EP3864055A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufschluss von stärke - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufschluss von stärke

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EP3864055A1
EP3864055A1 EP19787171.8A EP19787171A EP3864055A1 EP 3864055 A1 EP3864055 A1 EP 3864055A1 EP 19787171 A EP19787171 A EP 19787171A EP 3864055 A1 EP3864055 A1 EP 3864055A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starch
slurry
rotor
container
cooking container
Prior art date
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Pending
Application number
EP19787171.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Stirn
Roman Steindl
Klaus Bartelmuss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pga Putz-Granitzer-Anlagenbau GmbH
Original Assignee
Pga Putz-Granitzer-Anlagenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Pga Putz-Granitzer-Anlagenbau GmbH filed Critical Pga Putz-Granitzer-Anlagenbau GmbH
Publication of EP3864055A1 publication Critical patent/EP3864055A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B30/00—Preparation of starch, degraded or non-chemically modified starch, amylose, or amylopectin
    • C08B30/12—Degraded, destructured or non-chemically modified starch, e.g. mechanically, enzymatically or by irradiation; Bleaching of starch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/51—Methods thereof
    • B01F23/511—Methods thereof characterised by the composition of the liquids or solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B01F25/54—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle provided with a pump inside the receptacle to recirculate the material within the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/808—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with stirrers driven from the bottom of the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/81—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
    • B01F27/811—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow with the inflow from one side only, e.g. stirrers placed on the bottom of the receptacle, or used as a bottom discharge pump
    • B01F27/8111—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow with the inflow from one side only, e.g. stirrers placed on the bottom of the receptacle, or used as a bottom discharge pump the stirrers co-operating with stationary guiding elements, e.g. surrounding stators or intermeshing stators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B30/00—Preparation of starch, degraded or non-chemically modified starch, amylose, or amylopectin
    • C08B30/12—Degraded, destructured or non-chemically modified starch, e.g. mechanically, enzymatically or by irradiation; Bleaching of starch
    • C08B30/16—Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/22—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a beta-amylase, e.g. maltose

Definitions

  • the invention relates to methods for digesting starch with the features of the introductory part of claim 1.
  • the invention also relates to a device which, when
  • Carrying out the method according to the invention can be used as a cooking container and which has the features of the introductory part of claim 19.
  • Slurry (suspension) with up to 35% solids content is generated.
  • the slurry of starch thus obtained is pumped from the slurry station into a cooking container, the enzyme causing the degradation (an amylase) in the
  • Static mixers or other internals can be provided in the inlet to the cooking container in order to prevent the slurry from shooting through and / or the inlet of the
  • volume buffering the dwell time for the desired degree of degradation is set.
  • agitators In various devices for carrying out the known process for enzymatically breaking down starch (native starch) are agitators and
  • mixer disks are provided to accelerate the process.
  • the paste obtained by digesting the starch is drawn off from the cooking container using a pump and - if enzymes have been used - pumped through an inactivation section.
  • the inactivation section is usually a tubular reactor in which the paste is heated to a temperature between 120 ° C. and 135 ° C. at the beginning by introducing steam.
  • Inactivation time is determined by the pipe volume and / or the
  • the paste is diluted and
  • the cooking container can - if it is big enough
  • a disadvantage of the known methods is that relatively large plants are required or only small throughputs can be obtained.
  • the cationic starch powder from storage bags (big bags) or silos is fed into a slurry station and the powder is introduced into water, a slurry (Suspension) with up to 15% solids content is generated.
  • the starch slurry is pumped into a cooking tube.
  • the cooking tube is a tubular reactor in which the
  • Starch slurry is heated to 115 ° C to 135 ° C by introducing steam.
  • the dwell time is controlled via the volume of the tubular reactor and / or the pump power. After the cooking process, it is usually diluted and the paste obtained is then stored.
  • Reactor column in which a rotor with propeller surfaces rotates. Horizontal and vertical baffles are planned. A stirring effect with an upward flow is to be generated.
  • WO 2018/011401 Al describes an enzymatic hydrolysis of starch.
  • the starch to be hydrolyzed, to which the enzyme is added, is to be subjected to shear forces during mixing.
  • starch milk is subjected to an enzymatic cleavage, the starch milk being gelatinized by heating to 140-150 ° C.
  • the "paste" obtained is cooled and admixed with enzyme and broken down into maltose syrup.
  • a reaction vessel in the form of a "high-speed mixer” with a rotor and with baffles is to be used.
  • starch paste is to be fed to a reaction vessel in which a turbulent flow is generated when producing enzymatically degraded starch paste.
  • the starch paste is produced in a venturi tube-type gelatinization module by the action of enzyme and heating with steam.
  • the invention has for its object to provide an improved and more economical to operate method for the digestion of starch and a cooking container that can be used when carrying out the method.
  • the cooking container takes place and shear forces act on the slurry, so that a more economical procedure is possible.
  • the slurry in the cooking container is heated to a gelatinization temperature which is between 85 ° C and 135 ° C.
  • an inactivation section is provided after the cooking container, which can be designed as a tubular reactor in which the paste obtained by decomposing native starch is heated to a temperature between 120 ° C. and 135 ° C. at the beginning by introducing water vapor.
  • the inactivation time can be regulated via the pipe volume and / or the pump quantity and / or output.
  • thermo / mechanical according to the invention An advantage of the thermo / mechanical according to the invention
  • Starch digestion is that, in contrast to oxidative and enzymatic processes for the digestion of starch into paste, no chemical additives are required, so that there is only a slight change in molar mass. This in turn has the advantage that the thermally / mechanically treated native starch has a higher binding force, so that higher
  • Paper strengths can be achieved. Furthermore, a higher starch yield is achieved through a small change in molar mass.
  • thermo / mechanical starch digestion Another advantage of the invention is that no deactivation is required in the thermo / mechanical starch digestion according to the invention.
  • Thermo / mechanical starch digestion is understood to mean the treatment of starch by the application of heat and by applying shear forces in order to obtain paste.
  • Device proposed by the method according to the invention are that they have a compact design, so that they are small
  • starch slurries with a high concentration can be processed in the device according to the invention.
  • Another advantage of the device according to the invention is that a direct steam metering is provided in the device, whereby the enzyme - if used - can be metered in before, in or after the device (cooker).
  • starch slurry acting on the starch slurry results in a quick and easily adjustable gelatinization of the starch. This in turn means that the process time can be shortened.
  • starch e.g. corn, wheat, potatoes
  • Reaction temperature (cooking temperature) is applied, there is a decrease in the viscosity of the starch paste obtained and a more stable operation.
  • the mechanical shear insertion reduces the size of large colloidal starch particles, what a Reducing the viscosity of the starch paste obtained is responsible.
  • the specific enzyme use according to the invention is increased, lower viscosities are achieved. Even at a cooking temperature of 115 ° C.
  • the viscosity of the starch paste obtained can be adjusted by choosing the shape of the rotor of the device according to the invention (height and diameter of the rotor and its speed).
  • this can be
  • this can be
  • the method according to the invention is characterized in that the slurry containing starch is heated to a temperature between 85 ° C. and 135 ° C. in step c) by introducing steam.
  • this can be Characterized method according to the invention in that step c) is carried out for a period of 1 to 5 hours.
  • this can be
  • step a) Characterized method according to the invention in that in step a) a slurry with at most 35-45% starch powder is produced as a solid.
  • this can be
  • Slurry is heated to a temperature between 85 ° C and 95 ° C before step b).
  • this can be
  • the method according to the invention is characterized in that the starch is broken down with the addition of at least one enzyme.
  • this can be
  • this can be
  • this can be
  • step c characterized by the fact that the enzyme is added when performing step c).
  • this can be
  • step c) the degree of digestion of the starch is set by selecting the speed at which the slurry is stirred in the cooking container. In one possible embodiment, this can be
  • step c) the degree of digestion of the starch is set by choosing the throughput of the slurry.
  • this can be
  • step c) the degree of disintegration of the starch is adjusted by choosing the temperature of the slurry.
  • this can be
  • step d) characterized by the fact that after step d) the enzyme is inactivated.
  • this can be
  • Inactivating the enzyme is carried out by heating the paste to a temperature between 120 ° C and 135 ° C.
  • this can be
  • Temperature is increased by introducing water vapor.
  • this can be
  • Cooking vessel and / or by static mixing of the slurry in or after the cooking vessel is regulated.
  • this can be
  • step a) cationic starch powder is used to the
  • this can be
  • step a) native starch powder is used to produce the slurry.
  • Characterized device in that the outlet openings are provided distributed over the annular end face of the displacement body facing the rotor.
  • Characterized device in that the line for supplying water vapor opens into a hollow ring with at least one outlet opening for water vapor.
  • Characterized device in that the ring is arranged on the side of the rotor facing away from the displacement body.
  • Characterized device in that the outlet opening is provided in the wall of the ring facing the rotor.
  • the Characterized device according to the invention in that the ring arranged several distributed over its extent
  • Stator plates protrude from the displacement body and up to
  • the inner surface of the container protrudes.
  • Characterized device in that the rotor carries ribs at least on one of its sides.
  • Characterized device in that the opening of the displacement body which is coaxial with the axis of the rotor is funnel-shaped, the enlarged area of the opening pointing towards the cover of the container.
  • Characterized device in that the axis of the line is aligned coaxially to the annular displacement body and to the rotor.
  • Ribs are inclined to radial planes that go through the axis of the rotor.
  • the Characterized device according to the invention in that the rotor protrudes through the bottom of the container into the interior of the container.
  • Constriction is formed by an annular rib, in particular an annular rib with a triangular cross section.
  • Fig. 1 shows schematically a (known) plant for enzymatic
  • Fig. 2 schematically shows a (known) plant for mining
  • Fig. 3 a system for carrying out the invention
  • Fig. 4 shows a system for executing the invention
  • Fig. 5 shows in a block diagram a known method for the enzymatic degradation of starch
  • Fig. 6 shows in a block diagram the method according to the invention for the enzymatic degradation of starch
  • Fig. 7 in a block diagram a known method for
  • Digestion of cationic starch 8 is a block diagram of a method according to the invention for the digestion of cationic starch
  • FIG. 9 partially and in section two embodiments of a
  • Fig. 10 is a system for executing the invention
  • Starch powder is stored in BigBags 1 or Silos 2. The starch powder is transferred from this supply to the slurry station 1
  • the starch powder is introduced into water and a slurry (suspension) with a solids content of up to 35% is produced. From there the slurry
  • Mixers or other internals can be installed to a
  • Cooking vessels 4 have agitators and / or mixer disks installed to accelerate the degradation process by introducing shear forces into the slurry in the cooking vessel 4.
  • the inactivation section 8 is a tubular reactor in which the paste is heated to 120 ° C. to 135 ° C. at the beginning by means of steam injection 9, the inactivation time being able to be controlled via the pipe volume and / or the pump power.
  • paste is diluted with water from a line 15 and then stored.
  • Cooking vessel 4 to provide a labyrinth tube in which, firstly, the required dwell time can be achieved and secondly, additional shearing of the slurry is effected via shear edges.
  • the cooking container can - if it is designed appropriately large - also be used in batch mode. Then everyone
  • Starch powder is stored in BigBags 1 or Silos 2.
  • the slurry station 3 is fed from this supply.
  • the powder is introduced into water and a slurry (suspension) with a solids content of up to 15% is produced. From there, the starch suspension is pumped into the cooking tube 10.
  • the cooking tube 10 is a tube reactor in which the starch suspension is heated to 115 ° C. to 135 ° C. at the beginning by means of steam injection 9, the residence time being via the tube volume
  • the paste obtained is optionally further diluted (water from line 15) and
  • the cooking tube can be replaced by a cooking container 10. If it is designed to be large enough, the cooking container 10 can also be used in batch mode. Then everyone
  • Starch powder is stored in BigBags 1 or Silos 2.
  • the slurry station 3 is fed from this supply.
  • the powder is introduced into water supplied via a line 11 and a slurry (suspension) with a solids content of up to 35% is produced. From there the slurry
  • Enzymes can be stored in a reservoir 12 in the
  • Gelatinization temperature (85 ° C to 110 ° C) is brought.
  • static mixers or other internals can be installed in the wake in order to shoot through the
  • the desired degree of degradation can be set by changing the speed, changing the throughput and / or the cooking temperature.
  • Pipe reactor installed in which at the beginning by means of steam injection 9 the paste obtained by breaking down the starch is heated to 120 ° C to 135 ° C.
  • the paste is optionally diluted with water from a line 15 and then stored.
  • the inactivation can be dispensed with at best.
  • a process for the digestion of cationic starch according to the invention can be carried out in a plant which is shown in FIG.
  • Starch powder is stored in BigBags 1 or Silos 2.
  • the slurry station 3 is fed from this supply.
  • the powder is introduced into water from line 11 and a slurry (suspension) with a solids content of up to 35% is produced. From there, the starch suspension is pumped into the cooker 4 using the pump 5.
  • the steam injection takes place via a line 13 directly into the cooker 4, where the slurry is brought to a gelatinization temperature (85 ° C. to 135 ° C.).
  • static mixers or other internals can be installed in the wake in order to shoot through the
  • the desired starch properties can be set by changing the speed, changing the throughput and / or cooking temperature.
  • the paste obtained is optionally made with water from the Line 15 diluted and then stored.
  • a device (cooker 4) that when executing the
  • the method according to the invention can be used both for the enzymatic degradation of native starch and for the digestion of cationic starch can have the structure shown in FIG. 9.
  • a device according to the invention which serves as a cooking container 4, comprises a container 40 which is closed on its upper side by a lid 41.
  • a rotor 42 projects into the container 40 from below and is mounted in a bearing body (not shown) arranged below the container 40.
  • the rotor 42 is supported in the bearing body by roller bearings (not shown).
  • the rotor 42 carries in its part arranged in the lower region of the container 40 a dispersing disc 44, which on its
  • Top has ribs 45 which are inclined with respect to the radial direction.
  • the orientation of the ribs 45 is based on the direction of rotation of the rotor 42 in one
  • Embodiment selected so that the radially inner ends of the ribs 45 are further forward in relation to the direction of rotation than the radially outer ends of the ribs.
  • the ribs 45 are oriented in such a way that their radially outer ends are further back in relation to the direction of rotation than their radially inner ends.
  • the ribs 45 can increase in height from the inside out.
  • the ribs 45 on the top of the dispersion disk 44 are curved, for example. Curved ribs 45 are either aligned so that the convex side of the ribs 45 faces forward with respect to the direction of rotation of the dispersing disk 44 or aligned so that the convex side relative to the
  • the ribs 45 on the upper side of the dispersing disk 44 can therefore also be curved such that the concave side of the ribs 45 points forwards or backwards in relation to the direction of rotation of the dispersing disk 44.
  • the ribs 45 on the upper side of the dispersing disk 44 can also be straight ribs.
  • the rotor 42 has, for example, a diameter of 100 to 150 mm, preferably 130 mm, and, including the ribs 45 on the dispersion disk 44, a height of, for example, 3 to 10 mm, in particular 5 to 7 mm.
  • the rotor 42 is set in rotation, for example, at a speed between 3000 and 5000 rpm. The speed of the rotor 42 is chosen depending on its diameter to the required
  • a propeller 46 with blades 47 which in the one to be processed
  • a conical projection 51 is provided pointing inwards, in the middle of which the
  • Line 50 for feeding the suspension opens.
  • the lid 41 is screwed to the container 40.
  • Displacement body 60 is provided, the inner opening of which may be approximately funnel-shaped. Between the outer surface of the displacer 60 and the inside of the wall of the
  • Container 40 is an annular channel in which
  • Suspension flows upward after leaving the dispersing disk 44. Suspension flows through the inner opening of the displacement body 60, optionally supported by the Propeller 45 on the rotor 42, down towards the
  • the upper end of the rotor 42 is covered by a flow-shaped cover which is fixed in the rotor 42 with the aid of an Allen screw.
  • stator sheets 61 are provided as baffles, which cover the annular channel (gap) between the outside of the displacement body 60 and the
  • the displacement body 60 is hollow and is steamed via a line 62, which is passed through the cover 41 of the housing 40 of the cooking vessel 4
  • the line 62 opens into the upper end face of the hollow displacement body 60.
  • the displacement body 60 has on its underside - distributed around the inner opening of the displacement body 60 - a plurality of outlet openings 63, so that via the line 62 into the interior of the
  • Displacement body 60 introduced steam can escape into the interior of the container 40 in the region of the rotor 42, in particular in the region of its dispersing disk 44.
  • a hollow ring 70 (diffuser ring) is provided, in which openings are provided for the escape of water vapor.
  • the ring 70 is on that of the displacer 60 facing away from the dispersing disc 44 of the rotor 40, wherein the outlet openings in the ring 70 are directed upward, ie in the direction of the displacement body 40.
  • the line via which steam (steam) is fed to the ring 70 is not shown in FIG. 9.
  • Displacement body 60 as well as via the ring 70.
  • Starch with or without enzyme addition is gelatinized in the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the gelatinization, the paste after the exit of the starch dispersion cooker (e.g. cooking container 4). After the
  • Starch cooker enzyme is metered in and homogeneously incorporated using a static mixer. After a variable dwell time using the appropriate pipe construction, the enzyme is inactivated by increasing the temperature.
  • the advantage here is that a) the starch with almost no molecular weight reduction in
  • Starch dispersion cooker e.g. cooking container 4
  • Starch dispersion cooker e.g. cooking container 4
  • Starch properties such as viscosity and degree of digestion, can be individually adjusted to customer needs.
  • Starch dispersion cookers (e.g. cooking container 4) can also be influenced on further use.
  • Fig. 10 shows a system in which the previously described
  • Embodiment of the method according to the invention can be carried out.
  • the system shown in Fig. 10 comprises a cooking container 4 ("starch dispersion cooker"), which can be designed like the cooking container 4 shown in Fig. 9.
  • a line 20 opens into the cooking container 4, through which enzyme 21 is released by means of a pump a reservoir 21 for enzyme is supplied.
  • starch is conveyed into the cooking container 4 by means of a pump 24.
  • Starch broken down into paste and, for example, at least partially degraded, is withdrawn from the cooking container 4 via a line 26.
  • enzyme is removed from a storage container 28 (using a pump 29)
  • the slurry thus obtained was at a throughput of 750 1 / h at a cooking temperature of 115 ° C gelatinized in a device according to FIG. 9.
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, the rotor speed being increased to 4,400 rpm and the current consumption of the motor being 41 amperes. A paste with a viscosity of 9,700 mPas was achieved.
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, the rotor speed being increased to 4,400 rpm and the enzyme being added at a rate of 2.14 l / h. A paste with a viscosity of 9,500 mPas was achieved.
  • Enzyme addition was increased to 4.28 1 / h.
  • Enzyme addition was increased to 8.56 1 / h. It became a paste achieved a viscosity of 7,400 mPas.
  • Example 2 The procedure was as given in Example 1, with a rotor speed of 4,400 rpm and a rotor 42 with a
  • Diameter of 130 mm was worked.
  • the reaction temperature was set to 100 ° C, the current consumption of the motor driving the rotor 42 was 38 amps.
  • the paste obtained had a viscosity of 13,950 mPas.
  • the paste had a viscosity of 9,700 mPas.
  • Reaction temperature was 115 ° C and the rotor 42 was operating at a speed of 4,400 rpm.
  • the rotor 42 had a diameter of 130 mm and a height of 5 mm.
  • the current consumption of the motor was 37 amperes.
  • a viscosity of the paste of 10,700 mPas was reached.
  • Example 8 The procedure was as given in Example 8, using a rotor 42 with a height of 7 mm and the current consumption of the motor being 41 amperes. As a result, a paste with a viscosity of 9,700 mPas was achieved.
  • Example 10 Potato starch (Collamyl 9100) with 13% moisture was added to water to obtain a slurry with 20% by weight potato starch. The slurry thus obtained was processed at a throughput of 750 l / h at 115 ° C. in a device according to FIG.
  • the slurry emerging from the device according to FIG. 9 was passed through a tubular reactor with a reaction length of 7,500 mm. As a result, a paste with a
  • the viscosity of the starch paste obtained was 1,540 mPas.
  • the starch paste was clear and the starch was optimally solved.
  • Example 10 The procedure was as in Example 10, using a slurry of 25% by weight of potato starch.
  • the starch paste achieved was clear and the starch was optimally resolved.
  • Wheat starch with a moisture content of 13% was mixed with water to a 30% slurry and cooked at 98 ° C in a device according to FIG. 9.
  • the height of the rotor in the device according to FIG. 9 was 7 mm.
  • the enzyme (Warozym A152) was added directly after the device according to FIG. 9 and after the slurry emerged from the device of FIG. 9, a temperature of 95 ° C was maintained. Subsequent dilution was then carried out with water at 60 ° C. and a throughput of 240 l / h. At a constant
  • the procedure was as in Example 13, using an enzyme addition in the amount of 1,800 ml / h.
  • the viscosity of the starch paste obtained was 240 mPas.
  • Starch paste was 140 mPas.
  • Example 13 The procedure was as in Example 13, using a rotor speed of 3800 rpm and a rotor with a diameter of 130 mm. A viscosity of the paste of 580 mPas was achieved.
  • Example 18 The procedure was as in Example 16, the rotor speed being increased to 4,800 rpm. The viscosity of the
  • Starch paste had a viscosity of 180 mPas.
  • a slurry with 15% potato starch content was processed as in Example 20, cooking in the device according to FIG. 9 at 110 ° C.
  • the starch paste showed lower porosity at higher strengths of paper, which was proven by means of a laboratory sheet.
  • aqueous slurry of the starch is used in a cooking container 4 Water vapor treated and exposed to shear forces, the starch-containing slurry in the cooking vessel 4 is heated to a temperature between 85 ° C and 110 ° C by introducing water vapor and the digestion step is carried out until the desired degree of digestion has been reached.
  • the digest can be carried out with the addition of an enzyme, for example an amylase.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Aufschluss von Stärke (native Stärke oder bearbeitete Stärke, wie kationische Stärke) wird eine wässerige Aufschlämmung der Stärke in einem Kochbehälter (4) mit Wasserdampf behandelt und dabei Scherkräften ausgesetzt, wobei die Stärke enthaltende Aufschlämmung im Kochbehälter (4) durch das Einleiten von Wasserdampf auf eine Temperatur zwischen 85°C und 110°C erwärmt wird und der Schritt des Aufschlusses solange ausgeführt wird, bis der gewünschte Aufschlussgrad erreicht worden ist. Beim Aufschluss nativer Stärke kann der Aufschluss unter Zusatz eines Enzyms, beispielsweise einer Amylase, ausgeführt werden. Beschrieben wird auch ein Kochbehälter (4), welcher beim Durchführen des Verfahrens zum Aufschluss von Stärke verwendet werden kann.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM AUFSCHLUSS VON STÄRKE
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Aufschluss von Stärke mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1.
Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die beim
Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens als Kochbehälter eingesetzt werden kann und die welche Merkmale des einleitenden Teils von Anspruch 19 aufweist.
Es sind Verfahren zum Aufbereiten von Stärke durch Abbauen der Stärke bekannt. Bei einem Verfahren zum enzymatischen Abbauen von Stärke wird das native Stärkepulver aus Vorratsbeuteln
(„BigBags") oder aus Silos in eine Aufschlämmstation gespeist, in welcher das Stärkepulver in Wasser eingebracht und eine
Aufschlämmung (Suspension) mit bis zu 35 % Feststoffgehalt erzeugt wird. Aus der Aufschlämmstation wird die so erhaltene Aufschlämmung der Stärke in einen Kochbehälter gepumpt, wobei das den Abbau bewirkende Enzym (eine Amylase) in der
Aufschlämmstation oder vor oder nach der Pumpe, welche
Aufschlämmung von der Aufschlämmstation zu einem Kochbehälter fördert, zudosiert wird. Gewöhnlich wird beim Eintritt der
Aufschlämmung in den Kochbehälter mittels Injektion von Dampf die Aufschlämmung auf eine Temperatur von 85°C bis 95°C erwärmt, wobei bereits ein Abbau (Verkleistern) eintritt.
In dem Zulauf zu dem Kochbehälter können statische Mischer oder andere Einbauten vorgesehen werden, um ein Durchschießen der Aufschlämmung zu verhindern und/oder den Zulauf der
Aufschlämmung homogener zu gestalten.
Im Kochbehälter wird bei den bekannten Verfahren mittels
Volumenpufferung die Verweilzeit für den gewünschten Abbaugrad eingestellt. Bei verschiedenen Vorrichtungen zum Ausführen des bekannten Verfahrens zum enzymatischen Abbauen von Stärke (native Stärke) sind im Kochbehälter Rührwerke und
gegebenenfalls Mixer-Scheiben vorgesehen, um das Verfahren zu beschleunigen .
Der durch Aufschluss der Stärke erhaltene Kleister wird aus dem Kochbehälter mit Hilfe einer Pumpe abgezogen und - falls Enzyme eingesetzt wurden - durch eine Inaktivierungsstrecke gepumpt. Üblicherweise ist die Inaktivierungsstrecke ein Rohrreaktor, in dem am Anfang der Kleister durch Einleiten von Dampf auf eine Temperatur zwischen 120°C und 135°C erwärmt wird. Die
Inaktivierungszeit wird über das Rohrvolumen und/oder die
Pumpleistung gesteuert.
Nachdem das Abbauen der Stärke durch Inaktivieren des Enzyms gestoppt worden ist, wird Kleister noch verdünnt und
anschließend gelagert.
Es ist auch bekannt, anstelle eines Kochbehälters ein
Labyrinthrohr zu verwenden, das nach der Dampfinj ektion
eingebaut ist, wobei eine Verweilzeit erreicht werden kann, die für den gewünschten Abbaugrad hinreicht und über Scherkanten ein zusätzliches Scheren des Stoffs in der Suspension erreicht wird.
Der Kochbehälter kann - soferne er entsprechend groß
dimensioniert ist - bei dem bekannten Verfahren auch im
Batchbetrieb benützt werden.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, dass relativ große Anlagen erforderlich sind oder nur kleine Durchsatzmengen erhalten werden können.
Bei einem bekannten Verfahren für den Aufschluss kationischer Stärke wird das kationische Stärkepulver aus Vorratsbeuteln (BigBags) oder Silos in eine Aufschlämmstation gespeist und das Pulver in Wasser eingebracht, wobei eine Aufschlämmung (Suspension) mit bis zu 15 % Feststoffgehalt erzeugt wird. Die Stärkeaufschlämmung wird in eine Kochröhre gepumpt.
Die Kochröhre ist bei dem bekannten Verfahren zum Aufschluss kationischer Stärke ein Rohrreaktor, in dem am Beginn die
Stärkeaufschlämmung durch Einleiten von Wasserdampf auf 115°C bis 135°C erwärmt wird. Die Verweilzeit wird über das Volumen des Rohrreaktors und/oder die Pumpleistung gesteuert. Nach dem Kochvorgang wird meist noch verdünnt und der erhaltene Kleister anschließend gelagert.
Auch bei dem Aufschluss kationischer Stärke kann nach der
Dampfinj ektion anstelle der Kochröhre ein Labyrinthrohr
verwendet werden.
Ebenfalls ist es bekannt, die Kochröhre durch einen Kochbehälter zu ersetzen, der - soferne er hinreichend groß ausgelegt ist - auch im Batchbetrieb benützt werden kann.
Aus US 3,371,018 A, WO 2018/011401 Al und CN 513 980 A sind Apparate und Verfahren zum Abbauen von Stärke bekannt.
Aus US 3,371,018 A ist es bekannt, Stärke unter Einsatz von bakterieller alpha Amylase ( -Amylase) in Wasser unter
Hitzeeinwirkung (225-350°F) in eine Zusammensetzung für die Papierindustrie umzuwandeln. Verwendet wird eine vertikale
Reaktorsäule, in der ein Rotor mit Propellerflächen rotiert. Vorgesehen sind horizontale und vertikale Prallflächen. Es soll eine Rührwirkung mit nach oben gerichteter Strömung erzeugt werden .
WO 2018/011401 Al beschreibt eine enzymatische Hydrolyse von Stärke. Die zu hydrolysierende Stärke, der Enzym beigemengt ist, soll beim Mischen Scherkräften unterworfen werden. Gemäß CH 513 980 A wird Stärkemilch einer enzymatischen Spaltung unterworfen, wobei die Stärkemilch durch Erwärmen auf 140-150°C verkleistert wird. Die erhaltene „Paste" wird abgekühlt und mit Enzym versetzt und zu Maltosesirup abgebaut. Verwendet werden soll ein Reaktionsgefäß in Form eines „Schnellmischers" mit einem Rotor und mit Leitblechen.
Gemäß DE 10 2007 011 409 Al soll beim Herstellen von enzymatisch abgebautem Stärkekleister einem Reaktionsgefäß, in dem eine turbulente Strömung erzeugt wird, Stärkekleister zugeführt werden. Der Stärkekleister wird in einem venturirohrartigen Verkleisterungsmodul durch Einwirken von Enzym und Erhitzen mit Dampf erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und wirtschaftlicher zu betreibendes Verfahren für den Aufschluss von Stärke und einen beim Ausführen des Verfahrens einsetzbaren Kochbehälter zur Verfügung zu stellen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist und mit einer
Vorrichtung, die die Merkmale von Anspruch 19 aufweist.
Von Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dass das Aufwärmen der Aufschlämmung (Suspension) von Stärke unmittelbar in einem Kochbehälter durch Einleiten von Dampf in den
Kochbehälter erfolgt und auf die Aufschlämmung Scherkräfte einwirken, sodass eine günstigere Verfahrensführung möglich ist.
Insbesondere ist dabei bevorzugt, dass die Aufschlämmung in dem Kochbehälter auf eine Verkleisterungstemperatur, die zwischen 85°C und 135°C liegt, erwärmt wird.
Wenn native Stärke durch eine Amylase enzymatisch abgebaut wird, ist nach dem Kochbehälter eine Inaktivierungsstrecke vorgesehen, die als Rohrreaktor ausgebildet sein kann, in dem am Beginn durch Einleiten von Wasserdampf der durch Abbau nativer Stärke erhaltene Kleister auf eine Temperatur zwischen 120°C und 135°C erwärmt wird.
Die Inaktivierungszeit kann über das Rohrvolumen und/oder die Pumpmenge und/oder -leistung geregelt werden.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Verfahrensweise und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die bekannten Aufschlussverfahren, nämlich enzymatischer Stärkeabbau, oxidativer Stärkeabbau und
Stärkeabbau durch ein thermo/mechanisches Abbauverfahren, verbessert .
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen thermo/mechanischen
Stärkeaufschlusses ist es, dass im Gegensatz zu oxidativen und enzymatischen Verfahren zum Aufschluss von Stärke zu Kleister keine chemischen Additive benötigt werden, dass es daher auch nur zu einer geringen Molmassenveränderung kommt. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die thermisch/mechanisch behandelte, native Stärke eine höhere Bindekraft hat, sodass höhere
Papierfestigkeiten erzielt werden können. Weiters wird durch geringe Molmassenveränderung eine höhere Stärkeausbeute erzielt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei dem erfindungsgemäßen thermo/mechanischen Stärkeaufschluss keine Inaktivierung benötigt wird. Mit dem Begriff
„thermo/mechanischer Stärkeaufschluss" wird das Behandeln von Stärke durch Wärmezufuhr und durch Anwenden von Scherkräften verstanden, um Kleister zu erhalten. Vorteile der erfindungsgemäß zum Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagenen Vorrichtung sind, dass sie eine kompakte Bauweise aufweist, sodass geringe
Umlaufmengen und geringe Verweilzeiten erreicht werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Verfahrensparameter
Drehzahl, Temperatur, Stator/Rotor-Ausführung eine gute
Regelbarkeit ergeben.
Schließlich können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Stärke- Aufschlämmungen mit hoher Konzentration verarbeitet werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass eine direkte Dampfdosierung in die Vorrichtung vorgesehen ist, wobei das Enzym - soferne es verwendet wird - vor, in oder nach der Vorrichtung (Kocher) zudosiert werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich gegenüber
konventionellen Stärkekochern (Rohrkocher, Konverter usw.) auf Grund der zusätzlich eingebrachten mechanischen Energie
(Scherkräfte) erhebliche Vorteile.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Rotor in Kombination mit einem Stator verwendet wird und gleichzeitig Dampf eingebracht wird, ergibt sich wegen der auf der Stärke- Aufschlämmung einwirkenden Scherkräfte ein schnelles und gut einstellbares Verkleistern der Stärke. Dies wiederum bedeutet, dass die Prozessdauer verkürzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist es, dass viele Stärkearten (z.B. Mais, Weizen, Kartoffel) bearbeitet werden können.
Wenn in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine erhöhte
Reaktionstemperatur (Kochtemperatur) angewendet wird, erfolgt eine Abnahme der Viskosität des erzielten Stärkekleisters und ein stabilerer Betrieb.
Durch den mechanischen Schereintrag wird eine Verkleinerung großkolloidaler Stärketeilchen erreicht, was für eine Verringerung der Viskosität des erzielten Stärkekleisters verantwortlich ist.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem
erfindungsgemäßen Verfahren der spezifische Enzymeinsatz erhöht wird, werden niedrigere Viskositäten erzielt. Dies auch bei einer Kochtemperatur von 115°C. Durch Wahl der Form des Rotors der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Höhe und Durchmesser des Rotors und dessen Drehzahl) kann die Viskosität des erzielten Stärkekleisters eingestellt werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufschluss von Stärke ist es, dass dem durch den Aufschluss erhaltenen Kleister wenigstens ein Enzym zugegeben werden kann, um durch
enzymatischen Abbau und das dadurch ausgeführte Einstellen der gewünschten kleinen Viskosität des Kleisters ein z.B. in der Papierindustrie verwertbares Produkt zu erzielen.
Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Enzym eingesetzt wird, wird dieses entweder im Verfahren oder bei Abschluss des
Verfahrens durch Inaktivierung wirkungslos gemacht.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass Wasserdampf aus einem hohlen Verdrängungskörper, der in dem Kochbehälter angeordnet ist, durch wenigstens eine Austrittsöffnung für
Wasserdampf im Bereich des Rotors austritt.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die Stärke enthaltende Aufschlämmung im Kochbehälter im Schritt c) durch Einleiten von Wasserdampf auf eine Temperatur zwischen 85°C und 135°C erwärmt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass Schritt c) während einer Zeitspanne von 1 bis 5 Stunden ausgeführt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass in Schritt a) eine Aufschlämmung mit höchstens 35-45 % Stärkepulver als Feststoff erzeugt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die
Aufschlämmung vor Schritt b) auf eine Temperatur zwischen 85°C und 95°C erwärmt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass das Abbauen der Stärke unter Zusatz von wenigstens einem Enzym durchgeführt wird .
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass das Enzym beim Durchführen des Schrittes a) zugesetzt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass das Enzym beim Durchführen des Schrittes b) zugesetzt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass das Enzym beim Durchführen des Schrittes c) zugesetzt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass beim
Ausführen des Schrittes c) der Aufschlussgrad der Stärke durch Wahl der Drehzahl, mit der die Aufschlämmung im Kochbehälter gerührt wird, eingestellt wird. In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass beim
Ausführen des Schrittes c) der Aufschlussgrad der Stärke durch Wahl des Durchsatzes der Aufschlämmung eingestellt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass beim
Ausführen des Schrittes c) der Aufschlussgrad der Stärke durch Wahl der Temperatur der Aufschlämmung eingestellt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass nach dem Schritt d) das Enzym inaktiviert wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass das
Inaktivieren des Enzyms durch Erhitzen des Kleisters auf eine Temperatur zwischen 120°C und 135°C durchgeführt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die
Temperatur durch Einleiten von Wasserdampf erhöht wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass der
Durchsatz von Aufschlämmung durch den Kochbehälter in Schritt c) durch Behindern der Strömung der Aufschlämmung durch den
Kochbehälter und/oder durch statisches Mischen der Aufschlämmung im oder nach dem Kochbehälter geregelt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass in Schritt a) kationisches Stärkepulver eingesetzt wird, um die
Aufschlämmung zu erzeugen. In einer möglichen Ausführungsform kann sich das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass in Schritt a) natives Stärkepulver eingesetzt wird, um die Aufschlämmung zu erzeugen .
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Leitung zum Zuführen von Wasserdampf im hohl ausgebildeten Verdrängungskörper mündet und dass der Verdrängungskörper an seiner der Mündung der Leitung gegenüberliegenden und dem Rotor benachbarten Seite wenigstens eine Austrittsöffnung für
Wasserdampf aufweist.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Austrittsöffnungen über die dem Rotor zugekehrte ringförmige Endfläche des Verdrängungskörpers verteilt vorgesehen sind.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Leitung zum Zuführen von Wasserdampf in einem hohlen Ring mit wenigstens einer Austrittsöffnung für Wasserdampf mündet.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass der Ring auf der vom Verdrängungskörper abgekehrten Seite des Rotors angeordnet ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Austrittsöffnung in der dem Rotor zugekehrten Wand des Ringes vorgesehen ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass der Ring mehrere, über seine Erstreckung verteilt angeordnete
Austrittsöffnungen aufweist.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die
Statorbleche vom Verdrängungskörper abstehen und bis zur
Innenfläche des Behälters ragen.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass der Rotor wenigstens auf einer seiner Seiten Rippen trägt.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die zur Achse des Rotors koaxiale Öffnung des Verdrängungskörpers trichterförmig ist, wobei der erweiterte Bereich der Öffnung zum Deckel des Behälters hinweist.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Achse der Leitung koaxial zum ringförmigen Verdrängungskörper und zum Rotor ausgerichtet ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die
Rippen an der Dispergierscheibe von innen nach außen an Höhe zunehmen .
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die
Rippen zu Radialebenen, die durch die Achse des Rotors gehen, schräg gestellt sind.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass der Rotor durch den Boden des Behälters in das Innere des Behälters ragt.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass im
Bereich der Mündung der Leitung eine als Diffusor wirkende
Verengung vorgesehen ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die
Verengung durch eine Ringrippe, insbesondere eine Ringrippe mit dreieckförmigem Querschnitt, gebildet ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen, in welchen bekannte Anlagen und Verfahrensweisen, erfindungsgemäße Verfahrensweisen und erfindungsgemäße Anlagen sowie ein erfindungsgemäß einsetzbarer Kochbehälter beispielhaft dargestellt sind. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine (bekannte) Anlage zum enzymatischen
Abbauen von nativer Stärke,
Fig . 2 schematisch eine (bekannte) Anlage für das Abbauen
kationischer Stärke,
Fig . 3 eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen
(kontinuierlichen) Verfahrens zum enzymatischen
Abbauen nativer Stärke,
Fig. 4 eine Anlage zum Ausführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Abbauen kationischer Stärke,
Fig . 5 in einem Blockdiagramm ein bekanntes Verfahren für das enzymatische Abbauen von Stärke,
Fig . 6 in einem Blockdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren für das enzymatische Abbauen von Stärke,
Fig. 7 in einem Blockdiagramm ein bekanntes Verfahren zum
Aufschluss kationischer Stärke, Fig. 8 in einem Blockdiagramm ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufschluss kationischer Stärke,
Fig. 9 teilweise und im Schnitt zwei Ausführungsformen eines
Kochbehälters, der beim Ausführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann und
Fig. 10 eine Anlage zum Ausführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens .
Das bekannte Verfahren für enzymatisch abzubauende Stärke, welches in einer Anlage gemäß Fig. 1 und nach dem Blockschema der Fig. 5 kontinuierlich ausgeführt werden kann, kann wie folgt beschrieben werden:
Eingesetzt werden als Rohkomponenten:
Natives Stärkepulver,
Wasser,
Dampf und
Enzym (Amylase) .
Stärkepulver wird in BigBags 1 oder Silos 2 gelagert. Aus diesem Vorrat wird das Stärkepulver in die Aufschlämmstation 1
gespeist. In dieser Station 3 wird das Stärkepulver in Wasser eingebracht und eine Aufschlämmung (Suspension) mit bis zu 35 % Feststoffgehalt erzeugt. Von dort wird die Aufschlämmung
(Stärkesuspension) mit Hilfe einer Pumpe 5 in einen Kochbehälter 4 gepumpt. Die Enzyme können in der Aufschlämmstation 3, vor oder nach der Pumpe 5 aus einem Vorratsbehälter 6 zudosiert werden. In den meisten Anlagen wird vor dem Eintritt in den Kochbehälter 4 mittels Dampfinj ektion 9 die Aufschlämmung auf die Verkleisterungstemperatur (85°C bis 95°C) gebracht.
Zusätzlich können im Zulauf des Kochbehälters 4 statische
Mischer oder andere Einbauten eingebaut werden, um ein
Durchschießen von Aufschlämmung zu verhindern und den Zulauf homogener zu gestalten. Im eigentlichen Kochbehälter 4 wird mittels Volumenpufferung die nötige Verweilzeit (8 bis 20
Minuten) für den gewünschten Abbaugrad eingestellt. Im
Kochbehälter 4 sind Rührwerke und/oder auch Mixer-Scheiben eingebaut, um den Abbauprozess zu beschleunigen, indem in die Aufschlämmung im Kochbehälter 4 Scherkräfte eingetragen werden.
Mittels einer Pumpe 7 wird Kleister aus dem Kochbehälter 4 kontinuierlich abgezogen und durch eine Inaktivierungsstrecke 8 gepumpt. Die Inaktivierungsstrecke 8 ist ein Rohrreaktor, in dem am Anfang mittels Dampfinj ektion 9 der Kleister auf 120°C bis 135°C erwärmt wird, wobei über das Rohrvolumen und/oder die Pumpleistung die Inaktivierungszeit gesteuert werden kann.
Nachdem der Abbauprozess gestoppt ist, wird der erhaltene
Kleister gegebenenfalls mit Wasser aus einer Leitung 15 verdünnt und anschließend gelagert.
Es ist bekannt, nach der Dampfinj ektion anstelle des
Kochbehälters 4 ein Labyrinthrohr vorzusehen, in dem erstens die erforderliche Verweilzeit erreicht werden kann und zweitens über Scherkanten eine zusätzliche Scherung der Aufschlämmung bewirkt wird .
Der Kochbehälter kann - wenn er entsprechend groß konzipiert ist - auch im Batchbetrieb benützt werden. Dann werden alle
Verfahrensschritte ab der Suspensionsherstellung im Kochbehälter 4 gefahren. Der Nachteil ist, dass relativ große Anlagen
notwendig sind, oder dementsprechend kleine Durchsatzmengen gefahren werden können.
Bei den bekannten Verfahren eines Kochprozesses für kationische Stärke, das in einer Anlage gemäß Fig. 2 durchgeführt werden und das nach dem Blockdiagramm der Fig. 7 ablaufen kann, kann wie folgt vorgegangen werden: Eingesetzt werden als Rohkomponenten:
Kationisches Stärkepulver,
Wasser und
Dampf .
Stärkepulver wird in BigBags 1 oder Silos 2 gelagert. Aus diesem Vorrat wird die Aufschlämmstation 3 gespeist. In dieser Station 3 wird das Pulver in Wasser eingebracht und eine Aufschlämmung (Suspension) mit bis zu 15 % Feststoffgehalt erzeugt. Von dort wird die Stärkesuspension in die Kochröhre 10 gepumpt.
Die Kochröhre 10 ist ein Rohrreaktor, in dem am Anfang mittels Dampfinj ektion 9 die Stärkesuspension auf 115°C bis 135°C erwärmt wird, wobei die Verweilzeit über das Rohrvolumen
und/oder die Pumpleistung gesteuert werden kann. Nach dem
Kochvorgang wird der erhaltene Kleister (aufgeschlossene Stärke) gegebenenfalls noch verdünnt (Wasser aus Leitung 15) und
anschließend gelagert.
Es ist bekannt, nach der Dampfinj ektion 9 anstelle der Kochröhre 10 ein Labyrinthrohr vorzusehen, in dem erstens die
erforderliche Verweilzeit erreicht werden kann und zweitens über Scherkanten eine zusätzliche Scherung der Aufschlämmung bewirkt wird .
Die Kochröhre kann durch einen Kochbehälter 10 ersetzt werden. Wenn er entsprechend groß konzipiert ist, kann der Kochbehälter 10 auch im Batchbetrieb benützt werden. Dann werden alle
Verfahrensschritte ab der Suspensionsherstellung im Kochbehälter 10 gefahren. Der Nachteil ist, dass relativ große Anlagen notwendig sind, oder dementsprechend kleine Durchsatzmengen gefahren werden können.
Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum enzymatischen Abbauen von nativer Stärke, das in einer Anlage gemäß Fig. 3 mit einem Kochbehälter gemäß Fig. 9 durchgeführt werden und nach dem in Fig. 6 gezeigten Blockdiagramm ablaufen kann, kann wie folgt vorgegangen werden:
Als Rohkomponenten werden eingesetzt:
Natives Stärkepulver,
Wasser,
Dampf und
Enzym (Amylase) .
Stärkepulver wird in BigBags 1 oder Silos 2 gelagert. Aus diesem Vorrat wird die Aufschlämmstation 3 gespeist. In dieser Station 3 wird das Pulver in über eine Leitung 11 zugeführtes Wasser eingebracht und eine Aufschlämmung (Suspension) mit bis zu 35 % Feststoffgehalt erzeugt. Von dort wird die Aufschlämmung
(Stärkesuspension) mit einer Pumpe 5 in den Kocher 4 gepumpt. Enzyme können aus einem Vorratsbehälter 12 in der
Aufschlämmstation 3, vor und/oder nach der Pumpe 5 oder direkt in den Kocher 4 zudosiert werden. Die Dampfinj ektion 9 erfolgt direkt in den Kocher 4, wo die Aufschlämmung auf
Verkleisterungstemperatur (85°C bis 110°C) gebracht wird.
Zusätzlich können im Nachlauf statische Mischer oder andere Einbauten eingebaut werden, um ein Durchschießen der
Aufschlämmung durch den Kocher 4 zu verhindern, und/oder den Kochvorgang homogener zu gestalten. Im Kocher 4 kann der gewünschte Abbaugrad durch Drehzahländerung, Durchsatzänderung und/oder die Kochtemperatur eingestellt werden.
In der nachgeschalteten Inaktivierungsstrecke 8 ist ein
Rohrreaktor installiert, in dem am Anfang mittels Dampfinj ektion 9 der durch Abbauen der Stärke erhaltene Kleister auf 120°C bis 135°C erwärmt wird. Über das Rohrvolumen und/oder die
Pumpleistung kann die Inaktivierungszeit gesteuert werden.
Nachdem der Abbauprozess gestoppt worden ist, wird der Kleister gegebenenfalls mit Wasser aus einer Leitung 15 verdünnt und anschließend gelagert.
Durch Wahl des Enzyms (eine der Amylasen) und der Temperatur kann allenfalls auf die Inaktivierung verzichtet werden.
Ein Verfahren für den Aufschluss kationischer Stärke gemäß der Erfindung kann in einer Anlage durchgeführt werden, die in Fig.
4 gezeigt ist und einen Kochbehälter gemäß Fig. 9 verwendet, wobei das Verfahren nach dem Blockdiagramm gemäß Fig. 8 ablaufen kann. Im Einzelnen kann dabei wie folgt vorgegangen werden:
Als Rohkomponenten werden eingesetzt:
Kationisches Stärkepulver,
Wasser und
Dampf .
Stärkepulver wird in BigBags 1 oder Silos 2 gelagert. Aus diesem Vorrat wird die Aufschlämmstation 3 gespeist. In dieser Station 3 wird das Pulver in Wasser aus der Leitung 11 eingebracht und eine Aufschlämmung (Suspension) mit bis zu 35 % Feststoffgehalt erzeugt. Von dort wird die Stärkesuspension mit der Pumpe 5 in den Kocher 4 gepumpt.
Die Dampfinj ektion erfolgt über eine Leitung 13 direkt in den Kocher 4, wo die Aufschlämmung auf Verkleisterungstemperatur (85°C bis 135°C) gebracht wird.
Zusätzlich können im Nachlauf statische Mischer oder andere Einbauten eingebaut werden, um ein Durchschießen der
Aufschlämmung durch den Kocher 4 zu verhindern und/oder den Kochvorgang homogener zu gestalten. Im Kocher 4 können mittels Drehzahländerung, Durchsatzänderung und/oder Kochtemperatur die gewünschten Stärkeeigenschaften eingestellt werden.
Der erhaltene Kleister wird gegebenenfalls mit Wasser aus der Leitung 15 verdünnt und anschließend gelagert.
Eine Vorrichtung (Kocher 4), die beim Ausführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl für den enzymatischen Abbau von nativer Stärke als auch für den Aufschluss kationischer Stärke eingesetzt werden kann, kann den in Fig. 9 gezeigten Aufbau aufweisen.
Eine erfindungsgemäße, als Kochbehälter 4 dienende Vorrichtung umfasst einen Behälter 40, der an seiner Oberseite durch einen Deckel 41 verschlossen ist. In den Behälter 40 ragt von unten her ein Rotor 42, der in einem unterhalb des Behälters 40 angeordneten Lagerkörper (nicht gezeigt) gelagert ist.
Die Durchführung des Rotors 42 in den Behälter 40 ist durch Gleitringdichtungen 43 abgedichtet.
Der Rotor 42 ist im Lagerkörper durch Wälzlager (nicht gezeigt) gelagert .
Der Rotor 42 trägt in seinem im unteren Bereich des Behälters 40 angeordneten Teil eine Dispergierscheibe 44, die an ihrer
Oberseite Rippen 45 aufweist, die gegenüber der Radialrichtung schräggestellt sind. Dabei ist die Ausrichtung der Rippen 45 bezogen auf die Drehrichtung des Rotors 42 in einer
Ausführungsform so gewählt, dass die radial inneren Enden der Rippen 45 bezogen auf die Drehrichtung weiter vorne liegen als die radial äußeren Enden der Rippen.
In einer abgeänderten Ausführungsform sind die Rippen 45 so ausgerichtet, dass ihre radial äußeren Enden bezogen auf die Drehrichtung weiter hinten liegen als ihre radial inneren Enden.
Im Übrigen können die Rippen 45 von innen nach außen an Höhe zunehmen . Die Rippen 45 an der Oberseite der Dispergierscheibe 44 sind beispielsweise gekrümmt. Gekrümmte Rippen 45 sind entweder so ausgerichtet, dass die konvexe Seite der Rippen 45 bezogen auf die Drehrichtung der Dispergierscheibe 44 nach vorne weist oder so ausgerichtet, dass die konvexe Seite bezogen auf die
Drehrichtung der Dispergierscheibe 44 nach hinten weist.
Die Rippen 45 an der Oberseite der Dispergierscheibe 44 können also auch so gekrümmt sein, dass die konkave Seite der Rippen 45 bezogen auf die Drehrichtung der Dispergierscheibe 44 nach vorne oder nach hinten weist.
Die Rippen 45 an der Oberseite der Dispergierscheibe 44 können auch gerade Rippen sein.
Durch den im Kochbehälter 40 (Kocher) vorgesehenen, rotierenden Rotor 42 mit der Dispergierscheibe 44 werden in die im Behälter 40 eingebrachte Aufschlämmung von Stärke Scherkräfte
eingetragen, was den Aufschluss der Stärke vorteilhaft
unterstützt .
Der Rotor 42 hat beispielsweise einen Durchmesser von 100 bis 150 mm, bevorzugt 130 mm, und einschließlich der Rippen 45 an der Dispergierscheibe 44 eine Höhe von beispielsweise 3 bis 10 mm, insbesondere 5 bis 7 mm. Der Rotor 42 wird beispielsweise mit einer Drehzahl zwischen 3000 und 5000 U/min in Drehung versetzt. Die Drehzahl des Rotors 42 wird in Abhängigkeit von dessen Durchmesser gewählt, um die erforderliche
Umfangsgeschwindigkeit zu erreichen.
Am Rotor 42 ist oberhalb der Dispergierscheibe 44 ein Propeller 46 mit Flügeln 47 vorgesehen, der in der aufzubereitenden
Suspension eine nach unten auf die Dispergierscheibe 44 hin gerichtete Strömung erzeugt. Der Propeller 46 ist nicht zwingend vorgesehen .
Im Deckel 41 mündet koaxial zum Rotor 42 eine Leitung 50, durch die die Suspension in den Behälter 40 strömt.
An der Innenseite des Deckels 41 ist nach innen weisend ein kegelförmiger Vorsprung 51 vorgesehen, in dessen Mitte die
Leitung 50 für das Zuführen der Suspension mündet.
Diese Anordnung der Leitung 50 ergibt ein optimales Mischen der Suspension, die sich im Behälter 40 im Kreislauf befindet, mit neu in den Behälter 40 zugeführter Suspension.
Dadurch, dass am Ende der Leitung 50 (Mündung in den Behälter 40) eine als Diffusor wirkende Verengung 52 (gebildet durch eine im Querschnitt dreieckförmige Ringrippe) vorgesehen ist, wird das vorstehend erwähnte Mischen von zugeführter Suspension mit Suspension, die bereits im Behälter 40 ist und aufbereitet wird, vorteilhaft unterstützt.
Rings um die Zuführleitung 50 sind Abführleitungen (oder
wenigstens eine) für das Abführen aufbereiteter Suspension
(aufgeschlossener Stärke) vorgesehen.
Der Deckel 41 ist mit dem Behälter 40 verschraubt.
Im Innenraum des Behälters 40 ist ein ringförmiger
Verdrängungskörper 60 vorgesehen, dessen innere Öffnung etwa trichterförmig ausgebildet sein kann. Zwischen der Außenfläche des Verdrängungskörpers 60 und der Innenseite der Wand des
Behälters 40 befindet sich ein ringförmiger Kanal, in dem
Suspension nach dem Verlassen der Dispergierscheibe 44 nach oben strömt. Durch die innere Öffnung des Verdrängungskörpers 60 strömt Suspension, gegebenenfalls unterstützt durch den Propeller 45 am Rotor 42, nach unten in Richtung auf die
Dispergierscheibe 44.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das obere Ende des Rotors 42 durch eine strömungsgünstig geformte Abdeckung, die mit Hilfe einer Inbusschraube im Rotor 42 festgelegt ist, abgedeckt .
An der Außenseite des Verdrängungskörpers 60 sind als Leitbleche Statorbleche 61 vorgesehen, die den ringförmigen Kanal (Spalt) zwischen der Außenseite des Verdrängungskörpers 60 und der
Innenseite der Wand des Behälters 40 (insbesondere in dessen unteren Teil) überbrücken, also mit ihren freien Rändern an der Innenseite der Wand des Behälters 40 anliegen.
Um den Verdrängungskörper 60 im Inneren des Behälters
festzuhalten, können Befestigungsschrauben vorgesehen sein.
Bei der in Fig. 9 links gezeigten Ausführungsform des
Kochbehälters 4 ist der Verdrängungskörper 60 hohl ausgebildet und wird über eine Leitung 62, die durch den Deckel 41 des Gehäuses 40 des Kochbehälters 4 geführt ist, mit Dampf
beschickt. Die Leitung 62 mündet in der oberen Endfläche des hohl ausgeführten Verdrängungskörpers 60. Der Verdrängungskörper 60 besitzt an seiner Unterseite - rings um die innere Öffnung des Verdrängungskörpers 60 verteilt - mehrere Austrittsöffnungen 63, sodass über die Leitung 62 in den Innenraum des
Verdrängungskörpers 60 eingeleiteter Dampf in den Innenraum des Behälters 40 im Bereich des Rotors 42, insbesondere im Bereich von dessen Dispergierscheibe 44, austreten kann.
Bei der in Fig. 9 rechts gezeigten Ausführungsform ist ein hohler Ring 70 (Diffusorring) vorgesehen, in welchem Öffnungen für den Austritt von Wasserdampf vorgesehen sind. Wie in Fig. 9 rechts gezeigt, ist der Ring 70 auf der vom Verdrängungskörper 60 abgekehrten Seite der Dispergierscheibe 44 des Rotors 40 angeordnet, wobei die Austrittsöffnungen im Ring 70 nach oben, d.h. in Richtung auf den Verdrängungskörper 40, gerichtet sind. Der Übersichtlichkeit wegen ist die Leitung, über welche dem Ring 70 Dampf (Wasserdampf) zugeführt wird, in Fig. 9 nicht dargestellt .
Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn das Zuführen von Dampf in den Innenraum des Behälters 40 des
Kochbehälters 4 sowohl über den hohl ausgebildeten
Verdrängungskörper 60 als auch über den Ring 70 erfolgt.
Bei der in Fig. 10 gezeigten Anlage zur Stärkeaufbereitung
(Aufschluss von Stärke) wird Stärke mit oder ohne Enzymzugabe im Stärkedispergierkocher (z.B. Kochbehälter 4) verkleistert. Nach der Verkleisterung wird dem Kleister nach dem Ausgang des
Stärkekochers Enzym zudosiert und mit Hilfe eines statischen Mischers homogen eingearbeitet. Nach variabler Verweilzeit mittels entsprechenden Rohrbaus wird das Enzym durch Erhöhung der Temperatur inaktiviert. Vorteil ist dabei, dass a) die Stärke nahezu ohne Molekulargewichtsreduktion im
Stärkedispergierkocher (z.B. Kochbehälter 4) verkleistert wird, und
b) mit der anschließenden Enzymbehandlung die
Stärkeeigenschaften, wie Viskosität und Aufschlussgrad, individuell auf die Kundenbedürfnisse eingestellt werden können .
Zudem kann über den Scherenergieeintrag im
Stärkedispergierkocher (z.B. Kochbehälter 4) auch schon auf die weitere Verwendung Einfluss genommen werden. Fig. 10 zeigt eine Anlage, in der die zuvor beschriebene
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann.
Die in Fig. 10 gezeigte Anlage umfasst einen Kochbehälter 4 („Stärkedispergierkocher"), der so wie der in Fig. 9 gezeigte Kochbehälter 4 ausgebildet sein kann. In den Kochbehälter 4 mündet eine Leitung 20, durch die mit Hilfe einer Pumpe 21 Enzym aus einem Vorratsbehälter 21 für Enzym zugeführt wird.
Über eine weitere Leitung 23 wird mit Hilfe einer Pumpe 24 Stärke in den Kochbehälter 4 gefördert.
Durch eine Leitung 25 wird in den Kochbehälter 4 (Wasser- ) Dampf eingeleitet .
Zu Kleister aufgeschlossene und beispielsweise wenigstens teilweise abgebaute Stärke wird aus dem Kochbehälter 4 über eine Leitung 26 abgezogen. Vor einem statischen Mischer 27 wird Enzym aus einem Vorratsbehälter 28 (mit Hilfe einer Pumpe 29)
zugemischt .
In den unteren Bereich des Kochbehälters 4 kann über eine
Leitung 30 unterstützt durch eine Pumpe 31 Wasser als
Sperrwasser für die Gleitringdichtung 43 zugeführt werden.
Nachstehend werden Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren wiedergegeben :
Beispiel 1 :
Weizenstärke (Collamyl 7411) mit 13 % Feuchte wird mit Wasser versetzt, um eine Aufschlämmung mit 30 Gew.-% Gehalt an
Weizenstärke zu erzielen. Die so erhaltene Aufschlämmung wurde mit einem Durchsatz von 750 1/h bei einer Kochtemperatur von 115°C in einer Vorrichtung gemäß Fig. 9 verkleistert.
Unmittelbar nach der Vorrichtung gemäß Fig. 9 wurde das Enzym V Warozym A152 vor einem statischen Mischer in einer konstanten Menge von 4,28 1/h zudosiert. Der in der Vorrichtung gemäß Fig.
9 verwendete Rotor 42 hatte eine Höhe von 7 mm.
Bei einer Rotordrehzahl von 4.200 U/min mit einem Rotor 42, dessen Durchmesser 130 mm betrug, wurde bei einer Stromaufnahme des dem Rotor 42 antreibenden Motors bei 35 Ampere ein Kleister mit einer Viskosität von 12.500 mPas erreicht.
Beispiel 2 :
Es wurde so gearbeitet, wie in Beispiel 1 angegeben, wobei die Rotordrehzahl auf 4.400 U/min erhöht wurde und die Stromaufnahme des Motors bei 41 Ampere lag. Es wurde ein Kleister mit einer Viskosität von 9.700 mPas erzielt.
Beispiel 3:
Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, wobei die Rotordrehzahl auf 4.400 U/min erhöht und das Enzym mit einer Menge von 2,14 1/h zugegeben wurde. Es wurde ein Kleister mit einer Viskosität von 9.500 mPas erzielt.
Beispiel 4 :
Es wurde wie in Beispiel 3 angegeben gearbeitet, wobei die
Enzymzugabe auf 4,28 1/h erhöht wurde. Es wurde ein Kleister mit einer Viskosität von 7.800 mPas erzielt.
Beispiel 5:
Es wurde wie in Beispiel 3 angegeben gearbeitet, wobei die
Enzymzugabe auf 8,56 1/h erhöht wurde. Es wurde ein Kleister mit einer Viskosität von 7.400 mPas erzielt.
Beispiel 6:
Es wurde wie in Beispiel 1 angegeben gearbeitet, wobei mit einer Rotordrehzahl von 4.400 U/min und einem Rotor 42 mit einem
Durchmesser von 130 mm gearbeitet wurde. Die Reaktionstemperatur wurde auf 100°C eingestellt, die Stromaufnahme des den Rotor 42 antreibenden Motors lag bei 38 Ampere. Der erhaltene Kleister hatte eine Viskosität von 13.950 mPas .
Beispiel 7 :
Es wurde wie in Beispiel 6 angegeben gearbeitet, wobei eine Reaktionstemperatur auf 115°C eingestellt wurde. Die
Stromaufnahme des Motors lag bei 35 Ampere. Der Kleister hatte eine Viskosität von 9.700 mPas .
Beispiel 8:
Es wurde wie in Beispiel 1 angegeben gearbeitet, wobei die
Reaktionstemperatur 115°C betrug und der Rotor 42 mit einer Drehzahl von 4.400 U/min arbeitete. Der Rotor 42 hatte einen Durchmesser von 130 mm und eine Höhe von 5 mm. Die Stromaufnahme des Motors lag bei 37 Ampere. Es wurde eine Viskosität des Kleisters von 10.700 mPas erreicht.
Beispiel 9:
Es wurde wie in Beispiel 8 angegeben gearbeitet, wobei ein Rotor 42 mit einer Höhe von 7 mm verwendet wurde und die Stromaufnahme des Motors bei 41 Ampere lag. Als Ergebnis wurde ein Kleister mit einer Viskosität von 9.700 mPas erreicht.
Beispiel 10 : Kartoffelstärke (Collamyl 9100) mit 13 % Feuchte wurde in Wasser eingetragen, um eine Aufschlämmung mit 20 Gew.-% Kartoffelstärke zu erhalten. Die so erhaltene Aufschlämmung wurde mit einem Durchsatz von 750 1/h bei 115°C in einer Vorrichtung gemäß Fig.
9 verkleistert. Das Enzym aus Beispiel 1 wurde nach der
Vorrichtung gemäß Fig. 9 jedoch noch vor dem Statikmischer zugesetzt .
Die aus der Vorrichtung gemäß Fig. 9 austretende Aufschlämmung wurde durch einen Rohrreaktor mit einer Reaktionslänge von 7.500 mm geleitet. Als Ergebnis wurde ein Kleister mit einer
Viskosität von 1.660 mPas erreicht und der erzielte
Stärkekleister war klar und optimal gelöst.
Beispiel 11 :
Es wurde wie in Beispiel 10 gearbeitet, mit der Maßgabe, dass die Reaktionslänge des Rohrreaktors 10.000 mm betrug. Die
Viskosität des erzielten Stärkekleisters betrug 1.540 mPas . Der Stärkekleister war klar und die Stärke war optimal gelöst.
Beispiel 12 :
Es wurde wie in Beispiel 10 gearbeitet, wobei eine Aufschlämmung von 25 Gew.-% Kartoffelstärke verwendet wurde. Der erzielte Stärkekleister war klar und die Stärke optimal gelöst.
Beispiel 13:
Weizenstärke mit einer Feuchte von 13 % wurde mit Wasser zu einer 30 %-igen Aufschlämmung angemischt und bei 98°C in einer Vorrichtung gemäß Fig. 9 gekocht. Die Höhe des Rotors in der Vorrichtung gemäß Fig. 9 betrug 7 mm. Das Enzym (Warozym A152) wurde direkt nach der Vorrichtung gemäß Fig. 9 zudosiert und nach dem Austritt der Aufschlämmung aus der Vorrichtung gemäß Fig. 9 wurde eine Temperatur von 95°C gehalten. Anschließend wurde mit 60°C warmem Wasser und einem Durchsatz von 240 1/h eine Nachverdünnung ausgeführt. Bei einer konstanten
Rotordrehzahl von 4.200 U/min und einer Enzymzugabe von 1.400 ml/h konnte eine Viskosität des Kleisters von 440 mPas erreicht werden .
Beispiel 14 :
Es wurde wie in Beispiel 13 gearbeitet, wobei eine Enzymzugabe in der Menge von 1.800 ml/h angewendet wurde. Die Viskosität des erhaltenen Stärkekleisters betrug 240 mPas .
Beispiel 15:
Es wurde wie in Beispiel 13 gearbeitet, wobei die Enzymzugabe auf 2.200 ml/h erhöht wurde. Die Viskosität des erhaltenen
Stärkekleisters betrug 140 mPas .
Beispiel 16:
Es wurde wie in Beispiel 13 gearbeitet, wobei eine Rotordrehzahl von 3.800 U/min und ein Rotor mit einem Durchmesser von 130 mm angewendet wurde. Es wurde eine Viskosität des Kleisters von 580 mPas erzielt.
Beispiel 17 :
Es wurde wie in Beispiel 17 gearbeitet, wobei eine Rotordrehzahl von 4.200 U/min angewendet worden ist. Es wurde ein
Stärkekleister mit einer Viskosität von 270 mPas erzielt.
Beispiel 18 : Es wurde wie in Beispiel 16 gearbeitet, wobei die Rotordrehzahl auf 4.800 U/min erhöht wurde. Es wurde eine Viskosität des
Stärkekleisters von 250 mPas erzielt.
Beispiel 19:
Es wurde wie in Beispiel 16 gearbeitet, wobei eine Rotordrehzahl von 5.000 U/min angewendet worden ist. Der erzielte
Stärkekleister hatte eine Viskosität von 180 mPas .
Beispiel 20 :
Kationisierte Kartoffelstärke (Cationamyl 9853K) wurde mit
Wasser zu einer Aufschlämmung mit 7,5 % Kartoffelstärke
gemischt. Die so erhaltene Aufschlämmung wurde bei einem
Durchsatz von 500 1/h in einer Vorrichtung gemäß Fig. 9 bei 98°C gekocht und anschließend auf 4 % Gehalt nachverdünnt. Bei diesem Beispiel wurde wegen der inneren Reibung bei höherer Konsistenz besserer Aufschluss erzielt. Dies konnte visuell durch eine Überprüfung mit Hilfe eines Mikroskops nachgewiesen werden.
Beispiel 21 :
Eine Aufschlämmung mit 15 % Gehalt Kartoffelstärke wurde wie in Beispiel 20 verarbeitet, wobei in der Vorrichtung gemäß Fig. 9 bei 110°C gekocht wurde. Der Stärkekleister ergab bei höheren Festigkeiten von Papier eine niedrigere Porosität, was mittels eines Laborblattes nachgewiesen wurde.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden:
Bei einem Verfahren zum Aufschluss von Stärke (native Stärke oder bearbeitete Stärke, wie kationische Stärke) wird eine wässerige Aufschlämmung der Stärke in einem Kochbehälter 4 mit Wasserdampf behandelt und dabei Scherkräften ausgesetzt, wobei die Stärke enthaltende Aufschlämmung im Kochbehälter 4 durch das Einleiten von Wasserdampf auf eine Temperatur zwischen 85°C und 110°C erwärmt wird und der Schritt des Aufschlusses solange ausgeführt wird, bis der gewünschte Aufschlussgrad erreicht worden ist. Beim Aufschluss nativer Stärke kann der Aufschluss unter Zusatz eines Enzyms, beispielsweise einer Amylase, ausgeführt werden.

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zum Aufschluss von Stärke, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Erzeugen einer wässerigen Aufschlämmung pulverförmiger Stärke,
b) Einführen der Aufschlämmung in einen Kochbehälter (4), c) Behandeln der Aufschlämmung im Kochbehälter (4) mit Wasserdampf, wobei die Aufschlämmung durch mechanisches Einwirken Scherkräften, die durch einen Rotor mit
Dispergierscheibe mit Rippen bewirkt werden, ausgesetzt wird, und wobei Wasserdampf aus einem hohlen, unterhalb des Rotors angeordneten Ring (70), in dem zu dem Rotor (42) hin gerichtete Öffnungen für den Austritt von Wasserdampf vorgesehen sind, zugeführt wird, um einen
thermomechanischen Aufschluss auszuführen,
d) Abziehen der wenigstens teilweise in Kleister
umgewandelten Stärke aus dem Kochbehälter (4) und
e) gegebenenfalls Verdünnen des Kleisters.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserdampf aus einem hohlen Verdrängungskörper (60), der in dem Kochbehälter (4) angeordnet ist, durch wenigstens eine Austrittsöffnung (63) für Wasserdampf im Bereich des Rotors (42) austritt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke enthaltende Aufschlämmung im Kochbehälter (4) im Schritt c) durch Einleiten von Wasserdampf auf eine Temperatur zwischen 85°C und 135°C erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass Schritt c) während einer Zeitspanne von 1 bis 5 Stunden ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass in Schritt a) eine Aufschlämmung mit höchstens 35-45 % Stärkepulver als Feststoff erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung vor Schritt b) auf eine Temperatur zwischen 85°C und 95°C erwärmt wird.
7. Verfahren nach ernem der Ansprüche 1 brs 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Abbauen der Stärke unter Zusatz von wenigstens einem Enzym durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym beim Durchführen des Schrittes a) zugesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym beim Durchführen des Schrittes b) zugesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym beim Durchführen des Schrittes c) zugesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Ausführen des Schrittes c) der Aufschlussgrad der Stärke durch Wahl der Drehzahl, mit der die Aufschlämmung im Kochbehälter gerührt wird, eingestellt wird .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Ausführen des Schrittes c) der Aufschlussgrad der Stärke durch Wahl des Durchsatzes der Aufschlämmung eingestellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Ausführen des Schrittes c) der Aufschlussgrad der Stärke durch Wahl der Temperatur der Aufschlämmung eingestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d) das Enzym
inaktiviert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Inaktivieren des Enzyms durch Erhitzen des Kleisters auf eine Temperatur zwischen 120°C und 135°C durchgeführt wird .
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur durch Einleiten von Wasserdampf erhöht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass der Durchsatz von Aufschlämmung durch den Kochbehälter (4) in Schritt c) durch Behindern der Strömung der Aufschlämmung durch den Kochbehälter (4) und/oder durch statisches Mischen der Aufschlämmung im oder nach dem Kochbehälter (4) geregelt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass in Schritt a) kationisches
Stärkepulver eingesetzt wird, um die Aufschlämmung zu erzeugen .
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass in Schritt a) natives Stärkepulver eingesetzt wird, um die Aufschlämmung zu erzeugen.
20. Vorrichtung in Form eines Kochbehälters (4) zum Ausführen von Schritt c) des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einem Behälter (40), einem Deckel (41), einer im Deckel mündenden Leitung (50) für die Aufschlämmung, einer im Deckel (41) vorgesehenen Leitung für das Abführen wenigstens teilweise umgewandelter Stärke (Kleister) , im Inneren des Behälters (40) vorgesehenen, als Leitbleche ausgebildeten
Statorblechen (61), einem Rotor (42) und einem ringförmigen Verdrängungskörper (60), dessen Außenfläche von der
Innenfläche des Behälters (40) Abstand aufweist und dessen innere Öffnung zum Rotor (42) koaxial angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Leitung (62) zum Zuführen von Wasserdampf, die im Inneren des Behälters (40) mündet.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (62) zum Zuführen von Wasserdampf im hohl ausgebildeten Verdrängungskörper (60) mündet und dass der Verdrängungskörper (60) an seiner der Mündung der Leitung (62) gegenüberliegenden und dem Rotor (42) benachbarten Seite wenigstens eine Austrittsöffnung (63) für Wasserdampf aufweist .
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (63) über die dem Rotor (42) zugekehrte ringförmige Endfläche des Verdrängungskörpers (60) verteilt vorgesehen sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (62) zum Zuführen von Wasserdampf in einem hohlen Ring (70) mit wenigstens einer Austrittsöffnung für Wasserdampf mündet.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (70) auf der vom Verdrängungskörper (60)
abgekehrten Seite des Rotors (42) angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch
gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung in der dem Rotor (42) zugekehrten Wand des Ringes (70) vorgesehen ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (70) mehrere, über seine Erstreckung verteilt angeordnete Austrittsöffnungen
aufweist .
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, dass die Statorbleche (61) vom
Verdrängungskörper (60) abstehen und bis zur Innenfläche des Behälters (40) ragen.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, dass der Rotor (42) wenigstens auf einer seiner Seiten Rippen (45) trägt.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, dass die zur Achse des Rotors (42) koaxiale Öffnung des Verdrängungskörpers (60) trichterförmig ist, wobei der erweiterte Bereich der Öffnung zum Deckel (41) des Behälters (40) hinweist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, dass die Achse der Leitung (50) koaxial zum ringförmigen Verdrängungskörper (60) und zum Rotor (42) ausgerichtet ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rippen (45) an der
Dispergierscheibe (44) von innen nach außen an Höhe
zunehmen .
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rippen (45) zu Radialebenen, die durch die Achse des Rotors (42) gehen, schräg gestellt sind .
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (42) durch den Boden des Behälters in das Innere des Behälters (40) ragt.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündung der Leitung (50) eine als Diffusor wirkende Verengung (52) vorgesehen ist .
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (52) durch eine
Ringrippe, insbesondere eine Ringrippe mit dreieckförmigem Querschnitt, gebildet ist.
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