DE47572C - Verfahren zur Verzuckerung von Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen durch schweflige Säure unter Hochdruck zur Herstellung von Glucose-Syrup oder Brauerei- oder Brennerei-Maische - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Zweck vorliegender Erfindung ist es, die Verzuckerung von Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen in schnellerer und vollständigerer Weise, als dies durch die bisher bekannten Verfahren möglich war, zu bewirken, und es besteht die Erfindung im wesentlichen in der Anwendung von schwefliger Säure unter Hochdruck im Autoclaven. Die Anwendung von schwefliger Säure ist aber unter anderem mit dem Uebelstande verbunden, dafs sich aus derselben Schwefelsäure bilden kann, wenn sie mit Sauerstoff in Berührung kommt, und es gehört daher das Verfahren zur Verhütung dieser Unzuträglichkeit ebenfalls zum Verfahren, welches den Gegenstand der Erfindung bildet; letzteres verläuft im allgemeinen in folgender Weise:

Die schweflige Säure in Form der wässerigen Lösung wird in entsprechender Menge in den Autoclaven eingefüllt und darauf durch Einführung von Kohlensäure die in letzterem vorhandene Luft ausgetrieben, worauf der zu verzuckernde Rohstoff langsam eingeschüttet und mit der schwefligen Säure aufgerührt wird. Hierauf wird das Einpressen von Kohlensäure bis zur Herstellung des erforderlichen Druckes im Innern des Autoclaven fortgesetzt und nach Absperrung aller Hähne der Autoclav während der ganzen Reactionsdauer geheizt.

An Stelle der Kohlensäure könnte auch ein anderes, nicht oxydirendes Gas zum Fernhalten der Luft und zur Herstellung des im Autoclaven erforderlichen Druckes benutzt werden.

Zur praktischen Ausführung des Verfahrens bedient man sich vorzugsweise des in Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung veranschaulichten Apparates, von welchem Fig. 3 und 4 bezw. Fig. 5 und 6 nur constructive Variationen darstellen.

Der Apparat, Fig. 1 und 2, besteht aus einem horizontalen, cylinderförmigen, festgelagerten Kupferkessel, welcher an den Enden mit Deckeln Q von der Form von Kugelabschnitten verschlossen ist, welche durch Kautschukringe abgedichtet sind. Das Centrum der Deckel Q ist mit Stopfbüchsen E ausgestattet, in welchen axial die Rührwerkswelle W, hermetisch abgedichtet, gelagert ist. Welle W trägt vier Reihen von gitterartig durchbrochenen und rechtwinklig gegen einander verstellten Flügeln F, welche mit ihr das Rührwerk bilden. Dasselbe wird durch ein aufserhalb des Kessels auf die Welle gekeiltes Zahnrad oder eine Riemscheibe Z in Rotation versetzt. Oben auf dem Kessel in der Mitte ist ein hermetisch verschliefsbares Mannloch L vorgesehen, welches zur Einführung des stärkehaltigen Materials dient. An beiden Enden befindet sich je ein Hahn H, von welchen der eine zum Einlafs, der andere zum Auslafs der Gase dient.

An einer Seite des Kessels ist unten ein Ablafshahn H¹ angebracht, welcher zur Entleerung des Autoclaven dient, während sich an der anderen Seite ein Hahn H² befindet, welcher zur Entnahme von Proben zur Controle der Verzuckerung bestimmt ist.

Aeufserlich ist der Autoclav zur Erhitzung des Materials mit einem Dampfmantel / um-

geben, und es dienen die Manometer M dazu, den im Innern des Autoclaven, sowie im Dampfmantel herrschenden Druck anzuzeigen. An Stelle des Dampfmantels kann auch nach Belieben ein an der Innenwandung des Autoclaven vorbeilaufendes Schlangenrohr S zur. Heizung benutzt werden: Der Ein- und Auslafs für den Dampf ist mit i bezeichnet, und G veranschaulicht ein Sicherheitsventil zur Vermeidung von zu hohem Druck im Innern des Autoclaven, in welchen aufserdem noch eine Scheide d zur Aufnahme eines Thermometers behufs Bestimmung der im Autoclaven herrschenden Temperatur hineinreicht.

Der in der beschriebenen Weise angeordnete Apparat kann zur Saccharification von allen stärkehaltigen Materialien benutzt werden. Es soll hier zur näheren Erläuterung die Beschreibung des Vorganges für Material verschiedenartiger Natur folgen.

A. Verzuckerung von Kartoffel- bezw. Stärkemehl.

Zur Behandlung des Materials in dieser Form bedient man sich einer 5 proc. Lösung von schwefliger Säure, mit welcher der Apparat etwa zur Hälfte angefüllt wird, worauf die Luft durch Einführung von Kohlensäure ausgetrieben wird. Die Einführung der Kohlensäure kann durch einen der Hähne H erfolgen, indem man die Luft durch den anderen Hahn entweichen läfst. Hierauf wird das Kartoffelbezw. Stärkemehl im Verhältnifs von 50 kg auf je ι hl Inhalt des Autoclaven langsam durch das Mannloch L eingeschüttet und während dieses Vorganges behufs inniger Mischung des Mehles mit der Flüssigkeit das Rührwerk WF in Rotation versetzt, wobei die Kohlensäure die schweflige Säure vor Einwirkung der äufseren Luft schützt. Man arbeitet nun in solcher Weise und füllt so lange nach, bis sich im Autoclaven, dessen Rauminhalt 1 hl etwas übersteigt, 50 kg Material auf 50 kg Flüssigkeit vorfinden, wobei mit Rücksicht auf die Steuerverhältnisse der freie Raum zwischen . dem Flüssigkeitsspiegel und der oberen Autoclavenwand nicht mehr als ungefähr 5 cm betragen sollte.

. Nach beendigter Füllung wird das Mannloch hermetisch verschlossen und die etwa noch im Autoclav vorhandene Luft durch neue Einführung von Kohlensäure vertrieben, wonach der Austrittshahn H verschlossen und dann Kohlensäure bis auf 6 Atmosphären. Druck nachgepumpt wird. Nach Verschlufs des Eintrittshahnes wird durch Einlassen von Dampf in den Mantel I die Temperatur auf 13 5⁰ gesteigert und auf dieser Höhe so lange erhalten, bis der sich bildende Kleister in lösliche Stärke verwandelt worden ist, was durch Entnahme einer Probe am Hahn H² untersucht wird. Darauf wird die Temperatur auf 1 20⁰ heruntergebracht und auf dieser Höhe bis zur Erzielung des gewünschten Verzuckerungsgrades erhalten. Danach öffnet man den Gasaustrittshahn H, und es können nun die benutzten Gase frei entweichen oder auch zur Wiederbenutzung bei einem weiteren Vorgang in geeigneten Behältern aufgefangen werden.

Nach vollständigem Entweichen des Gases wird der Ablafshahn H¹ geöffnet, um die verzuckerte, mehr oder weniger flüssige Masse in einen anderen Behälter zu entleeren. Bei diesem Verfahren ist nach ungefähr 3 Stunden die Verzuckerung vollständig.

Soll, wie gewöhnlich, das aus Kartoffelbezw. Stärkemehl gewonnene Product zur Herstellung von Glucosesyrup benutzt werden, so wird die umgewandelte Masse filtrirt, indem man dieselbe, wenn sie ganz farblos sein soll, durch ein Knochenkohlefilter laufen läfst, worauf das Filtrat im Vacuum verdampft wird.

Da, wo nicht Besteuerungsvorschriften das ganze Verfahren beeinflussen können, ist es vortheilhafter, Lösungen von schwefliger Säure von geringerer Stärke, wie z. B. von 2 bis 3 pCt., und eine geringere Menge Stärke (ungefähr 30 kg) anzuwenden. Wo aber im Gegentheil die Besteuerungsverhältnisse sich nach der Anzahl der Operationen richten, können auch Mengen über 30 kg Material auf je 1 hl verarbeitet werden, wobei indessen die Verzuckerung im Anfange schwieriger ist.

B. Verzuckerung von Getreide.

Die vortheilhaftesten Ergebnisse werden durch die Einwirkung auf ganzes Getreide, d. h. ungebrochene Körner erzielt. Der Vorgang wird dadurch vereinfacht, dafs man zuerst die Lösung von schwefliger Säure und gleich darauf das Getreide in den Autoclav einführt, worauf zunächst das Austreiben der Luft durch Einlassen von Kohlensäure und dann die Compression der letzteren, wie vorhin, stattfindet. Das Rührwerk ist unter diesen Umständen nicht erforderlich, obgleich man nach Belieben davon Gebrauch machen kann.

Jedenfalls verzuckert sich das Getreide in jedem beliebigen Autoclav ohne Rührwerk, indem die Einwirkung sich trotzdem auf jedes einzelne Korn ausdehnt, vorausgesetzt, dafs der Autoclav sowohl für den Gasdruck, wie die Dampfheizung entsprechend angeordnet ist. Die Stärke der Lösung von schwefliger Säure variirt je nach der Natur der Getreideart zwischen 3 und 5 pCt. Die auf 1 hl entfallende Getreidemenge kann so grofs als nur möglich sein, wenn sie eben nur unter der Flüssigkeit, welche alle Zwischenräume zwischen den Körnern ausfüllt, gehalten wird. Die Heizung ist

verschieden, je nachdem das Product für Brauereien oder Brennereien bestimmt ist.

Im ersten Falle handelt es sich darum, Producte von angenehmem Geschmack zu erzielen, und es wird der Autoclav blos auf iio bis 120° geheizt, während für die Brennerei der Hauptzweck darin liegt, die ganze Masse durchaus zu verzuckern, und es ist hierfür die zwischen 130 und 145⁰ liegende Temperatur die vortheilhafteste, besonders zur Umbildung des Materials in lösliche Stärke.

Auch im Falle der Anwendung von Getreide können, wenn der Autoclav nicht so stark gefüllt, ist, Lösungen von geringerer Dichtigkeit (2 bis 3 pCt. schweflige Säure) benutzt werden.

Gemahlenes Getreide bezw. Mehl giebt weniger gute Resultate, weil sich bei Benutzung dieses Materials ein zäher Kleber bildet, welcher der Reaction grofsen Widerstand entgegensetzt, was bei ganzen Körnern, welche eine grofse Fläche darbieten, sowie auch bei Kartoffeloder Stärkemehl, welche kein Gluten (Kleber) enthalten, nicht der Fall ist. Der Vorgang wird nun wie vorhin beendigt, mit dem Unterschiede, dafs man hier durch die in eine Küpe abgelassene Maische zur Entfernung der schwefligen Säure Dampf hindurchströmen läfst. Dann läfst man sie durch eine Filterpresse oder ein sonstiges Filter gehen und stellt sie endlich, wie gewöhnlich, zur Gährung an. Die Abfälle können als Nahrung für Vieh oder auch als Dünger benutzt werden.

C. Verzuckerung von Kartoffeln.
Zur Verzuckerung von Kartoffeln werden dieselben zuerst zu Brei zerkleinert und dann wie Stärkemehl behandelt; darauf kann die Beendigung des Verfahrens beliebig wie unter A. oder B. geschehen, nur müssen, wenn Glucose hergestellt werden soll, die Kartoffeln vorher von den Schalen befreit werden.

Zur Behandlung von Getreide können auch die in Fig. 3 und 4 bezw. Fig. 5 und 6 veranschaulichten Apparate benutzt werden. Der in Fig. 3 und 4 veranschaulichte Autoclav ist drehbar und besteht aus der auf zwei Böcken T gelagerten Trommel A. Die Einfüllung des Getreides findet durch das Mannloch L statt. Die schweflige Säure wird bei r oder r¹ eingelassen ; ebenfalls die Kohlensäure, wobei die Luft durch r oder das nach oben gerichtete • Mannloch L austreten kann. Das Dampfheizrohr S hat seinen Ein- und Auslafs, wie durch die Pfeile angedeutet. Die Enden dieses Rohres gehen durch den hohlen Drehzapfen der Trommel, auf welchen ein Zahnrad Z gekeilt ist, mittelst dessen die Trommel in Drehung versetzt werden kann. An der Innenwand der Trommel A sind Schöpfnäpfe N befestigt, welche das Material während des Vorganges aufschütteln.

Das Manometer ist am Ende eines durch den anderen Hohlzapfen der Trommel gehenden festen Rohres r⁴ befestigt. Dasselbe ist wie das Dampfrohr S mittelst einer Stopfbüchse abgedichtet.

Der Autoclav, Fig. 5 und 6, besteht aus einem mittleren Cylinder von starkem Blech a, welcher oben und unten mit konischen Gufsköpfen K ausgestattet ist; letztere sind durch flache Deckel D hermetisch verschlossen. Das Ganze ruht auf einem viereckigen Rahmen, welcher sich auf mehrere Ständer . T stützt.

Das Einfüllen des Getreides findet durch den oberen Deckel D statt, welcher, nachdem der Autoclav Ungefähr zu ³/₄ und in entsprechender Menge gefüllt worden, hermetisch verschlossen wird. Die Lösung von schwefliger Säure kann in verschiedener Weise eingeführt werden. Dieselbe kann entweder aus einem Reservoir R durch ein Rohr r, welches mit den erforderlichen Hähnen H bezw. Ventilen V versehen ist und in den oberen Aufsatz K mündet, direct in den Autoclav ablaufen oder auch mittelst eines in den unteren Aufsatz K mündenden, mit einer Brause B versehenen Rohres r¹ von unten in den Autoclav eingeführt werden. Hierauf beginnt zur Entfernung der Luft die Einführung von Kohlensäure, welche ebenfalls von oben oder von unten bewerkstelligt werden kann.

Zu diesem Zwecke stehen die Rohre r² r³ mit Kohlensäure unter Druck enthaltenden Behältern oder mit einer entsprechenden Druckpumpe in Verbindung, wobei r² oben, r³ unten in den Autoclav mündet; dieselben sind an entsprechender Stelle mit Ventilen V und das untere mit einer Brause B ausgestattet. Ein Dreiweghahn H¹ gestattet, die Kohlensäure nach Belieben durch das untere oder obere Rohr einzuführen. In demselben Mafse, wie sich die noch leeren Räume des Autoclaven mit Kohlensäure anfüllen, entweicht, aus demselben die Luft durch ein an entsprechender Stelle geöffnetes Ventil, welches geschlossen wird, sobald alle Luft im Autoclaven durch Kohlensäure ersetzt ist, wonach durch weiteres Nachpressen von Kohlensäure oder einem anderen geeigneten, nicht oxydirenden Gase oder Gemisch solcher Gase der Druck im Autoclaven auf die erforderliche Höhe gebracht wird.

Das Austreiben der Luft kann auch dadurch bewerkstelligt werden, dafs man zuerst den Autoclav vollständig mit schwefliger Säure anfüllt, darauf das Material einbringt, dann den Deckel schliefst und erst hierauf Kohlensäure

einführt und eine geringe Menge schwefliger Säure durch einen entsprechenden Hahn wieder abzieht. Diese Säure wird natürlich aufgefangen und wieder benutzt.

Das Ganze wird nun dadurch auf den nöthigen Hitzegrad gebracht, dafs man einen Dampfstrahl durch ein im unteren Ansatz K gelagertes Schlangenrohr S streichen läfst.

Anstatt schwefliger Säure kann auch eine Lösung von doppelt schwefligsaurem Kalk zur Anwendung kommen, wobei die zu lösende Quantität Kalk dem der Flüssigkeit zu gebenden Procentgrade entsprechen mufs. Eine Lösung von schwefliger Säure ist aber jedenfalls vorzuziehen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Verzuckerung von Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen durch schweflige Säure unter Hochdruck zur Herstellung von Glucose-Syrup oder Brauerei- oder Brennerei-Maische, darin bestehend, dafs man Stärke oder stärkehaltige Rohstoffe im Autoclaven mit einer Lösung von schwefliger Säure oder doppeltschwefligsaurem Kalk nach Füllung des Autoclaven mit Kohlensäure zum Ausschlufs der Oxydation der schwefligen Säure auf etwa 11 ο bis 14 5° erhitzt und dabei den Druck im Autoclaven durch Einpumpen von Kohlensäure oder einem anderen nicht oxydirenden Gase um mehrere Atmosphären steigert.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.