DE60007682T2

DE60007682T2 - Verfahren zum Quellen von Mais und daraus hergestelltes Quellwasser mit einem niedrigen Gehalt an reduzierendem Zucker

Info

Publication number: DE60007682T2
Application number: DE60007682T
Authority: DE
Inventors: Ling Bolingbrook Du; Ricky D. Kiser
Original assignee: Corn Products International Inc
Current assignee: Corn Products International Inc
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: CA2298905C; ES2216821T3; DE60007682D1; MY119961A; HUP0001485A2; HU0001485D0; NZ502916A; US6179926B1; EP1044988B1; JP3904369B2; AU767807B2; EP1044988B9; ZA200001332B; JP2000312599A; HUP0001485A3; CN1179049C; KR100536900B1; CA2298905A1; CN1274009A; EP1044988A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des Nassmahlverfahrens zur Abtrennung und Rückgewinnung von Produkten aus Mais. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Einweichverfahren, das zu einer verbesserten Mahlbarkeit, die höhere Ausbeuten von Stärke ergibt, und zu einem Einweichwasser mit einem niedrigen Gehalt an reduzierendem Zucker führt.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei der üblichen Verarbeitung von Mais wird der gesamte Mais in Wasser, das Schwefeldioxid enthält, bei einer erhöhten Temperatur und einem sauren pH-Wert während eines längeren Zeitraums eingeweicht. Im Verlaufe des Einweichens werden die löslichen Substanzen aus dem Maiskorn in das Einweichwasser extrahiert, wo sie aufgrund des Vorhandenseins von Milchsäurebakterien im Wasser fermentieren. Variable, wie die Einweichdauer, die SO₂-Konzentrationen, die Wasserentfernungsraten, die Temperaturen und dgl., werden zur Förderung der Abtrennung verwendet. Das gebildete Einweichwasser wird als Fermentationsmedium zur Produktion einer breiten Vielzahl von Produkten, wie Enzyme, Arzneimittel und dgl., verwendet. Aufgrund der vielen Variationen im Verfahren variiert die Qualität von auf dem Markt erhältlichem Maiseinweichwasser in breitem Maße.
Eine frühe Beschreibung eines einfachen Einweichverfahrens ist in US-Patent RE 18 775 beschrieben, wobei angesäuertes Wasser zu einem einzigen Einweichtank gegeben wird. Nach der Abtrennung der Stärke wird das Wasser im Verfahren erneut verwendet. Andere, frühe Beschreibungen von Einweichverfahren, die eine Rückführung des Einweichwassers in das Verfahren umfassen, finden sich in den US-Patenten 58 824; 1 655 395, und 1 960 985.
Das US-Patent 2 232 555 beschreibt ein Verfahren, bei dem Mais in angesäuertem Wasser mit einem pH-Wert von 4,5 bis 6,9 bei einer Temperatur von 51,7°C (125°F) bis 62,8°C (145°F) während etwa 5 bis 15 h eingeweicht wird, wobei ein Extrakt erhalten wird, der wesentliche Mengen von wasserlöslichen Kohlehydraten oder Zuckern enthält.
Das US-Patent 4 359 528 beschreibt ein Verfahren zur Produktion von Einweichwasser mit einem hohen Aminosäuregehalt und Verwendbarkeit zur Produktion von Penicillin. Das Verfahren verwendet über eine Reihe von Silos abnehmende Temperaturen und hohe Zyklusverhältnisse von Wasser zu Mais. Ein pH-Wert von 3,95 bis 4,2 wird angegeben.
Das US-Patent 4 980 282 beschreibt ein Verfahren, bei dem das Einweichwasser aus dem Verfahren abgetrennt wird, zur Entwicklung von Biomasse inkubiert wird und die entwickelte Biomasse bei einer Temperatur zwischen 40°C bis etwa 48°C bei einem pH-Wert von mindestens etwa 3,5 behandelt wird.
Unter Erzeugung von Einweichwasser verschiedener Verwendbarkeitsgrade wurde nun ein Verfahren ermittelt, das ein Einweichwasser ergibt, das den zur Verwendung als Fermentationsmedium niedrigen Gehalt an reduzierendem Zucker aufweist, und gleichzeitig hohe Stärkeausbeuten ergibt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Erzeugung von Maiseinweichwasser, das umfasst:

a) Einführen von frischem Einweichwasser, das 1000 bis 2200 Parts per million Schwefeldioxid enthält, zu Mais;
b) Einweichen des Mais mit einer Einweichdauer von mehr als 10 h bei einer Temperatur von 47,8°C (118°F) bis 51,7°C (125°F);
c) Abtrennen des Einweichwassers vom Mais mit einer Rate von 7,6–15,1 Liter (2–4 Gallonen) pro 35,2 Liter (Bushel) Mais;
d) Einstellen des pH-Werts auf 4,2–5,5 zu einem Zeitpunkt zwischen 4 h nach dem Einführen des frischen Einweichwassers bis 1 h vor dem Abtrennen des Einweichwassers vom Mais;
e) Halten des abgetrennten Einweichwassers bei einer Temperatur von 47,8°C (118°F) bis 51,7°C (125°F) während zwischen 10 und 40 h, und
f) Eindampfen des Maiseinweichwassers.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung sei auf die folgende, detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen, wobei:
1 eine schematische Ansicht einer Batterie von Silos, die bei einem Maiseinweichverfahren verwendet wird, von der Seite ist;
2 ein Diagramm ist, das die Stärkeausbeute als Funktion der Einweichdauer und der Zeit der pH-Einstellung zeigt;
3 ein Kurvendiagramm ist, das die Inkubation bei verschiedenen Temperaturen zeigt;
4 und 5 Diagramme sind, die den Prozentsatz an reduzierenden Zuckern im Einweichwasser in den Inkubationstanks vor und nach der pH-Einstellung bei den Einweichvorgängen zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der Durchführung des Verfahrens werden Maiskörner, die in Silos plaziert sind, mit Einweichwasser, das 1000 bis 2200 parts per million Schwefeldioxid gegenüber Mais enthält, kontaktiert. Der Mais wird länger als 10 h und vorzugsweise zwischen 20 und 48 h bei einer Temperatur von 47,8°C (118°F) bis 51,7°C (125°F) eingeweicht. Das Einweichen kann in einem diskontinuierlichen Verfahren oder in Reihe, wie in 1 angegeben, durchgeführt werden. Bei einer Reihendurchführung wird frisches Einweichwasser nacheinander in jeden der Silos in der Reihe eingeführt.
Bei einem normalen Einweichverfahren beträgt der pH-Wert 3,8 bis 4,1. Bei dem Verfahren dieser Erfindung wurde ermittelt, dass ein Einstellen des pH-Werts von 4,2 auf 5,5 zu einem Zeitpunkt zwischen 4 h nach dem Einführen des frischen Einweichwassers bis 1 h vor dem Abtrennen des Einweichwassers vom Mais und ein anschließendes Halten des abgetrennten Einweichwassers bei einer Temperatur von 47,8°C (118°F) bis 51,7°C (125°F) während zwischen 10 und 40 h ein Einweichwasser mit niedrigem Gehalt an reduzierendem Zucker ergibt. Diese Eigenschaft macht das Einweichwasser gewerblich attraktiv. Außerdem sind die Ausbeuten an Stärke hoch, was einen weiteren Vorteil insofern bietet, als die Stärkeausbeuten häufig leiden, wenn Einweichwasser von Fermentationsqualität erzeugt wird. Schließlich wird das Ein weichwasser zur Bildung eines Handelsprodukts eingedampft.
In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wird der pH-Wert zu einem Zeitpunkt zwischen 8 h und 16 h nach dem Einführen des frischen Einweichwassers eingestellt.
Die pH-Einstellung kann zwar im Laufe des Einweichwasserverfahrens durchgeführt werden; doch kann in einer anderen Ausführungsform der Erfindung das Einweichwasser aus dem Verfahren abgezogen werden, der pH-Wert eingestellt werden und das Einweichwasser in das Verfahren zurückgeführt werden.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Durchführung dieser Erfindung.
BEISPIEL 1
Das Einweichen von sauberem, gelbem Mais der Größe Nr. 2 wurde in einer großtechnischen Anlage unter unterschiedlichen Bedingungen, die im folgenden beschrieben sind, in zwei identischen Sätzen von Einweichsilos (Batterie A und B) durchgeführt. Eine dieser Batterien ist in 1 gezeigt und sie umfasst:
Acht Silos A1 bis A8 aus nichtrostendem Stahl mit einer Filterbasis B, einem Gesamtvolumen von 67.800 Gallonen und jeweils einem Durchmesser von 18', die ausgestattet sind mit:
einer Rohrleitung 11, die die Basis eines gegebenen Silos mit dem Kopf des Silos selbst und mit den Köpfen der anderen sieben Silos über eine gemeinsame Abziehleitung C2 und eine gemeinsame Füllleitung C3 verbindet, die das Rückführen des Wassers im Kreislauf in den Silo selbst oder jeden anderen Silo sicherstellt, wobei diese Rohrleitung auch zum Abziehen des Einweichwassers zu einem gegebenen Zeitpunkt in einen (nicht gezeigten) Haltetank durch gemeinsame Rohrleitungen, wie in 1 gezeigt, dient;
einem unteren Ventil 14 zum Entleeren des Mais;
einem Rohr-und-Hülle-Wärmetauscher 16 mit einer Umwälzpumpe P-1, die den Flüssigkeitsstrom durch die Heizrohre im Wärmetauscher 16 zum Kopf jedes anderen Silos steuert;
acht in der Rohrleitung 11 befindlichen, spulenbetriebenen Wasserabziehventilen V2 zur Isolierung von jedem Silo gegenüber der gemeinsamen Abziehleitung C2, die das Bewegen von Wasser durch die Batterie ermöglicht;
acht in der Rohrleitung 12 befindlichen, spulenbetriebenen Wasserfüllventilen V1 zur Isolierung von jedem Silo gegenüber der gemeinsamen Füllleitung C3, die das Bewegen von Wasser durch die Batterie ermöglicht;
einer Auslassleitung C1 und einem Ventil V3 zur Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Inkubationstank, der den Chargenabzug von 2–4 Gallonen Wasser pro Bushel gemahlenem Mais aufnimmt, mit einem Fassungsvermögen, das groß genug ist, um eine Inkubationsdauer von 24–40 h bereitzustellen, die mit jedem Silo durch die Leitungen C2 und 11 verbunden sind, wobei die Ventile V2 die Isolierung des Wassers zwischen den Silos sicherstellen;
einer Einlassleitung 19 für SO₂-Wasser, das auf 1000–2200 ppm eingestellt ist, durch die das SO₂-Wasser als Charge durch Öffnen von Ventil V5 und V1 zum Ersetzen von abgezogenem Wasser zugegeben wird;
einer Einlassleitung 18 zur Alkalizugabe zur Einstellung des pH-Werts in einem Bereich von 4,2–5,5, durch die das Alkali durch Öffnen von V4, V2 und V1 des gleichen Silos und Starten der Pumpe P-1 C2 zugeführt wird; dies ermöglicht Einstellungen des pH-Werts vom Wasser in jedem Silo während eines beliebigen Teils des Einweichzyklus;
einem pH-Messgerät Z-1 zur Messung des pH-Werts des Wassers, wobei Z-1 V-4 schließt, wenn der pH-Wert den gewünschten Einstellpunkt erreicht.
Diese Silos werden mit Mais M gefüllt, und Prozesswasser wird im Gegenstrom durch die Einweichsilos geführt, wobei der älteste Mais mit dem neuesten Wasser in Kontakt gelangt. In dem System wird der Mais nicht von Einweichsilo zu Einweichsilo bewegt; nur das Wasser wird zwischen Silos weiterbewegt. Nach 24 bis 40 h Inkubation wird das Einweichwasser zu einer (nicht gezeigten) Eindampfvorrichtung bewegt und unter Vakuum bei einer Temperatur unter 85°C zu einer 50% trockenen Substanz eingedampft.
Die zwei identischen Silosätze wurden bei Einweichtemperaturen von 47,8°C–51,7°C (118°F–125°F), SO₂-Konzentrationen von 1000 bis 2200 ppm und Einweichwasserabziehraten von 7,6–15,1 Liter (2,0–4,0 Gallonen) pro 35,2 Liter (Bushel) betrieben. Die Batterie B war die Kontrollprobe, und die Batterie A wurde zu bestimmten Zeitpunkten während des Einweichens auf einen pH-Wert eingestellt. Eine 100-g-Probe von sauberem, gelbem Mais der Größe Nr. 2 wurde in Käseleinen von 1,2" × 1,2" verschlossen und in jedem Silo in jeder Batterie nach dem Füllen des Silos mit Mais gegeben. Die Maisproben in dem Käseleinen wurden den in jeder Batterie eingeweichten Mais identischen Einweichbedingungen ausgesetzt. Nach bestimmten Zeiten während des Einweichzyklus wurden Proben von jeder Batterie gezogen, gekühlt, um ein weiteres Einweichen zu stoppen, und gemäß dem in "Cereal Chem.", 70: S. 732–727 beschriebenen Verfahren auf die Mahlbarkeit getestet.
Der pH-Wert des Einweichwassers wurde in Batterie A an verschiedenen Punkten während des Einweichzyklus, die in Tabelle I angegeben sind, auf 4,6 eingestellt, während die Batterie B bei Bedingungen eines normalen pH-Werts von 3,8 bis 4,1 gehalten wurde. Diese Einstellung erfolgte durch die Zugabe von 30%-iger, wässriger NaOH. Der Punkt im Einweichzyklus, an dem der pH-Wert eingestellt wurde, variierte von 8 h nach dem Einführen des SO₂-Wassers in das Einweichverfahren durch die Einlassleitung 18 bis 1 h vor dem letzten Abziehen von Einweichwasser.
Die Tabelle I zeigt die Ergebnisse der Vergleiche der Stärkeausbeuten zwischen den Kontrollproben der Batterie B und Proben der Batterie A zu verschiedenen Zeiten während des Einweichverfahrens. Das Diagramm dieser Daten in 2 zeigt die Beziehung zwischen pH-Einstellungs-Einweichzeiten und deren Auswirkung auf die Stärkeausbeuten. Es ist anzumerken, dass der wirksamste Punkt der Einstellung des pH-Werts zwischen 8 und 16 h nach der Einführung des SO₂-Wassers in das Einweichverfahren mit einer zweiten Einstellung, die 1 h vor dem Überführen des Wassers in den Inkubationstank durchgeführt wurde, erfolgte. TABELLE I Stärkeausbeute in Gew.-%, bezogen auf Mais
BEISPIEL 2
1-Gallone-Proben wurden aus dem letzten Abziehen von Einweichwasser von Batterie A erhalten, während Einstellungen des pH-Werts 8 h nach dem Einführen von SO₂-Wasser in das Einweichmaterial durchgeführt wurden. 200-ml-Aliquots wurden von den Proben genommen, und der pH-Wert wurde auf 4,9 bis 5,0 eingestellt, und es erfolgte eine Inkubation bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von 43,4°C (110°F) bis 55,0°C (131°F) im Labor. Der Gehalt an reduzierendem Zucker wurde während der Inkubation unter Verwendung von Corn Industries Research Foundation Division of Corn Refiners Association, Inc., "Standard Analytical Method", Sixth Edition, D-52, J-58, Washington, getestet. Dieses Verfahren ermittelt den Prozentgehalt des Trockengewichts (trockene Substanz) an reduzierenden Zuckern in den Proben.
Die in 3 gezeigten Ergebnisse geben die Verringerung der reduzierenden Zucker im Einweichwasser während der Dauer eines Inkubationszyklus an. Proben, die während der Inkubation bei oder niedriger als 46,1°C (115°F) gehalten wurden, begannen sensorische Merkmale einer Alkoholfermentation zu zeigen, was für das Verfahren der Erzeugung von Einweichwasser von Fermentationsqualität nachteilig ist. Ferner zeigten Ergebnisse von Inkubationstemperaturen über 50,6°C (123°F), dass eine ausreichende Verringerung der reduzierenden Zucker nicht erreicht wurde. Daher betragen die optimalen Temperaturgrenzen auf der Basis dieser Ergebnisse zur Verringerung der Menge reduzierender Zucker in Einweichwasser während der Inkubation 47,8°C (118°F) bis 50,6°C (123°F).
BEISPIEL 3
Weitere Tests reduzierender Zucker wurden in dem Verfahren durchgeführt, um Labordaten zu bestätigen. Tabelle II und 4 geben Daten des aktuellen Gehalts an reduzierenden Zuckern, bevor irgendeine Einstellung des pH-Werts in dem aktuellen Einweichverfahren erfolgte, an. Aliquots wurden über einen Zeitraum von 3 Monaten und 6 Tagen abgezogen. Durchgängig betrug der Prozentgehalt des Trockengewichts an reduzierenden Zuckern über 10 Prozent und im Durchschnitt über 12 Prozent. Diese Mengen liegen deutlich über den akzeptablen Mengen, die im allgemeinen für effektive Fermentationsmedien erforderlich sind. Tabelle III und 5 geben den aktuellen Prozentgehalt an reduzierenden Zuckern, nachdem eine Einstellung des pH-Werts auf 4,5–4,8 in dem Einweichverfahren 8–16 h nach der Einführung des SO₂-Wassers durchgeführt wurde und eine zweite Einstellung des pH-Werts an dem Einweichwasser 1 h vor der Überführung des Wassers zur Inkubation durchgeführt wurde, an. Die Einweichwassertemperaturen betrugen bei allen Verfahren 47,8°C–50,6°C (118–123°F). Aliquots wurden über einen Zeitraum von 5 Monaten abgezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Einweichwasser einen Gehalt an reduzierenden Zuckern eines Mittelwerts von unter 5 Prozent des Trockengewichts aufwies. TABELLE II Inkubationstank Nr. 3 vor der Einstellung des pH-Werts im Einweichmaterial
TABELLE III Inkubationstank Nr. 3 nach der Einstellung des pH-Werts im Einweichmaterial

Claims

Maiseinweichverfahren zur Erzeugung von Maiseinweichwasser mit einem niedrigen Gehalt an reduzierendem Zucker, das umfasst: a) Einführen von frischem Einweichwasser, das 1000 bis 2200 Parts per million Schwefeldioxid enthält, zu Mais; b) Einweichen des Mais mit einer Einweichdauer von mehr als 10 h bei einer Temperatur von 47,8°C (118°F) bis 51,7°C (125°F); c) Abtrennen des Einweichwassers vom Mais mit einer Rate von 7,6–15,1 Liter (2–4 Gallonen) pro 35,2 Liter (Bushel) Mais; d) Einstellen des pH-Werts auf 4,2–5,5 zu einem Zeitpunkt zwischen 4 h nach dem Einführen des frischen Einweichwassers bis 1 h vor dem Abtrennen des Einweichwassers vom Mais; e) Halten des abgetrennten Einweichwassers bei einer Temperatur von etwa 47,8°C (118°F) bis etwa 51,7°C (125°F) während zwischen 10 und 40 h, und f) Eindampfen des Maiseinweichwassers.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der pH-Wert zu einem Zeitpunkt zwischen 8 h und 16 h nach dem Einführen des frischen Einweichwassers eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einweichwasser vor dem Einstellen des pH-Werts aus dem Verfahren abgezogen wird, der pH-Wert eingestellt wird und das Einweichwasser mit einem eingestellten pH-Wert in das Verfahren zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der pH-Wert zu einem Zeitpunkt zwischen 8 h und 16 h nach dem Einführen des frischen Einweichwassers eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Mais mit einer Einweichdauer zwischen 20 und 48 h eingeweicht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der pH-Wert zu einem Zeitpunkt zwischen 8 h und 16 h nach dem Einführen von frischem Einweichwasser eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Einweichwasser vor dem Einstellen des pH-Werts aus dem Verfahren abgezogen wird, der pH-Wert eingestellt wird und das Einweichwasser mit einem eingestellten pH-Wert in das Verfahren zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der pH-Wert zu einem Zeitpunkt zwischen 8 h und 16 h nach dem Einführen des frischen Einweichwassers eingestellt wird.