DE946338C

DE946338C - Verfahren zur Fraktionierung von Staerke mittels waessriger Salzloesungen

Info

Publication number: DE946338C
Application number: DEC9440A
Authority: DE
Inventors: Willem Christian Bus; Pieter Hiemstra; Johannes Muetgeert
Original assignee: Cooperative Avebe UA
Current assignee: Cooperative Avebe UA
Priority date: 1951-12-15
Filing date: 1954-06-04
Publication date: 1956-07-26
Also published as: US2822305A; GB779261A; GB757449A; BE516156A; US2829987A; GB779262A; US2829990A; DE946339C; FR1080506A; CH320288A; US2829989A; DE946340C; GB722586A; BE529330A; BE529328A; BE529329A; FR74702E; FR74703E; FR74704E; DE927140C

Description

AUSGEGEBEN AM 26. JULI 1956

C 9440 IVa189k

Zuaaltz zum Hafen* 927

Durch das Patent 927 140 ist ein Verfahren geschützt, das im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß Stärke durch Erhitzen unter Druck in einer wäßrigen Lösung mindestens eines Salzes aufgelöst wird, welches imstande ist,. Stärke aus wäßriger Lösung niederzuschlagen, worauf die Flüssigkeit abgekühlt, die ausgeschiedene Amylose abgetrennt und durch weiteres Abkühlen der Flüssigkeit das Amylopektin ausgeschieden und von der Mutterlauge getrennt wird. Dieses Verfahren ist anwendbar bei den verschiedensten Stärkesorten, wie Maisstärke, Weizen-, Kartoffel- oder Tapiokastärke wie auch bei Stärke aus Erbsen und Bohnen.

Es wurde nun gefunden, daß dieses Verfahren in gleicher Weise auch anwendbar ist auf solche Ausgangsstoffe, die neben Stärke noch andere Stoffe enthalten, z. B. kommen in Betracht das tertiäre Mehl der Kartoffelverarbeitung, welches neben Stärke noch beträchtliche Mengen von Eiweiß, Zellulose und anderen organischen Stoffen sowie auch anorganische Verunreinigungen, wie Ton, Sand u. dgl., enthält, sowie Kartoffeln, Getreide in Form von Mais oder Weizen u. a., deren Zellstruktur durch Mahlen oder andere Behändlungen zerbrochen ist.

Das Verfahren zur Verarbeitung derartiger Stoffe ist gemäß der Erfindung im wesentlichen

dadurch gekennzeichnet, daß man die Stärkelösung aus einem derartigen, neben Stärke noch andere Stoffe enthaltenden Rohmaterial von ungelösten Komponenten befreit, und zwar vor der Abscheidung der Amylose.

Der rohe Ausgangsstoff wird also nach der Erfindung mit einer Lösung von Mg S O₄ in Wasser erhitzt, bis die Stärke gelöst ist, und dann filtriert oder zentrifugiert, bevor man die Amylose sich ίο ausscheiden läßt. Die erste Trennung wird vorzugsweise ausgeführt, nachdem die Lösung bis unter den Siedepunkt abgekühlt worden ist, jedoch kann auch bei höherer Temperatur unter Druck filtriert werden.

Der abfiltrierte oder zentrifugierte feste Stoff enthält die anorganischen wasserunlöslichen Verunreinigungen und einen Teil der organischen Stoffe.

Bei weiterer Verarbeitung des praktisch alle anwesende Stärke enthaltenden Filtrats in der im Hauptpatent angegebenen Weise scheiden sich

hintereinander Amylose und Amylopektin aus dem Filtrat aus.

'Hierbei kann auch beim Lösen bei - Temperatüren über 120⁰ C mit Vorteil ein bei dieser Temperatur in wäßriger Umgebung beständiger, reduzierender Stoff zugefügt werden, wie ebenfalls im Hauptpaterit erläutert.

Wegen der Anwesenheit verhältnismäßig großer Mengen von Stoffen, die eine Verfärbung verursachen, kann es in bestimmten Fällen notwendig sein, höhere Konzentrationen reduzierender Stoffe anzuwenden, als im Hauptpatent angegeben ist.

So werden bei der Anwendung von Kartoffeln als Ausgangsstoff gute Resultate erreicht_: mit Mengen von 0,2 bis 0,5 °/o Natriumsulfit; bei Anwesenheit sehr großer Mengen von Verfärbung verursachenden Stoffen jedoch kann ein höherer Zusatz, z. B. von etwa r°/o, erforderlich werden. Wenn das für das Lösen der Stärke verwendete Wasser einen p_H~Wert von über 7 hat, so ist die Verwendung einer Mischung von Natriumsulfit und Natriumbisulfit besonders vorteilhaft.

Magnesiumsulfat kann auch, wie im Hauptpatent erwähnt, völlig oder zum Teil durch andere Salze, wie Natriumsulfat oder Ammoniumsulfat, ersetzt werden.

Des weiteren kann man auch die Salzkonzentration der Lösung so einstellen, daß man die. Amylose bei Raumtemperatur von z. B. 20⁰ C gewinnt, ohne daß dabei gleichzeitig eine namhafte Menge Amylopektin ausfällt, und hierauf die Salzkonzentration zur Gewinnung des Amylopektins erhöhen. Man löst beispielsweise dazu-die Stärke in einer ziemlich konzentrierten Salzlösung, verdünnt dann nach einer bestimmten Wartezeit, z. B. bei einer Lösung mit einer Konzentration von 25% Mg S O₄ *7 aq von V2 Stunde in noch warmem Zustand auf etwa 70⁰ C bis zu einer SaIzkonzentration, bei welcher das Amylopektin bei weiterer Kühlung auf Umgebungstemperatur nicht oder praktisch nicht ausfällt. Bei Verwendung von Magnesiumsulfat stellt man dabei zweckmäßig während der Amyloseausscheidung eine Konzentration zwischen 18 und 25%, vorzugsweise 20 und 23 Gewichtsprozent Mg S O₄ · 7 aq ein und gibt nach Entfernung der Amylose vorzugsweise so viel MgSO₄ 7 aq zur Mutterlauge, daß die Konzentration 25% übersteigt und vorzugsweise 26 bis 28 % beträgt.

Beispiell

Zu 50 g tertiärem Mehl mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 2i°/o und von dem 11% nicht aus Stärke besteht, 184 g MgS O₄-7 aq und 3,2 g Na₂ S O₃-7 aq wird so viel Wasser hinzugefügt, daß das Volumen 800 cc beträgt. Danach wird während 15 Minuten in einem Autoklav auf 160° C erhitzt. Nach Kühlung bis unter dem Siedepunkt (etwa ioo° C) wird mittels einer Filterpresse filtriert; der Rückstand enthält 13,2% der Trockensubstanz des. tertiären Mehles und besteht zu 59 % aus Zellulose.

Bei Kühlung des Filtrats auf 20 bis 25° C scheidet sich die Amylose aus und wird abzentrifugiert; die Reinheit der ausgeschiedenen Amylose beträgt 83%; diese Fraktion enthält 23,2% der Trockensubstanz des tertiären Mehles.

Die Erhöhungen der Salzkonzentration der geklärten Flüssigkeit auf 28% verursacht das Aus- go fällen des Amylopektins, das mit Hilfe einer Zentrifuge oder einer Filterpresse von der Mutterlauge getrennt wird; der Amylopektingehalt des gewonnenen Niederschlages ist 94%, und der ■ Niederschlag enthält 61% der ursprünglichen Trockensubstanz.

Die Trennung von Amylose und Lösung geht in besonderen Fällen etwas günstiger vor sich, wenn auf die im Hauptpatent angegebene Weise eine geringe Menge eines nicht völlig mit Wasser mischbaren Alkohols oder eines derartigen Stoffes, wie im Hauptpatent beschrieben wurde, zum Lösungsmittel hinzugefügt wird. So ist die Reinheit der gewonnenen Amylose 95%, .wenn z. B. 9,6 cm³ Isopentanol zum Lösungsmittel im Beispiel I hinzugefügt wird.

Beispiel II

Kartoffeln werden mit Hilfe fließenden Wassers von Sand, Ton und anderem anhängendem Schmutz durch Bürsten befreit. Die gewaschenen Katoffeln werden mit einer Kartoffelreibe zerkleinert; die Zellstruktur kann auch auf andere Weise zerstört werden.

Die analytischen Angaben der verwendeten Kartoffeln waren:

Gesamtgehalt der in kaltem Wasser unlöslichen Trockenkomponenten,

einschließlich Stärke ...... 26,7 %

Ascherückstand - 1,03 %>

Stickstoff 0,52 %

Stärke 17,3 o/_o

Reduzierender Zucker 0,96%

200 g dieser geriebenen Kartoffeln, die eventuell von auspreßbarem Saft befreit sind, 200 g

Magnesiumsulfat 7 aq, etwa 550 g Wasser, 8 g Natriumsulfit 7 aq und 0,75 g Magnesiumoxyd werden nach Zusatz von 9,6 cm³ Isopentanol mit Wasser bis 800 cm³ aufgefüllt. Diese Suspension S wird in einem Autoklav rasch auf 155⁰C gebracht und während 10 Minuten unter intensivem Rühren auf 155° C gehalten. Nach Abkühlung auf 90⁰ C wird die Lösung durch ein Filtertuch' mit großen Poren (Nesseltuch) filtriert, wobei man einen aus anorganischen Verunreinigungen, rohen Fasern, Eiweiß und Kohlehydrat bestehenden Filterkuchen erhält; dieser Filterkuchen wird Fraktion I genannt. Das Filtrat wird bei 40 bis 50⁰ C abzentrifugiert; der gewonnene Niederschlag besteht hauptsächlich aus Amylose und wird Fraktion II genannt.

Durch Erhöhen der Salzkonzentration auf 28% (g/100 cm³) fällt das Amylopektin aus (Fraktion III).

Fraktionen I und II können ohne weiteres direkt mit Wasser bzw. mit einer Wasser-Amylalkohol-Mischung salzfrei gewaschen werden. Wenn Amylalkohol aus der Fraktion II z. B. mittels Destillation entfernt wird, so kann auch diese Fraktion mit kaltem Wasser ohne Amylalkohol von Salz befreit werden.

Materialbilanz

Fraktion-1: 14g, d.h. 26,2% der wasserunlöslichen Trockensubstanz;

Fraktion II: 8,8 g, d. h. 16,5% der wasserunlöslichen Trockensubstanz; Amylosegehalt 85%;

Fraktion III: 24,5 g, d. h. 45,9% der wasserunlöslichen Trockensubstanz; Amylopektingehalt 98%.

Es wurden also 95% der ursprünglich in den Kartoffeln anwesenden Stärke zurückgewonnen, und zwar 95% der Amylose und 90% des Amylopektins.

Beispiel III

Die Zellstruktur von Mais wurde durch Mahlen oder anders zerstört. Die Analyseangaben des verwendeten Maises waren:

Stärke 63,3 %

Eiweiß 8,5 °/o

Zellulose, Fett, Asche usw 15,0%

Wasser 13,2 °/o

21 % der anwesenden Stärke ist Amylose.'

80 g gemahlene Maiskörner, 184 g Mg S O₄ · 7 aq,

3,2 g Na₂SO₃^ aq und 0,4 g MgO werden mit Wasser zu 800 cm³ aufgefüllt. Diese Suspension wird während 15 Minuten in einem Autoklav auf i6o° C erhitzt.

liach dem Abkühlen auf 90⁰ C wird die Suspension durch ein Nesseltuch (Filterpresse od. ä.) filtriert. Fraktion I scheidet sich dabei aus. Das auf 40 bis 50° C gekühlte Filtrat wird unter den folgenden Verhältnissen abzentrifugiert: Zeitdauer des Zentrifugierens S Minuten, 2200 U/min., Schwerefeld etwa 1000 g. Hierbei wird Fraktion II erhalten. Nach weiterer Kühlung auf 20⁰ C und nach Erhöhen der Salzkonzentration auf etwa 28 °/o fällt das Amylopektin als Fraktion III aus.

Materialbilanz

Fraktion I: 15,3 g, d.h. 22% des trockenen

Maises;
Fraktion II: 10,7 g, d.h. 15,4% des trockenen

Maises;
Fraktion III: 34,4 g, d. h. 49,5 % des trockenen

Maises; 8a

Zusammensetzung der Fraktionen:

Fraktion I: 19,8% Stärke, 27,5% Eiweiß, etwa

52Vo Zellulose, Fett usw.;

Fraktion II: Amylose 80%, Amylopektin 20%; Fraktion III: Amylopektin 97⁰/», Amylose 3⁰/».

Aus der Mutterlauge kann z. B. mittels Chloroformextraktion eine Menge von 3 g Fett (Öl) gewonnen werden, d. h. etwa 4,3 % des trockenen Maises. Ein Teil des Fettes bleibt in Fraktion I zurück. Ausgedrückt in bezug auf ganze, trockene Maiskörner: Gesamter Maisertrag 91,5%.

Ausgedrückt in bezug auf Stärketotal: Gesamter Stärkeertrag 95 Vo.

Amy loseertrag: in Fraktion II und III wird insgesamt 90% der theoretischen Menge gewonnen.

Amylopektinertrag: in Fraktionen II und III wird insgesamt 93,5% der theoretischen Menge gewonnen.

Beispiel IV

Die Zellstruktur von Weizen wird durch Mahlen oder anders zerstört. Die Analyseangaben der angewandten Weizenkörner waren:

Stärke 64,50/0

Eiweiß ; 9,6%

Zellulose, Fett, Asche usw 11,5%

Wasser ". 14,4°/»

Amylosegehalt der Weizenstärke 20 %>.

80 g gemahlene Weizenkörner werden auf gleiche Weise behandelt, wie in Beispiel III angegeben ist.

Materialbilanz

Fraktion I: 16,9 g, d. h. 24,7% des trockenen

Weizens;
Fraktion II: ng, d.h. 16,1 °/o des trockenen

Weizens;
Fraktion III: 35,8 g, d.h. 52,2% des trockenen

Weizens.

Zusammensetzung der Fraktionen:
Fraktion I: 27,9% Stärke, 15,3% Eiweiß, etwa

56,8% Zellulose, Fett usw.;
Fraktion II: Amylo'se 8o°/o, Amylopektin 20%;
Fraktion III: Amylopektin 98,5⁰Zo, Amylose 1,5%.

Weizenertrag insgesamt 93 °/o,
Stärkeertrag insgesamt 9i%>,
Amyloseertrag 94%,
Amylopektinertrag insgesamt 94,1%.

Claims

PATENTANSPRUCH:

"Verfahren zur Fraktionierung von 'Stärke
mittels wäßriger Salzlösungen nach Patent

927 140, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstqff neben Stärke noch andere Stoffe, z. B. organische und anorganische Verunreinigungen enthaltende Stoffe, wie tertiäres Mehl der Kartoffelverarbeitung, Ausgangsstoffe mit zerstörter Zellstruktur, wie Kartoffeln, Ge- ao treide, z. B. in vermahlenem Zustand mit der Maßgabe verarbeitet werden, daß die ■ stärkehaltige Lösung vor Abscheidung der Amylose von ungelösten Komponenten, wie Ton, Sand, Eiweiß oder Zellulose, befreit wird, z. B. durch Filtrieren oder Zentrifugieren, zweckmäßig nach Kühlung der Lösung unter dem Siedepunkt.

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