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Verfahren zur Herstellung von Eiweißstoffen pflanzlichen Ursprungs
Im allgemeinen bestehen die Verfahren zur Herstellung von Eiweißstoffen oder Albuminen
und Kaseinen pflanzlichen Ursprungs darin, daß man die in den Pflanzen, Körnern
oder Preßkuchen vorhandenen Eiweißstoffe, sei es aufgelöst, sei es in lösungsähnlichen
Zustand bringt, und zwar in der Weise, daß man das Ausgangsmaterial der Einwirkung
von alkalis chen oder neutralen Salzen, wie Chlornatrium, bei zweckmäßigen Temperaturen
unterwirft und die so erhaltene kolloidale Lösung von den unlöslichen Stoffen durch
Filtern befreit. Die Ausfällung der Eiweißstoffe aus dieser Flüssigkeit erfolgt
durch Einwirkung von Säuren oder geeigneten Salzen. Die auf diese Weise dargestellten
Eiweißstoffe sind stets unrein und mehr oder weniger durch die chemischen Agenzien
verändert; sie behalten ferner im allgemeinen einen gewissen Säuregehalt, der für
bestimmte Zwecke, z. B. als Nährmittel, störend wirkt.
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Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, diese Nachteile zu vermeiden,
und besteht im wesentlichen im folgenden: -Nachdem man die Eiweißstoffe des Rohmaterials
mittels einer Lösung von Salzwasser von entsprechender Konzentration oder von einem
geeigneten neutralen Salz in der Kälte oder bei einer Temperatur. die niedriger
ist, als zur Bildung von Stärkekleister erforderlich ist, in lösungsähnlichen Zustand
gebracht hat, filtriert man sorgfältig die Flüssigkeit nach irgendeinem der bekannten
Verfahren, wie Zentrifugieren, Filtern unter Druck in Filterpressen usw., ab. Die
so erhaltene wässerige Flüssigkeit, «-elche frei von Stärke, Cellulose, Fasern usw.
ist, enthält außer Eiweißstoffen noch das verwendete Salz sowie geringere Beimengungen,
welche wie Kohlehydrate, Leimstoffe, Fermente usw. wasserlöslich sind und im Rohstoff
enthalten waren.
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Das beanspruchte Verfahren gemäß der Erfindung zeigt, daß es möglich
ist, die in dieser Flüssigkeit enthaltenen Eiweißstoffe in reinem Zustande herzustellen,
wenn die Eiweißstoffe unter Benutzung an sich bekannter Ultrafiltermembran aus Kollodium.
Cellulose, Acetocellulose oder ähnlichem Material von bestimmter Durchlässigkeit
durch teilweise oder gänzliche Dialyse der kristalloiden Bestandteile, gegebenenfalls
unter Zw ischenschaltung des Abtrennens der Eiweißstoffe, z. B. durch Zentrifugieren,
zum Ausflocken gebracht «-erden.
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Die Verwendung der üblichen Dialyse zum Zwecke der Trennung von Eiweißstoffen
von den anderen Bestandteilen einer kolloidalen Lösung ist an sich bekannt, doch
erfolgt diese Trennung lediglich, um aus gewissen Serumflüssigkeiten die in unwesentlichen
Mengen darin enthaltenen Albumine (Euglob-uline) als schädliche Bestandteile zu
entfernen.
Das an sich bekannte Ultrafiltrieren selbst, d. h. das
Filtrieren unter Druck durch eine Ultrafiltriermembran, liefert andererseits praktisch
eine sehr ungenügende Ausbeute infolge des Verschlammens der Membran, indem sich
der Eiweißstoff an der Oberfläche dieser Membran in Form einer undurchdringlichen
Schicht ablagert, so daß öftere Reinigung erforderlich ist. Dadurch wird die Ausbeute
nach dieser Methode sehr wesentlich vermindert und kommt in technischer Hinsicht
nicht in Betracht. Die vorliegende Erfindung beseitigt diesen Nachteil, indem sie
Ultrafiltermembranen von bestimmter Durchlässigkeit benutzt, nämlich solche von
rnitt lerer Porosität, um die Erscheinungen der Endosmose hintanzuhalten. Es ist
bekannt, daß, wenn man. mittels einer Membran eine wässerige Lösung in den gelösten
Stoff einerseits und reines Wasser andererseits trennen will, zwei Vorgänge vor
sich gehen, nämlich einerseits diffundiert der gelöste Stoff durch die Membran,
und andererseits wird Wasser in gewissem Sinne durch die Lösung angezogen, und zwar
proportional zu dem osmotischen Druck des gelösten Stoffes, derart, daß das Volumen
der Lösung größer wird; diese Erscheinung bezeichnet man bekanntlich als Endosmose.
Der Betrag dieser Endosmose ändert sich mit der Beschaffenheit der Membran selbst,
und es hat sich gezeigt, daß mit den Ultrafiltermembranen von sehr großer Durchlässigkeit,
wie sie im allgemeinen für das Ultrafiltrieren verwendet werden, die Endosmose sehr
stark ist, was einen doppelten Nachteil besitzt: Erstens wird die zu trennende bzw.
zu reinigende ,Lösung verdünnt, und alsdann verhindert die von der Lösung angezogene
und durch die Membran fließende Wasserströmung die Bewegung der Salze in umgekehrtem
Sinne, derart, daß im Gesamtresultat die Dialyse, anstatt beschleunigt zu werden,
im Gegenteil verlangsamt wird. Es ist gefunden worden, daß diese Wirkung aufhört,
einen schädlichen Einfluß auszuüben, wenn man als Membran eine solche von mittlerer
Porosität verwendet, bei welcher i qm 3oo bis iooo 1 Wasser pro Tag und für je i
m Druck filtriert, während die Leistung der gewöhnlichen Ultrafiltermembranen unter
gleichen Bedingungen stets größer als 30001 ist. Mit solchen Membranen erfolgt nun
die Dialyse in wesentlich rascherer Weise, und man kann die Geschwindigkeit noch
dadurch beschleunigen, daß man die Lösung und das Wasserwährend der ganzen Zeitdauer
der Dialyse umrührt.
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Es ist nicht immer von Vorteil, die Dialyse bis zur Erschöpfung, d.
h. bis zur Beseitigung der letzten Spuren der Salzstoffe zu treiben, was bekanntlich
sehr zeitraubend sein dürfte. Man bewirkt somit die Dialyse nur teilweise, d. h.
man hört mit der Dialyse auf, sobald der verfolgte Zweck erreicht ist, d. h. sobald
der molekulare Zustand des Eiweißstoffes derart geworden ist, daß er die endgültige
Trennung erleichtern kann. Unter diesen Umständen macht die Dialyse nur eine solche
Trennung erforderlich, daß im wesentlichen drei Viertel der Salzstoffe beseitigt
werden.
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Bei dieser endgültigen Trennung wird die genannte Änderung des molekularen
Zustandes des Eiweißstoffes ausgenutzt, um nunmehr die Lösung durch weiteres Ultrafiltrieren
erfolgreich behandeln zu können. In der Tat erfolgt das Verschlammen nunmehr bedeutend
weniger rasch, als dies vor der Dialyse der Fall war, so daß eine bessere Ausnutzung
der Ultrafilter ermöglicht ist. Man kann das Verschlammen noch weiter verringern,
indem man die Lösung sofort nach der Dialyse dem Zentrifugieren unterwirft, wobei
ein Teil der Eiweißstoffe sich in der Zentrifuge ansammelt, so daß die Arbeit mit
dem Ultrafilter verkürzt wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an folgendem Ausführungsbeispiel
erläutert: i. Herstellung des Auszuges Preßkuchen, beispielsweise von Arachis oder
von Soja, werden nach dem Entölen, welches mehr oder weniger vollständig sein kann,
gemahlen und dann mit einer Salzlösung genügende Zeit durchgerührt, um die Masse
in einen gleichmäßigen Teig zu verwandeln. Man verwendet z. B. i Gewichtsteil Preßkuchen
auf 3 Teile kaltes oder lauwarmes io°loiges Salzwasser. Die Eiweißstoffe werden
während etwa 112 Stunde in lösungsähnlichen Zustand gebracht, und die Flüssigkeit
wird verdünnt, indem man durch Zusatz von 7 Gewichtsteilen Salzwasser den Gehalt
der Flüssigkeit auf je i Teil Rohmaterial für je io Teile Flüssigkeit bringt. Dieser
Zusatz von Salzwasser muß anfangs sehr langsam erfolgen und kann dann immer mehr
zwecks Erhaltung eines homogenenGemisches beschleunigt werden.
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a. Trennung der unlöslichen Beimengungen Dieselbe erfolgt in irgendwelchen
geeigneten Vorrichtungen, besonders den Zentrifugalfiltern, Saugfiltern usw., wobei
zweckmäßig selbsttätige Entleerungsteile vorgesehen sein können. Die auf dem Filter
zurückbleibenden Filterkuchen enthalten gewöhnlich 3o bis 5001, Feuchtigkeit,
die aus dem eiweißhaltigen Salzwasser besteht. Diese Filterkuchen werden ausgepreßt
und können alsdann getrocknet und gemahlen werden. Da dieses Material keinerlei
Einwirkung von
chemischen Stoffen unterworfen war, so kann es als
Futtermittel verwendet werden, welches wenig fetthaltig und wenig stickstoffhaltig
ist. Die bis jetzt hergestellten ähnlichen Filterkuchen konnten nicht für diesen
Zweck verarbeitet werden, weil sie bereits in Berührung mit Säuren oder mit Alkalien
waren. Die Filterkuchen gemäß Erfindung können außerdem noch für die Fabrikation
von Dextrin oder auch im Gärungsgewerbe benutzt werden.
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Die geklärten Säfte können zwecks Abtrennung der leichteren unlöslichen
Stoffe, z. B. der Stärke, die beim erstmaligen Filtrieren hindurchgegangen sind,
in den Hyperzentrifugen behandelt werden.
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3. Dialyse Die so hergestellten Säfte, «-elche noch opalisierendes
Aussehen besitzen, werden nunmehr der Dialyse durch Ultrafiltermembranen ausgesetzt,
die z. B. aus Kollodium, Cellulose, Acetocellulose und ähnlichem bestehen. Diese
Membranen «-erden derart gewählt, daß sie eine mittlere, d. h. keine zu große Porosität
besitzen, wie bereits oben ausgeführt wurde. Die Dialysevorrichtung ist derart ausgebildet,
daß sie eine doppelte Strömung und ein systematisches Erschöpfen der Säfte gestattet,
wobei die Austrittskanäle einerseits den soweit, wie möglich von dem Salz befreiten
Saft und anderseits das mit dem Salz soviel wie möglich beladene Waschwasser ableiten.
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Es ist vorteilhaft, in dem Dialyseapparat auf der Seite des Saftes
einen sehr leichten Drucküberschuß aufrechtzuerhalten, vorzugsweise von der Größe
einiger Dezimeter Wassersäule, um der Endosmoseströmung entgegenzuarbeiten. Unter
diesen Bedingungen erreicht man, daß das Volumen des Saftes nicht geändert wird,
d. h. daß weder Endosniose noch Ultrafiltrierung eintreten. Die stündlich und für
je i qm der Dialysefläche behandelte Flüssigkeit beträgt 5 bis ä 1; diese Menge
kann jedoch wesentlich gesteigert «-erden, wenn dieFlüssigkeit umgerührt wird. d..
Zentrifugieren Die eiweißhaltigen Säfte, in welchen sich die Eiweißstoffe nunmehr
teilweise und in ziemlich bedeutendem Maße in Form von sehr leichten Flocken vorfinden,
werden der Verarbeitung in Hyperzentrifugen unterworfen, und zwar sei es in unterbrochener
Weise, wobei, wie beim gewöhnlichen Zentrifugieren, die Eiweißstoffe in der Zentrifuge
zurückbleiben, oder auch kontinuierlich, wie dies durch die bekannten Entrahmzentrifugen
ermöglicht ist. In beiden Fällen wird die krasse, welche das Aussehen einer zusammenhaftenden
dicken und fadenziehenden Masse (ähnlieh der kondensierten Milch) besitzt, zwecks
Fertigstellung in geeigneten Apparaten zur Trockne gebracht.
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5. Ultrafiltrieren Das aus der Zentrifuge kommende, etwas salzhaltige
Wasser, welches geringe 'Mengen von Eiweißstoffen enthält, kann in üblicher Weise
dem Ultrafiltrieren unterworfen werden. Das auf der Membran zurückbleibende Eiweiß
wird dem Hauptteil beigegeben.
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Man erhält auf diese Weise pflanzliche Eiweißstoffe, deren ursprüngliche
chemische Zusammensetzung unverändert geblieben ist, weil sie während der ganzen
Behandlung nicht mit chemisch wirksamen Agenzien in Berührung gekommen sind, die
sie verändert haben könnten.
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Die salzhaltigen Abwässer aus der Dialyse sowie das salzhaltige Filtrat
aus der Ultrafiltration werden zweckmäßig konzentriert und dienen dazu, eine frische
Menge des Rohmaterials zwecks Überführung der Eiweißstoffe in lösungsähnlichen Zustand
zu behandeln, so daß diese Salzlösungen einen ge-
schlossenen Cyclus durchlaufen.