DE60304958T3

DE60304958T3 - Extrahierung von Komponenten aus Erbsenmehl

Info

Publication number: DE60304958T3
Application number: DE60304958.3T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Salome; Jean-Marc Verrin; Claude Fache; Robert Houard
Original assignee: Roquette Freres SA
Current assignee: Roquette Freres SA
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: DE60304958T2; DE60304958D1

Description

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.
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.
Im Sinne der Erfindung versteht man unter einer „Kartoffelstärkefabrik” eine industrielle Einheit zur Extraktion der Stärke, der Eiweißstoffe und der Pulpe (Fasern) der Kartoffel.
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.
Die Erfindung betrifft also die Verwendung einer zur Kartoffelbearbeitung vorgesehenen industriellen Stärkeeinheit zur Extraktion und Raffination von Erbsenmehlbestandteilen und insbesondere zur Herstellung von Erbsenstärke, wie dies in Anspruch 1 definiert ist.
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.
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.
Dem Fachmann ist bekannt, dass Kartoffelstärkefabriken bestenfalls vier bis sechs Monate pro Jahr aktiv sind.
Eine Sorge der Industriellen liegt in der Nutzbarmachung dieser Stärkeeinrichtungen zwischen den Kampagnen, um die Verwendung der Maschinen während des ganzen Jahres zu gewährleisten.
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.
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.
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.
Die internationale Patentanmeldung WO 93/16.109 beschreibt nämlich vor allem eine Modifizierung 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.
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 öl-/eiweißstoffhaltige Pflanzen wie die Sonnenblume, die Sojabohne oder den Lein anzupassen.
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.
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.
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.
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).
Die internationale Patentanmeldung WO 00/40.787 evoziert schon die Bearbeitung der Erbse, aber lediglich für deren Grasanteil, d. h. das Kraut.
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%.
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.
Deshalb haben die Verfahren zur Extraktion und Raffination von Bestandteilen der Erbse traditionell nur ihren eiweißhaltigen Teil im Auge.
Indessen kann die Erbsenstärke, die reich an Amylose ist, für bestimmte Nahrungsanwendungen und Nicht-Nahrungsmittelanwendungen nutzbar gemacht werden, sofern sie ausreichend raffiniert ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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”).
Die Zentrifugierung dieser Mehlsuspension führt dazu, dass zwei Fraktionen gewonnen werden.
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.
Die schwere Fraktion umschließt indessen Stärke mit noch 6% Eiweißstoffen.
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.
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.
Um dem Problem der Gewinnung von Erbseneiweißstoffen mit besserer Qualität abzuhelfen, sind andere Techniken beschrieben, die eher zur Produktion von Isolierstoffen von Erbsen führen.
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.
Diese Isolierstoffe können auch durch Membrantechniken vom Typ Ultrafiltration gewonnen werden.
Als Veranschaulichung dieser Techniken zum Ausfällen der Eiweißstoffe bei ihrem pI findet man im Stand der Technik beispielsweise die Patentschrift DD 275.609 .
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.
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.
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.
Der langwierige Charakter und die Schwerfälligkeit dieses Verfahrens machen es für die Industrie nicht besonders attraktiv.
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.
Dieses Verfahren besteht darin, das fein gemahlene Mehl der Hülsenfrucht in Wasser bei einem pH zwischen 2 und 10 in Suspension zu bringen.
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.
Dann unterzieht man diese Suspension von leicht saurem Mehl einem ersten Siebschritt, um die inneren Fasern der Erbse zu beseitigen.
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.
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.
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.
Schließlich muss der pH dieser leichten und schweren Phase derart angepasst werden, dass daraus die Eiweißstoffe bzw. die Stärke isoliert wird.
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.
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.
Die Resteiweißstoffe werden ihrerseits getrennt geronnen und der Hauptfraktion der Eiweißstoffe hinzugefügt, die weiter stromaufwärts in dem Verfahren gewonnen wurden.
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.
Der schwierige Einsatz dieser Siebe, ihre häufige Reinigung und die Kosten für ihre Wartung machen diesen Siebschritt industriell nicht gangbar.
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.
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.
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.
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.
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.
Vor dem Durchlaufen des Hochdruckhomogenisators werden die Fasern zunächst mittels Schüttelsieben aus dem feuchten Erbsenmahlgut beseitigt.
Man stellt nochmals fest, dass die inneren Fasern der Erbse beseitigt werden müssen, ehe die eigentliche Extraktion der Bestandteile Stärke und Eiweißstoffe unternommen wird.
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.
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).
Die schwere Phase wird dann zu dem Hochdruckhomogenisator befördert, um die Konglomerate von Stärketeilchen und ihren zugeordneten Eiweißstoffen zu zerbrechen.
Die an diesem Homogenisator behandelte Suspension wird dann zu Hydrozyklonen transportiert, wobei Gegenstromwasser verwendet wird, um die Eiweißstoffe von der Stärke zu trennen.
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.
Man muss nämlich die leichten Phasen aus den Hydrozyklonen, die leichten Phasen aus dem 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.
Die löslichen Eiweißstoffe müssen noch durch Techniken vom Typ Gerinnung beim isoelektrischen 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.
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.
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.
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.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wählt man die Verwendung von Zentrifugalabscheidern und Sieben als Einrichtungen der Kartoffelstärkefabrik.
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.
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.
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.
In einem zweiten Schritt dieser bevorzugten Ausführungsform wird vorteilhaft gewählt, die wässrige Mehlsuspension der Wirkung eines Zentrifugalabscheiders zu unterwerfen.
Die Fraktion Erbsenfasern wird also nicht durch vorheriges Sieben beseitigt.
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.
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.
Die löslichen Stoffe werden dann in dem Überstand der Ausfällung oder in dem Ultrafiltrationspermeat als solche wiedergewonnen.
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.
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.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird die Verwendung von Hydrozyklonen und Zentrifugalabscheidern als Einrichtungen der Kartoffelstärkefabrik gewählt.
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.
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.
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.
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.
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.
Diese Operation kann auch mit Hilfe einer weiteren Gruppe von Hydrozyklonen durchgeführt werden.
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.
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.
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.
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.
Eine erste Vorrichtung weist als Einrichtungen einer Kartoffelstärkefabrik Siebe und Zentrifugalabscheider auf.
Eine zweite Vorrichtung weist als Einrichtungen einer Kartoffelstärkefabrik Hydrozyklonen und Zentrifugalabscheider auf.
Durch die Verwendung dieser Vorrichtungen lassen sich sehr reiche Fraktionen mit hervorragender Ausbeute gewinnen.
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.
Es wurden Messungen der Rate an Resteiweißstoffen, des pH und der BRABENDER-Viskosität der Erbsenstärke durchgeführt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen wurde.
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.
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).
Man bestimmt den pH der Erbsenstärke bei Umgebungstemperatur an einer Lösung die 20 g trocken in 80 ml entsalztem Wasser enthält.
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.
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.
Die Beschreibung dieses Tests ist wie folgt: Man stellt 20,9 g trockene Erbsenstärke her und gibt ihr 48 g einer Lösung aus Natriumhydroxid 1 N und 470 g entsalztes Wasser, dessen spezifischer Widerstand übe 500000 Ohm liegt, in einem Becher von 600 ml zu.
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.
Die Viskosität, ausgedrückt in BRABENDER-Einheiten (UB) entspricht dann dem gemessenen Viskositätsspitzenwert.
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.
Beispiel 1
Erbsenmehl wird durch Mahlen von geschälten Futtererbsen in einem Schlägelbrecher vom Typ ALPINE hergestellt, der mit einem Gitter von 100 μm ausgestattet ist.
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.
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.
Diese Gruppe von Hydrozyklonen besteht aus 14 Stufen. Sie wird mit der Mehlsuspension in der Stufe Nr. 5 versorgt.
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.
Die schwere Phase, die die Stärke enthält, ist das auf Höhe der Stufe Nr. 14 erhaltene Konzentrat.
Der Eingang der Stufe Nr. 14 wird mit dem Waschwasser versorgt.
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.
Man gewinnt in der schweren Phase 297 kg Stärkemilch mit 40% Trockenmaterial wieder (also 119 kg Stärke zu trocken).
Der Gehalt an Verunreinigungen liegt unter 1%, der Gehalt an Eiweißstoffen liegt bei 0,3% zu trocken.
Es ist also nicht notwendig, eine ergänzende Raffination dieser Fraktion durchzuführen.
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).
Man bringt es dann auf ein Trockenmaterial von 11,4%.
Man führt die Trennung der Fasern an Zentrifugalabscheidern vom Typ WESPHALIA durch, die in einer zur Kartoffelbearbeitung vorgesehenen Stärkeeinheit.
Die leichte Phase am Ausgang des Zentrifugalabscheiders enthält ein Gemisch aus Eiweißstoffen und löslichen Stoffen, während die schwere Phase die Erbsenfasern enthält.
Die schwere Phase enthält 105 kg Fasern bei 20% Trockenmaterial. Man stellt fest, dass nahezu alle Fasern in dieser Fraktion zu finden sind.
Was die Fraktion Proteine und lösliche Stoffe angeht, so enthält sie 1142 kg eines Gemisches aus löslichen Stoffen und Eiweißstoffen in Lösung.
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.
Nach dem 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.
Beispiel 2
Man bestimmt die physikochemischen Eigenschaften der nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren, das viermal reproduziert wurde.
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.
Physikochemische Charakterisierungen von 4 Erbsenstärkeproben, die gemäß eines Verfahrens nach der Erfindung extrahiert wurden.

Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4

Gehalt Resteiweißstoffe (%) 0,3 0,45 0,5 0,45

pH 6,9 5,8 5,2 5,6

Viskosität UB 1010 970 1030 1050
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.
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.
Die nach der erfindungsgemäßen Verwendung erhaltene Erbsenstärke ist also gegenüber den anderen Erbsenstärken absolut original.
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 Test A durchgeführt wurden.

Claims

Verwendung einer zur Kartoffelbearbeitung vorgesehenen industriellen Stärkeeinheit zur Extraktion und Raffination von Erbsenmehlbestandteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion und die Raffination der Erbsenmehlbestandteile aus den folgenden Schritten bestehen: a) Herstellen eines Mehls durch Mahlen trockener Erbsen, die zuvor gereinigt, verlesen, enthäutet und entstaubt worden sind, b) Geben des so gewonnenen Mehls in Wasser, c) Trennen der Bestandteile des Erbsenmehls mittels wenigstens einer 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.
Verwendung gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Erbsenstärke.
Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen aus Zentrifugalabscheidern und Sieben bestehen.
Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion und Raffination aus der Abfolge der folgenden Schritte besteht: a) In-Suspension-Bringen des Erbsenmehls in Wasser, b) Fraktionieren der Suspension in Zentrifugalabscheidern, so dass eine an Eiweißstoffen und löslichen Stoffen reiche Fraktion von einer Fraktion, welche aus dem Gemisch von Stärke und inneren Fasern besteht, isoliert wird, c) Isolieren des eiweißhaltigen Bestandteils der an Eiweißstoffen und löslichen Stoffen reichen Fraktion durch eine Technik der selektiven Reinigung der Eiweißstoffe, d) Behandeln der aus dem Gemisch von Stärke und inneren Fasern bestehenden Fraktion auf Sieben, so dass eine an inneren Fasern reiche Fraktion von einer stärkereichen Fraktion abgetrennt wird, e) Isolieren des Stärkebestandteils aus der stärkereichen Fraktion.
Verwendung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erbsenmehl in Wasser in Suspension gebracht wird, ohne den pH der Suspension einzustellen, was zu einem pH zwischen 6,2 und 7 führt.
Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen aus Hydrozyklonen und Zentrifugalabscheidern bestehen.
Verwendung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion und die Raffination aus der Abfolge der folgenden Schritte besteht: a) In-Suspension-Bringen des Erbsenmehls in Wasser, b) Fraktionieren der Suspension in Hydrozyklonen, so dass eine stärkereiche Fraktion von einer Fraktion, welche aus einem Gemisch von Eiweißstoffen, inneren Fasern und löslichen Stoffen besteht, isoliert wird, c) gegebenenfalls Konzentrieren der stärkereichen Suspension in den Hydrozyklonen, so dass die enthaltene Stärke gereinigt wird, d) Behandeln der aus dem Gemisch von Eiweißstoffen, inneren Fasern und löslichen Stoffen bestehenden Fraktion in Zentrifugalabscheidern, so dass eine an inneren Fasern reiche Fraktion von einer an Eiweißstoffen und löslichen Stoffen reichen Fraktion abgetrennt wird, e) Isolieren des eiweißhaltigen Bestandteils aus der an Eiweißstoffen und löslichen Stoffen reichen Fraktion durch eine Technik der selektiven Reinigung der Eiweißstoffen.
Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erbsenmehl in Wasser in Suspension gebracht wird, ohne den pH der Suspension einzustellen, was zu einem pH zwischen 6,2 und 7 führt.
Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erbsenmehl kurz zwischen 5 Minuten und zwei Stunden bei einer Temperatur zwischen 15°C und 25°C, bevorzugt bei Umgebungstemperatur, in Wasser in Suspension gebracht wird.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eiweißstoffe unter Verwendung einer Technik gereinigt werden, welche aus der Gruppe von Techniken bestehend aus Ausfallen der Eiweißstoffe bei ihrem isoelektrischen pH und Membran-Separation vom Typ Ultrafiltration, ausgewählt wird.
Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erbsenstärke: – einen Gehalt an zwischen 0,3 und 0,5%, – einen pH-Wert zwischen 3,5 und 7, bevorzugt zwischen 5 und 7, aufweist.
Verwendung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erbsenstärke eine gemäß eines Tests A gemessene Viskosität zwischen 950 und 1100 UB, bevorzugt zwischen 970 und 1050 UB aufweist.