DE69107667T2

DE69107667T2 - Verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Diätfaser aus Mais.

Info

Publication number: DE69107667T2
Application number: DE69107667T
Authority: DE
Inventors: Irving F Deaton; J E Todd Giesfeldt; Robert J Repta
Original assignee: Unilever Bestfoods North America
Current assignee: Unilever Bestfoods North America
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2011-05-04
Also published as: JP3057106B2; DE69107667D1; PT97564A; AR248214A1; DK81591D0; JPH04228044A; EP0455259B1; GR3015590T3; CA2041635C; EP0455259A3; ATE118987T1; CA2041635A1; IE65574B1; EP0455259A2; DK81591A; PT97564B; HK31396A; AU7634491A; ES2068423T3; IE911476A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung des gemischten Faserstroms, der bei einem Naßmahlverfahren von Mais erhalten wird, zur Herstellung eines Produktes mit einem hohen Gesamtballaststoffgehalt.

Beschreibung des Standes der Technik

In den letzten Jahren wurde man sich zunehmend der Rolle bewußt, die Fasern in der menschlichen Ernährung spielen. Dies ergibt sich nicht nur aus der Rolle, die die Fasern als Füllstoffe spielen, sondern auch aus der Rolle, die sie bei der Verhütung von Krankheiten im Gastrointestinaltrakt spielen sollen.
Die Ballaststoffe aus Weizen, Weizenkleie, wurden viele Jahre lang in Frühstücksflocken, Vollkornbrot und ähnlichen Produkten verzehrt. Es besteht jedoch ein anerkannter Bedarf für größere Mengen an Faser, um zubereitete Nahrungsmittel, die von einem großen Anteil der Bevölkerung verzehrt werden, zu ergänzen. Aus diesen Gründen haben Nahrungsmittelhersteller nach zusätzlichen Quellen für Ballaststoffen gesucht.
Eine mögliche Quelle für Ballaststoffe ist die Maisfaser, die als Nebenprodukt bei der Naßvermahlung von Mais erhalten wird. Dieses Produkt enthält jedoch ziemlich hohe Prozentanteile an Stärke und Protein. Solche zusätzlichen Komponenten machen die Faser weniger geeignet zur Verwendung für Back- und andere Nahrungsmittelanwendungen. Dies hat Forscher dazu geführt, nach einem ökonomischen und kommerziell annehmbaren Verfahren Ausschau zu halten, um die Menge an Stärke und Protein zu vermindern, wobei der Gehalt an Ballaststoffen der beim Naßvermahlen von Mais erhaltenen Faser erhöht wird.
In US-PS 4,181,534 wird ein Verfahren zur Behandlung des naßen Faserstroms, der bei dem Naßmahlverfahren von Mais erhalten wird, offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird der Faserstrom, solange er noch naß ist, mit einer Schlag- oder Prallmühle bearbeitet. Das vermahlene Produkt wird dann in Fraktionen aufgetrennt, wobei eine Fraktion mit Fasern, die einen hohen Anteil an Pentosanen enthalten, angereichert ist.
Ein Verfahren zum Anreichern der aus Mais und Sojabohnen erhaltenen Fasern wird in US-Patent Nr. 4,181,747 offenbart. Bei diesem Verfahren wird die Rohfaser mit verdünnter wäßriger Säure erhitzt, um unerwünschte Nebenprodukte zu hydrolysieren und zu lösen. Das Material wird dann intensiv gewaschen, um eine Faser mit hohem Ballaststoffanteil zu erhalten.
US-Patent Nr. 4,757,948 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Maisfasern mit einem hohen Gesamtballaststoffgehalt mit einem zweistufigen Verfahren, bei dem zuerst ein Sieb und dann eine Walzenmühle verwendet wird. Die Faserfraktion, die gemäß diesem Verfahren erhalten wird, hat etwa 80 bis 85 % Gesamtballaststoffgehalt.
EP-A-347 919 offenbart ein Verfahren, um einen hohen Anteil an Maisballaststoffen aus Maisfasern zu erzeugen, die aus dem Naßmahlverfahren von Mais erhalten wurden, unter Verwendung eines Hydrozyklons und eines zentrifugalen Schaufelsiebs, wobei nur eine einzige Waschstufe nach der Abtrennung mit dem zentrifugalen Schaufelsieb stattfindet.
Obwohl diese Verfahren des Standes der Technik ein Produkt mit angereicherter Faser ergeben können, besteht immer noch ein Bedarf für ein einfaches Verfahren mit niedrigen Kosten, um ein Produkt mit hohem Ballaststoffanteil aus Mais kommerziell herzustellen. Es wurde nun ein einfaches und ökonomisches Verfahren zum Anreichern des Ballaststoffgehaltes von Maisfasern gefunden, ohne die Notwendigkeit einer chemischen Hydrolyse oder eines teuren Mahlverfahrens. Mit diesem Verfahren kann das Naßmahlverfahren von Mais in einem kontinuierlichen Verfahren mit hoher Ausbeute ein minderwertiges Nebenprodukt in eine Nahrungsmittelkomponente mit viel höherem Wert umwandeln. Außerdem kann mit weiteren Verfahrensverfeinerungen der Ballaststoff mit einem sehr geringen Schwefeldioxidgehalt (SO&sub2;) hergestellt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Maisfaserproduktes mit einem hohen Diätfasergehalt bzw. Ballaststoffgehalt bereitgestellt, das umfaßt:
(a) daß man die aus dem Naßmahlverfahren von Mais erhaltene Rohfaser mit Wasser verdünnt, was einen wäßrigen Brei bzw. eine wäßrige Aufschlämmung von Maisrohfaser mit einer Feststoffkonzentration von 2 bis 5 Gew.-% ergibt;
(b) diese wäßrige Aufschlämmung der Maisrohfaser durch einen Hydrozyklon leitet, wobei der Arbeitsdruck des Hydrozyklons so reguliert wird, daß die Gewinnung der Faser aus dem Überlaufstrom des Hydrozyklons optimiert wird, wobei bewirkt wird, daß unerwünschte Stärke- und Proteinkomponenten den Hydrozyklon mit dem Durchlaufstrom verlassen;
(c) den Überlaufstrom aus dem Hydrozyklon durch ein erstes zentrifugales Schaufelsieb leitet mit (1) Sieböffnungen, die so bemessen sind, daß der durch das Sieb hindurchgeleitete Anteil an Stärke und Protein maximiert wird, wobei eine hohe Ausbeute an Faser erhalten wird und (2) der Abstand (auch Spalt genannt) zwischen Sieb und Schaufeln so ausgewählt wird, daß das Schrubben der Faser, um Stärke und Protein zu entfernen, optimiert wird und eine vernünftige Ausbeute erhalten wird;
(d) den mit dem ersten zentrifugalen Schaufelsieb abgetrennten Feststoff wäscht und
(e) den gewaschenen Feststoff in ein zweites zentrifugales Schaufelsieb leitet, bei dem die Sieböffnungen und der Abstand zwischen Sieb und Schaufeln optimiert sind auf Basis der gleichen Kriterien wie die, die für das erste zentrifugale Schaufelsieb verwendet wurden.
Die Waschstufe kann kontinuierlich oder chargenweise durchgeführt werden. Erhitztes Wasser kann gegebenenfalls in der Waschstufe verwendet werden, um die SO&sub2;-Entfernung zu erleichtern. Das Waschwasser kann auch behandelt werden, um den SO&sub2;-Gehalt vor dem Waschen und/oder nach dem Waschen für Rückführungszwecke zu verringern. Diese Behandlung kann z.B. mit einem Dampfabscheider durchgeführt werden, damit das Waschwasser siedet und dabei SO&sub2; entfernt wird.
Wenn das Produkt aus dem zweiten zentrifugalen Schaufelsieb abgetrennt ist, kann gegebenenfalls eine Preßstufe verwendet werden, um Wasser zu entfernen. Diese Stufe verringert auch den SO&sub2;-Gehalt des Produkts.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bei dem Naßmahlverfahren von Mais werden Maiskörner zuerst erweicht, indem sie in Wasser, das SO&sub2; enthält, eingeweicht werden. Dies wird als Einweichverfahren bezeichnet. Nach dem Einweichen der Maiskörner werden sie grob mit Wasser vermahlen, um sie vom Keim (dem ölhaltigen Teil des Korns) zu befreien. Der Keim wird von den anderen festen Komponenten des Maiskorns abgetrennt, indem die entstehende Aufschlämmung in einen Hydrozyklon geleitet wird. Der Durchlaufstrom des Hydrozyklons, der Stärke, Protein und Faser enthält, wird dann in einer Prallmühle vermahlen und anschließend gesiebt, um die rohe gemischte Faser von den feineren Teilchen der Stärke und des Proteins abzutrennen. Diese rohe gemischte Faser ist das Ausgangsmaterial, das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. Es ist ein leicht erhältliches Rohmaterial, das in großen Mengen in der Industrie beim Naßvermahlen von Mais erzeugt wird. Bezüglich einer detaillierteren Diskussion des industriellen Naßmahlverfahrens von Korn siehe Starch Chemistry and Technology, Whistler and Paschall, Herausgeber, Band II, Kapitel 1, Seiten 1 bis 51, Academic Press, N.Y. (1967).
Erfindungsgemäß wird der rohe gemischte Faserstrom mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 80 bis 90 Gew.-% mit Wasser verdünnt, um eine Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 2 bis 5 Gew.-% zu bilden. Das in dieser Stufe verwendete Wasser kann Frischwasser oder zurückgeführtes Verfahrenswasser sein. Diese wäßrige Aufschlämmung wird dann durch einen Hydrozyklon geleitet.
Geeignete Hydrozyklone für die Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren sind wohlbekannte Handelsprodukte. Hydrozyklone verschiedener Größen und Ausführungen können verwendet werden, was für den Fachmann selbstverständlich ist. Ein besonders geeigneter Hydrozyklon ist der bei Dorr- Oliver Company, Stamford, Connecticut, erhältliche, der einen Durchmesser von etwa 15,24 cm (6 inches) im oberen Teil seiner Länge von 0,915 m (3 Fuß) hat. Dieser Hydrozyklon ist im Detail in US-Patent Nr. 2,913,112 beschrieben. Er wurde viele Jahre in der Mais naßvermahlenden Industrie für die wäßrige Abtrennung des Keims vom Korn verwendet und seine Struktur ist im Detail in dem oben zitierten Kapitel aus Starch Chemistry and Technology beschrieben. Wie in diesem Artikel angegeben, können Batterien von Hydrozyklonen parallel betrieben werden, wenn es erwünscht ist, große Volumina Material aufzutrennen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Druckabfall im Hydrozyklon so eingestellt, daß die Wiedergewinnung der Faser in dem Überlaufstrom aus dem Hydrozyklon maximiert wird, wobei bewirkt wird, daß unerwünschte Stärke- und Proteinkomponenten den Hydrozyklon im Durchlaufstrom verlassen. Der Druckabfall wird vorzugsweise so eingestellt, daß 65 bis 75 Vol-% der wäßrigen Aufschlämmung, die in den Hydrozyklon eintritt, mit dem Überlaufstrom des Hydrozyklons austreten. Unter diesen bevorzugten Bedingungen liegt der Druckabfall im Hydrozyklon gewöhnlich zwischen 0,56 und 0,9 kg/cm² (8 und 12 psi).
Der Durchlaufstrom, der eine höhere Konzentration an Stärke und Protein zusammen mit etwas Faser enthält, wird in das Naßmahlverfahren von Mais zurückgeführt, wo er mit den normalen Nebenprodukten des Verfahrens vereinigt wird.
Der Überlaufstrom aus dem Hydrozyklon enthält grobes festes Material, das einen viel höheren Ballaststoffgehalt hat, als das Material, das im Durchlaufstrom des Hydrozyklons ist. Dieser Überlaufstrom wird in ein erstes zentrifugales Schaufelsieb geleitet, wo das grobe feste Material weiter gereinigt wird, was ein Zwischenprodukt mit etwa 90 % Ballaststoffgehalt, auf Trockenbasis, ergibt.
Verschiedene bekannte zentrifugale Siebvorrichtungen, die kontinuierlich Feststoffe und Flüssigkeiten trennen können, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden. Im allgemeinen umfassen solche Vorrichtungen ein zylindrisches Sieb, eine Einrichtung, um einer Aufschlämmung eine Zentrifugalkraft zu vermitteln und eine Einrichtung, um abgetrennte Feststoffe aus dem Sieb zu entfernen. Bei einem industriellen Verfahren mit großem Volumen sind im Handel erhältliche zentrifugale Schaufelsiebe, wie vertikale oder horizontale Drehsiebe am besten geeignet.
Zentrifugale Schaufelsiebe sind mit Schaufeln (oder Stangen), die an einem Rotor befestigt sind, ausgestattet. Die Schaufeln drehen sich in einem bestimmten Abstand von einem Sieb, das bezüglich des Rotors im Umfang angeordnet ist. Der gegebene Abstand wird als Abstand oder Spalt zwischen Schaufeln und Sieb bezeichnet. Die Drehung der Schaufeln verursacht, daß das Material, das in das zentrifugale Schaufelsieb eintritt, gegen das Sieb geworfen wird. Es ist auch eine Vorrichtung vorgesehen (z.B. am Einlaß ein Flügel), um Material das Sieb hinunter vom Einlaß zum Auslaß zu bewegen.
Wenn naßes Material, wie der Überlaufstrom aus dem Hydrozyklon der vorliegenden Erfindung in ein zentrifugales Schaufelsieb eintritt, werfen die Schaufeln das naße Material gegen das Sieb. Wasser fließt schnell ab. Die Schaufeln fahren fort, das verbleibende Material gegen das Sieb zu werfen, wenn das Material sich hinunter entlang der Länge des Siebs zum Auslauf voranarbeitet.
Bei der vorliegenden Erfindung enthält die abgetrennte Flüssigkeit, die durch das Sieb geleitet wird, feine Faser, Stärke und Protein, die von der gröberen Faser abgetrennt wurden. Diese Flüssigkeit wird mit dem Durchlaufstrom aus dem Hydrozyklon vereinigt und in das Naßmahlverfahren von Mais zurückgeführt, wie oben angegeben. Der abgetrennte Feststoff ist eine grobe Rohfaser, die 65 bis 80 % Wasser enthält.
Der Betrieb des Schaufelsiebs wird optimiert, indem drei Parameter eingestellt werden. Ein Parameter sind die Sieböffnungen. Wenn sie zu klein sind, bleibt zu viel Stärke und Protein zusammen mit der groben Rohfaser zurück. Wenn sie zu groß sind, geht zu viel Faser mit der abgetrennten Flüssigkeit verloren. Ein weiterer Parameter ist der Abstand zwischen dem Sieb und den Schaufeln. Wenn er zu groß ist, wird das Material nicht ausreichend der Mahlwirkung (dem Schrubben) unterzogen, um Stärke und Protein von der groben Rohfaser abzutrennen. Das zentrifugale Schaufelsieb hat dann im wesentlichen nur eine entwässernde Wirkung. Wenn er zu klein ist, wird das zentrifugale Schaufelsieb verstopft; es arbeitet nicht effektiv. Der dritte Parameter ist die Betriebsgeschwindigkeit des Schaufelsiebs. Die Aufgabe der Optimierung der Parameter ist es, den Verlust an Faser zu minimieren, wobei gleichzeitig das Schrubben zur Entfernung von Stärke und Protein von der Faser verbessert wird.
Ein bevorzugtes Schaufelsieb für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Indiana Canning Machine Nr. 77, die ein horizontales Drehsieb ist, das von Indiana Canning Machine Company, Indianapüolis, Indiana erhalten wurde. Die allgemeine Verwendung solcher Vorrichtungen, um Stärke und Faser zu trennen, ist in US-PS Nr. 3,813,298 beschrieben. Zur Verwendung für diese Stufe der vorliegenden Erfindung ist es mit einem Sieb ausgestattet mit Öffnungen mit einem Durchmesser von 2 mm bis 4 mm, vorzugsweise etwa 3 mm und der Abstand zwischen Sieb und Schaufeln wird auf 6 mm bis 15 mm, vorzugsweise 7 mm bis 11 mm eingestellt. Die Betriebsgeschwindigkeit kann zwischen 500 und 2200 Umdrehungen pro Minute (Upm) liegen, wobei Geschwindigkeiten von 500 bis 1500 Upm bevorzugt sind.
Die grobe Rohfaser aus dem ersten zentrifugalen Schaufelsieb wird in zwei Stufen gewaschen. In der ersten Stufe ist es bevorzugt, eine Waschstation zu verwenden, die aus einem oder mehreren Waschtanks besteht. Die Waschstation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden, wobei der kontinuierliche Betrieb die effektivsten Ergebnisse bringt. Das Waschen in dem Tank oder den Tanks entfernt freie Stärke, Gluten, Geschmacksfehler, SO&sub2; und andere Formen von Verunreinigungen der Faser.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die grobe Rohfaser mit Wasser in einen ersten Waschtank gegeben, der mit einem Rührer versehen ist. Das Wasser wird gegebenenfalls erhitzt, um die Auflösung von SO&sub2; zu verbessern. Die naße Faser, die den ersten Waschtank verläßt, wird dann in einen zweiten gerührten Waschtank gepumpt. Dieser Tank ist besonders geeignet für die weitere Entfernung von SO&sub2;.
Das Waschwasser kann behandelt werden, um den SO&sub2;-Gehalt vor dem Waschen zu vermindern und/oder die Behandlung kann nach dem Waschen durchgeführt werden, wenn das Waschwasser zurückgeführt wird. Wenn eine solche Behandlung erwünscht ist, kann ein Dampfabscheider verwendet werden, um das SO&sub2; abzutreiben.
Die Verweilzeiten in den Waschtank oder den Tanks werden so ausgewählt, daß die Entfernung der Verunreinigungen optimiert wird. Bezüglich SO&sub2; ist z.B. die optimale Verweilzeit der Zeitraum, der erforderlich ist, um die Konzentration von SO&sub2; in der Faser in etwa der SO&sub2;-Konzentration des Waschwassers anzugleichen. Die Durchgangsraten werden so ausgewählt, daß die optimale Verweilzeit erreicht wird. Mit dem oben beschriebenen Waschsystem mit 2 Tanks liegt die Gesamtverweilzeit der Faser in den Waschtanks bei 5 bis 30 Minuten, wobei 10 bis 20 Minuten bevorzugt sind. Längere Verweilzeiten können verwendet werden, liefern aber keine bedeutende Verbesserung der Ergebnisse.
Wenn erwärmtes Wasser verwendet wird, kann die Verweilzeit kürzer sein und die SO&sub2;-Entfernung verbessert werden. Wassertemperaturen von 65,6ºC (150ºF) bis 100ºC (210ºF) können verwendet werden, wobei die wirksamste Temperatur größer etwa 76,7ºC (170ºF) ist. Der bevorzugte Bereich ist 76,7ºC (170ºF) bis 96ºC (205ºF). Temperaturen unter etwa 65ºC (150ºF) sind unwirksam, um die Entfernung von SO&sub2; zu verbessern. Temperaturen von mehr als etwa 96ºC (205ºF) können zu unerwünschten Gerüchen führen.
Die naße Faser, die den zweiten Waschgang verläßt, wird in ein zweites zentrifugales Schaufelsieb gepumpt für eine zweite Waschstufe. Diese Stufe entfernt weitere Verunreinigungen zusammen mit dem größten Anteil des Wassers aus der naßen Faser.
Das zweite zentrifugale Schaufelsieb wird auf gleiche Weise eingestellt, wie das erste zentrifugale Schaufelsieb. Der Betrieb dieses Schaufelsiebs wird auch optimiert auf Basis der gleichen Kriterien wie bei dem ersten zentrifugalen Schaufelsieb.
Ein bevorzugtes Schaufelsieb für diese Stufe des Verfahrens ist auch die Indiana Canning Maschine Nr. 77. Zur Verwendung in dieser Stufe ist sie mit einem Sieb versehen, das Öffnungen mit einem Durchmesser von 2 mm bis 4 mm, vorzugsweise etwa 3 mm aufweist, wobei der Abstand zwischen Sieb und Schaufeln zwischen 6 mm und 15 mm und vorzugsweise 7 mm und 11 mm eingestellt wird. Die Betriebsgeschwindigkeit kann 500 bis 2200 Upm sein. Bevorzugte Betriebsgeschwindigkeiten liegen zwischen 500 und 1500 Upm.
Die abgetrennte Flüssigkeit, die durch das Sieb geleitet wird, kann mit dem Durchlaufstrom aus dem Hydrozyklon vereinigt werden und in das Naßmahlverfahren von Mais, wie oben angegeben, zurückgeführt werden. Der abgetrennte Feststoff enthält 65 bis 80 % Wasser und hat einen hohen Gesamtballaststoffgehalt. Dieses Material wird dann getrocknet oder gegebenenfalls gepreßt und anschließend getrocknet. Das Pressen des Materials entfernt Wasser und vermindert daher den SO&sub2;-Gehalt in dem getrockneten Produkt.
Verschiedene kommerzielle Pressen können verwendet werden, um den abgetrennten Feststoff, der aus dem zweiten zentrifugalen Schaufelsieb entnommen wurde, zu pressen. Beispiele für geeignete Pressen schließen Schneckenpressen und Bandpressen ein. Eine Presse, die bei einigen Versuchen der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, ist die Bauer Heli Doppelschneckenpresse, die von ABB Bauer, P.O. Box 968, Springfield, Ohio 45501 U.S.A. erhältlich ist. Eine andere Presse, die verwendet werden kann, ist die Vetter Entwässerungs-Schneckenpresse, die von Dedert Corporation, Olympia Field, Illinois U.S.A. erhältlich ist. Dies ist eine Einschneckenpresse. Beide Pressen können den Feuchtigkeitsgehalt in dem abgetrennten festen Material auf 50 bis 60 Gew.-% absenken.
Die in der Presse abgetrennte Flüssigkeit kann mit dem Durchlaufstrom aus dem Hydrozyklon vereinigt werden und in das Naßmahlverfahren von Mais, wie oben angegeben, zurückgeführt werden. Festes Material aus der Presse wird dann getrocknet.
Das Material, das in den Trockner eintritt, kann aus dem Ablauf des zweiten zentrifugalen Schaufelsiebs oder der Presse entnommen werden. Das Trocknen kann in verschiedenen Arten von kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Trocknern, die im Handel wohlbekannt sind, durchgeführt werden. Besonders geeignete Trockner für den kontinuierlichen Betrieb schließen Trockner mit pneumatischer Förderung, Schnelltrockner, Trommeltrockner mit Dampf und dergleichen ein.
Wenn ein Schnelltrockner verwendet wird, werden 90 bis 95 % des Materials, das in den Schnelltrockner eintritt, zurückgeführt, um eine ausreichende Verweilzeit zu ergeben, um das Material zu trocknen. Einlaß-Lufttemperaturen (trockener Kolben) von 149ºC (300ºF) bis 538ºC (1000ºF), vorzugsweise 177ºC (350ºF) bis 232ºC (450ºF) und Auslaßlufttemperaturen (trockener Kolben) von 104ºC (220ºF) bis 149ºC (300ºF), vorzugsweise 107ºC (225ºF) bis 127ºC (260ºF) werden verwendet. Die durchschnittliche Verweilzeit ist 3 bis 8 Minuten und vorzugsweise 5 bis 6 Minuten.
Das getrocknete Material, das einen Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 10 Gew.-% hat, kann auf irgendeine gewünschte Größe vermahlen werden, abhängig von der endgültigen Verwendung des Produktes.
Das mit dem Verfahren erhaltene Produkt mit hohem Gesamtballaststoffanteil hat eine helle Farbe und einen neutralen Geschmack. Es ist geeignet zur Verwendung für eine Vielzahl von Nahrungsmittelprodukten. Somit wurde ein kontinuierliches Verfahren entwickelt, das für eine großtechnische Produktion einer Faser mit Nahrungsmittelqualität mit einem hohen Gesamtballaststoffgehalt verwendet werden kann, die aus einem leicht erhältlichen Ausgangsmaterial hergestellt wurde.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung weiter und befähigen Fachleute, sie noch weiter zu verstehen. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht nur auf die unten angegebenen Beispiele beschränkt ist. In den Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewicht, wenn nicht anders angegeben. Die Werte für den Gesamtballaststoffgehalt wurden mit dem Verfahren von Prosky et al., J. Assoc. Off. Anal. Chem. 67, 1044-1051 (1984) bestimmt. Sie zeigen das Material, das nach der Entfernung von Stärke, Protein, Fett und Asche aus einer gegebenen Probe zurückbleibt.

Beispiel 1

Getrennte Anteile eines Faserstroms mit 10 bis 20 % Feststoffgehalt, die beim Naßvermahlen von Mais erhalten wurden, wurden in den in diesem Beispiel beschriebenen Durchläufen verwendet. Der Faserstrom wurde mit Wasser verdünnt, was eine Aufschlämmung mit einer Feststoffkonzentration von etwa 2,25 Gew.-% ergab. Die verdünnte wäßrige Aufschlämmung der rohen Maisfaser wurde dann durch einen Hydrozyklon mit einem Durchmesser von 15,24 cm (6 inch) (Dorrclone, Dorr- Oliver Company) mit einer Zuführungsrate von etwa 190 l/min geleitet. Der Druckabfall in dem Hydrozyklon war 0,56 kg/cm² (8 psi). Das Volumenverhältnis von Überlaufstrom zu Zuführungsstrom war 0,71. Der Überlaufstrom wurde dann durch ein zentrifugales Schaufelsieb (Indiana Canning Machine Company, Modell Nr. 77), das mit einem Sieb mit Öffnungen mit 3,2 mm Durchmesser ausgestattet war und einem Abstand zwischen Schaufeln und Sieb von 9,5 mm aufwies, gepumpt. Die Vorrichtung wurde mit einer Geschwindigkeit von 600 Upm betrieben. Der Ballaststoff, der aus dem Schaufelsieb ausgetragen wurde, wurde gewaschen, getrocknet und analysiert. Die Ergebnisse von zwei Durchläufen sind in Tabelle 1 angegeben. Sie zeigen, daß dann, wenn der Rohfaserstrom aus dem Naßmahlverfahren von Mais dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wird, eine Ballaststofffraktion erhalten wird, die einen Ballaststoffanteil von mehr als 90 % hat. Tabelle 1 Ausbeute (% Original TDF) Stärke (% TM) Protein (% TM) Fett (% TM) Ausgangsmaterial Produkt Durchlauf
a) TDF= Gesamtballaststoff
b) TM = Trockenmasse

Beispiel 2

Das allgemeine Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß das für die Verdünnung der Rohfaser verwendete Wasser Prozeßwasser aus dem Naßmahlverfahren von Mais war. In den Durchläufen 3, 4 und 5 wurde der Spalt zwischen den Schaufeln und dem Sieb in der Schaufelsiebvorrichtung verändert, um den Einfluß dieses Spalts auf die Qualität des Produkts zu zeigen. In den Durchläufen 6 bis 11 wurde die Ballaststoffaufschlämmung, die von dem Sieb des ersten Schaufelsiebs gewaschen wurde, in ein zweites Schaufelsieb geleitet, bevor das Produkt isoliert wurde. Die Ergebnisse dieser Durchläufe sind in Tabelle II angegeben. Die Durchläufe 3 bis 5 zeigen, daß dann, wenn der Spalt zwischen Schaufel und Sieb verkleinert wird, der Prozentanteil an Gesamtballaststoff in dem Produkt ansteigt. Die Durchläufe 7 bis 11, bei denen jeweils ein Spalt zwischen Schaufel und Sieb wie in Durchlauf 4 angewendet wurde, zeigen, daß das Durchleiten des Ballaststoffs durch ein zweites Schaufelsieb ein Produkt mit einem etwas höheren Ballaststoffgehalt ergibt als bei dem Verfahren, bei dem die gleichen Bedingungen verwendet werden, das aber nur einen Durchlauf durch ein Schaufelsieb beinhaltet. Tabelle II Durchlauf Ausbeute (% Original-TDFa))
a) TDF = Gesamtballaststoff
b) TM = Trockenmasse
c) In den Durchläufen 3 und 5 war der Spalt zwischen Schaufeln und Sieb 13 mm bzw. 6,4 mm. In allen anderen Durchläufen war der Spalt 9,5 mm.
d) Durchschnitt von 5 Waschchargen. Die Durchläufe 7 bis 11 wurden kontinuierlich auf einem zweiten Schaufelsieb gewaschen.

Beispiel 3

Ein roher Maisfaserstrom wie in Beispiel 1 wurde mit Wasser verdünnt, um eine Aufschlämmung mit einer Feststoff-Konzentration von etwa 2 Gew.-% zu ergeben. Die verdünnte wäßrige Aufschlämmung der rohen Maisfaser wurde dann durch den Hydrozyklon wie in Beispiel 1 geleitet. Bei den verschiedenen Durchläufen lag der Druckabfall in dem Hydrozyklon zwischen 0,7 und 0,9 kg/cm². Das Volumenverhältnis von Überlaufstrom zu Zuführungsstrom war etwa 0,65. Die Ergebnisse von vier Durchläufen sind in Tabelle III angegeben. Tabelle III Durchlauf Ausbeute (% Original-TDFa))
a) TDF = Gesamtballaststoff
b) TM = Trockenmasse

Beispiel 4

Dieses Beispiel faßt verschiedene Durchläufe zusammen, um Informationen zu liefern bezüglich der Ergebnisse, die für einen Bereich von Parametern erhalten werden. Das allgemeine Verfahren von Beispiel 1 wurde durchgeführt, um die grobe Rohfaser aus dem ersten zentrifugalen Schaufelsieb zu erhalten. Grobe Rohfaser mit 70 % Feuchtigkeit wurde aus dem Ablauf des ersten zentrifugalen Schaufelsiebs entnommen und durch die Schwerkraft durch einen 20,3 cm (8 inch) breiten Ausguß in einen gerührten 378,5 l (100 Gallonen) Tank getropft. 3,79 bis 11,36 l/min (1 bis 3 Gallonen pro Minute) Spülwasser wurden zu dem Austrag des Schaufelsiebs zugegeben, um ein Anhäufen des Produkts in dem Ausguß zu verhindern. Die Faser dieser Stufe ist die nach der basischen Abtrennungsstufe und kann gewaschen werden, um verbleibende freie Stärke, Gluten, Geschmacksfehler, SO&sub2; und andere Formen von Verunreinigungen, die normalerweise mit Material, das normalerweise als Futterstoff bestimmt ist, verbunden sind, zu entfernen. Diese Faser weist 250 bis 450 Teile pro Million (ppm) SO&sub2; bezogen auf das Gesamtgewicht, einschließlich Wasser, auf.
Der 378,5 l (100 Gallonen) Tank wurde als Sammeltank für Faser, Frischwasser und Wasser, das aus dem Filtratstrom des zweiten zentrifugalen Schaufelsiebs recyclisiert wurde, verwendet. Die Trockenmassen-Konzentration in dem Tank war 3,7 bis 11,2 g/l (0,5 bis 1,5 Unzen pro Gallone). Die Verwendung von rückgeführtem Wasser ließ ein höheres Volumen an Wasser, das aus den Tanks gepumpt wurde, zu, während die Menge an Frischwasser, die in dem Verfahren verwendet wurde, niedrig gehalten wurde. Tatsächlich wurde Wasser durch die Waschstation gepumpt in etwa der dreifachen Menge bezogen auf die Rate an verwendetem Frischwasser, das in der Station dosiert wurde.
Etwa 75,7 l/min (20 Gallonen/Minute) Frischwasser wurden in den Waschtank dosiert. Das Frischwasser wurde mit einem Wassererhitzer auf etwa 84ºC (184ºF) durch direkten Kontakt mit Dampf erhitzt. Die Temperatur in dem 378,5 l (100 Gallonen) Tank war etwa 79ºC (175ºF).
Die heiße Faser aus diesem Tank wurde mit 227,1 l/min (60 Gallonen/min) in einem zweiten gerührten 3028 l (800 Gallonen) Tank gepumpt. Dieser Tank wurde verwendet, um die Durchschnittszeit, während der die Faser in Kontakt mit dem Waschwasser war, zu erhöhen, um den SO&sub2;-Gehalt weiter zu verringern. Zwischen den zwei Tanks war die durchschnittliche Verweilzeit 14 Minuten. Der Inhalt des zweiten Tanks wurde mit 227,1 l/min (60 Gallonen/min) in das zweite zentrifugale Schaufelsieb gepumpt.
Das zweite zentrifugale Schaufelsieb war mit einem Sieb mit Öffnungen mit einem Durchmesser von 3 mm ausgestattet und hatte einen Spalt zwischen Schaufeln und Sieb von 9 mm. Die Vorrichtung wurde mit 1100 Upm betrieben, um das Entwässern zu verbessern.
Das Filtrat aus dem zweiten zentrifugalen Schaufelsieb wurde aufgetrennt zwischen der Rückführung zurück in den 378,5 l (100 Gallonen) Waschtank und einem Auslaßstrom, der gleich war der Menge an frischem Wasser, die in den 378,5 l (100 Gallonen) Tank eintrat. Dieser Auslaßstrom wurde entweder in den Verdünnungstank des rohen gemischten Faserstroms geleitet oder mit dem Durchlaufstrom aus dem Hydrozyklon vereinigt und in das Naßmahlverfahren von Mais zurückgeführt.
Die Faser, die aus dem zweiten zentrifugalen Schaufelsieb austrat, floß mit einer Rate von 3,6 bis 5,4 kg/min (8 bis 12 Pfund/min) mit 70 bis 75 % Feuchtigkeit.
Der Gesamtballaststoffanteil war 92 bis 94 % auf Trockenbasis und die SO&sub2;-Konzentration war 20 bis 50 ppm bezogen auf das Gesamtgewicht, einschließlich Wasser. Von hier wurde die Faser mit 3,79 bis 11,36 l/min (1 bis 3 Gallonen/min) kaltem Frischwasser ein 30,5 m (100 Fuß) langes Rohr hinunter in eine Doppelschnecken-Bauer-Heli-Presse gespült.
Diese Presse wurde verwendet, um den Feuchtigkeitsgehalt der Faser auf 52 bis 54 % zu vermindern. Etwa die Hälfte des Wassers, die in der Faser aus dem zweiten zentrifugalen Schaufelsieb zurückblieb, zusammen mit etwa der Hälfte des verbleibenden SO&sub2; und etwas verbleibender Stärke wurden als Filtrat entfernt. Dies führte zur Entfernung etwa der Hälfte des gesamten in der naßen Faser nach dem Waschen verbleibenden SO&sub2;.
Die Konzentration von SO&sub2; in der Faser, die in der Presse zurückblieb, war 20 bis 50 ppm bezogen auf das Gesamtgewicht, einschließlich Faser.
Die Faser aus der Presse wurde in einem Trockner mit pneumatischer Förderung mit einer Auslaßlufttemperatur (trockener Kolben) von etwa 126,7ºC (260ºF) während einer Verweilzeit von 5 bis 6 Minuten getrocknet. Die getrocknete Faser mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 % wurde einer Bauermeister Asima-Mühle (erhältlich von Bauermeister, 4127 Willow Lake Boulevard, Memphis, Tennessee 38118 USA) zugeführt, worin die Faser auf etwa -100 mesh gemahlen wurde. Von hier wurde die Faser eingesackt und pelletisiert.
Es ist anzumerken, daß andere Arten von Mahlausrüstungen erfindungsgemäß verwendet werden können. Zum Beispiel können die Mühle Prater Modell CLM 100 oder andere Prater- Produkte wie Rema Aerosplit oder MAC 3 (die Mahlwerke mit Luftklassierung sind) verwendet werden. Diese sind erhältlich von Prater 1515 South 55th Court, Chicago, Illinois 60650 USA.

Beispiel 5

Wie bei Beispiel 4 faßt dieses Beispiel mehrere Durchläufe unter verschiedenen Testbedingungen zusammen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen IV bis VI zusammengefaßt. Es wurde allgemein vorgegangen wie in Beispiel 1, um grobe Rohfaser zu erzeugen.
Tabelle IV liefert einen Vergleich von Bballaststoffen, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden und Ballaststoffen, die gemäß einem modifizierten Verfahren von Beispiel 4 hergestellt wurden. Bei dem modifizierten Verfahren von Beispiel 4 wurden alle Verfahrensstufen und Bedingungen befolgt, außer daß das Frischwasser nicht in einem Wassererhitzer erwärmt wurde, der zweite 3028 l (800 Gallonen) Tank nicht verwendet wurde und die Bauer-Presse nicht verwendet wurde. Die Verweilzeit in dem 378,5 l (100 Gallonen) Waschtank war durchschnittlich etwa 2 Minuten. In der Tabelle bedeutet der Ausdruck "% TM TDF" "% Gesamtballaststoffe auf Trockenbasis". Tabelle IV Durchlauf Nr. Beispiel 1 % TM TDF(a) Modifiziertes Beispiel 4 % TM TDF(b)
(a) Waschen im Labor, um freie Stärke und/oder Protein zu entfernen
(b) getrocknet, aber nicht gemahlen.
Die Fasern aus allen Durchläufen wurden in einem Trockner mit pneumatischer Förderung auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 3 bis 5 % getrocknet. Die Faser wurde auf -100 mesh vermahlen. Als bei dem gemahlenen Produkt der Gesamtballaststoffgehalt bestimmt wurde, wurde gefunden, daß dieser Gehalt sich um 1 bis 2 % verringert hatte.
Tabelle V zeigt die Wirkungen bestimmter Verfahrensbedingungen auf den SO&sub2;-Gehalt. Das Verfahren von Beispiel 4 wurde durchgeführt, außer daß das Frischwasser nicht erhitzt wurde bei den Durchläufen 1 bis 3. Bei den Durchläufen 4 bis 7 wurde der Wassererhitzer verwendet, um das Frischwasser zu erhitzen und ein beheizter Dampfmantel wurde rund um den 3028 l (800 Gallonen) Waschtank vorgesehen. Die durchschnittliche Verweilzeit in den zwei Waschtanks war etwa 14 Minuten. Alle SO&sub2;-Messungen in ppm basieren auf dem Gesamtgewicht einschließlich Wasser. Die Temperaturen, die für die Durchläufe 4 bis 7 angegeben sind, beziehen sich auf die Wassertemperatur in dem 3028 l (800 Gallonen) Waschtank. Im Durchlauf 6 wurde die Probe 2 Stunden nach dem Ablesen der Temperatur entnommen. Die Waschwasserrate für alle Proben war etwa 37,9 l (10 Gallonen) Wasser pro 0,45 kg (Pfund) Trockensubstanz (DS) oder etwa 75,7 l/min (20 Gallonen/min). Tabelle V Durchlauf Faserzuführung SO&sub2; ppm Waschwasser SO&sub2; ppm Endprodukt SO&sub2; ppm D.S. Konz. Unzen/Gallone
Tabelle VI zeigt die Wirkungen der Preßstufe auf den SO&sub2;- Gehalt. Das Verfahren von Beispiel 4 wurde durchgeführt. Eine Presse wurde in den Durchläufen 1 bis 3 nicht verwendet, aber in den Durchläufen 4 bis 5 wurde eine Doppelschnecken-Bauer-Presse verwendet. Die Waschwasser-Temperatur in dem 3028 l (800 Gallonen) Tank wurde auf etwa 82ºC (180ºF) gehalten. Tabelle VI Durchlauf Faser aus dem zweiten zentrigalen Schaufelsieb ppm SO&sub2; (75% Feuchtigk.) gepreßte Faser ppm SO&sub2; (52% Feucht.) Endprodukt ppm SO&sub2; (3,5% Feucht.)
(1) Die Waschtanks wurden chargenweise betrieben. Sie wurden für die Durchlässe 1 und 4 kontinuierlich betrieben.
Nach 2 oder mehr Wochen Lagerung des Endproduktes wurde der SO&sub2;-Gehalt wieder gemessen. Es wurde gefunden, daß sich die SO&sub2;-Konzentration um 50 bis 66 % vermindert hatte. Die Verminderung ist besonders offensichtlich bei dem Produkt, das unter Verwendung von Waschwasser mit einer Temperatur von etwa 88 bis 93ºC (190 bis 200ºF) in dem 3028 l (800 Gallonen) Tank hergestellt worden war.
Somit ist es offensichtlich, daß erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt wurde, um eine Maisfaser mit hohem Gesamtanteil an Ballaststoffen herzustellen, die die Aufgaben, Ziele und Vorteile, die oben angegeben wurden, voll befriedigt.

Claims

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Maisfaserprodukts mit einem hohen Diätfasergehalt, umfassend:

a) Verdünnen der aus dem Naßmahlverfahren von Mais erhaltenen Rohfaser mit Wasser zur Herstellung eines wäßrigen Breis aus Maisrohfaser mit einer Feststoffkonzentration von 2 bis 5 Gewichts-%;

b) Hindurchleiten des besagten wäßrigen Breis aus Maisrohfaser durch einen Hydrozyklon, wobei der Arbeitsdruck des Hydrozyklons so reguliert wird, daß die Gewinnung von Faser aus dem Überlaufstrom von dem Hydrozyklon optimiert wird;

c) Hindurchleiten des besagten Überlaufstroms von dem Hydrozyklon durch ein erstes zentrifugales Schaufelsieb, welches mit einer effektiven Arbeitsgeschwindigkeit betrieben wird und Sieböffnungen hat, die so bemessen sind, daß der durch das Sieb hindurchgeleitete Anteil an Stärke und Protein maximiert und der Verlust von Faser minimiert wird, und der Abstand zwischen dem Sieb und den Schaufeln so ausgewählt ist, daß das Schrubben der Faser zur Entfernung von Stärke und Protein optimiert wird; wobei das erste zentrifugale Schaufelsieb Sieböffnungen mit einem Durchmesser von 2 mm bis 4 mm aufweist und der Abstand zwischen dem Sieb und den Schaufeln 6 mm bis 15 mm beträgt und worin das erste zentrifugale schaufelsieb mit einer Geschwindigkeit von 500 bis 2200 Umdrehungen pro Minute betrieben wird, und

d) Waschen des durch das erste zentrifugale Schaufelsieb abgetrennten Feststoffes in zwei Waschstufen, worin die erste Waschstufe das Verdünnen des besagten Feststoffes mit Wasser umfaßt und die zweite Waschstufe das Hindurchleiten des aus der ersten Waschstufe übernommenen Feststoffmaterials durch ein zweites zentrifugales Schaufelsieb umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin in der ersten Waschstufe ein Waschtanksystem verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Arbeitsdruck des Hydrozyklons so reguliert wird, daß 65% bis 75% des Volumens des in den Hydrozyklon eintretenden wäßrigen Breis im Überlaufstrom von dem Hydrozyklon austritt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Arbeitsdruck des Hydrozyklons so reguliert wird, daß der Druckabfall im Hydrozyklon zwischen 0,56 kg/cm² und 0,9 kg/cm² beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Sieböffnungen einen Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen und der Abstand zwischen dem Sieb und den Schaufeln 7 mm bis 11 mm beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Waschtanksystem einen ersten Waschtank und einen zweiten Waschtank umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Material im ersten Waschtank auf einer Temperatur von 65,6ºC (150ºF) bis 100ºC (210ºF) gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Material im zweiten Waschtank auf einer Temperatur von 65,6ºC (150ºF) bis 100ºC (210ºF) gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Material in beiden Waschtanks auf einer Temperatur von 76,7ºC (170ºF) bis 96,1ºC (205ºF) gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 2, worin das in dem Waschtanksystem verwendete Wasser vor Verwendung gekocht wird zur Entfernung von SO&sub2;.

11. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Verweilzeit des Feststoffes, der durch das erste zentrifugale Schaufelsieb abgetrennt wurde, im Waschtanksystem 5 bis 30 Minuten beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die Verweilzeit 10 bis 20 Minuten beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, worin das zweite zentrifugale Schaufelsieb Sieböffnungen aufweist, die so bemessen sind, daß der durch das Sieb hindurchgeleitete Anteil an Stärke und Protein maximiert und der Verlust von Faser minimiert wird, und der Abstand zwischen dem Sieb und den Schaufeln so ausgewählt ist, daß das Schrubben der Faser zur Entfernung von Stärke und Protein optimiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, worin die Sieböffnungen einen Durchmesser von 2 mm bis 4 mm aufweisen und der Abstand zwischen dem Sieb und den Schaufeln 6 mm bis 15 mm beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, worin die Sieböffnungen einen Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen und der Abstand zwischen dem Sieb und den Schaufeln etwa 7 mm bis etwa 11 mm beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, worin das zweite zentrifugale Schaufelsieb mit einer Geschwindigkeit von 500 bis 2200 Umdrehungen pro Minute betrieben wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagtes Maisfaserprodukt auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 2% bis 10% getrocknet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagtes Maisfaserprodukt zur Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts auf 50% bis 60% gepreßt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend den Schritt des Trocknens des gepreßten Materials auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 2% bis 10%.

20. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Maisfaserprodukts gemäß Anspruch 1, worin in Schritt b)

besagter wäßriger Brei aus Maisrohfaser durch einen Hydrozyklon hindurchgeleitet wird, wobei der Arbeitsdruck des Hydrozyklons so reguliert wird, daß 65% bis 75% des Volumens des in den Hydrozyklon eintretenden wäßrigen Breis im Überlaufstrom von dem Hydrozyklon austritt, und in Schritt c)

besagter Überlaufstrom von dem Hydrozyklon durch ein erstes zentrifugales Schaufelsieb geleitet wird, das mit einer Geschwindigkeit von 500 bis 1500 Umdrehungen pro Minute betrieben wird, und in Schritt d)

der durch das erste zentrifugale Schaufelsieb abgetrennte Feststoff in zwei Waschstufen gewaschen wird, wobei in der ersten Waschstufe ein Waschtanksystem verwendet wird und in der zweiten Waschstufe ein zweites zentrifugales Schaufelsieb verwendet wird.