DK146702B - Fremgangsmaade til udvinding af gluten fra hvedemel - Google Patents

Description

(19) DANMARK

(12) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 146702 B

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Patentansøgning nr.: 4939/73 (51) Int.CI.3: A23J 1/12 (22) Indleveringsdag: 07 sep 1973 (41) Aim. tilgængelig: 09 mar 1974 (44) Fremlagt: 12 dec 1983 (86) International ansøgning nr.:- (30) Prioritet: 08 sep 1972 FI 2477/72 (71) Ansøger: OY ‘VEHNAE AB; 21200 Raisio, FI.

(72) Opfinder: Heikkl Kustaa *Kerkkonen; FI, Karl Marttl *Lalne; FI, Matt! Aleksi ‘Alanen; FI, Harri Valdemar 'Rennes; FI.

(74) Fuldmægtig: Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co (54) Fremgangsmåde til udvinding af gluten fra hvedemel

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til udvinding af et proteinholdigt gluten fra hvedemel og angår især udvinding af hvedegluten med et højt proteinindhold på over 80% fra hvedemel, hvorved glutenet fås i en udenatureret ("vital") tilstand. Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde til udvinding af gluten fra hvedemel ved en kontinuerlig proces, der ikke kræver væsentlige mængder vand.

QQ Det fremstillede gluten kan anvendes som et udmærket CM bindemiddel ved bestrygning af papir. Andre anvendelser omfat- [s. ter f.eks. anvendelsen som råmateriale ved fremstilling af IØ ^ glutaminsyre og mononatriumglutamat og som tilsætningsstof i ^ specielle overfladeaktive stoffer for at minimere hudirritation.

£

D

2 148702 R.W. Kerr (Chemistry and Industry of Starch, 2. udgave, Academic Press, 1950) og J.W. Knight (The Chemistry of Wheat Starch and Gluten and Their Conversion Products, Leonard Hill, 1965 og The Starch Industry, Pergamon Press, 1969) har præsenteret en udemærket oversigt over samtlige kendte fremgangsmåder til udvinding af stivelse og gluten fra hvedemel.

Ved Martin-metoden, som for tiden stort set anvendes ved fabriksmæssig fremstilling, dannes i første stadium en dej af hvedemel ved tilsætning af noget vand. Efter en passende modningsperiode æltes dejen under kontinuerlig vandtilførsel. Herved frigøres stivelsen efterhånden ved udvaskning fra det elastiske gluten, hvorved der som slutprodukt fås både gluten og stivelse med særdeles stor renhedsgrad. Fremgangsmåden kræver imidlertid store mængder vand. Sædvanligvis regner man med,at Martin-metoden kræver en vandmængde, der er 10 gange større end melmængden, og at ca. 8-10$ af melets tørsubstans (opløselige salte og protein, frit sukker osv.) går til spilde med affaldsvandet, hvis efterbehandling er blevet et vanskeligt Økonomisk problem. Ved den mest fordelagtige udførelsesform for Martin-metoden klarer man sig med et vand/mel-forhold på 6:1.

Ifølge visse nyere metoder, samt den såkaldte "batter"--metode (R.A. Anderson, V.F. Pfeifer, E.B. Lancaster, Cereal Chem., 55, 449, 1958 og R.A. Anderson, V.F. Pheifer, E.B. Lancaster, C. Vojnovich, E.L. Griffin Jr, Cereal Chem., 57, 180, 1960) og den såkaldte Fesea-metode (D.A. Fellers, P.H. Johnston, Report of Sixth National Conference on Wheat Utilization Research, Oakland, California, November 114, 1969) udvindes proteinet og stivelsen fra en fritflydende vand/mel-suspension.

Ifølge "batter"-metoden (Anderson et al. 1958, i960) suspenderes hvedemelet i en blander i varmt vand i forholdet 1:1,0-1,8 afhængigt af melets kvalitet, således at der opstår en homogen, pumpelig, løs dej med en temperatur på 40-50°C. Efter en passende blandingstid ledes dejen til en pumpe under tilsætning af koldt vand. I pumpen skiller glutenet sig fra stivelsen i form af små partikler, som ved hjælp af en si adskilles fra stivelsesmælken.

Det således udvundne gluten vaskes derefter en eller flere gange i lignende pumper under tilsætning af vand, således at stivelsen 3 146702 og de øvrige komponenter i melet fjernes fra glutenet så fuldstændigt som muligt.

Også "batter"-metoden kræver en vandmængde, som er oa. 10 gange så stor som melmængden.

Ifølge Fesca-metoden centrifugeres melvand-blandingen, hvorved der fås en tung fase indeholdende relativt ren stivelse samt en fritflydende, let fase indeholdende gluten, stivelse af dårligere kvalitet, melets opløselige bestanddele etc.

Ved en nyere udførelsesform for Fesca-metoden (Fellers et al. 1969) blandes mel og 25-j50°C varmt vand i forholdet 1:1,2-2,0 afhængigt af melets kvalitet. Blandingen dispergeres omhyggeligt og centrifugeres, hvorved der fås fritstående fraktioner, stivelse og proteinkoncentrat. Stivelsen har et tørsubstansindhold på ca. 56$ og et proteinindhold på ca. 0,9-1,5#· Proteinkoncentratet har et tørsubstansindhold på ca. 17-25$ og et proteinindhold på ca. 30-40$.

Ved denne fremgangsmåde adskilles glutenet ikke fra proteinkoneen-tratet.

Ved en ældre Fesca-metode (F.A.V. Klopfer, britisk patent nr. 11.159, 1907) blandes melet i en svag NaCl-vandopløsning og centrifugeres, hvorved der fås to separate fraktioner, en stivelsesfraktion og en proteinfraktion. Ud fra den sidste fraktion adskilles melets opløselige bestanddele fra glutenet og stivelsen med ringere kvalitet ved sedimentering af de faste materialer og dekantering af den vandfase, som indeholder det opløselige materiale. Glutenet udvindes fra bundmaterialet ved udvaskning.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den i hovedkravets indledning angivne art, som er ejendommelig ved det i hovedkravets kendetegnende del anførte.

Da hvedemelet behandles efter principperne for Fesca--metoden, fås et proteinkoneentrat ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, ud fra hvilket proteinkoncentrat det ved en vis temperatur og efter en passende reaktionstid ved hjælp af frisk vand og/eller procesvand er muligt at udvinde nativt gluten med et proteinindhold på mindst 80$ i tørsubstans. Glutenet kan næsten udvindes fuldstændigt af melet. Her og i det følgende kaldes det vand, som fås ved fraktioneringen af hvedemelet,procesvand.

146702 4 I US patentskrift nr. 2.631.111 (1953) beskrives en metode til behandling af majsgluten, hvor majsproteinfraktionen, der udvindes ved vådformaling af majsen, behandles for at forbedre filtrerbarheden af det proteinholdige materiale og for at forøge proteinindholdet i materialet. Dette gennemføres ved at opvarme majsglutenopslæmningen ved en pH-værdi på ca. 4,0--4,5 til en temperatur, der er betydeligt over 100°C, f.eks.

177°C i 2 minutter, 156°C i 15 minutter eller 127°C i 30 minutter. Det foretrukne arbejdstemperaturområde er ca. 138-182°C ved et damptryk over atmosfæretryk. Det er indlysende for en fagmand, at majsproteinet efter behandling ved så høje temperaturer vil være fuldstændig denatureret, dvs. er koaguleret irreversibelt. Proteinpræparater af denne art er ikke anbefalelsesværdige som bindemidler i papirbestrygningsblandinger.

Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende ansøgning fås der derimod af hvedemel omtrent lige så meget protein indeholdende gluten i udenatureret form eller nativt ("vitalt") da den glutenholdige vandopslæmning behandles ved højst 50°C.

Man har kunnet konstatere, at dersom proteinkoncentratet holdes i hvile eller svag bevægelse i 10-90 minutter ved en temperatur på 30-50°C, danner glutenet ved hydratisering små trådlignende agglomerater, som, når de under tilsætning af frisk vand og/eller procesvand føres til en blander af stiftmølle-typen, fuldstændigt omdannes til fast gluten. Glutenet kan derpå som store elastiske agglomerater skilles fra de øvrige faste komponenter, såsom stivelse af ringere kvalitet (B-stivelse), fibre etc. samt fra vandfasen (procesvand), som indeholder melets opløselige bestanddele.

Det er endvidere kendetegnende for opfindelsen, at stivelse og nativt gluten kontinuerligt kan skilles fra hvedemel under anvendelse af procesvand, således at produktionstiden bliver kort.

Fordelene ved den her beskrevne fremgangsmåde ifølge opfindelsen er sammenlignet med tidligere metoder følgende: 1) Ved en enkel, kontinuerlig fremgangsmåde kan ren stivelse og nativt gluten med særdeles stor renhedsgrad indeholdende mindst 80$ protein i tørsubstansen separeres fra hvedemel.

2) Behandlingstiden for det behandlede materiale er særdeles 146702 5 kort, hvilket nedbringer bakteriekontaminationen til et minimum.

3) Den nødvendige vandmængde er lille sammenlignet med de anvendte melmængder.

4) Mængden af affaldsvand er lille sammenlignet med andre kendte metoder, og affaldsvandet indeholder melets opløselige bestanddele i en relativ koncentreret form, som er fordelagtig for viderebehandling.

Et væsentligt træk ved fremgangsmådén ifølge opfindelsen består i, at eftersom hovedparten af stivelsen fjernes fra mel/vand--dispersionen, og den resterende del behandles på den ovenfor beskrevne måde, danner glutenet ikke en dejlignende masse, ud fra hvilken rent gluten kun kan udvaskes ved tilsætning af store mængder vand, men et agglomerat, ud fra hvilket rent gluten kan separeres under tilsætning af en lille vandmængde.

I det følgende illustreres opfindelsen nærmere ved eksempler.

I denne sammenhæng henvises til tegningen, som illustrerer en udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen og har til opgave at tydeliggøre fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Andre udførelsesformer er også mulige.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen suspenderes mel (l) i vand og/eller procesvand (2) kontinuerligt i en forblander (3) i forholdet 1:1,2-2,0 afhængigt af melets kvalitet. Suspensionen pumpes derefter ind i en anden blander (4), i hvilken melet dis-pergeres i vand til en homogen dispersion. Dispersionen ledes til en centrifuge (5), som deler dispersionen i en tung fase og en let fase. Den tunge fase eller stivelsen (A-stivelse) vaskes derpå (7) med vand (6), hvorefter den vaskede stivelse ledes til et tørreapparat (8). Procesvandet (9) ledes tilbage til processen.

Den lette fase eller proteinkoncentratet, hvis temperatur forøges til et passende niveau ved hjælp af procesvand eller en varmeveksler, pumpes til en modningstank (10). Pra tanken ledes proteinkoncentratet kontinuerligt til en blander (11) under tilsætning af procesvand (12). Ved formalingsvirkningen i denne blander danner glutenet store agglomerater. Blandingen af glutenagglomerat og stivelsesmælk ledes kontinuerligt til en maskinenhed (13), i hvilken gluten agglomeraterne skilles fra stivelsesmælken. Gluten-agglomeraterne ledes til et tørringsapparat (14). Stivelsesmælken fra agglomeratfraskilleren (13) pumpes til en centrifuge (15), i hvilken stivelse med ringere kvalitet (B-stivelse) samt andre faste substanser skilles fra vandfasen og pumpes til en tørrer (l6). En 6 146702 del af procesvandet (17) ledes tilbage til processen, og en del fjernes fra systemet.

Eksempel 1.

I et pilot-plan-anlæg, hvis driftsdiagram er vist på tegningen, fraktioneres kontinuerligt 110 kg mel pr. time. Suspensionsvandet (2), som består af frisk vand og/eller procesvand, har en sådan temperatur, at proteinkoncentratets temperatur efter fraktioneringscentrifugen (5) er 40°C. Reaktionstiden i modningstanken (10) er 30 minutter. Resultaterne fremgår af nedenstående tabel I

Tabel I

Tørsubstans Protein i tør- Tørsubstans, % substansen fo % af melets tørsubstans A-stivelse 86,0 0,5 58,8

Gluten 90,2 82,0 15,4 B-stivelse 88,0 5,6 20,9

Effluent 3,9 15,5 4,9

Ved forsøget anvendes vand/mel i forholdet 2,10:1, og den mængde effluent, som fjernes fra systemet, er 1,06 gange så stor som den anvendte melmængde. I forsøget anvendes ca. 700 kg mel.

Eksempel 2.

Der gennemføres fem forsøg som beskrevet på tegningen og i eksempel 1, idet suspensionsvandets temperatur vælges således, at proteinkoncentratets temperatur efter første fraktionering (5) er 30°C, 35°C, 40°C, 45°C og 50°C. Ved hver temperatur anvendes forskellige tidsrum for modningsperioden i reaktionstanken (10).

Med følgende reaktionstider fås maksimale mængder gluten: 7 146702

Proteinkoncgntratets Nødvendig reaktionstid til Forsøg nr. temperatur °C tilvejebringelse af maksi- _ _ malt glutenudbytte i minutter 1 30 90 2 35 45 3 40 30 4 45 '15 5 50 10