DE68902694T2 - Verfahren zur herstellung von maisfasern mit hohem diaetetischen wert. - Google Patents

Verfahren zur herstellung von maisfasern mit hohem diaetetischen wert.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem der aus der Mais-Naßvermahlung gewonnene Mischfaserstrom behandelt wird, sodaß sich ein Produkt mit einem hohen Gesamtgehalt an Nahrungsfaser ergibt.
  • Seit einigen Jahren ist ein steigendes Bewußtsein der Rolle, die Fasern in der Ernährung des Menschen spielen, festzustellen. Dieses beruht nicht nur auf der Rolle, die Fasern als Ballaststoff haben, sondern auch auf der Rolle, die sie bei der Verhütung von Erkrankungen des Magen- Darm-Traktes spielen sollen.
  • Die Nahrungsfaser aus Weizen, Weizenkleie wird seit vielen Jahren in Frühstücksgetreide, Vollkornbrot und ähnlichen Produkten verzehrt. Es besteht jedoch anerkannterweise ein Bedarf an größeren Fasermengen als Ergänzung der industriell bearbeiteten Lebensmittel, die heute von großen Teilen der Bevölkerung verzehrt werden. Aus diesen Gründen ist die Nahrungsmittelindustrie auf der Suche nach zusätzlichen Quellen an Nahrungsfasern.
  • Eine potentielle Nahrungsfaserquelle ist die Maisfaser, die als Nebenprodukt bei der Naßvermahlung von Mais anfällt. Dieses Produkt enthält jedoch einen ziemlich hohen Prozentsatz an Stärke und Protein. Derartige zusätzliche Bestandteile machen die Faser weniger geeignet zur Verwendung beim Backen und bei anderen Nahrungsmittelanwendungen. Dieser Umstand hat Forscher dazu veranlaßt, nach einem wirtschaftlichen und kommerziell tragbaren Verfahren zu suchen, das den Anteil an Stärke und Protein verringert, aber den Nahrungsfasergehalt der aus der Mais-Naßvermahlung gewonnenen Faser erhöht.
  • Im U.S. Patent 4,181,534 ist ein Verfahren zur Behandlung des bei der Mais-Naßvermahlung erhaltenen Naßfaserstroms. Gemäß diesem Verfahren wird der Faserstrom, solange er noch naß ist, mittels einer Schlagmühle oder einer Prallmühle zerrieben. Das Mahlprodukt wird dann in Fraktionen getrennt, wobei eine Fraktion angereicherte Faser darstellt, die einen hohen Anteil an Pentosanen enthält
  • Das U.S. Patent 4,181,747 offenbart ein weiteres Verfahren zur Anreicherung der aus Mais und Sojabohnen gewonnenen Faser. Bei diesem Verfahren wird die Rohfaser mit verdünnter wäßriger Säure erhitzt, urn unerwünschte Nebenprodukte zu hydrolisieren und aufzulösen. Das Gut wird dann ausgiebig gewaschen, um Fasermaterial mit höherem Nahrungsfasergehalt zu erhalten.
  • Diese Verfahren des Standes der Technik können zwar ein angereichertes Faserprodukt liefern, aber es besteht weiterhin Bedarf an einem einfachen, kostengünstigen Verfahren für die Herstellung eines Produktes mit Nahrungsfasergehalt aus Mais. Es ist uns gelungen, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Anreicherung des Nahrungsfasergehaltes in Maisfasermaterial ohne Notwendigkeit einer chemischen Hydrolyse oder eines teuren Mahlarbeitsganges zu finden. Mittels dieses Verfahrens kann im Mais-Naßmahlbetrieb in einem kontinuierlichen Verfahren ein minderwertiges Nebenprodukt in einen Nahrungsbestandteil von wesentlich höherem Wert verwandelt werden. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Maisfaserproduktes mit einem hohen Nahrungsfasergehalt geboten, welches umfaßt a) Verdünnen von aus der Mais-Naßvermahlung gewonnener Rohfaser mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung von Maisrohfaser mit einer Feststoffkonzentration von 2 bis 5 Gewichtsprozent; b) Hindurchführen der wäßrigen Aufschlämmung von Maisrohfaser durch einen Hydrozyklon ("Hydroclone"), wobei der Betriebsdruck des Hydrozyklons so eingestellt ist, daß zwischen 65 und 80 % des Volumens der in den Hydrozyklon gespeisten wäßrigen Aufschlämmung im Überlaufstrom des Hydrozyklons austreten; und c) Abtrennen einer Maisfaser mit hohem Nahrungsfaseranteil von dem Überlaufstrom.
  • Weiters wird erfindungsgemäß ein kontinuierliches Verfahren für die Erzeugung eines Maisfaserproduktes mit einem hohen Nahrungsfaseranteil vorgestellt, welches umfaßt a) Verdünnen von aus der Mais-Naßvermahlung gewonnener Rohfaser mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung von Rohfasermaterial mit einer Feststoffkonzentration von 2 bis 5 Gewichtsprozent; b) Hindurchführen der wäßrigen Aufschlämmung durch einen Hydrozyklon, wobei der Betriebsdruck des Hydrozyklons so eingestellt ist, daß zwischen 65 und 80 % des Volumens der in den Hydrozyklon gespeisten wäßrigen Aufschlämmung im Überlaufstrom des Hydrozyklons austreten; c) Leiten des Überlaufstromes aus dem Hydrozyklon in ein Zentrifügal-Schaufelsieb mit Sieböffnungen von 2 mm bis 4 mm und einem Spalt zwischen dem Sieb und den Schaufeln von 6 mm bis 15 mm; und d) Waschen des durch das Zentrifugal- Schaufelsieb abgetrennten Feststoffes, sodaß sich eine Maisfaserfraktion mit hohem Nahrungsfasergehalt ergibt.
  • Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Ausgangsmaterial ist der aus der Naßvermahlung von Mais gewonnene gemischte Rohfaserstrom. Es handelt sich um leicht erhältliches Rohmaterial, das in großen Mengen als Nebenprodukt der Stärkeherstellung durch das Naßvermahlen von Mais anfällt. Eine Erörterung des industriellen Mais-Naßmahlverfahrens findet sich in "Starch Chemistry and Technology, Whistler und Paschall, Herausgeber, Band II, Kapitel 1, Seite 1 bis 51, Academic Press, N.Y. (1967). Die durch dieses Verfahren erzeugte Faser wird gewaschen und ausgepreßt oder gefiltert, um den Gehalt an freier Feuchtigkeit auf etwa 50 bis 60 Gewichtsprozent zu verringern. Bisher ist dieses Nebenprodukt üblicherweise mit anderen Nebenprodukten des Mahlverfahrens gemischt und getrocknet als viehfutter verwendet worden.
  • Der nicht getrocknete Mischfaserstrom, der einen Feuchtigkeitsgehalt von 80 bis 95 Gewichtsprozent aufweist, wird zur Bereitung einer Aufschlämmung mit von 2 bis 5 Gewichtsprozent Feststoffgehalt mit Wasser verdünnt Diese wäßrige Aufschlämmung wird dann im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt.
  • Die verdünnte wäßrige Maisfaseraufschlämmung wird dann durch den Hydrozyklon geleitet. Für die Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Hydrozyklone sind wohlbekannte kommerzielle Artikel. Ein besonders geeigneter Hydrozyklon ist ein Erzeugnis der Dorr-Oliver Company, Stamford, Connecticut, der einen Durchmesser von etwa 15 cm am oberen Ende seiner Höhe von 91 cm hat. Ein derartiger Hydrozyklon ist ausführlich im U.S. Patent 2,913,112 beschrieben. Er steht seit vielen Jahren in der Mais-Naßmahlindustrie für die naßmechanische Trennung des Keims vom Korn, und sein Aufbau ist im oben angeführten Kapitel aus "Starch Chemistry and Technology" im Detail beschrieben. Wie aus dem Artikel hervorgeht, können Batterien von Hydrozyklonen parallel betrieben werden, wenn es darum geht, große Materialmengen zu trennen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Eintragsgeschwindigkeit der wäßrigen Aufschlämmung der Maisrohfaser in den Hydrozyklon und der Druckabfall über den Hydrozyklon so eingestellt, daß 65 bis 80 % des Volumens der in den Hydrozyklon gespeisten wäßrigen Aufschlämmung im Überlaufstrom des Hydrozyklons austreten. Unter diesen Bedingungen beträgt der Druckabfall über den Hydrozyklon üblicherweise zwischen 55158 - 82738 N.m&supmin;² (8 - 12 psi). Der Unterlauf, der eine höhere Konzentration an Stärke und Protein, zusammen mit etwas Fasermaterial, enthält, wird in den Mais-Naßmahlprozeß rückgeführt, wo es mit den üblichen Nebenprodukten des Verfahrens vereinigt wird.
  • Der Überlaufsrom vom Hydrozyklon enthält grobes Feststoffmaterial, das einen weitaus höheren Nahrungsfasergehalt hat als das Material, das im Unterlaufstrom des Hydrozyklons ausgetragen wird. Dieses Grobmaterial wird dann aufgefangen und auf einem Sieb oder einer anderen Einrichtung gewaschen, die das Entfernen feinverteilten Materials gestattet. Das in dieser Stufe erhaltene Produkt hat im allgemeinen einen Gesamtgehalt an Nahrungsfaser von 60 bis 85 %.
  • Um ein Produkt mit noch höherem Gesamtnahrungsfasergehalt zu erzielen, wird der Überlaufstrom aus dem Hydrozyklon in ein Zentrifugal-Schaufelsieb geleitet, wo die Faser weiter gereinigt wird und ein Produkt mit mehr als 90 % Gesamtnahrungsfaser auf Trockensubstanzbasis ergibt.
  • Verschiedene bekannte Fliehkraft-Siebvorrichtungen, die in der Lage sind, kontinuierlich Feststoffe und Flüssigkeiten zu trennen, können in diesem Verfahren eingesetzt werden. Im allgemeinen umfassen solche Vorrichtungen ein zylindrisches Sieb, Mittel, um einer Aufschlämmung Zentrifugalkraft zu erteilen und Mittel zum Entfernen der abgeschiedenen Feststoffe vom Sieb. In einen große Mengen verarbeitenden Industrieverfahren ist ein im Handel erhältliches Zentrifugal-Schaufelsieb am geeignetsten.
  • Ein passendes Schaufelsieb für dieses Verfahren ist das Indiana Canning Machine Modell 11, bezogen von Indiana Canning Machine Company, Indianapolis, Indiana. Es ist mit einem Sieb mit Öffnungen von zwischen 2 und 4 mm, vorzugsweise etwa 3 mm im Durchmesser ausgestattet. Der Spalt zwischen der Siebfläche und den Schaufeln beträgt zwischen etwa 6 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 7 und 11 mm. Geeignete Betriebsgeschwindigkeiten liegen zwischen 500 und 1000 Umdrehungen pro Minute (rpm).
  • Das durch das Zentrifugal-Schaufelsieb abgeschiedene Feststoffmaterial wird dann gewaschen und getrocknet. Der Waschschritt wird zweckmäßigerweise auf einem Sieb oder auf einem zweiten Zentrifugal-Schaufelsieb durchgeführt. Wird ein zweites Zentrifugal-Schaufelsieb verwendet, so wird der Gesamtnahrungsfasergehalt des Produktes um weitere 2 bis 3 % erhöht. Getrocknetes Material kann in jeder gewünschten Korngröße ausgemahlen werden - je nach der Endanwendung des Produktes.
  • Das durch dieses Verfahren gewonnene Produkt ist von heller Farbe, blandem Geschmack und eignet sich zur Verwendung in einer Vielfalt von Nahrungsmittelprodukten. Somit ist ein kontinuierliches Verfahren entwickelt worden, das sich in der großtechnischen Herstellung von Fasermaterial in Lebensmittelreinheit mit einem hohen Nahrungsfasergehalt, das aus einem leicht verfügbaren Ausgangsmaterial bereitet werden kann, anwenden läßt.
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen die gegenständliche Erfindung und dienen dem Durchschnittsfachmann zum besseren Verständnis derselben. In den Beispielen sind die Prozentangaben auf Gewichtsbasis, sofeme nichts anderes angegeben ist. Die Werte für die Gesamtnahrungsfaser wurden gemäß der Methode von Prosky et. al., J. Ass.Off.Anal. Chem., 67, 1044-1051 (1984) bestimmt. Sie stellen das nach der Entfernung von Stärke, Protein, Fett und Asche aus einem gegebenen Prüfgut verbleibende Material dar.
    • Beispiel 1:
  • Einzelne Portionen eines 10-20 % Feststoffe enthaltenden Faserstroms, der im Verlauf der Mais-Naßvermahlung angefallen war, wurden in den in diesem Beispiel beschriebenen Versuchsreihen verwendet. Der Faserstrom wurde zur Bildung einer Aufschlämmung mit einer Feststoffkonzentration von etwa 2,25 Gewichtsprozent mit Wasser verdünnt. Anschließend wurde die verdünnte wäßrige Aufschlämmung von Maisrohfaser durch einen Hydrozyklon (DorrClone, Dorr-Oliver Company) von 15,24 cm Durchmesser bei einer Eintragsgeschwindigkeit von etwa 190 l/min geführt. Der Druckabfall durch den Hydrozyklon betrug 0,56 kg/cm² (8 psi). Das Volumenverhältnis von Überlaufstrom zum Eintragsstrom war 0,71. Der Überlaufstrom wurde dann durch ein Zentrifugal-Schaufelsieb (Indiana Canning Machine Company, Modell 77), ausgestattet mit einem Sieb mit Öffnungen von 3,2 mm Durchmesser und einem 9,5 mm Spalt zwischen den Schaufeln und dem Sieb, gepumpt. Die Maschine wurde mit einer Geschwindigkeit von 600 rpm betrieben. Die Nahrungsfaser, die auf dem Sieb zurückblieb, wurde gewaschen, getrocknet und analysiert. Die Ergebnisse von zwei Prüfgängen sind in Tabelle I angegeben. Sie zeigen, daß man, wenn man einen Rohfaserstrom aus dem Mais-Naßmahlprozeß dem erfindungsgemäßen Verfahren unterwirft, eine Nahrungsfaserfraktion erhält, die einen 90 % übersteigenden Nahrungsfasergehalt aufweist. TABELLE I Ausbeute (% der ursprüng-TDFa) lichen TDF) Stärke (% d.b.) Protein (% d.b.) Fett (% d.b.) Ausgangsmaterial Produkt Durchgang a) TDF = Gesamtnahrungsfaser (Total Dietary Fiber); b) d.b. = Trockenbasis (dry basis)
    • Beispiel 2:
  • Es wurde wie in Beispiel 1 vorgegangen, nur daß das für die Verdünnung der Rohfaser verwendete Wasser Prozeßwasser aus dem Mais-Naßmahlprozeß war. Bei den Durchgängen 3. 4 und 5 wurde der Spalt zwischen den Schaufeln und dem Sieb der Schaufelsiebvorrichtung verändert, um den Einfluß der Spaltgröße auf die Qualität des Produktes aufzuzeigen. Bei den Durchgängen 6 bis 11 wurde die vom Sieb der ersten Schaufel abgewaschene Nahrungsfaseraufschlämmung in ein zweites Schaufelsieb geleitet, bevor das Produkt isoliert wurde. Die Ergebnisse dieser Durchgänge sind in Tabelle II angegeben. Durchgänge 3 bis 5 zeigen, daß mit der Verringerung des Spaltes zwischen der Schaufel und dem Sieb im Schaufelsieb sich der Prozentsatz an Gesamtnahrungsfaser im Produkt erhöht. Durchgänge 7-11, bei denen der Abstand zwischen Schaufel und Sieb wie in Durchgang 4 eingestellt war, zeigt, daß das Hindurchgehen des Nahrungsfasermaterials durch ein zweites Schaufelsieb ein Produkt mit einem etwas höheren Nahrungsfasergehalt ergibt als das Verfahren, das unter den gleichen Bedingungen abläuft, aber nur einen Durchgang durch das Schaufelsieb vorsieht. TABELLE II Durchgang Ausbeute (% der urspünglichen TDFa) a) TDF = Gesamtnahrungsfaser (Total Dietary Fiber); b) d.b. = Trockenbasis (dry basis); c) Bei den Durchgängen 3 und 5 betrug der Spalt zwischen den Schaufeln und dem Sieb 13 mm bzw. 6,4 mm. Bei allen anderen Durchgängen betrug der Spalt 9.5 mm; d) Im Durchschnitt Waschen von 5 Chargen. Durchgänge 7-11 wurden kontinuierlich auf dem Schaufelsieb gewaschen.
    • Beispiel 3:
  • Ein Rohfaserstrom wie in Beispiel 1 wurde zur Bereitung einer Aufschlämmung mit einer Feststoffkonzentration von etwa 2 Gewichtsprozent mit Wasser verdünnt. Die verdünnte wäßrige Aufschlämmung der Maisrohfaser wurde dann in den Hydrozyklon eingeführt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Bei den verschiedenen Durchgängen betrug der Druckabfall über den Hydrozyklon zwischen 0,7 und 0,9 kg/cm². Das Volumenverhältnis des Überlaufstroms zum Eintragsstrom betrug etwa 0,65. Die Ergebnisse der vier Durchgänge sind in Tabelle III angegeben. TABELLE III Durchgang Ausbeute (% der ursprünglichen TDFa) a) TDF = Gesamtnahrungsfaser (Total Dietary Fiber); b) d.b. = Trockenbasis (dry basis)

Claims (6)

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Maisfaserproduktes mit hohem Nahrungsfasergehalt, welches umfaßt a) Verdünnen von aus der Mais-Naßvermahlung gewonnenen Rohfaser mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung von Maisrohfaser mit einer Feststoffkonzentration von 2 bis 5 Gewichtsprozent; b) Hindurchführen der Aufschlämmung von Maisrohfaser durch einen Hydrozyklon ("Hydroclone"), wobei der Betriebsdruck des Hydrozyklons so eingestellt ist, daß zwischen 65 und 80 % des Volumens der in den Hydrozyklon eingespeisten wäßrigen Aufschlämmung im Überlaufstrom des Hydrozyklons austreten; c) Überleiten des Überlauftromes vom Hydrozyklon in ein Zentrifugal- Schaufelsieb mit Sieböffnungen von 2 bis 4 mm und einem Spalt zwischen dem Sieb und den Schaufeln von 6 bis 15 mm; d) Waschen des durch das Zentrifugal-Schaufelsieb abgetrennten Feststoffes zur Erzielung einer Maisfaserfraktion von hohem Nahrungsfasergehalt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Betriebsdruck des in Schritt (b) verwendeten Hydrozyklons so eingestellt ist, daß der Druckabfall über den Hydrozyklon zwischen 55158,4 N.m&supmin;² und 82738 N.m&supmin;² beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Sieböffnungen des in Schritt (c) eingesetzten Zentrifugal-Schaufelsiebes etwa 3 mm sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bei welchem der Spalt zwischen dem Sieb und den Schaufeln des in Schritt (c) eingesetzten Zentrifugal-Schaufelsiebes zwischen 7 und 11 mm beträgt.
5. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Maisfaserproduktes mit einem hohen Nahrungsfasergehalt, welches umfaßt a) Verdünnen von aus der Mais-Naßvermahlung gewonnener Rohfaser mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung von Maisrohfaser mit einer Feststoffkonzentration von 2 bis 5 Gewichtsprozent; b) Hindurchführen der wäßrigen Aufschlämmung von Maisrohfaser durch einen Hydrozyklon, wobei der Betriebsdruck des Hydrozyklons so eingestellt ist, daß 65 bis 80 % des Volumens der in den Hydrozyklon eintretenden wäßrigen Aufschlämmung im Überlaufstrom des Hydrozyklons austreten; und c) Abtrennen einer Maisfaser mit hohem Nahrungsfasergehalt aus dem Überlaufstrom.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Betriebsdruck des in Schritt (b) eingesetzten Hydrozyklon so eingestellt ist, daß der Druckabfall über den Hydrozyklon zwischen 55158,4 N.m&supmin;² und 82738 N.m&supmin;² beträgt.
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