatz von Enzymen in den ersten Prozeßschritten bei der Weizenstärkeherstellung in der einschlägigen Industrie vorgenommen worden. Die hier ver­ wendeten Enzyme sind insbesondere Cellulasen, Hemicellulasen, Xylanasen, Glucanasen, etc., die ursächlich für eine Ernied­ rigung der Viskosität in der Slurry eingesetzt werden, die vor Durchführung der Trennschritte im Prozeß hergestellt wird. Diese Enzyme können jedoch nicht bestwirkend eingesetzt werden, da die Aufenthaltszeit für die Einwirkung begrenzt ist, und die prozeßbedingte Temperatur des Mediums nicht mit der spezifischen Optimumtemperatur der Enzyme und ferner auch der pH-Wert nicht mit den wirkungsspezifischen Optimum-Werten der Enzyme übereinstimmen.

Der Einsatz von Proteasen und/oder Peptidasen wird bislang in diesem Zusammenhang nicht durchgeführt, da durch den damit verbundenen Eiweißabbau die Ausbeute an hochwertigem Vital­ kleber entsprechend reduziert wird.

Durch die Verwendungsmöglichkeit von modifiziertem Kleber zum Beispiel bei der Herstellung von Futtermittel für die Jung­ tieraufzucht eröffnen sich hier jedoch neue Perspektiven, indem die Modifizierung bereits in den Stärkeherstellungspro­ zeß integriert werden kann und einhergehend eine Erhöhung der Stärkeausbeute möglich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs be­ schriebene Verfahren zu vereinfachen und das damit herge­ stellte Produkt zu verbessern.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsge­ mäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

• a) vor dem Zentrifugieren werden der Slurry Enzyme zugege­ ben, um das glutenbildende und nichtglutenbildende Wei­ zenprotein sowie weitere nichtprotein- und nichtstärke­ haltige Inhaltsstoffe in der Slurry so zu hydrolysieren, daß einhergehend mit der Erniedrigung der Viskosität in der Slurry die Stärkekörner von den Nichtstärkekomponen­ ten freigesetzt werden;
• b) die Slurry wird auf die gewünschte Temperatur sowie auf einen pH-Wert < 4,0 und < 7,0 eingestellt;
• c) in die Mischung werden Scherkräfte eingetragen, und zwar durch Umpumpen der Mischung durch ein Sieb, wobei den Feststoffanteilen der Mischung unmittelbar vor dem Sieb mittels einer eingesetzten Pumpe eine hohe Beschleunigung erteilt wird.

Erfindungsgemäß wird somit die Ausbeute an Weizenstärke im Vergleich mit dem bekannten Prozeß verbessert durch die An­ wendung einer Kombination von biochemischen und physikali­ schen Prozeßschritten, wobei eine Modifizierung des Vitalkle­ bers bereits in der Slurry vorgenommen wird, wodurch eine erheblich verbesserte Stärkegewinnung möglich wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise so durchführen, daß das in den Reaktionsbereich zugege­ bene, eine Temperatur von < 60°C, vorzugsweise 40°C aufwei­ sende Wasser gerührt und umgepumpt wird;
daß dem umgepumpten Wasser eine erste Teilmenge Weizenmehl zudosiert wird;
daß in die so gebildete Slurry Scherkräfte eingetragen wer­ den;
daß nach der Enzymzugabe die Einstellung des pH-Wertes auf < 5,0 und < 6,0 erfolgt; und
daß unter Aufrechterhaltung der Scherkrafteintragung die Zu­ dosierung der zweiten Weizenmehl-Teilmenge erfolgt.

Die Reihenfolge der zuvor aufgelisteten Verfahrensschritte muß nicht eingehalten werden.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn für die Hydrolysie­ rung des glutenbildenden und nichtglutenbildenden Proteins Proteasen, Peptidasen sowie für den Abbau der nichtprotein- und nichtstärkehaltigen Inhaltsstoffe, Hemicellulasen, Pento­ sanasen, Cellulasen, Glucanasen, Alpha-Galactosidasen, Pekti­ nasen, Xylanasen, Phospholipasen, Arabinasen, Cellobiasen oder eine Mischung derselben zugegeben werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der TS-Gehalt in der Slurry für die Einwir­ kung der Enzyme 25% mas, vorzugsweise 40% mas, beträgt.

Versuche haben ergeben, daß ausschließlich die kombinierte Anwendung von proteinabbauenden Enzymen wie Proteasen und Peptidasen sowie von Hemicellulasen, Pentosanasen, Cellula­ sen, Glucanasen, Alpha-Galactosidasen, Pektinasen, Xylanasen, Phospholipasen, Arabinasen und Cellobiasen bei gleichzeitigem Eintrag bestimmter moderater Scherkräfte in das Medium eine derartige Abtrennung der Proteinmatrix von der Stärke herbei­ geführt, so daß eine anschließende Trennung mit hohen Ausbeu­ ten an Protein und Stärke ermöglicht wird. Gleichzeitig ist durch Wahl der proteinabbauenden Enzyme eine gezielte Modifi­ zierung des Weizenproteins möglich.

Weitere Vorteile dieses Verfahrens sind darin zu sehen, daß im Vergleich zum bekannten Verfahren die Stärkefraktion und die Proteinfraktion einfacher zu trennen sind, und daß das erzeugte Proteinhydrolysat nahezu alle Peptide und Aminosäu­ ren sowohl aus dem glutenbildenden Protein als auch aus dem nichtglutenbildenden Protein des Weizens enthält.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Weizenstärke läßt sich quasi als Zweitprodukt ein Proteinhy­ drolysat herstellen, wobei sich folgende Vorteile ergeben:

Es ist der Einsatz eines qualitativ schlechteren Weizens oder Weizenmehles mit einem hohen Anteil an nichtglutenbildenden Protein möglich, da eine Abtrennung des Proteins als Vital­ kleber der ausschließlich nur glutenbildendes Protein enthält, nicht erforderlich ist.

Die gesamten Probleme der Abtrennung von Vitalkleber im kon­ ventionellen Prozeß und bei der Verwendung von getrocknetem Vitalkleber für die anschließende Modifizierung, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren umgangen werden. Die Qualität der Zusammensetzung der Aminosäuren in dem Proteinhydrolysat gemäß dieser Erfindung ist höherwertig als beim konventionel­ len Prozeß, da hier der Anteil des nichtglutenbildenden Pro­ teins ebenfalls enthalten ist. Das Endprodukt weist einen im Vergleich höheren Lysin- und Isoleucingehalt auf.

Durch die im Proteinhydrolysat verbleibenden Aminosäuren des nichtglutenbildenden Proteins des Weizens wird eine im Ver­ gleich zum Weizengluten und folgerichtig dem daraus herge­ stellten modifizierten Weizengluten nach dem konventionellen Verfahren höhere Konzentrationen von die Qualität bestimmen­ den Aminosäuren erzielt.

Ein weiterer Vorteil des Proteinhydrolysats nach diesem Ver­ fahren ist seine Säurestabilität, das heißt die Dispersions­ stabilität des Proteins bei niedrigen pH-Werten von ca. 4,5 und 10% mas TS-Gehalt in wäßriger Lösung. Dieses ist um so mehr erstaunlich, als der Proteingehalt im Proteinhydrolysat im Vergleich zum konventionell hergestellten modifizierten Weizenkleber mit ca. 40-45% mas Protein auf Gesamt-TS re­ lativ niedrig ist.

Diese Säurestabilität ist vorteilhaft bei der Anwendung des Proteinhydrolysates für die Herstellung von Futtermittel für die Jungtieraufzucht.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeig­ nete Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß für das Eintragen der Scherkräfte in die Slurry eine Pum­ pe, vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe, mit eingebautem Inli­ ne-Sieb vorgesehen ist.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Zentrifugalpumpe eine Ver­ drängerpumpe vor- und ein statisches Sieb nachgeschaltet sind.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des modifizierten Verfah­ rens gemäß der Erfindung ist vorzugsweise dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die der Protein-Hydrolysierung nachgeschal­ tete Zentrifugation eine Dekanterzentrifuge vorgesehen ist, deren Unterlauf einer zumindest fünf Trennstufen aufweisenden Hydrozyklonanlage zugeführt wird, der für ihren Oberlauf als kombinierte Fest-/Flüssigtrennstufe ein Separator und diesem für seinen Unterlauf ein Dekanter nachgeschaltet sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zur Trocknung des eingedampften Pro­ teinhydrolysats ein Sprüh- oder Stromtrockner oder eine Mahl-Trocknungsanlage vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Stärkemilch ist dadurch gekennzeichnet, daß die unraffinierte Stärkemilch eine Stärkekorngrößenver­ teilung annähernd der des eingesetzten Weizenmehles aufweist und außer der Stärke weitere Inhaltsstoffe des Weizenmehles wie teilhydrolysierte Pentosane, Glucane, Proteine, Mineral­ stoffe und niedermolekulare Zucker enthält.

Für die Erzielung einer bestmöglichen Stärkeausbeute sind die folgenden Vorkehrungen notwendig:

• - der Einsatz von Proteasen und/oder Peptidasen;
• - Einstellung der physikalischen Parameter des Prozesses (Temperatur, pH-Konzentration) in Übereinstimmung mit dem Wirkungsoptima der Enzyme;
• - Einsatz von Enzymen, welche eine maximale Reduzierung der Viskosität, also einen Abbau der unlöslichen Pentosane, in der Slurry bewirken;
• - die Eintragung von Scherkräften in die Slurry kann im Vergleich zu den bekannten Prozessen moderat gehalten werden;
• - die verwendete Weizenmehlqualität muß nicht die gleichen hohen Anforderungen erfüllen wie bei den konventionellen Prozessen.

Als Beispiel für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird in einen Reaktor - ausgestattet mit einem Rüh­ rer, Temperaturregelung und pH-Messung eine Menge von 3 m³ Wasser mit einer Temperatur von 40°C eingefüllt. Das Umwälz­ system, bestehend aus einer Verdrängerpumpe mit nachgeschal­ teter Zentrifugalpumpe mit eingebautem Inline-Sieb und einem statischen Sieb, wird gestartet, bevor ein Weizenmehl mit 10,5% Protein (berechnet als Stickstoff × Faktor 5,7) ent­ sprechend zudosiert wird. Als Zentrifugalpumpe wird eine han­ delsübliche, einstufige Zentrifugalpumpe mit verkleinertem Laufrad, als Inline-Sieb ein Siebeinsatz mit Öffnungen < 1 cm und als statisches Sieb ein umschaltbarer Doppelfilter (z. B. Fabrikat Schünemann Typ F) mit Maschenweiten < 1 mm einge­ setzt. Insgesamt werden zu Beginn 200 kg des Mehles in das Wasser eingemischt, bevor die Enzymmischung Starprozyme 600 der Firma Biocatalysts Ltd., Main Avenue, Treforest Industri­ al Estate, Pontypridd, Mid Glamorgan, CF37 5 UT, Great Bri­ tain, zugegeben wird in einer Konzentration von 1% mas. der pH-Wert wird eingestellt mittels Zitronensäure auf einen Wert von 5,5. Anschließend werden weitere 2.160 kg des Wei­ zenmehles eingemischt. Die Reaktion, das heißt die Trennung von Eiweißmatrix und Stärkekörnern, wird mittels eines Mikro­ skops verfolgt. Nach ca. 1 Stunde Reaktionszeit ist die Reak­ tion beendet und die Slurry wird zu einem 2-Phasen-Dekanter gepumpt, in welchem eine Trennung in Unter- und Oberlauf er­ folgt. Der Unterlauf weist eine Gesamt-TS von 55% mas bei einem Proteingehalt von 3,0% mas (Berechnungsbasis ist Stickstoff × Faktor 5,7) auf. Der Oberlauf weist eine Gesamt-TS von 17,2% mas sowie eine Proteinkonzentration von 41,6% mas (Berechnungsbasis ist Stickstoff × Faktor 6,25) auf. Der Oberlauf des Dekanters wird in einer Eindampfanlage nach Ein­ stellung des pH-Wertes mit Zitronensäure von pH 4,4 auf eine Endkonzentration von 40,5% mas TS konzentriert. Das Protein­ hydrolysat wird anschließend in einem Sprühtrockner getrock­ net. Das erhaltene Endprodukt hat einen pH-Wert von 4,4, eine Proteinkonzentration von 41% mas (Berechnungsbasis ist Stickstoff × 6,25), eine Gesamttrockensubstanz von 93,8% mas, einen Hydrolysegrad des Proteins von 8,5 (entsprechend der Bestimmungsmethode für den Hydrolysegrad [DH-Wert] aus J. Adler Nissen: Determination of Degree of Hydrolysis of Food Protein Hydrolysates by TNBS and J. Agric Food Chem., Vol. 27, No. 6, 1979, p. 1256-1262) und eine Säurestabilität von mindestens zwölf Stunden.

Für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird dem nach dem Reaktionsbereich eingesetzten 2-Phasen-Dekanter ein Gesamtmassenstrom von 5.360 kg zugeführt. Der Oberlauf beträgt 2.492 kg, der Unterlauf 2.868 kg. Dieser Unterlauf enthält eine Gesamt-TS von 55% mas bei einem Proteingehalt von 3,5% mas (Berechnungsbasis Stickstoff × 5,7). Bezogen auf die Trockensubstanz beträgt der Zufluß zum Dekanter 2.006 kg, der Oberlauf 428,6 kg und der Unterlauf 1.577,4 kg. Die entsprechenden Proteinanteile betragen im Zulauf 210,6 kg, im Oberlauf 162,6 kg und im Unterlauf 48 kg.

Zu den bekannten Prozessen bestehen bemerkenswerte Unter­ schiede:

• - Hier wird in dem 3-Phasen-Dekanter-Prozeß eine hohe Scherkraft in die Slurry eingetragen durch z. B. eine Hochdruckpumpe oder einen Homogenisator. In dem Hydrozy­ klonprozeß wird die hohe Scherkraft durch die Anwendung mehrerer Hydrozyklonstufen eingetragen. In dem dieser Erfindung zugrundeliegendem Verfahren werden hingegen lediglich moderate Scherkräfte in der Slurry angewendet durch Umpumpen der Slurry mittels einer Zentrifugalpumpe mit eingebautem Inline-Sieb.
• - In dem 3-Phasen-Dekanter-Prozeß beträgt der TS-Gehalt des Zulaufes für den 3-Phasen-Dekanter maximal ca. 32% mas, in dem Hydrozyklon-Prozeß ist der TS-Gehalt im Zulauf auf ca. 16% mas begrenzt. In dem Verfahren gemäß dieser Er­ findung beträgt der TS-Gehalt im Zulauf zum 2-Phasen-De­ kanter 37,5%. Dieses wird ermöglicht durch die Erniedri­ gung der Viskosität in der Slurry und durch den mittels der Enzyme vorgenommenen Proteinabbau.
• - Aufgrund der höheren Löslichkeit des Proteins durch die enzymatische Behandlung liegt der Proteingehalt im Unter­ lauf des 2-Phasen-Dekanters mit 3% mas auf TS höher als im Unterlauf des Dekanters im 3-Phasen-Dekanter-Prozeß. Es ist jedoch sehr leicht möglich, diese in der anschlie­ ßenden mit Hydrozyklonen vorgenommenen Raffination wei­ testgehend zu entfernen, da es sich hierbei fast aus­ schließlich um lösliches Protein handelt.
• - Da der Unterlauf des 2-Phasen-Dekanters gemäß des dieser Erfindung zugrundeliegenden Verfahrens mit 78,6% mas bezogen auf den Zulauf zu diesem Dekanter im Vergleich mit dem 3-Phasen-Dekanter-Prozeß, in welchem dieser Mas­ senanteil lediglich 60% beträgt, sehr hoch ist, ist hieraus schon ersichtlich, daß fast die gesamte Stärke in dem Unterlauf enthalten ist und zur Raffination gelangen kann. Die Ausbeute an qualitativ hochwertiger Stärke be­ trägt ca. 78% im Vergleich zu ca. 60% bei den konven­ tionellen Prozessen.

In der Zeichnung ist in einem Fließschema ein modifiziertes Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt:

In einem Reaktionsbereich 1 wird eine Mischung hergestellt aus Wasser 32 und Weizenmehl 29 bei Einhaltung eines TS-Ge­ haltes von < 25% mas, vorzugsweise 40% mas, einer Tempera­ tur von < 60°C und einem pH-Wert von < 4,0 und < 7,0, vor­ zugsweise < 5,0 und < 6,0. Zugegeben wird dann eine Enzymmi­ schung 30, die Proteasen und Peptidasen zur Hydrolysierung des glutenbildenden und nichtglutenbildenden Proteins und zusätzlich Hemicellulasen, Pentosanasen, Cellulasen, Glucana­ sen, Alpha-Galactosidasen, Pektinasen, Xylanasen, Phospholi­ pasen, Arabinasen, Cellobiasen zum Abbau von nichtprotein- und nichtstärkehaltigen Inhaltsstoffen wie z. B. Hemicellulo­ se, Pentosane und Glucane aufweist. Die Enzyme werden als definierte Enzymmischung 30 zugegeben.

Der Reaktionsbereich 1 wird durch einen Reaktionsbehälter gebildet, der mit einem Rührelement, einer Temperaturregelung und einem Umwälzsystem, bestehend aus einer Verdrängerpumpe mit nachgeschalteter Zentrifugalpumpe mit eingebautem Inline-Sieb und einem statischen Sieb, ausgestattet ist.

Die Reaktionszeit ist abhängig von den bereits oben genannten Parametern Temperatur, pH-Wert, Enzymkonzentration in der Slurry, Mischungsverhältnisse der Enzyme und deren Auswahl, Qualität des Rohstoffes sowie von dem eingesetzten Umwälzsy­ stem zur Eintragung von Scherkräften. Der Verlauf der Reak­ tion kann durch mikroskopische Kontrolle beobachtet werden. Die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens führt dazu, daß das Protein derart gelöst und/oder dispergiert wird, daß die Proteinmatrix aufgelöst und die Stärkekörner freigesetzt werden. Während der Reaktion findet ein signifikanter Abfall der Viskosität in der Slurry statt, wodurch die nachfolgenden Trennschritte erheblich vereinfacht werden. Nach Abschluß der Reaktion wird das Reaktionsgemisch 11 in einem Zentrifugal­ feld 2, z. B. mittels einer Dekanterzentrifuge ohne vorherge­ hende Verdünnung getrennt. Als Dekanterzentrifuge wird ein 2-Phasen-Dekanter eingesetzt, der es erlaubt, einen hohen TS-Gehalt im Unterlauf 12, ein Minimum an Stärkepartikeln im Oberlauf 13 und einen maximalen Durchsatz zu erreichen. Die Dekanterzentrifuge sollte eine Einstellmöglichkeit für die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Zentrifugenkörper aufweisen.

Der Oberlauf 13 der Dekanterzentrifuge 2 wird anschließend in einem Separator 5 weiter aufkonzentriert und anschließend in einer Eindampfanlage 6 konzentriert. Der pH-Wert des Oberlau­ fes 16 des Separators 5 sollte vor der Eindampfung 6 mittels einer organischen Säure wie z. B. Zitronensäure, Milchsäure oder durch Anwendung einer Fermentation mit säureproduzieren­ den Mikroorganismen auf einem Wert von ca. 4,0 eingestellt werden.

Der Unterlauf 12 des Dekanters 2 kann weiter raffiniert wer­ den in einer Gegenstrom-Hydrozyklon-Raffination 3 zur Reini­ gung der enthaltenen Stärke bei Einsatz von Wasser 27. Der Unterlauf 24 der letzten Hydrozyklonstufe enthält die Stärke und ist nach Ausscheidung der Fasern 31 in einer Faserabtren­ nung 9 als gereinigter Stärkestrom 28 geeignet für eine wei­ tere Verarbeitung zu z. B. Stärkederivaten. Der Oberlauf 14 der ersten Stufe der Hydrozyklon-Raffination 3 kann durch eine kombinierte Anwendung von Separator 4 und Dekanter 8 aufkonzentriert werden. Der Oberlauf 10 dieses Separators 4 kann zum Anmischen für das Mehl und somit zur Reduzierung des benötigten Frischwassers verwendet werden. Der Oberlauf 20 dieses Dekanters 8 kann zusammen mit dem Oberlauf 16 des Se­ parators 5 als Zulauf 21 zu der Eindampfanlage 6 geführt wer­ den. Der Unterlauf 17 des Separators 5 wird zusammengeführt mit dem Unterlauf 18 des Separators 4 und bildet dann den Zulauf 19 zum Dekanter 8. Dessen Unterlauf 23 wird anschlie­ ßend mit dem gereinigten Stärkestrom 28 zu einem Stärkemilch­ produkt 25 vereinigt.

Das konzentrierte Proteinhydrolysat 22 aus der Eindampfanlage 6 kann anschließend getrocknet werden in einem Sprühtrockner 7 oder in einem Stromtrockner, der mit einem entsprechendem Rückmischsystem ausgestattet ist. Als Endprodukt 26 resul­ tiert das getrocknete Proteinkonzentrat.

Claims (16)

1. Verfahren zur Gewinnung von Weizenstärke aus Weizen, geschältem Weizen oder Weizenmehl, wobei der Weizen oder geschälte Weizen zuerst trocken oder naß vermah­ len wird, das Weizenmehl ausschließlich naß vermahlen werden kann und danach mit Wasser bei Temperaturen 50°C zu einer Slurry verarbeitet wird, die anschlie­ ßend durch Zentrifugieren getrennt wird in eine Stärke und Fasern enthaltende Fraktion und in eine glutenbil­ dende Proteinfraktion, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) vor dem Zentrifugieren werden der Slurry Enzyme zugegeben, um das glutenbildende und nicht gluten­ bildende Weizenprotein sowie weitere nichtprotein- und nichtstärkehaltige Inhaltsstoffe in der Slurry so zu hydrolysieren, daß einhergehend mit der Er­ niedrigung der Viskosität in der Slurry die Stär­ kekörner von den Nichtstärkekomponenten freige­ setzt werden;
• b) die Slurry wird auf die gewünschte Temperatur so­ wie auf einen pH-Wert < 4,0 und < 7,0 eingestellt;
• c) in die Mischung werden Scherkräfte eingetragen, und zwar durch Umpumpen der Mischung durch ein Sieb, wobei den Feststoffanteilen der Mischung unmittelbar vor dem Sieb mittels einer eingesetz­ ten Pumpe eine hohe Beschleunigung erteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Reaktionsbereich zugegebene, eine Tempera­ tur von < 60°C, vorzugsweise 40°C aufweisende Wasser gerührt und umgepumpt wird;
daß dem umgepumpten Wasser eine erste Teilmenge Wei­ zenmehl zudosiert wird;
daß in die so gebildete Slurry Scherkräfte eingetragen werden;
daß nach der Enzymzugabe die Einstellung des pH-Wertes auf < 5,0 und < 6,0 erfolgt; und
daß unter Aufrechterhaltung der Scherkrafteintragung die Zudosierung der zweiten Weizenmehl-Teilmenge er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Hydrolysierung des glutenbildenden und nichtglutenbildenden Proteins Proteasen und Pepti­ dasen, für den Abbau von nichtprotein- und nichtstär­ kehaltigen Inhaltsstoffen, Hemicellulasen, Pentosana­ sen, Cellulasen, Glucanasen, Alpha-Galactosidasen, Pektinasen, Xylanasen, Phospholipasen, Arabinasen, Cellobiasen oder eine Mischung derselben zugegeben werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der TS-Gehalt in der Slurry für die Einwirkung der Enzyme 25% mas, vorzugsweise ca. 40% mas, beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß nach der Hydrolysierung (1) des glutenbildenden und nichtglutenbildenden Proteins sowie nach dem Abbau der nichtprotein- und nichtstär­ kehaltigen Inhaltsstoffe die Trennung der Eiweißfrak­ tion von der Stärke- und Faserfraktion ohne vorherge­ hende Verdünnung im Zentrifugalfeld (2) vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß aus dem aus unraffinierter Stärkemilch bestehenden Unterlauf (12) der der Hydro­ lysierung (1) nachgeschalteten Zentrifugation (2) eine Stärkehauptfraktion (24) mit stärkehaltigen Fasern sowie eine Restprotein enthaltene Stärkenebenfraktion (14) abgetrennt werden, wobei letztere anschließend in einer kombinierten Fest-/Flüssigtrennstufe (4,8) in eine proteinhaltige Phase (20) und in eine stärkehal­ tige Phase (23) getrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die proteinhaltige Phase (20) mit dem Oberlauf (13) aus der der Hydrolysierung (1) nachgeschalteten Zen­ trifugation (2) zusammengeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Oberlauf (10) aus der ersten Trennstufe (4) der kombinierten Fest-/Flüssigtrennstufe (4,8) dem in den Reaktionsbereich (1) zuzuführenden Wasser (32) zugemischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Oberlauf (10) aus der ersten Trennstufe (4) der kombinierten Fest-/Flüssigtrennstufe (4,8) mit dem Oberlauf (13) aus der der Hydrolysierung (1) nachge­ schalteten Zentrifugation (2) zusammengeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Oberlauf (13) aus der Zentrifu­ gation (2) zuerst in einem Separator (5) in einen überwiegend hydrolysiertes Protein enthaltenden Ober­ lauf (16) und einen überwiegend Reststärke enthaltenen Unterlauf (17) getrennt wird, und der Oberlauf (16) anschließend in einer Eindampfung (6) auf < 40% mas TS konzentriert und danach auf < 95% mas TS getrock­ net (7) wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsprodukt auch Futter­ weizen verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Eintragen der Scherkräfte in die Slurry eine Pumpe, vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe, mit eingebautem Inline-Sieb vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpe eine Verdrängerpumpe vor- und ein stati­ sches Sieb nachgeschaltet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß für die der Hydrolysierung (1) nachgeschalte­ te Zentrifugation (2) eine Dekanterzentrifuge vorgese­ hen ist, deren Unterlauf (12) einer zumindest fünf Trennstufen aufweisenden Hydrozyklonanlage (3) zuge­ führt wird, der für ihren Oberlauf (14) als kombinier­ te Fest-/Flüssigtrennstufe (4,8) ein Separator (4) und diesem für seinen Unterlauf (18) ein Dekanter (8) nachgeschaltet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Trocknung (7) des eingedampften Proteinhydrolysats (22) ein Sprüh- oder Stromtrockner oder eine Mahl-Trocknungsanlage vorgesehen ist.

16. Stärkemilch, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11 oder auf einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12-15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unraffinierte Stärkemilch eine Stär­ kekorngrößenverteilung annähernd der des eingesetzten Weizenmehles aufweist und außer der Stärke weitere Inhaltsstoffe des Weizenmehles wie teilhydrolysierte Pentosane, Glucane, Proteine, Mineralstoffe und nie­ dermolekulare Zucker enthält.