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Verfahren zum Löslichmachen von Kasein Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Löslichmachen von Kasein mit gasförmigem Ammoniak. Diese Art
des Löslichmachens des Kaseins besitzt eine Reihe von Vorteilen. Sie liegen zum
Teil in der geringen Beladung des Kaseins mit chemischen Stoffen. Während man beispielsweise
bei der Herstellung von Natriumkaseinat auf ioo g trockenes Kasein etwa 2 bis q.
g Natriumhydroxyd und noch größere Mengen bei hydrolysierbaren Natriumsalzen (Karbonat,
Bikarbonat) benötigt, genügen für dieselbe Kaseinmenge etwa o,6 g N H3, um Ammoniakkasein
herzustellen. N H, bzw. die sich aus ihm ergebenden Verbindungen sind außerdem
im Gegensatz zu den Natriumverbindungendem Kasein nicht unverwandt. Ferner brauchen
beim Löslichmachen .des Kaseins durch gasförmige Mittel, auch dies im Gegensatz
zur Natriumsulzbehandlung, die wieder aus dem Behändlungsgut zu entfernden Flüssigkeitsmengen
nicht erhöht zu werden.
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Trotz dieser Vorzüge scheiterten die bisherigen Verfahren zum Löslichmachen
von Kasein mit Hilfe von Ammoniakgas an der außerordentlich langen, das Gut schädigenden
Behandlungszeit und an der Schwierigkeit der Entfernung des vom Kasein adsorptiv
gehaltenen -Gasüberschusses, insbesondere aber an der ungleichmäßigen Aufnahme des
Gases. Versuche, das Kasein in Alkohol oder Äther einzutragen und diese Suspension
oder Paste dann mit gasförmigen Mitteln zu behandeln, verbesserten das Verfahren
nicht, verteuerten aber die Anlage- und Herstellungskosten.
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Wenn das zu behandelnde Kasein mehr oder weniger trocken ist, ist
der Erfolg der Ammoniakbehandlung
völlig ungenügend, da die Lösung
des Ammoniaks im Kasein über dessen Wassergehalt eingeleitet wi.r.d. Legt man dagegen
.der Behandlung, wie dies üblich ist, eine ziemlich flüssige Kaseinsuspension zugrunde,
so wirkt die bei der Trocknung erforderliche Entfernung des hohen Wassergehalts
sehr verteuernd. Dies gilt beispielsweise auch bezüglich eines bekannten Verfahrens,
bei dem eine. io- bis i2o%ige Kaseinsuspension entweder mit Ammoniakgas unter Druck
oder mit wäßriger Ammoniaklösung behandelt wird.
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Die Erfindung hat ein Verfahren zum Gegenstand, das es gestattet,
beim Löslichmachen von Kasein mittels Ammoniakgas die bisherigen Schwierigkeiten
auszuschalten. Untersuchungen haben gezeigt, daß die bisherigen Mißerfolge auf besondere
Eigenschaften zurückzuführen sind, die das Kasein während seiner Behandlung annimmt.
Bringt man nämlich Kasein mit gasförmigem N H,
in Berührung, so bildet sich
auf seiner Oberfläche je nach seinem Feuchtigkeitsgehalt in kürzerer oder längerer
Zeit eine zähe, gallertartige Schicht, die eine gesättigte oder übersättigte Lösung
von Ammoniak im Kasein darstellt. Diese Gallerte stellt eine Sperrschicht für die
direkte Aufnahme des .gasförmigen Ammoniaks in das unter ihr liegende ungelöste
Kasein dar. Letzteres kann also nur gelöstes Ammoniak aus der -es umhüllenden Gallertschicht
beziehen. Die Diffusion des Ammoniaks aus dem zähen Gel in die noch nicht beeinflußte
Schicht geht aber nur außerordentlich langsam und völlig ungesteuert vor sich. Übersättigte
und gesättigte Schichten liegen neben unbehandelten und ergeben so ein uneinheitliches
Endprodukt.
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Die Entfernung des hT H3-Überschusses schien aus dem zähen Gel mit
gewöhnlichen Mitteln kaum möglich.
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Die Erfindung vermeidet alle diese Erscheinungen dadurch, daß feuchtes
Kasein von mindestens 30% Trockensubstanz gespanntem Ammoniakgas unter mechanischer
Durcharbeitung ausgesetzt wird. Auf .diese Weise wird das Behandlungsgut in beliebiger,
jeweils in Betracht kommender Schichthöhe völlig gleichmäßig von dem Gas durchdrungen
und mit ihm abgesättigt, und zwar in verhältnismäßig kurzer Zeit, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit
dem angewendeten Druck entsprechend erhöht und gesteuert werden kann.
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Der besondere Vorzug des neuen Verfahrens liegt dabei in dem Umstand,
daß aus dem fertigen Gut infolge des hohen Gehaltes an fester Substanz, der z. B.
bis zu 7o oder 75 % betragen kann, nur eine verhältnismäßig geringe Wassermenge
entfernt werden muß, ein Umstand, der um so bedeutsamer ist, als durch die Umsetzung
des Ammoniaks mit dem Kasein ein Produkt entsteht, das infolge seiner Konsistenz
ein mechanisches Abpressen des Wassers unmöglich macht.
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Die Druckabsättigung des Kaseins kann in verschiedener Weise vorgenommen
werden. In erster Linie ist es möglich, das Gas in gespanntem Zustand auf das gleichzeitig
zu rührende, zu knetende oder sonstwie zu bearbeitende Behandlungsgut zur Einwirkung
zu bringen, indem man z. B. verflüssigtes Ammoniak in einem Druckgefäß durch Entspannung
zur Wirkung bringt. Man kann aber auch so vorgehen, daß das dem Behandlungsgut überschichtete,
Gas durch mechanische Einwirkung unter Druck gesetzt wird, z. B. durch Kolben komprimiert
wird.
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Da die Löslichkeit des Ammoniaks in Wasser eine Funktion des Druckes
und .der Temperatur ist, ergeben sich verschiedene Wege, den erfindungsgemäßen Prozeß
regelbar zu steuern. Im beson-,deren läßt sich die Konzentration des Gases im Behandlungsgut
durch Veränderung des Druckes regeln, welch letzterer wieder durch Variierung der
Temperatur gesteuert werden kann. Andererseits ließe sich das Behandlungsgut beispielsweise
auch während der Absättigung kühlen; da das Behandlungsgut an sich bei der Reaktion
erwärmt wird, kann man also durch Kühlung unter Konstanth.altung des Druckes die
Konzentration des Ammoniaks während des Lösungsvorganges erhöhen.
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Schließlich könnte man aber .die Konzentration des Gases auch durch
Änderung des Wassergehaltes im Behandlungsgut steuern, wobei im Bedarfsfalle die
verschiedenen vorgenannten Maßnahmen beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Bei allen diesen Ausführungen ist zu berücksichtigen, daß, da der
über einer Flüssigkeit stehende Druck immer gleich dem Dampfdruck bzw. der Summe
der Partialdrucke ist, das Löslichmachen des Kaseins in einer dem Behandlungsmitteldruck
und der herrschenden Temperatur entsprechend gesättigten Behandlungsmittellösung
vör sich geht.
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Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
kann man das Gas entweder in Stufen bis zur Erreichung der Kaseinlöslichkeit allmählich
zusetzen oder umgekehrt zunächst einen Gasüberschuß verwenden und ihn dann durch
Zugabe unbehandelten Kaseins wieder ausgleichen. Zweckmäßig wird hierfür die Behandlungsapparatur
mit einer Probeentnahmevorriehtung ausgerüstet, um so jederzeit den Zustand des
Behandlungsgutes bzw. die Beendigung der Behandlung feststellen zu 'können, wobei
die Absättigungdes Kaseins mit dem Behandlungsmittel in Abhängigkeit vom Wassergehalt
und unter Kontrolle des pH-Wertes erfolgen muß.
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Ist in dem abgesättigten Behandlungsgut ein Überschuß an Ammoniak
od. dgl. vorhanden, so kann derselbe in geeigneter Weise entfernt und unter Umständen
im Kreislauf wieder verwendet werden. Vorzugsweise erwärmt man zu diesem Zweck das
Kasein, z. B. im Vakuum, und saugt gleichzeitig oder anschließend adsorptiv gehaltenes
Gas ab. Das überschüssige Ammoniak kann durch Adsorption an kaltes Wasser wiedergewonnen,
aus diesem ausgetrieben und dem erfindungsgemäßen Prozeß erneut zugeführt werden,
z. B. nach vorheriger Verflüssigung.
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Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Verarbeitung
von solchem Kasein, das nach der Fällung, Waschung und teilweisen
Befreiung
von Wasser durch mechanische Mittel der Behandlung unterzogen wird. Man erspart
sich hierbei die Trockenapparatur für das Kasein, und die zur Entgasung aufgewendete
Wärme kommt dem Trocknungsvorgang zugute.
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Die Trocknung :des fertigen Behandlungsgutes erfolgt, wenngleich dies
nicht unbedingt erforderlich ist, zweckmäßig so, daß das Kasein bereits während
der Entfernung des überflüssigen Behandlungsmittels .getrocknet wird, und zwar bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so, daß Absättigung, Entgasung und
Trocknung in einem gemeinsamen Behälter fortlaufend erfolgen. Dies kann z. B. in
einem Vakuumkessel geschehen, der auch auf Druck beanspruchbar ist und der mit Rührwerk
oder Kneter und mit einer entsprechenden Heizvorrichtung ausgestattet ist. Dabei
ist darauf zu achten, daß die Entgasung und Trocknung, insbesondere von solchem
Kasein, dessen Wassergehalt unter 700/0 liegt, großoberflächig durchgeführt wird,
da die zähe Gallerte sowohl dem Wärmedurchgang wie auch dem Vakuum großen Widerstand
entgegensetzt. Wählt man zur Entgasung und Trocknung nicht ein großoberflächiges
Dünn-Schicht-Verfahren auf Vakuumw alzen oder Blechen im Vakuumtrockenschrank, das
in gleicher Weise auch zur Behandlung dienen könnte, und will man zu besonders kleinen
und leistungsfähigen Vorrichtungen gelangen, so verwendet man am besten den obenerwähnten
heizbaren und auf Druck beanspruchbaren Vakuumkneter, der immer neue Oberflächen
des Behandlungsgutes an die Heizfläche heranführt und wieder freigibt, so daß das
Behandlungsgas oder das Wasser ausgetrieben und abgesaugt werden kann.
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Die Erfindung betrifft schließlich auch Einrichtungen zur Durchführung
des neuen Verfahrens. Wie schon dargelegt, eignet sich dazu besonders ein gasdicht
abschließbares Behandlungsgefäß, das Anschlüsse für Gaszufuhr und für Evakuierung
aufweist und eine Heiz- und Kühlvorrichtung besitzt. Derartige Einrichtungen können
.dann auch mit Überwachungsorganen, z. B. Manometern, Thermometern, Hvdrometern
od. dgl., ausgestattet sein, die in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebs:be.dingungen
selbsttätig die Zufuhr von Gas, die Einstellung der Betriebstemperatur, des Wassergehaltes
usw. regeln.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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In dem Behandlungsgefäß i, das durch einen Deckel 2 gasdicht abschließbar
ist, laufen auf zwei in geeigneter Weise gekuppelten Wellen 3 und 4 Kneter 5 um,
die durch einen Motor 6 angetrieben werden. Mit 7 ist der Anschluß für eine Heiz-
und Kühlvorrichtung 8 bezeichnet; 9 gibt eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben
an, io ist ein Druckmesser.
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Aus der Flasche i i kann dem Behälter i über eine bewegliche Leitung
i2 und über ein Reduzier-Ventil 13 mit Manometer 14 sowie über einen Gasmesser
15 verflüssigtes Ammoniak zugeführt werden. Andererseits führt von -einer Vakuumpumpe
16 über eine zur Aufnahme von Kondensat bestimmte Kühltasche 17 eine Leitung
i8 zum Behandlungsgefäß i.
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Die Verwendung der beschriebenen Einrichtung ergibt sich aus nachstehendem
Ausführungsbeispiel: 5o kg salzsäuregefälltes und mehrmals gewaschenes Kasein, dessen
Wassergehalt durch mechanische Mittel (Pressen oder Schleudern) auf 5o% eingestellt
ist, werden in den Kneter i eingebracht. Nach dem gasdichten Abschluß .des Deckels
2 wird das Knetwerk mittels des Motors 6 in Bewegung gesetzt. Hierauf läßt man unter
Kontrolle der Meßeinrichtungen 14, 15, io etwa i5o g Ammoniak unter einem Druck
von 6 Atm. in das Gefäß i einströmen. Gleichzeitig kühlt man mittels der Vorrichtung
8 das Behandlungsgut, das sich durch die eintretende Reaktion erwärmt, auf etwa
i5° C ab. Nach einer Knetarbeit von etwa 30 Minuten, bei welcher der Druck
mit zunehmendem Reaktionsablauf abfällt, «erden durch die Vorrichtung 9 einige Gramm
des Behandlungsgutes entnommen. Durch pH-Messung und einem etwa darauffolgenden
Lösungsversuch des Behandlungsgutes wird die Beendigung der Behandlung ermittelt.
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Bei der nun folgenden Entgasung und Trocknung wird das Behandlungsgut
mittels der Vorrichtung 8, die z. B. warmwasser-durchströmt sein kann, auf 58° C
gebracht und gehalten. Durch Einschaltung der Vakuumpumpe 16 wird eine Luftleere
von etwa ioo mm Ouecksil#bersäule im Innern des Gefäßes i hergestellt. Etwa adsorptiv
gehaltenes Gas wird abgesaugt und das Behandlungsgut zur Trockne gebracht. Das Kasein,
das noch etwa 5 bis 6% Wasser enthält, wird dann aus der Apparatur entnommen und
kann in üblicher Weise einem weiteren Zerkleinerungsvorgang unterworfen werden.
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Das nach dem Verfahren hergestellte Produkt stellt einen,halb durchscheinenden,
harten, splitternden Stoff :dar, der während des Trocknens freiwillig von der Trockenfläche
abspringt, sich gut mahlen läßt und sich leicht und ohne Rückstände im kalten und
warmen Wasser löst. Er enthält je nach Vorbehandlung und Art des Ausgangsgutes etwa
85 bis 9o % hochwertiges, leicht verdauliches Protein, ein Produkt, das sowohl in
der Nahrungs-und Genußmittelindustrie als auch zu technischen Zwecken Anwendung
finden kann.