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Verfahren zum Extrahieren von Zein aus Maisproteinen Die Erfindung
betrifft ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Zeinlösungen aus den gemischten
Proteinen des Mais. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, um
vergleichsweise konzentrierte Zeinlösungen zu erhalten, welche einen verringerten
0I- und Farbstoffgehalt bei unveränderter Plastizität aufweisen. Es ist bekannt,
daß man Zein aus Maismehl oder aus den gemischten Maisproteinen, wie z. B. Maisklebermehl,
durch Extraktion mit wässerigen alkoholischen Lösungsmitteln ausziehen und dann
den erhaltenen Extrakt durch weitere Extraktion mit Lösungsmitteln für 01 und Farbstoffe
reinigen kann. Ein verbessertes Verfahren dieser Art ist in der amerikanischen Patentschrift
z 0,44 769 beschrieben. Derartige Verfahren setzen jedoch die Verwendung
von beträchtlichen Mengen an Lösungsmitteln voraus und erfordern die Verdampfung
des Ausgangsextraktes, falls vergleichsweise konzentrierte Lösungen erwünscht sind.
Es wurde nun ein verbessertes Verfahren gefunden, bei welchem Mindestmengen an Lösungsmitteln
verwendet und vergleichsweise konzentrierte Lösungen erhalten werden, ohne daß die
Notwendigkeit einer Zwischenverdampfung besteht. Dieses Verfahren hat auch den Vorteil,
daß sowohl die Extraktions- als auch Reinigungsstufen durchführbar sind, ohne daß
Bedingungen eingehalten werden müssen, welche die Plastizität des Zeins in unerwünschter
Weise ändern könnten. Das Zein wird während des ganzen Verfahrens in Lösung gehalten
und keiner unzulässigen Erwärmung unterworfen. Das Endprodukt ist hinsichtlich der
Plastizität unverändert und zur Herstellung von Aminoplasten hervorragend geeignet.
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Das Verfahren besteht im wesentlichen in der Extraktion der proteinhaltigen
Stoffe mit einer wässerigen alkoholischentLösungsmittelmischung, welche einen wesentlichen
Anteil des später zu benutzenden Farbstoft'lösungsmittels enthält, worauf der erhaltene
Extralot mit weiterem Farbstofflösungsmittel behan-
Belt und das
Zein in einer alkoholischen Lösung erhöhter Konzentration abgetrennt wird, während
das 01 und die färbenden Stoffe mit. der Lösungsmittelschicht entfernt werde:;
Als Hauptextraktionsmittel für die erste Stufe' können die niederen aliphatischen
Alkohole',. wie Äthyl- oder Methylalkohol, benutzt wer' den, und irgendein mit Alkohol
mischbares Lösungsmittel für Maisöl und färbende Stoffe, welches aber ein Nichtlösungsmittel
für Zein sein muß, kann als Verdünnungsmittel in der ersten Stufe und als Lösungsmittel
in der zweiten Stufe benutzt werden. Es wurde gefunden, -daß sich für diesen Zweck
Toluol außerordentlich gut eignet; aber es können verschiedene Äquivalente, wie
Benzol, Xylol, Chlorkohlenwasserstoffe u. dgl., benutzt werden. Es können- auch
nicht substituierte aliphatische Kohlenwasserstoffe verwendet werden; sie sind jedoch
vom Standpunkt der Farbstoffextraktion aus ,nicht so vorteilhaft und erfordern daher
eine erhöhte Anzahl von Extraktionsstufen.
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Die Vorextraktion wird mittels einer wässerigen Lösungsmittelmischung
durchgeführt, welche 5 bis io°/o Wasser, vorzugsweise 7 bis ä °1o enthält. Das Verhältnis
von Alkohol zu angewandtem Verdünnungsmittel hängt von der Zeintoleranz des betreffenden
Verdünnungsmittels ab, d. h. von der Menge Verdünnungsmittel, welche zur alkoholischen
Zeinlösung zugefügt werden kann, bevor die Mischung sich in zwei Phasen trennt.
Dies kann leicht durch einen einfachen Vorversuch festgestellt werden. Im Falle
des Toluols beispielsweise entspricht ein sicheres Mischungsverhältnis 2 Teilen
Alkohol zu i Teil Toluol. Die Menge Wasser, welche im Lösungsmittelgemisch zugegen
sein kann, hängt ebenfalls von der Toleranz der betreffenden Mischung ab. So können
Mengen von Wasser bis zu 20 °1o oder mehr verwendet werden, wenn die erwünschte
Zeintoleranz der betreffenden Mischung nicht überschritten wird.
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Die Extraktionsstufe kann nach irgendeinem bekannten Verfahren durchgeführt
werden; aber falls das Zein für plastische Zwecke dienen soll, wird es vorgezogen,
das in der obengenannten amerikanischen Patentschrift z 044 76q beschriebene Verfahren
zu verwenden. Nach diesem Verfahren Zvird die Extraktion bei Temperaturen unter
70° C und vorzugsweise zwischen 55 und 65" C sowie bei Wasserstoitionenkonzentrationen
durchgeführt, daß der p11 -Wert des Schlußextraktes über 6,o liegt und vorzugsweise
in das Bereich zwischen 6,o und 7,0 fällt. Es kann irgendeine geeignete Apparatur
benutzt werden, beispielsweise ein Perkolator, und das Verfahren kann entweder diskontinuierlich
in Einzelbeschickungen-oder kontinuier-]ich im Gegenstrom durchgeführt werden oder
in einer Kombination dieser beiden Verfahren.
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°;`-_Falls es erwünscht ist, äußerst konzena:rte Lösungen zu erhalten,
kann der Vor-`:"kiraIzt in diesem Zeitpunkt durch Vakuum-`destillation o. dgl. eingeengt
werden. Diese Stufe ist jedoch gewöhnlich aus dem Grunde unerwünscht, als ternäre
azeotropische Mischungen gebildet werden sowie Änderungen im Lösungsmittelgleichgewicht,
die kompen siert werden müssen, um die Gefahr des Ausfällens von Zein und der .damit
verknüpften Änderung seiner Plastizität auszuschließen. Wenn nach dieser Hinsicht
Vorsorge getroffen wird, kann die Lösung bis zu jedem erwünschten Grade eingedickt
werden; aber es wird im allgemeinen vorgezogen, unmittelbar zur zweiten Extraktion
überzugehen ohne dazwischen geschaltete Eindickung.
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Wie weiter unten ersichtlich, werden vergleichsweise konzentrierte
Lösungen nach diesem Verfahren einfach durch die zweifache Extraktion unter den
beschriebenen Bedingungen erhalten.
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Die gewonnene Lösung wird zunächst mit zusätzlichen Mengen des ursprünglichen
Verdünnungsmittels behandelt, welches nunmehr als Lösungsmittel für Maisöl und Farbstoffe
dient. Eine Menge dieses Lösungsmittels, welche hinreichend ist, um die Zeintoleranz
zu überschreiten, wird zugefügt, wodurch eine Trennung in eine alkoholische Zeinlösung
von erhöhter Konzentration und in eine Lösungsmittelschicht für die Beseitigung
des Üls und der färbenden Stoffe bewirkt wird. Die Lösungsmittelschicht kann vermittels
eines Siphons oder durch einfaches Abgießen leicht abgetrennt werden. Eine weitere
Einengung der Zeinlösung und Extraktion des öls und der färbenden Stoffe kann durch
Wiederholung dieses Verfahrens erzielt werdend Nach der Schlußextraktion mit dem
Farbstofflösungsmittel und Abtrennung der Lösungsmittelschicht wird das Zein in
verhältnismäßig konzentrierter Lösung erhalten, die zur Weiterbehandlung zwecks
Gewinnung des festen Zeins geeignet ist. Das Produkt zeigt eine unveränderte Plastizität
und einen für die Zwecke der Herstellung von plastischen Massen hinreichend verringerten
Ül- und Farbstoffgehalt. Es ist ersichtlich, daß dieses Verfahren eine Mindestanzahl
von Verfahrensstufen einschließt, welche zur Extralotion und Reinigung des Zeins
erforderlich sind. Es arbeitet ferner im wesentlichen mit geringeren Gesamtmengen
an Lösungsmitteln als die bisherigen Verfahren. Die Verfahrensstufen sind äußerst
einfach durchzuführen und können in irgendeiner geeigneten billigen
Apparatur
vorgenommen werden. Weitere Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus dem nachstehenden
Beispiel.
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Ausftihrungsbeispiel - -45 kg Klebermehl, welches bis auf eine Feinheit
entsprechend drei Siebmaschen pro Zentimeter, jedoch nicht acht Siebmaschen pro
Zentimeter, gemahlen ist, wurden mit 98 1 93 °/oigem Äthylalkohol und 491 Toluol,
enthaltend 21 einer 6, 5-n-Natriumhydroxydlösung, vermischt. Die Lösungsmittelmischung
wurde vor dem Vermischen mit dem Klebermehl erwärmt, so daß nach dem Vermischen
die Temperatur angenähert 6o° G betrug. Die Masse wurde während angenähert 2 Stunden
in einem geeigneten Gefäß mäßig gerührt, worauf der Extrakt abgegossen wurde. Die
Wasserstoffionenkonzentration zu Beginn der Extraktion entsprach angenähert einem
pH-Wert von 8,o und zu Ende der Extraktion von 6,5. Nunmehr wurden q.91 Toluol zum
Extrakt zugefügt und die Mischung gründlich verrührt und dann absitzen gelassen.
Es schied sich eine konzentrierte alkoholische Zeinlösung aus, von welcher die,
darüber stehende Lösungsmittelschicht abgegossen wurde, welche eine wesentliche
Menge des Öls und der Färbstoffe des Ausgangsextraktes enthielt. Die Zeinlösung
wurde noch zweimal mit q.91 Taluol extrahiert, wodurch eine weitere Einengung des
Zeins und Beseitigung von im wesentlichen dem gesamten vorhandenen 01 und
Färbstoff erreicht wurde. Die gewonnene Zeinlösung zeigte einen Zeingeha.lt von
angenähert o,5 kg pro Liter. Nach seiner Überführung in die feste Form zeigte das
Zein eine unveränderte Plastizität und eine zufriedenstellende helle Färbung sowie
niedrigen Ölgehalt. Bei Überführung in eine plastische Masse erhielt man ein klares,
hell gefärbtes, hartes Produkt von zufriedenstellender Zähigkeit und Elastizität
und von einer Festigkeit von der Größenordnung über 7oo kg pro Ouadratzentimeter.
Die Verringerung der erforderlichen Lösungsrnittelmenge zufolge des vorliegenden
Verfahrens ist leicht aus obigem Beispiel ersichtlich, im Vergleich zu dem nämlichen
Verfahren, welches unter Verwendung von reinem wässerigen Alkohol als Ausgangsextraktionsmittel
durchgeführt wurde. Im vorliegenden Fall war ein Gesamtvolumen von 1961 Lösungsmittel
erforderlich, um sowohl die Vorextraktion als auch die darauffolgende Trennung der
konzentrischen Zeinlösung zu bewirken. Würde man andererseits wässerigen Alkohol
verwendet haben, so wären 1481 Alkohol für die Vorextraktion und angenähert 1481
Toluol für die darauffolgende Trennung, also insgesamt 295 1 Lösungsmittel, erforderlich
gewesen. Es ergibt sich mithin, daß das vorliegende Verfahren eine Ersparnis von
angenähert einem Drittel der Menge an Lösungsmittel ermöglicht und den weiteren
Vorteil bietet, daß eine konzentriertere Zeinlösung erhalten wird.
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Es ist natürlich klar, daß bei der technischen Durchführung des obigen
Beispiels auf die Ausgangsextraktion nachfolgende Extraktionen oder Waschungen folgen
unter Verwendung der erhaltenen Lösungen für die Vorextraktion weiterer frischer
Beschickungen. Die Extraktionen können aber auch im strengen Gegenstromverfahren
durchgeführt werden. Derartige Maßnahmen erhöhen die Ausbeute und verringern die
für die Schlußfarbstoffextraktion notwendige Lösungsmittelmenge. Das Beispiel dient
lediglich zur Erläuterung, und es ist klar, daß verschiedene äquivalente Lösungsmittelkombinationen
finit gleichem Erfolg benutzt werden können und daß die Extraktionsstufen in irgendwelcher
bekannten Weise und in irgendwelchen geeigneten Apparaten durchführbar sind. So
wird bei der Verwendung von Benzol an Stelle des Toluols in den nämlichen Mengenverhältnissen
das gleiche Ergebnis erzielt wie mit- Toluol.