DK172849B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af stivelse og gluten ud fra hvede eller lignende korn - Google Patents

Description

i DK 172849 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af stivelse og gluten ud fra hvede eller lignende korn, hvorved kornet, fortrinsvis i form af mel, underkastes ekstraktion med vand til frembringelse af en stivelse-5 fraktion og en glutenfraktion. Patentet omfatter ikke fremgangsmådens anvendelse ved tilvirkning af næringsmidler.

Ved fremstillingen af stivelse ud fra hvedekorn er det 10 almindelig praksis først at formale kornet for at skille kliddet og fibrene fra og derpå behandle det opnåede hvedemel til isolering af stivelse- og gluten-(protein)-fraktioner. Flere fremgangsmåder er blevet foreslået til denne sidstnævnte separation, men to kan især nævnes.

15

Den første involverer blanding af melet med vand til dannelse af en fast eller flydende dej og anvendelse af vand til at ekstrahere glutenen ved en fysisk separation, som ofte involverer centrifugering. Denne fremgangsmåde lider 20 imidlertid af den ulempe, at der ikke opnås en ren separation af stivelse og gluten, selv når der anvendes et forfinet separationssystem, f.eks. et flertrins separationssystem under anvendelse af et batteri af hydrocyklo-ner. Almindeligvis er noget af den opnåede stivelse af 25 ringere kvalitet og er uegnet til anvendelse som udgangsmateriale for hydrolyse til ollgo- og monosaccharider, såsom glucose.

Den anden fremgangsmåde, som er blevet foreslået til se-30 paration af stivelse og gluten, er en kemisk behandling, hvorved glutenen dlspergeres eller opløses i en alkalisk opløsning, hvorfra den derefter frigøres ved syrning. Typiske alkalier, som kan anvendes, inkluderer natriumhydroxid, kaliumhydroxid, calciumhydroxid og bariumhydro-35 xid; idet natriumhydroxid foretrækkes. Ved en sådan fremgangsmåde opslæmmes hvedemelet typisk med natriumhydro- DK 172849 B1 2 xid, og opslæmningen underkastes en centrifugering til adskillelse af den faste stivelse fra proteinopløsningen.

Den stivelse, som opnås på denne måde, indeholder alle melets alkaliuopløselige faststoffer, f.eks. cellulose-5 holdige cellevægfragmenter og klid. Desuden er der noget gelatineret stivelse til stede, som stammer fra partikler beskadiget ved formalingen. Denne stivelse kan derefter behandles, f.eks. ved centrifugering eller ved "tabling" (en form for dekantering) til fremstilling af en stivelse 10 af første kvalitet og en stivelse af ringere kvalitet.

Glutenen fra denne fremgangsmåde er imidlertid af lavere kvalitet sammenlignet med den, der opnås ved vand-vask-nings-fremgangsmåden, og der opnås stivelse af to kvaliteter .

15 I US patentskrift nr. 3 790 553 er det blevet foreslået at anvende en vandekstraktion af glutenen i forbindelse med alkalibehandling af stivelsen. Ved den i US patentskriftet beskrevne fremgangsmåde knuses hele hvedekernen 20 og opslæmmes med vand, som opløser proteinerne med lav molekylvægt. Remanensen fra det første trin, indeholdende stivelsen, opslæmmes derpå med en mild base, fortrinsvis ammoniumhydroxid, og centrifugeres til opnåelse af faseseparation. Supernatantvæsken fra separationen indeholder 25 proteinet med høj molekylvægt, medens remanensen indeholder stivelsen og eventuelle andre resterende alkaliuopløselige produkter. Stærkt basiske alkalier anbefales ikke til anvendelse ved denne fremgangsmåde, da de siges at virke skadeligt på kvaliteten af det opnåede protein. Den 30 i US patentskrift nr. 3 790 553 beskrevne fremgangsmåde er hovedsageligt rettet mod opnåelse af højkvalitetespro-tein ud fra hele hvedekerner og tager mindre hensyn til stivelsens kvalitet.

35 En anden modifikation af den vandige stivelse/gluten-se-parationsproces anvender en enzymatisk behandling til at DK 172849 B1 3 udvinde al stivelsen. Denne fremgangsmåde er beskrevet i the Canadian Journal of Technology Vol. 33, side 33-40 i en artikel med titlen "Separation of Starch and Gluten.

VII The Application of Bacterial Pentosanases to the Re-5 covery of Starch from Wheat Flours". Ved den deri beskrevne fremgangsmåde ekstraheres hvedemel med vand til opnåelse af gluten og en stivelsemælk. Stivelsemælken centrifugeres derpå til opnåelse af et produkt i centrifugen bestående af en hård stivelse og en "skraberstivel-10 se" af ringere kvalitet oven på den hårde stivelse. Den sidstnævnte skrabes af den hårde stivelse og består af stærkt hydratiserede pentosanmasser, hvori stivelsekorn, nitrogenholdige materialer og fibre er indlejret. Ved den beskrevne fremgangsmåde anvendes en bakteriel pentosanase 15 til at hydrolysere pentosanerne under omhyggeligt styrede betingelser til frigivelse af de indlejrede stivelsekorn.

Den fremgangsmåde, som er beskrevet i the Canadian Journal of Technology, blev kun undersøgt i laboratoriemåle-stok, og problemer som enzymdeaktivering, enzymfarve og 20 mulige enzympåvirkninger af stivelsen og glutenen blev ikke taget op.

Der er nu ifølge opfindelsen udviklet en fremgangsmåde til adskillelse af stivelse og gluten, der frembringer 25 gluten af høj kvalitet (såkaldt "vital gluten"), nemlig en højere kvalitet end den, der produceres * ved den ovenfor beskrevne alkalibehandling af hvedemel. Fremgangsmåden producerer også stivelse af høj kvalitet, hvoraf i det væsentlige det hele kan anvendes som udgangsmateriale 30 for efterfølgende omdannelsesprocesser. Desuden er fremgangsmåden simpel at gennemføre i kommerciel målestok, og man undgår de usikkerheder, som anvendelsen af en pentosanase indebærer.

35 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er en modifikation af den ovenfor beskrevne vandekstraktionsproces. Som det er DK 172849 B1 4 blevet nævnt i forbindelse med den fremgangsmåde, er det ikke muligt i kommerciel målestok at opnå en ren adskillelse af stivelsen og glutenen, og afhængigt af den anvendte separationsfremgangsmåde og dens udførelse vil en-5 ten glutenfraktionen indeholde noget stivelse, eller stivelsefraktionen indeholde noget gluten. I begge tilfalde kræves et efterfølgende separationstrin for at opnå ren stivelse eller ren gluten, og i begge tilfælde er biproduktet en stivelse af dårlig kvalitet, som typisk inde-10 holder 72-95 vægt-% stivelse sammen ned noget gluten, men også andre urenheder, såsom pentosan cg hemicellulose.

Den fremgangsmåde, som er beskrevet i the Canadian Journal of Technology, som refereret ovenfor, giver stivelsen af høj kvalitet og stivelsen af lav kvalitet eller 15 "skraberstivelsen" sammen i centrifugen, og den sidstnævnte separeres derpå fysisk, f.eks. ved hjælp af en skraber. Det har vist sig, at ved en fremgangsmåde, hvorved stivelsen og glutenen separeres i et hydrocyklonbat-teri, bæres noget stivelse over med glutenen, hvorfra den 20 kan adskilles i et efterfølgende fremgangsmådetrin, f.eks. ved anvendelse af en sigte. Den resterende stivelse, som adskilles fra glutenen på denne måde, er af samme art som "skraberstivelsen’'. Af nemhedsgrunde kan hoved-stivelseproduktet, som er af god kvalitet, betegnes som 25 "A"-stivelse, medens stivelsen af ringere kvalitet eller "skraberstivelsen" kan kaldes "B"-stivelse.'

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at "B"-stivelse separeres fra enten stivelsefraktionen eller 30 glutenfraktionen og bringes i kontakt med vandig alkali ved en pH-værdi mellem 8,5 og 12,5.

Fortrinsvis er alkalien stærk alkali, såsom natriumhydroxid eller kaliumhydroxid, især natriumhydroxid, og pH-35 værdien er fortrinsvis 10 - 11. "Bn-stivelsen kan bringes i kontakt med alkalien ved enhver temperatur under sti- DK 172849 B1 5 veisens gelatineringstemperatur, hvor stuetemperatur er tilfredsstillende, og medens kontakttiden ikke er kritisk, ligger egnede tidsrum i området fra 2 minutter til 3 timer, f.eks. 10-60 minutter. For at tilvejebringe den 5 ønskede pH-værdi kan den vandige alkaliopløsning indeholde 0,5-20 vægt-% fast alkali, f.eks. 2-10 vægt-%.

Under forløbet af "B"-stivelsens kontakt med den vandige alkali adskilles ikke blot stivelsen fra pentosanerne, 10 men den befries fra resterende protein og andre urenheder. Eftersom glutenen allerede er blevet separeret fra stivelsen, er glutenens kvalitet upåvirket og forbliver som vitalgluten. Det materiale, som ekstraheres fra ”B”-stivelsen af alkalien, reducerer ikke i væsentlig 15 grad udvindingen af ønskelige komponenter fra hveden eller andet korn. Den stivelse, som opnås, er af tilstrækkeligt høj kvalitet til at blive anvendt som udgangsmateriale for omdannelse til lavere polysaccharider eller mo-nosaccharider ved f.eks. enzymatisk hydrolyse. Uden alka-20 libehandlingen ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er "B"-st±velsen uegnet til en sådan anvendelse.

De sider af fremgangsmåden, som vedrører separationen af stivelse- og glutenfraktionerne fra hveden eller lignende 25 korn, er konventionelle. Således er kornet fortrinsvis i form af mel, f.eks. hvedemel, som blandes' med vand til dannelse af en fast eller flydende dej. Dejen underkastes derpå vandekstraktion på en af flere kendte måder efter- s fulgt af separation af stivelsen og glutenen. F.eks. kan 30 en dej omrøres med vand i en holdetank, og stivelsen og glutenen separeres ved anvendelse af sigter. Alternativt kan separationen finde sted i et batteri af hydrocyklo-ner, hvori glutenen separeres som et overløb, og stivelsen som et underløb. Glutenfraktionen, der separeres i 35 hydrocykIonerne, kan også omfatte vand og noget stivelse, og ved en efterfølgende konventionel faseseparat ionspro- DK 172849 B1 6 ces, f.eks. sigtning, separeres glutenen og "B"-stivel-sen. Det er den sidstnævnte, som underkastes behandlingen med vandig alkali.

5 "B"-stivelsen, som er blevet separeret fra stivelsefrak tionen eller glutenfraktionen, bringes på egnet måde i kontakt med det vandige alkali i en blandetank, hvori der finder omrøring sted. Denne behandling med vandig alkali kan gennemføres chargevis eller kontinuert, idet den 10 sidstnævnte lettere tilpasses til et kontinuert drevet kornforarbejdningsanlæg. Efter separationen kan stivelsen endelig renses ved vaskning med vand og/eller syre.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen belyses nærmere ved de 15 følgende eksempler.

EKSEMPEL 1

Hvedemel blev blandet med vand i et vægtforhold på om-20 kring 1:1, og den således fremstillede dej blev opbevaret til modning og optimal glutendannelse. Materialet blev derpå pumpet ind i en fortyndingstank og derefter til et mellemtrin af et batteri af hydrocykloner. Glutenen, vandet og noget stivelse udskiltes fra batteriet som en 25 overløbsfraktion, og det meste af stivelsen som en underløbsfraktion.

Glutenfraktionen blev dernæst sigtet for at separere glu-tenen fra den resterende stivelse og andre forureninger, 30 såsom pentosaner. Strømmen af resterende eller "B"-stivelse blev centrifugeret, og underløbet, en opslæmning indeholdende 17,7 vægt-% suspenderet eller opløst faststof, førtes kontinuert med 400 liter/time igennem en blander til en puffertank forsynet med en omrører. En 5 35 vægt-% opløsning af natriumhydroxid tilsattes kontinuert til blanderen, således at pH-værdien i puffertanken hold- DK 172849 B1 7 tes ved 11,0. Volumenet af opslæmningen i tanken blev holdt på 100 liter ved at opslæmningen sendtes til en dekantør med den nødvendige hastighed. Opslæmningens nominelle opholdstid i puffertanken var derfor omkring 15 mi-5 nutter, og temperaturen var den omgivende.

Understrømmen af fast stof fra dekantøren blev ved passage igennem en blandepumpe dispergeret i frisk var.d tilført med en hastighed på 200 liter/time. Den resulterende 10 opslæmning blev derpå separeret i en anden dekantør, idet den R^ivelseholdige understrøm blev neutraliseret med fortyndet saltsyre til pH 6,2.

76,5 vægt-% af den tilgængelige stivelse i "B"-stivelsen 15 fra glutenfraktionen blev udvundet og havde følgende sammensætning. Til sammenligning er også vist "B"-stivelsens sammensætning før behandlingen. Procenterne er vægt af vægt på tør basis.

"B"-stivelse ef-"B"-stivelse ter behandling

Stivelseindhold 77,9 % 98,9 %

Proteinindhold (N x 5,7) 4,8 % 0,4 %

Sukkerstoffer 4,8 % <0,1 %

Aske 1,3% 0,5%

Ether-extraherbart fedt 1,2 % . <0,1 %

Andet (f.eks. pentosan og 10,0 % 0,2 % hemicellulose) 20 EKSEMPEL 2

Den i eksempel 1 beskrevne fremgangsmåde blev gentaget så langt som separationen af glutenen fra "B"-stivelsen.

25 "B"-stivelsestrømmen blev dekanteret og ført som en opslæmning indeholdende 23,8 vægt-% suspenderet eller op- 8 DK 172849 B1 løst fast stof med omkring 875 liter/time til en puffertank forsynet med en omrører. En 8 vægt-% opløsning af natriumhydroxid tilsattes også til puffertanken med den hastighed, som var nødvendig for at opretholde en pH-5 værdi på 10 i tanken. Niveauet i tanken blev styret til at give en minimal opholdstid på 30 minutter ved hjælp af en pumpe, som førte opslæmning fra tanken til en første dekantør med en hastighed på omkring 1150 liter/time. Understrømmen fra den første dekantør blev blandet med 10 frisk vand tilført med en hastighed på 290 liter/time og ,~·ι rr r> ^ ^ cpn-^i ΟιΠ 5 n |o] pr^om'Tnn ^*11 o r* r-\ o p dekantør. Vaskevandet, som strømmede over fra den anden dekantør, blev ført tilbage til puffertanken, medens stivelseunderstrømmen blev neutraliseret med fortyndet salt-15 syre til pH 6,2. Temperaturen ved stivelseekstraktionen var den omgivende.

Den ved fremgangsmåden behandlede "B"-stivelse havde de følgende egenskaber i sammenligning med den ubehandlede 20 "B”-stivelse.

Ubehandlet Behandlet "B"-stivelse "B"-stivelse

Stivelsesindhold 88,9 % 99 %

Proteinindhold (N x 5,7) 2,8 % 0,3%

Askeindhold 0,75 % .0,4 %

Andet 7,55 % 0,3 %

Som i eksempel 1 er procenterne beregnet som vægt af vægt på tør basis.

25 EKSEMPEL 3

Den i eksempel 2 beskrevne fremgangsmåde blev gentaget med de følgende ændringer: 30 DK 172849 B1 9

Tilførselshastigheden af opslæmning til puffertanken var omkring 1600 liter/time.

pH-værdien i puffertanken holdtes ved 10,5.

5

Det friske vands temperatur var 45 °C i stedet for den omgivende, hvilket gav en temperatur for fremgangsmåden på 40 - 45 cC.

10 Sammenligningsanalyserne af resterende stivelse og behandlet stivelse var som følger.

Ubehandlet Behandlet "B"-stivelse "B"-stivelse

Stivelseindhold 88,8 % 98,9 %

Proteinindhold (N x 5,7) 2,9 % 0,3 %

Askeindhold 0,85 % 0,45 %

Andet 7,45 % 0,35 %

Som før er procenterne beregnet som vægt af vægt på tør 15 basis.

EKSEMPEL 4

Under anvendelse af konventionel teknik blev produkterne 20 fra eksempel 1-3 hydrolyseret enzymatisk· til en 18 DE maltodextrin og en 42 DE sirup. Til sammenligning fremstilledes lignende produkter ud fra højkvalitets "A”-stivelse opnået fra hydrocyklonen (efter vaskning og tørring) og ud fra ubehandlet "Bn-stivelse fra glutensigt-25 ningen. Filtreringshastigheden, f airven og klarheden af produkterne er angivet i den følgende tabel.

30 10 DK 172849 B1

Filtreringshastighed 18 DE maltodextrin fra (1/mVh)_ % klarhed Farve

Hejkvalitets "A”-stivelse 120 90 10

Stivelse fra eks. 1 135 93 9

Stivelse fra eks. 2 126 95 10

Stivelse fra eks. 3 125 94 8

Ubehandlet "B"-stivelse <130 Yderst uklar stærk farve

Filtreringshastighed 4 5 DE sirup fra (l/m2/h)_ % klarhed Farve Højkvalitets 'Ά''-stivelse 130 64 15

Stivelse fra eks. 1 125 78 17

Stivelse fra eks. 2 85 75 34

Stivelse fra eks. 3 135 94 11

Ubehandlet "B"-stivelse <30 Yderst uklar stark farve

Klarheder blev bestemt ved en optisk-densitets-metode.

5

Filtrering foregik igennem et standard-"pre-coat"-filter.

Farve blev målt ved metode E 16 i "Standard Analytical Methods of the Corn Refiners Association".

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af stivelse og gluten ud fra hvede eller lignende korn, hvorved kornet, for- 5 trinsvis i form af mel, underkastes ekstraktion med vand til frembringelse af en stivelsefraktion og en glutenfraktion, kendetegnet ved, at "B"-stivelse separeres fra enten stivelsefraktionen eller glutenfraktionen og bringes i kontakt med vandigt alkali ved en pH-10 værdi mellem 8,5 og 12,5.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at alkaliet er natriumhydroxid.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendeteg net ved, at pH-værdierv er mellem 10 og 11.

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de forudgående krav, kendetegnet ved, at det tidsrum, hvori "B"- 20 stivelsen holdes i kontakt med det vandige alkali, er i området fra 2 minutter til 3 timer.

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de forudgående krav, kendetegnet ved, at det vandige alkali inde- 25 holder 0,5 - 20 vægt-% fast alkali.