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Die
Erfindung ermöglicht
die Extraktion und Raffination von Erbsenmehlbestandteilen, d.h.
Stärke,
Eiweißstoffe,
innere Fasern und lösliche
Stoffe, mittels wenigstens einer der Einrichtungen einer Kartoffelstärkefabrik.
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Die
Erfindung ermöglicht
also durch die Verwendung einer Kartoffelstärkefabrik, die Extraktion und Raffination
von Erbsenmehlbestandteilen, ohne dass vorher die inneren Faserbestandteile
der Erbse beseitigt werden müssen.
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Im
Sinne der Erfindung versteht man unter einer „Kartoffelstärkefabrik" eine industrielle
Einheit zur Extraktion der Stärke,
der Eiweißstoffe
und der Pulpe (Fasern) der Kartoffel.
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Ebenso
versteht man im Sinne der Erfindung unter „Einrichtungen einer Kartoffelstärkefabrik" die Hydrozyklonen
und die Siebe, die in der Phase der Stärkeextraktion verwendet werden,
sowie die Zentrifugalabscheider, die in der Phase der Extraktion
der Eiweißstoffe
aus dem Vegetationswasser der Kartoffel verwendet werden.
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Die
Erfindung betrifft also die Verwendung einer zur Kartoffelbearbeitung
vorgesehenen industriellen Stärkeeinheit
zur Extraktion und Raffination von Erbsenmehlbestandteilen und insbesondere
zur Herstellung von Erbsenstärke.
Die Verwendung benutzt wenigstens eine der Einrichtungen der industriellen
Stärkeeinheit, welche
aus der Gruppe bestehend aus Hydrozyklonen, Zentrifugalabscheidern
und Sieben ausgewählt
wird, ohne dass vorab ein Schritt des Trennens der inneren Fasern
der Erbse durchgeführt
wird.
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Die
Beschreibung dieser Einrichtungen und ihrer Benutzung in einer Kartoffelstärkefabrik
ist im Stand der Technik wohl dokumentiert. So kann man dazu beispielsweise
auf die Patentschriften
EP 4443692 oder
EP 517965 zur Verwendung
von Hydrozyklonen in einer Stärkefabrik
oder auf die Patentschrift
FR
2256727 zur Verwendung von Zentrifugalabscheidern in einer
Stärkefabrik
verweisen, deren Inhaber die Anmelderfirma ist.
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Dem
Fachmann ist bekannt, dass Kartoffelstärkefabriken bestenfalls vier
bis sechs Monate pro Jahr aktiv sind.
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Eine
Sorge der Industriellen liegt in der Nutzbarmachung dieser Stärkeeinrichtungen
zwischen den Kampagnen, um die Verwendung der Maschinen während des
ganzen Jahres zu gewährleisten.
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Nach
Kenntnis der Anmelderfirma hatten die einzigen Anpassungen von Einrichtungen
einer Kartoffelstärkefabrik
an andere Pflanzen zum Zweck der Verwendung der Einrichtungen zwischen
den Kampagnen als Ziel die Bearbeitung von Raps oder die Nutzbarmachung
von Gras (insbesondere der Luzerne) oder von Zuckerrübenkraut.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 93/16.109 beschreibt eine Anpassung
von Einrichtungen einer Kartoffelstärkefabrik, welche die Fraktionierung
von Kartoffeln und Raps in gemeinsamen Einrichtungen und in abwechselnden
Kampagnen betrifft. Die der Bearbeitung der beiden Pflanzen gemeinsamen
Einrichtungen bestehen aus einer Raspel, einem Zentrifugalabscheider,
einem Zentrifugalsieb, einem Kocher, einem Verdampfer, einem Zerstäuber, einer
Zentrifuge und einem Schleifentrockner, denen ein Ölseparator
zur Bearbeitung von Raps hinzugefügt ist, oder denen ein Abscheider,
ein kontinuierlicher Kocher und ein Vakuum-Drehfilter zur Bearbeitung
von Kartoffeln hinzugefügt
sind.
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Indessen
werden die normalerweise zur Kartoffelbearbeitung verwendeten Maschinen
hier spezieller modifiziert, so dass ausschließlich ölhaltige Pflanzen zur Extraktion
von Öl
bearbeitet werden können,
und diese Modifizierung könnte
damit nicht an die Erbse angepasst werden.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 93/16.109 beschreibt nämlich vor
allem eine Modifzierung des Verfahrens zur Kartoffelbearbeitung,
um die Extraktion von Öl
und Rapseiweißstoffen über eine
spezielle Enzymbehandlung zu gewährleisten,
sowie die Hinzufügung
von zusätzlichen
Maschinen, in diesem Fall einem Ölseparator.
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Nichts
lässt also
daran denken, dass die benutzten Einrichtungen auf die Erbse übertragbar
wären, die
keine ölhaltige
Pflanze ist, während
dagegen die Möglichkeit
beschrieben ist, dieses Verfahren an andere ölhaltige oder ö1-/eiweißstoffhaltige
Pflanzen wie die Sonnenblume, die Sojabohne oder den Lein anzupassen.
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Die
internationalen Patentanmeldungen WO 00/40.787 und WO 00/40.788
beschreiben eine weitere Anpassung von Kartoffelstärkefabrikeinrichtungen
auf andere Pflanzen zur Nutzbarmachung von Gras oder gentechnisch
modifizierten Pflanzen. Diese Anpassung, die die Maschinen zum Mahlen
und konische Zentrifugalsiebe der Kartoffelstärkefabrikeinrichtungen verwendet,
ermöglicht
vor allem die Wiedergewinnung der Faserfraktionen von Pflanzen wie
Gras, Kartoffelkraut, Erbsenkraut oder den Blättern und Wurzelhälsen von Zuckerrüben.
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Die
Presssäfte
dieser Pflanzen werden wie das rote Wasser von Kartoffeln durch
Ausflockung behandelt, um einerseits die Eiweißstoffe in Form von Isolierstoffen
und andererseits einen Zuckersirup zu extrahieren.
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Die
in der internationalen Patentanmeldung WO 00/40.788 beschriebene
Bearbeitung von gentechnisch modifizierten Pflanzen wird zur Wiedergewinnung
von Molekülen
in dem Presssaft ins Auge gefasst, die von therapeutischem Interesse
sind.
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Die
in diesen beiden internationalen Patentanmeldungen beschriebenen
Verfahren zielen auch darauf ab, die üblicherweise degradierten Pflanzenstoffe
nutzbar zu machen, um daraus den Faseranteil wiederzugewinnen, im
wesentlichen für
Papieranwendungen (Herstellung von Papierbrei).
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Die
internationale Patentanmeldung WO 00/40.787 evoziert schon die Bearbeitung
der Erbse, aber lediglich für
deren Grasanteil, d.h. das Kraut.
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Die
technologischen Zwänge
in Verbindung mit der Abtrennung der Stärke und der Eiweißstoffe
des Erbsensamens sind von ganz anderer Klasse als diejenigen, auf
die man für
die Abtrennung der Eiweißstoffe und
der Presssäfte
von Erbsenkraut trifft. Die Erbse ist ein Gemüse, dessen Gehalt an Proteinsamen
zwischen 25 und 35 variiert, der Stärkegehalt zwischen 35 und 50
%, der Fasergehalt (Cellulose und Hemicellulose) variiert zwischen
12 und 18 %, der Gehalt an löslichen
Stoffen variiert zwischen 8 und 12 %, und der Lipidgehalt variiert
zwischen 1 und 2 %.
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Die
Erbse ist wie die Saubohne wegen ihren Reichtum an Eiweißstoffen
historisch als Substitutionsprodukt für Soja verwendet worden, bestimmt
für die
Viehfütterung.
Etwa 95 % dieser Anwendungen betreffen also die Fütterung
von Vieh und Geflügel
als Quelle von essentiellen Aminosäuren wie Lysin.
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Deshalb
haben die Verfahren zur Extraktion und Raffination von Bestandteilen
der Erbse traditionell nur ihren eiweißhaltigen Teil im Auge.
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Indessen
kann die Erbsenstärke,
die reich an Amylose ist, für
bestimmte Nahrungsanwendungen und Nicht-Nahrungsmittelanwendungen
nutzbar gemacht werden, sofern sie ausreichend raffiniert ist.
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Die
inneren Fasern der Erbse können
auch bei bestimmten Nahrungsanwendungen verwendet werden (hohe Wasserrückhaltefähigkeit,
Binde- und Stabilisierfähigkeit),
sogar- bei pharmazeutischen Anwendungen, unter dem Vorbehalt einer
ausreichenden Raffination.
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Die
meisten herkömmlichen
Verfahren zur Extraktion von Bestandteilen der Erbse zielen auf
den eiweißhaltigen
Teil ab, die Stärke
und die Fasern werden also nur indirekt und in einem unzureichenden
Raffinationszustand isoliert.
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Wie
VOSE et al. in einer Zeitschrift der Cereal Chemistry, 1980, 57(6),
S. 406–416
ganz allgemein beschreiben, verwenden die Spezialisten auf dem Gebiet
der Extraktion von Bestandteilen der Erbse die technischen Entwicklungen
auf der Basis des herkömmlichen
Verfahrens zur Bearbeitung von Mais auf feuchtem Wege in Kombination
mit Technologien, die ihrerseits von der Industrie für Isolierstoffe
von Sojasamenkörnern abgeleitet
sind.
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Der
erste Schritt der Verfahren zur Extraktion der Eiweißstoffe
der Erbse besteht entweder darin, dass die Erbse in Wasser eingeweicht
und dann in feuchter Phase gemahlen wird, oder dass ausgehend von
zuvor gereinigten, verlesenen, enthäuteten, entstaubten und gemahlenen
Erbsen ein Mehl hergestellt wird und dann das so gewonnene Mehl
in Wasser gegeben wird.
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Bekanntlich
weisen Erbseneiweißstoffe
nur eine Löslichkeit
von 85 % in Wasser mit neutralem pH auf, und die Löslichkeit
der Eiweißstoffe
ist um so höher,
je mehr der pH der Suspension steigt.
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Bei
diesen Verfahren aus dem Stand der Technik führt man also die Erbsensuspension
vor dem Mahlen oder die Mehlmilch aus gemahlenen Erbsen mit einem
pH von 9 durch Zugabe von Kalk oder Soda zu, um die Eiweißstoffe
mit mehr als 95 % zu solubilisieren (das so genannte „Alkalieinweichen").
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Die
Zentrifugierung dieser Mehlsuspension führt dazu, dass zwei Fraktionen
gewonnen werden.
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Die
leichte Fraktion entspricht der eiweißhaltigen Lösung, die getrocknet oder zerstäubt werden
muss, um ein eiweißhaltiges
Konzentrat zu gewinnen, das einen Proteinreichtum in der Größenordnung
von 60 % aufweist.
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Die
schwere Fraktion umschließt
indessen Stärke
mit noch 6 % Eiweißstoffen.
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Es
ist also notwendig, wieder einen Alkalieinweichschritt dieser stärkereichen
Fraktion zu beginnen, um daraus die zugeordneten Eiweißstoffe
zu ziehen, und zu versuchen, eine Fraktion zu erhalten, die im wesentlichen
Stärke
enthält.
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Selbst
unter diesen Bedingungen enthält
die Erbsenstärkefraktion
noch in der Größenordnung
von 2 % Resteiweißstoffe,
was bei weitem nicht zufriedenstellend ist; ein ausreichender Reinheitsgrad
kann bei einem Gehalt von höchstens
0,5 % an Resteiweißstoffen
geschätzt
werden.
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Um
dem Problem der Gewinnung von Erbseneiweißstoffen mit besserer Qualität abzuhelfen,
sind andere Techniken beschrieben, die eher zur Produktion von Isolierstoffen
von Erbsen führen.
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Diese
Isolierstoffe von Erbseneiweißstoffen
werden nämlich
durch eine Operation des selektiven Ausfällens der Eiweißstoffe
bei ihrem isoelektrischen pH oder pI (durch Gerinnung) bei Umgebungstemperatur oder
bei einer höheren
Temperatur (bis zum Siedepunkt), aber auch durch Verwendung organischer
Lösungsmittel
oder ferner durch Verwendung von Medien mit hoher ionischer Kraft
gewonnen.
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Diese
Isolierstoffe können
auch durch Membrantechniken vom Typ Ultrafiltration gewonnen werden.
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Als
Veranschaulichung dieser Techniken zum Ausfällen der Eiweißstoffe
bei ihrem pI findet man im Stand der Technik beispielsweise die
Patentschrift DD 275.609.
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Bei
dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren werden die Eiweißstoffe
zunächst
bei einem alkalischen pH durch Behandlung des Erbsenmehls auf feuchtem
Weg mit Kalk extrahiert, dann werden die Eiweißstoffe bei ihrem pI durch
Absenkung des pH des Mediums mit Phosphorsäure auf einen Wert in der Größenordnung
von 4,6 ausgefällt.
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Dieses
Verfahren ist bei weitem nicht zufriedenstellend, denn der Überstand,
der die noch löslichen Eiweißstoffe
enthält,
muss mit Kalk nachbehandelt werden, um die überschüssige Phosphorsäure zu beseitigen,
dann auf eine Temperatur zwischen 80 und 150°C erwärmt werden, um rezykliert und
bei zukünftigen
Extraktionen wiederverwendet zu werden.
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Die
isolierten Eiweißstoffe
sind reiner, aber dies geschieht zu Ungunsten der Wiedergewinnungserträge an Eiweißstoffen,
und der Reichtum der Fraktionen Stärke und innere Fasern ist deswegen
nicht verbessert.
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Der
langwierige Charakter und die Schwerfälligkeit dieses Verfahrens
machen es für
die Industrie nicht besonders attraktiv.
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Die
Patentschrift
US 4,766,204 beschreibt
ein Verfahren, das es ermöglicht,
die Eiweißstoffe
besser von der Stärke
(oder den Zuckern) von Hülsenfrüchten wie
der Erbse oder den Saubohnen abzutrennen, wobei man teilweise ohne
die alkalische Behandlung auskommt.
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Dieses
Verfahren besteht darin, das fein gemahlene Mehl der Hülsenfrucht
in Wasser bei einem pH zwischen 2 und 10 in Suspension zu bringen.
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Die
Erfinder dieses Patents empfehlen indessen, das Mehl in einem sauren
Medium (bevorzugter pH zwischen 2,2 und 3,2) in Suspension zu bringen,
um die Entwicklung von unangenehmen Gerüchen oder Geschmäckern in
den am Ende des Extraktionsverfahrens wiedergewonnenen Eiweißstoffen
zu vermeiden.
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Dann
unterzieht man diese Suspension von leicht saurem Mehl einem ersten
Siebschritt, um die inneren Fasern der Erbse zu beseitigen.
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Dieser
erste Schritt ist deshalb nötig,
weil sich die inneren Fasern der Erbse sehr leicht mit der Stärke und
den Eiweißstoffen
der Erbse verbinden. Man muss dann die Waschungen dieser Fasern
vervielfachen, um daraus die Stärke
oder die zugeordneten Eiweißstoffe
zu extrahieren.
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Vor
all diesen Schritten zur Extraktion und Abtrennung der Stärke und
der eigentlichen Eiweißstoffe
ist stark angeraten, die Fraktion von inneren Fasern so rasch wie
möglich
in den ersten Schritten der angewandten Verfahren zu beseitigen.
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Nach
diesem Siebschritt führt
man eine Zentrifugierung der Suspension ohne innere Fasern durch,
um eine „leichte
Phase", die mehrheitlich
die Eiweißstoffe
enthält,
sowie eine „schwere
Phase" zu erzeugen,
die mehrheitlich Stärke
enthält.
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Schließlich muss
der pH dieser leichten und schweren Phase derart angepasst werden,
dass daraus die Eiweißstoffe
bzw. die Stärke
isoliert wird.
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Für die leichte
Phase wird der pH auf zwischen 4,4 und 4,6 gebracht, einen pH-Bereich, mit dem
bekanntlich die Eiweißstoffe
der Erbse bei ihrem isoelektrischen Punkt ausgefällt werden können.
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Es
muss eine neue alkalische Behandlung der schweren Phase durchgeführt werden
(die noch etwas Eiweißstoffe
enthält),
um die Resteiweißstoffe
zu solubilisieren. Dann wird vorgeschlagen, das so behandelte Gemisch
durch Abscheider oder Vertikalzentrifugen oder durch eine Reihe
von Hydrozyklonen erneut zu zentrifugieren, um eine „sauberere" Stärkefraktion
wiederzugewinnen.
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Die
Resteiweißstoffe
werden ihrerseits getrennt geronnen und der Hauptfraktion der Eiweißstoffe
hinzugefügt,
die weiter stromaufwärts
in dem Verfahren gewonnen wurden.
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Dieses
Verfahren erfordert zunächst
die Einrichtung einer Gruppe von zahlreichen Sieben, um die Fraktion
innere Fasern zu beseitigen, vorher unerlässlich zur Trennung der Eiweißstoffe
und der Erbsenstärke.
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Der
schwierige Einsatz dieser Siebe, ihre häufige Reinigung und die Kosten
für ihre
Wartung machen diesen Siebschritt industriell nicht gangbar.
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Im übrigen müssen die
pH-Schwankungen der verschiedenen Fraktionen mit hoher Genauigkeit
verwaltet werden, und dies kompliziert die Verwendung der Gruppen
von Abscheidern, Zentrifugen und Hydrozyklonen aufs äußerste.
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Was
die Extraktion der Stärke
als Hauptbestandteil der Erbse angeht, so sind ihr trotz ihrer zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten
wegen ihres relativen Reichtums an Amylose wenige Arbeiten gewidmet.
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Der
Stärkeertrag
von Erbsenvarietäten
liegt weit unter dem Ertrag pro Hektar von Sorten wie Mais, Weizen
oder der Kartoffel. Die Erbse ist also keine Hülsenfrucht, die von Stärkefabrikanten
mit Aufmerksamkeit betrachtet werden.
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MEUSER
et al. haben in CEREAL CHEMISTRY 74(4), S. 364–370 (1997) ein Pilotverfahren
beschrieben, das die Extraktion von Stärke aus der Erbse vorschlägt, und
es als industriell rentabel präsentiert.
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Das
Verfahren in drei Hauptschritten besteht darin, das Einweichen der
Erbse in Wasser durchzuführen,
die feuchte Erbse zu schälen
und die an den Stärkekörnern haftenden
Eiweißstoffe
dank eines Hochdruckhomogenisators zu spalten.
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Vor
dem Durchlaufen des Hochdruckhomogenisators werden die Fasern zunächst mittels
Schüttelsieben
aus dem feuchten Erbsenmahlgut beseitigt.
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Man
stellt nochmals fest, dass die inneren Fasern der Erbse beseitigt
werden müssen,
ehe die eigentliche Extraktion der Bestandteile Stärke und
Eiweißstoffe
unternommen wird.
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Die
so von Fasern befreite Suspension enthält dann Teilchen von unlöslichen
Eiweißstoffen,
Teilchen, die aus einem Gemisch von Stärke und Eiweißstoffen
besteht, und lösliche
Eiweißstoffe.
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In
diesem Schritt des Verfahrens trennt ein Zentrifugalabscheider die
unlöslichen
Eiweißstoffe
(in der leichten Phase) von den löslichen Eiweißstoffen
und den Teilchen von Stärke
und Eiweißstoffen
(in der schweren Phase).
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Die
schwere Phase wird dann zu dem Hochdruckhomogenisator befördert, um
die Konglomerate von Stärketeilchen
und ihren zugeordneten Eiweißstoffen
zu zerbrechen.
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Die
an diesem Homogenisator behandelte Suspension wird dann zu Hydrozyklonen
transportiert, wobei Gegenstromwasser verwendet wird, um die Eiweißstoffe
von der Stärke
zu trennen.
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Dieses
Verfahren, das auf die Wiedergewinnung von Stärke gerichtet ist, ist besonders
langwierig, wenn es auch für
die begleitende Wiedergewinnung von Eiweißstoffen eingesetzt werden
soll.
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Man
muss nämlich
die leichten Phasen aus den Hydrozyklonen, die leichten Phasen aus
dein Zentrifugalabscheider plus die Ströme aus dem Pressen der Fasern
zusammenbringen, um das Maximum an unlöslichen Proteinen wiederzugewinnen.
Schließlich
müssen
die schweren Phasen aus den Hydrozyklonen wieder aufgenommen werden,
zentrifugiert werden, und die aus dieser Zentrifugierung stammenden
leichten Phasen müssen
ultrafiltriert werden, um die löslichen
Proteine wiederzugewinnen.
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Die
löslichen
Eiweißstoffe
müssen
noch durch Techniken vom Typ Gerinnung beim isoelelktrischen pH oder
bei Wärme
oder auch durch Ultrafiltration extrahiert werden. Aus allem Vorhergehenden
wird deutlich, dass es kein einfaches Verfahren gibt, das die technologischen
Zwänge
integriert, die mit der Extraktion der vier Hauptbestandteile der
Erbse in Zusammenhang stehen, d.h. der Stärke, der Eiweißstoffe,
der inneren Fasern und der löslichen
Stoffe, insbesondere der Extraktion der Stärke und der Eiweißstoffe,
und zwar mit einem hohen Reinheitsgrad mit den besten Erträgen und
Produktivitäten.
Die WO 94/17107 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Produkts,
das Amylose enthält.
Die WO 97/17376 beschreibt ein Verfahren zum Gewinnen von Erbsenstärke.
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Es
ist ein Verdienst der Anmelderfirma, dass es ihr gelungen ist, diese
schwer zu vereinbarenden Ziele zu versöhnen, indem sie sich zum Preis
von zahlreichen Forschungsarbeiten ein einfaches und wirksames Verfahren
zur Extraktion und Raffination der Erbsenmehlbestandteilen ausgedacht
und entwickelt hat.
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Ebenso
ist ein Verdienst der Anmelderfirma, dass sie gezeigt hat, dass
es durch die Verwendung der Zentrifugalabscheider oder der Hydrozyklonen
in einer Konfiguration, die in einer Kartoffelstärkefabrik verwendet wird, möglich ist,
dass nicht mehr zwingend die inneren Fasern der Erbse beseitigt
werden müssen,
bevor alle eigentlichen Schritte zur Fraktionierung der Eiweißstoffe
der Stärke
und der löslichen
Stoffe unternommen werden.
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Die
Verwendung einer zur Kartoffelbearbeitung vorgesehenen industriellen
Stärkeeinheit
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion
und die Raffination der Erbsenmehlbestandteile darin besteht, das
Erbsenmehl durch Mahlen trockener Erbsen herzustellen, die zuvor
gereinigt, verlesen, enthäutet, entstaubt
wurden, das so gewonnene Mehl in Wasser zu geben und die Bestandteile
des Erbsenmehls mittels wenigstens einer der Einrichtungen zu trennen,
welche aus der Gruppen bestehend aus Hydrozyklonen, Zentrifugalabscheidern
und Sieben ausgewählt
wird, ohne dass vorab ein Schritt des Trennens der inneren Fasern der
Erbse durchgeführt
wird.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung wählt
man die Verwendug von Zentrifugalabscheidern und Sieben als Einrichtungen
der Kartoffelstärkefabrik.
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Bei
einem ersten Schritt dieser bevorzugten Ausführungsform wird das Mehl in
Wasser in Suspension gebracht, das aus zuvor gereinigten, verlesenen,
enthäuteten,
entstaubten und gemahlenen Erbsen gewonnen wurde.
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Das
Erbsenmehl wird im übrigen
durch jede dem Fachmann bekannte Technik aus zuvor gereinigten, verlesenen,
enthäuteten
und entstaubten Erbsen gewonnen. Vorteilhaft wählt man einen Schlägelbrecher
vom Typ ALPINE, der mit einem Gitter von 100 μm ausgestattet ist, was im folgenden
beispielhaft erläutert
wird.
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Vorteilhaft
wird gewählt,
dann ein Mehl in Wasser in Suspension zu bringen, das eine mittlere
Korngröße mit einem
Wert von höchstens
gleich 100 μm
hat, bei der Konzentration von 20 bis 30 % Trockengewicht, bevorzugt
mit 25 % Trockengewicht. Der pH der Lösung ist kein einschränkender
Faktor, aber vorteilhaft wird gewählt, den pH der Suspension
nicht einzustellen, was dazu führt,
dass in einem pH-Bereich zwischen 6,2 und 7 gearbeitet wird.
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In
einem zweiten Schritt dieser bevorzugten Ausführungsform wird vorteilhaft
gewählt,
die wässrige Mehlsuspension
der Wirkung eines Zentrifugalabscheiders zu unterwerfen.
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Die
Fraktion Erbsenfasern wird also nicht durch vorheriges Sieben beseitigt.
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Die
Anmelderfirma hat nämlich
festgestellt, dass dann, wenn diese Trennoperation mit Zentrifugalabscheidern
nach einer Konfiguration durchgeführt wird, die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird, leicht die löslichen
Stoffe und die Eiweißstoffe
einerseits und die Fasern und die Stärke andererseits in zwei getrennte
Fraktionen getrennt werden können.
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In
einem dritten Schritt dieser bevorzugten Ausführungsform werden dann die
Eiweißstoffe
leicht von der Fraktion isoliert, welche das so gewonnene Gemisch
an löslichen
Stoffen und Eiweißstoffen
enthält,
und zwar durch eine Technik, die aus der Gruppe von Techniken des
Ausfällens
der Eiweißstoffe
bei ihrem isoelektrischen pH und/oder Membran-Separation vom Typ
Ultrafiltration ausgewählt
wird.
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Die
löslichen
Stoffe werden dann in dem Überstand
der Ausfällung
oder in dem Ultrafiltrationspermeat als solche wiedergewonnen.
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In
einem vierten Schritt dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Stärke von
den Fraktionen innere Fasern abgetrennt, indem Siebe der Stärkefabrik
verwendet werden. Vorteilhaft werden Sieboperationen an Drehsieben
und gewölbten
Sieben gewählt.
Dieser Schritt ermöglicht
also, wirksamer die inneren Fasern von der Stärke abzutrennen, und zwar mit
wenig Sieben und damit viel weniger Schwierigkeiten mit der Wartung der
Einrichtungen als bei den bereits beschriebenen Verfahren, wo die
Siebe am vorderen Ende des Verfahrens angeordnet sind und damit
den gesamten Strom bearbeiten müssen.
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Die
gereinigte Stärke
wird dann wiedergewonnen und ausgehend von der Fraktion, die von
den Fasern befreit ist, durch jede Technik konzentriert, die dem
Fachmann im übrigen
bekannt ist.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung wird die Verwendung von Hydrozyklonen und Zentrifugalabscheidern
als Einrichtungen der Kartoffelstärkefabrik gewählt.
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In
einem ersten Schritt dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform
wird das ausgehend von zuvor gereinigten, verlesenen, enthäuteten,
entstaubten und gemahlenen Erbsen gewonnene Mehl ebenfalls in Wasser
in Suspension gebracht. Der pH der Lösung ist kein einschränkender
Faktor, aber man wählt
keine Einstellung des pH der Suspension, was dazu führt, dass
in einem pH-Bereich zwischen 6, 2 und 7 gearbeitet wird.
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Man
läßt die Suspension
in diesem wässrigen
Milieu kurz zwischen 5 Minuten und zwei Stunden bei einer Temperatur
zwischen 15°C
und 25°C,
bevorzugt bei Umgebungstemperatur diffundieren.
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In
einem zweiten Schritt dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform
wählt man,
die wässrige
Mehlsuspension direkt einer Gruppe von Hydrozyklonen zu unterwerfen,
ohne die Fraktion Fasern der Erbse durch vorheriges Sieben zu beseitigen.
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Die
Anmelderfirma hat so festgestellt, dass es durch die Wahl dieser
Operation des Trennens mit Hydrozyklonen nach einer Konfiguration,
die in einer Kartoffelstärkefabrik
verwendet wird, möglich
ist, leicht in zwei verschiedene Fraktionen einerseits die Stärke mit
hoher Reinheit und andererseits die löslichen Stoffe, die Fasern
und die Eiweißstoffe
zu trennen.
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In
einem dritten Schritt dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform
konzentriert man möglicherweise die
an Stärke
reiche Suspension an den Hydrozyklonen derart, dass daraus die Stärke gereinigt
wird.
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Diese
Operation kann auch mit Hilfe einer weiteren Gruppe von Hydrozyklonen
durchgeführt
werden.
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Indessen
hat die Anmelderfirma überraschend
und unerwartet festgestellt, dass der Reinheitsgrad der direkt durch
Verwendung der Hydrozyklonen gewonnenen Fraktion Stärke derart
ist, dass diese Fraktion Stärke
einen zusätzlichen
Raffinationsschritt nur dann benötigt,
wenn man eine Stärke
gewinnen will, die nicht mehr als 0,2 % Resteiweißstoffe
enthält,
was im folgenden beispielhaft veranschaulicht wird.
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In
einem vierten Schritt dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform
trennt man leicht die inneren Fasern von einer an Eiweißstoffen
und löslichen
Stoffen reichen Fraktion durch Verwendung der Zentrifugalabscheider
nach einer Konfiguration, die bei der Behandlung des Vegetationswassers
der Kartoffel eingesetzt wird.
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In
einem fünften
Schritt dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform isoliert man leicht
die Eiweißstoffe
von der Fraktion, die das so erhaltene Gemisch von löslichen
Stoffen und Eiweißstoffen
enthält,
durch eine Technik, die aus der Gruppe der Techniken zum Ausfällen der
Eiweißstoffe
bei ihrem isoelektrischen pH und der Techniken zur Membran-Separation
vom Typ Ultrafiltration ausgewählt
ist.
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Die
Erfindung setzt also eine Vorrichtung zur Extraktion und Raffination
der Bestandteile von Erbsenmehl ein, die wenigstens eine der Einrichtungen
einer Kartoffelstärkefabrik
aufweist, welche aus der Gruppe bestehend aus Hydrozyklonen, Zentrifugalabscheidern
und Sieben ausgewählt
wird.
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Eine
erste Vorrichtung weist als Einrichtungen einer Kartoffelstärkefabrik
Siebe und Zentrifugalabscheider auf.
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Eine
zweite Vorrichtung weist als Einrichtungen einer Kartoffelstärkefabrik
Hydrozyklonen und Zentrifugalabscheider auf.
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Durch
die Verwendung dieser Vorrichtungen lassen sich sehr reiche Fraktionen
mit hervorragender Ausbeute gewinnen.
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So
hat man festgestellt, dass man mehr als 90 % der anfänglich vorhandenen
Eiweißstoffe
extrahieren und Stärke
mit einer Reinheit von wenigstens 99,5 % gewinnen kann.
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Es
wurden Messungen der Rate an Resteiweißstoffen, des pH und der BRABENDER-Viskosität der Erbsenstärke durchgeführt, die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
gewonnen wurde.
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Die
durch die Verwendung nach der Erfindung hergestellte Stärke weist
einen Gehalt an Resteiweißstoffen
zwischen 0,3 und 0,5 % und einen pH-Wert zwischen 3,5 und 7, bevorzugt
zwischen 5 und 7 auf.
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Die
hier verwendete Methode zum Bestimmen des Gehalts an Eiweißstoffen
ist diejenige von DUMAS (Norm NF V 18–120 vom März 1977 – Methode durch Verbrennung – Stickstoffdosierung).
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Man
bestimmt den pH der Erbsenstärke
bei Umgebungstemperatur an einer Lösung die 20 g trocken in 80
ml entsalztem Wasser enthält.
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Die
durch die Verwendung nach der Erfindung hergestellte Stärke weist
ferner eine gemäß eines
Tests A gemessene BRABENDER-Viskosität zwischen 950 und 110 UP,
bevorzugt zwischen 970 und 1050 UB auf.
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Der
Test A ist ein Test, der von der Anmelderfirma entwickelt wurde
und darin besteht, die Viskosität einer
Suspension aus stärkehaltigem
Material in einem Natriummedium mit Hilfe eines BRABENDER-Viskosigraphen
zu bestimmen. Diese Viskositätsmessung
wird unter Bedingungen präziser
Konzentration und nach einer angepassten Programmierung Temperatur/Zeit
durchgeführt.
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Die
Beschreibung dieses Tests ist wie folgt: Man stellt 20,9 g trockene
Erbsenstärke
her und gibt ihr 48 g einer Lösung
aus Natriumhydroxid 1N und 470 g entsalztes Wasser, dessen spezifischer
Widerstand übe 500000
Ohm liegt, in einem Becher von 600 ml zu.
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Diese
Mischung wird bei Umgebungstemperatur in der Schale des Viskosimeters
BRABENDER Pt100 durchgeführt.
Dann führt
man unter Verwendung der Apparatur eine rasche Erwärmung des
Gemisches bis auf 35° mit
einer Rate von 3°/Min.
durch. Diese Temperatur wird 5 Minuten gehalten, dann führt man
einen Temperaturanstieg mit einer Rate von 2,5°/Min. durch, so dass 92°C erreicht
werden. Diese Temperatur wird 20 Min. gehalten.
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Die
Viskosität,
ausgedrückt
in BRABENDER-Einheiten (UB) entspricht dann dem gemessenen Viskositätsspitzenwert.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar
bei der Lektüre
der im folgenden angegebenen Beispiele, welche die Erfindung veranschaulichen,
gleichwohl ohne sie einzuschränken.
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Beispiel 1
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Erbsenmehl
wird durch Mahlen von geschälten
Futtererbsen in einem Schlägelbrecher
vom Typ ALPINE hergestellt, der mit einem Gitter von 100 μm ausgestattet
ist.
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300
kg Mehl mit 87 % Trockenmaterial werden dann 30 Minuten bei Umgebungstemperatur
in Wasser mit einer Endkonzentration von 25 % zu trocken, mit einem
pH von 6,5, eingeweicht.
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1044
kg Mehlsuspension mit 25 % Trockenmaterial (also 261 kg Trockenmehl)
werden dann mit 500 kg Wasser in ein Gruppe von Hydrozyklonen eingebracht,
die von einer zur Kartoffelbearbeitung vorgesehenen industriellen
Stärkeeinheit
angepasst ist.
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Diese
Gruppe von Hydrozyklonen besteht aus 14 Stufen. Sie wird mit der
Mehlsuspension in der Stufe Nr. 5 versorgt.
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Diese
Trennung führt
zur Gewinnung einer leichten Phase, die dem Ausgang der Stufe Nr.
1 entspricht. Sie besteht aus dem Gemisch Eiweißstoffe, innere Fasern und
lösliche
Stoffe.
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Die
schwere Phase, die die Stärke
enthält,
ist das auf Höhe
der Stufe Nr. 14 erhaltene Konzentrat.
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Der
Eingang der Stufe Nr. 14 wird mit dem Waschwasser versorgt.
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Diese
Trennung an Hydrozyklonen führt
zur Gewinnung einer leichten Phase, die aus dem Gemisch von Eiweißstoffen,
inneren Fasern und löslichen
Stoffen besteht, und einer schweren Phase aus Erbsenstärke.
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Man
gewinnt in der schweren Phase 297 kg Stärkemilch mit 40 % Trockenmaterial
wieder (also 119 kg Stärke
zu trocken).
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Der
Gehalt an Verunreinigungen liegt unter 1 %, der Gehalt an Eiweißstoffen
liegt bei 0,3 % zu trocken.
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Es
ist also nicht notwendig, eine ergänzende Raffination dieser Fraktion
durchzuführen.
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Die
leichte Phase am Ausgang von Hydrozyklonen enthält ihrerseits als Gemisch (142
kg zu trocken insgesamt): die Fasern (etwa 14,8 Gew.-%, also 21
kg trocken), die Eiweißstoffe
(etwa 42,8 Gew.-%, also 60,8 kg trocken) und lösliche Stoffe (etwa 42,4 Gew.-%),
also 60,2 kg trocken).
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Man
bringt es dann auf ein Trockenmaterial von 11,4 %.
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Man
führt die
Trennung der Fasern an Zentrifugalabscheidern vom Typ WESPHALIA
durch, die in einer zur Kartoffelbearbeitung vorgesehenen Stärkeeinheit.
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Die
leichte Phase am Ausgang des Zentrifugalabscheiders enthält ein Gemisch
aus Eiweißstoffen
und löslichen
Stoffen, während
die schwere Phase die Erbsenfasern enthält.
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Die
schwere Phase enthält
105 kg Fasern bei 20 % Trockenmaterial. Man stellt fest, dass nahezu
alle Fasern in dieser Fraktion zu finden sind.
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Was
die Fraktion Proteine und lösliche
Stoffe angeht, so enthält
sie 1142 kg eines Gemisches aus löslichen Stoffen und Eiweißstoffen
in Lösung.
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Man
führt die
Gerinnung der Eiweißstoffe
bei ihrem isoelektrischen Punkt durch Einstellung der leichten Phase
am Ausgang des Zentrifugalabscheiders auf einen pH von 4,6 und Erwärmung dieser
Lösung
auf 100°C
durch.
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Nach
dein Ausfällen
der Eiweißstoffe
führt man
eine Zengrifugalabscheidung durch, wodurch nach dem Trocknen ein
Sediment wiedergewonnen werden kann, das 56 kg Proteine enthält (86 %
an N 6,25 zu trocken) bei 93 % Trockenmaterial.
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Beispiel 2
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Man
bestimmt die physikochemischen Eigenschaften der nach dem in Beispiel
1 beschriebenen Verfahren, das viermal reproduziert wurde.
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Die
folgende Tabelle präsentiert
die erhaltenen Ergebnisse für
den Gehalt an Eiweißstoffen,
den pH und die Viskosität
nach dem Test A, der an den vier so erhaltenen Proben gemessen wurde.
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Physikochemische
Charakterisierungen von 4 Erbsenstärkeproben, die gemäß eines
Verfahrens nach der Erfindung extrahiert wurden.
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Diese
Ergebnisse zeigen, dass die Erbsenstärke, die direkt nach dem Schritt
des Durchlaufens von Hydrozyklonen gewonnen wurde, einen völlig zufriedenstellenden
Gehalt an Resteiweißstoffen
und einen pH-Wert aufweist, der die Behandlung der Mehlsuspension
stromaufwärts
von dem Verfahren ohne Einstellung des pH wiedergibt.
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Messungen,
die an Erbsenstärken
durchgeführt
wurden, die dem Handel zugänglich
sind, ergeben Gehalte an Eiweißstoffen
zwischen 0,18 und 0,25 %, aber pH-Werte der Erbsenstärke in Lösung von
weniger als 3,5 oder mehr als 7.
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Die
nach der erfindungsgemäßen Verwendung
erhaltene Erbsenstärke
ist also gegenüber
den anderen Erbsenstärken
absolut original.
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Im übrigen ist
bemerkenswert, dass die nach der erfindungsgemäßen Verwendung hergestellten
Erbsenstärken
Viskositäten
zwischen 970 und 1050 UB aufweisen, während Messungen Viskositätswerte
von mehr als 1280 UB zeigen, die an im Handel erhältlichen
Erbsenstärken
gemäß dem Text
A durchgeführt
wurden.