FI72734B - Avskiljning av gluten och staerkelse ur vetemjoel. - Google Patents

Description

72734

Gluteenin ja tärkkelyksen erottaminen vehnäjauhosta Tämä keksintö koskee menetelmää vehnän tärkkelyksen ja gluteenin erottamiseksi veteen lietetystä vehnäjauhosta 5 hydrosyklonien avulla sekä menetelmässä käytettävää laitteistoa. Täsmällisemmin esitettynä tämä keksintö koskee menetelmää vesipitoisen vehnäjauholietteen sisältämän vehnä-tärkkelyksen ja gluteenin erottamiseksi, jolloin liete syötetään hydrosyklonilaitteiston ensimmäiseen osastoon, josta 10 saadaan tärkkelyspitoinen pöhjavirtausfraktio sekä gluteenia ja hiukan tärkkelystä sisältävä ylivirtausfraktio; agglomeroitunut gluteeni poistetaan mainitusta ylivirtaus-fraktiosta seulomalla; ja tärkkelyspitoinen materiaali, joka koostuu seulonnassa läpivirranneesta materiaalista ja 15 hydrosyklonilaitteiston ensimmäisen osaston pohjavirtaus- fraktiosta, syötetään hydrosyklonilaitteiston toiseen osastoon, jossa tärkkelys pestään vastavirtaan vedellä ja josta saadaan konsentroitu pesty tärkkelysfraktio pohjavirtaus-fraktiona.

20 Kuten hyvin tunnetaan, hydrosykloni käsittää säteit- täisesti symmetrisen kammion, jota tässä kutsutaan "pyörre-kammioksi", joka suippenee koko pituudeltaan tai suurimmalta osalta sitä, ja jonka keveämmässä päässä on syöttöaukko ja vastapäätä aksiaaliset poistoaukot. Kun neste syötetään 25 jatkuvasti paineella syöttöaukon läpi, neste muodotaa kammioon pyörteen, jossa kulmanopeus kasvaa kammion sisäpinnalta pyörteen ydintä kohti, ja neste poistuu jatkuvasti vastakkaisista aksiaalisista poistoaukoista. Kun nesteeseen lisätään kiinteitä hiukkasia, niiden liikettä pyörre-30 kammiossa hallitsevat keskipakko- ja keskihakuvoimat, ja ne voivat lähteä hydrosyklonista leveämmässä päässä olevasta poistoaukosta, tai yläosan poistoaukosta riippuen hiukkasten laskeutumisnopeudesta nesteen staattisessa osassa. Hydro-sykloneita on käytetty menestyksellisesti useiden vuosikym-35 menien ajan erilaisten hiukkasten erottamiseen erilaisista seoksista partikkelitraktioiksi, joilla on erilaiset laskeu-tumisnopeudet.

2 72734

Hydrosykloneita on käytetty laajasti tärkkelysteolli-suudessa useita vuosikymmeniä tärkkelyksen keräämiseksi maissista. Tätä hydrosyklonin käyttöä on kuvattu esim. US-patenttijulkaisussa 2 689 810. Tärkkelysliete kuljetetaan 5 peräkkäisten hydrosyklonivaiheitten läpi vastakkaissuuntaan pesuveden kanssa. Kukin mainituista vaiheista käsittää useita rinnakkain toimivia hydrosykloneja. Kun hydrosykloneita käytetään tällä tavoin, on mahdollista saada paksu suspensio puhdasta tärkkelystä, joka edustaa suurta prosen-10 tuaalista osuutta syöttövirran sisältämän tärkkelyksen kokonaismäärästä, hydrosyklonien huippupoistofrakt.iona (niin kutsuttu pöhjavirtafraktio).

Hydrosyklonien käyttöä vehnäjauholietteen käsittelyssä on esitetty, esim. US-patenttijulkaisussa 4 132 566 15 ja GB-patenttihakemuksessa 2 032 245.

Hydrosyklonien käytöllä vehnän tärkkelyksen ja gluteenin erotuksessa on muihin tunnettuihin menetelmiin verrattuna se etu, että se vaatii paljon vähemmän vettä vehnä-jauhon yksikkömäärää kohti, ja näin ollen tarvitaan vähem-20 män energiaa kontaminoituneen veden haihduttamiseen ja jäteveden tilavuuden pitämiseen hyväksyttävissä rajoissa.

Lisäksi hydrosyklonien aiheuttamat korkeat leikkausvoimat esikäsittelevät gluteenin tavalla, joka edistää sen erottumista siten, että saadaan suuri saanto hyvälaatuista glu-25 teenia, tai, mikä on vielä tärkeämpää, sen liukenematonta proteiini-aineosaa, myös pehmeästä vehnäjauhosta. Kuinten-kin aiemmin esitetyillä menetelmillä, joilla vehnän tärkkelys ja gluteeni otetaan kumpikin erikseen talteen vehnäjau-holietteestä hydrosyklonien avulla, on se haitta, että 30 ensiluokkaisen tärkkelyksen saanto on alhaisempi kuin olisi kohtuullisesti odotettavissa.

Hydrosyklonien huonompaa tehokkuutta vehnäjauholiet-teiden käsittelyssä on tutkittu paljon sen syiden selvittämiseksi ja ongelman voittamiseksi. Havaittiin, että mah-35 dollinen tekijä voisi olla vehnän tärkkelysaineosan erikoinen hiukkakokojakautuma. Vehnätärkkelyshiukkaset

II

72734 3 ovat tyypillisesti jakautuneet erillisille hiukkaskokoalu-eille, kuten noin 2-8^um ja noin 12-40^um. Mutta kokeet osoittivat, että syy tai pääasiallienn syy rajoittuneeseen erotustehoon on löydettävä muualta.

5 Tämä keksintö perustuu havainnolle, että kuidut ja pentosaanit, kun niitä on läsnä hydrosyklonin syöttövirrassa, vaikuttavat epäedullisesti hydrosyklonin toimintaan. Epäedullinen vaikutus näyttää johtuvan vaikutuksesta, joka kuidulla ja erityisesti pentosaaneilla on lietteen viskosi-10 teettiin, kun ne joutuvat nesteen pyörteessä vallitsevien leikkausvoimien vaikutuspiiriin. Nesteen viskositeetin kasvu hydrosyklonissa vähentää sen tehoa vähentämällä syöttövirran energiaosuutta, joka muuttuu kineettiseksi pyörimisenergiaksi lähellä pyörteen keskustaa, ja tämän energian pitäisi olla 15 mahdollisimman suuri maksimaalisen erotustehokkuuden saavuttamiseksi, erityisesti hyvin pienillä hiukkasilla.

Aiemmin mainittu epäedullinen vaikutus tulee vakavammaksi, koska nykyisin vehnätärkkelystehtaiden on välttämätöntä vähentää veden kulutustaan, jotta ne voisivat vähentää tai 20 poistaa prosessin jäteveden poistamisen tai haihduttamisen aiheuttamat kustannukset. Mitä vähemmän vettä kulkee systeemin läpi, sitä krokeampi on pentosaanipitoisuus.

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään hyd-rosyklonilaitteistoa, joka on jaettu kahteen erilliseen osas-25 toon, joissa on erilaiset erotustoiminnot, ja pentosaanien tai kuidun ja pentosaanien poisto tapahtuu näiden toimintojen välissä.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä määritellään patenttivaatimuksessa 1. Menetelmälle on tunnusomaista, että seu-30 lonnassa läpivirrannut materiaali ja hydrosyklonilaitteiston ensimmäisen osaston pöhjavirtausfraktio sentrifugoidaan, jolloin pentosaanipitoinen vesifraktio erottuu sentrifugiylivir-tausfraktiona, ja sentrifugipohjavirtausfraktio syötetään hydrosyklonilaitteiston toiseen osastoon.

35 72734 4

Ensimmäiseen osastoon kuuluvien hydrosyklonien pitää tässä menetelmässä vain erottaa karkeasti gluteeni jauholiet-teestä. Tässä karkeassa erottelussa pentosaanien vaikutus lietteessä on suhteellisen merkityksetön. Näissä hydrosyklo-5 neissa, joita voidaan mukavasti kutsua "gluteenisykloneiksi", gluteeniin vakuttavat sellaiset leikkausvoimat jotka tekevät sen herkäksi kasaantumaan suuressa määrissä paakuiksi tai säikeiksi. Lisäksi leikkausvoimat vaikuttavat siten, että gluteeniin sitoutunut tärkkelys vapautuu. Ensimmäinen hydro-10 sykloniosasto voi käsittää esimerkiksi kahdesta kuuteen hyd-rosyklonivaihetta sarjassa. On edullista syöttää näitä hyd-rosykloneita suhteellisen korkeassa paineessa, jotta saataisiin suuret leikkausvoimat gluteenin esikäsittelyä varten. Ennen syöttämistä gluteeni-hydrosykloneihin jauholietettä 15 voidaan käsitellä leikkausvoimilla vaivaamalla tai sekoittamalla tai muulla vehnätärkkelysteollisuudessa tunnetulla tavalla hydraation edistämiseksi ja gluteenin kehittämiseksi, ja näin helpotetaan gluteenin myöhemmin tapahtuvaa poistamista .

20 Paakkuuntunut gluteeni voidaan poistaa gluteenisyklo- nien ylivirtausfraktiosta seulojen avulla (tästä lähtien niitä kutsutaan gluteeniseuloiksi), ja näistä seuloista läpi mennyt materiaali voidaan lisätä gluteenisyklonien tärkkelyspitoiseen pohjavirtaan ennen sen käsittelyä pentosaanien 25 poistamiseksi.

Parhaiden tulosten saavuttamiseksi pentosaanit tulisi poistaa mahdollisimman täydellisesti lietteestä, joka syötetään hydrosyklonilaitteiston toiseen osastoon. Ei ole kuitenkaan välttämätöntä poistaa pentosaaneja täydellisesti 30 merkittävästi paremman tärkkelyssaannon saavuttamiseksi. Pentosaaneilla on selvä affiniteetti veteen, ja ainakin suurin osa lietteen pentosaaneista voidaan poistaa poistamalla sentrifugoimalla suurin osa lietteen sisältämästä vedestä. Sentrifugin toiminta ei ole riippuvainen syötet-35 tävän aineen viskositeetista samalla tavoin kuin hydrosyklo-nin. Sentrifugin avulla pentosaanit voidaan poistaa 72734 5 nopeasti ja juoksuttaa pois yhdessä veden ja liukoisten epäpuhtauksien kanssa sentrifugin ylivirtauksena. Ylivirtaus voidaan kierrättää tehtaassa prosessivetenä, esim. veden ja jauhon sekoitus- ja vaivaamisvaiheeseen, ja ylimäärä haihdu-5 tetaan. Sentrifugilla poistettavan veden määrä voi olla sellainen, että tärkkelyslietteen tiheys saadaan sopivaksi hydrosyklonilaitteiston toiseen vaiheeseen syöttöä varten.

Kuten aiemmin on esitetty, toinen tähän keksintöön johtanut havainto on, että kuidun läsnäolo, erityisesti 10 sellaisen kuidun, jonka koko on n. 150-200 mikrometriä , hydrosyklonilaitteiston toisen osaston hydrosyklinen syöttövirrassa (toisen osaston hydrosykloneita voidaan mukavasti kutsua "viimeistelysykloneiksi") voi myös vaikuttaa haitallisesti erotustehoon. Vaikka tärkkelyssaannoissa voidaan saa-15 vuttaa parannusta poistamatta kuitua tai poistamatta huomattavaa määrää kuitua kyseisten syklonien syöttölietteestä, on edullista sisällyttää prosessiin kuidunpoistovaihe, jotta tärkkelyssaanto saataisiin mahdollisimman suureksi. Suuri prosentuaalinen määrä kuitua voidaan poistaa seulomalla aina-20 kin osa lietteestä, joka muodostaa gluteenisyklonien pohja-virtauksen. Kuitujen poisseulomiseen käytetty seula tai seulasarja voi poistaa myös osan pentosaaneista, ts. kuituihin sitoutuneet pentosaanit.

Hydrosyklonilaitteiston toinen osasto, joka käsittää 25 viimeistelysyklonit, voi koostua esimerkiksi 6-12 hydrosyk-lonivaiheesta. Näissä hydrosykloneissa tärkkelystä pestään vastavirtaan pesuvedellä, jotta suurin osa jäljellä olevista liukoisista ja ei-liukoisista epäpuhtauksista saataisiin poistetuksi.

30 Hydrosyklonilaitteiston jakamisesta osastoihin ja pentosaanien tai pentosaanien ja kuidun poistamisesta lietteestä ennen lietteen käsittelyä viimeistelysykloneissa saadaan huomattavaa etua, koska näiden syklonien erotustehokkuus on korkeampi. Viimeistelyhydrosyklonien korkeampi 35 tehokkuus tarkoittaa, että huomattavasti suurempi määrä parasta (A-luokan) vehnätärkkelystä saadaan käytettyä 72734 6 tuoretta vettä ja kulutettua energiamäärää kohti. Kokeet osoittavat, että käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää, jossa ainakin suurin osa pentosaaneista ja kuidusta poistetaan ensimmäisen ka toisen hydrosykliosaston välillä, vehnä-5 tärkkelyssaanto ilmoitettuna prosenttina vehnäjauhon painosta voi olla huomattavasti suurempi kuin tähän asti saatu paras saanto, joka on saavutettu hydrosykloneilla vastaavissa prosessin olosuhteissa ja vastaavalla tuoreen veden kulutuksella. Suurempi tärkkelyssaanto on erityisen ilmeinen siinä 10 tapauksessa, että vennätärkkelyshiukkaset ovat pieniä, ts. alle 10 mikrometriä.

Toinen tärkeä etu on, että samalla kertaa menetelmä antaa suuren saannon liukenematonta proteiinia, joka on erotetun gluteenifraktion arvokas pääkomponentti.

15 Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää sekä karkean että hienon vehnäjauhon sekä kokojyväjauhojen käsittelyyn. Sen käyttlkelpoisuus hienon vehnäjauhon käsittelyssä on erityisen arvokas, koska gluteenin erotus hienosta vehnä-jauhosta on tavallisesti vaikeampaa.

20 Lisäksi keksinnön kohteena on laitteisto käytettäväksi pentosaaneja sisältävän vesipitoisen vehnäjauholietteen sisältämän vehnätärkkelyksen ja gluteenin erottamiseksi, joka laitteisto käsittää ensimmäisen hydrosykloniosaston lietteen jakamiseksi tärkkelyspitoiseksi pohjavirtausfraktioksi ja 25 gluteenia ja hiukan tärkkelystä sisältäväksi ylivirtausfrak-tioksi; seulontavälineet erottamaan seulomalla agglomeroitu-nut gluteeni ensimmäisen osaston ylivirtausfraktiosta; toisen hydrosykloniosaston, joka käsittää sarjan hydrosykloni-vaiheita; virtausta johtavat välineet ensimmäisen hydrosyklo-30 niosaston pöhjavirtausfraktion ja seulontavälineiden läpi virranneen materiaalin johtamiseksi toisen hydrosykloniosaston ensimmäiseen vaiheeseen; sekä välineet pesuveden syöttämiseksi toisen hydrosykloniosaston viimeiseen vaiheeseen konsentroidun pestyn tärkkelysfraktion saamiseksi toi-35 sen hydrosykloniosaston pohjavirtausfraktiona.

72734 7 Tälle laitteistolle on tunnusomaista, että virtausta johtavat välineet johtavat toisen hydrosykloniosaston ensimmäiseen vaiheeseen sentrifugin kautta, jossa pentosaanipitoi-nen vesifraktio voidaan poistaa sentrifugiylivirtausfraktiona 5 virtausta johtavissa välineissä virtaavasta materiaalista ennen kuin mainittu materiaali johdetaan toiseen hydrosyklo-niosastoon.

Erästä keksinnön toteutusta kuvataan seuraavassa viitaten kuvioon, joka kuvaa kaavamaisesti vehnätärkkelyksen 10 talteenottolaitosta.

Kohdassa 1 vesi ja vehnäjauho sekoitetaan ja vaivataan ja/tai sekoitetaan alalla tunnetulla tavalla. Saatu liete pumpataan hydrosyklonilaitteiston ensimmiseen osastoon 2, joka jakaa lietteen tärkkelyspitoiseen fraktioon, joka 15 poistuu pohjavirtana, ja ylivirtausfraktioon, joka sisältää gluteenin ja vähän tärkkelystä. Tämä ylivirtausfraktio siivilöidään seulonta-asemalla 3. Toistetun, erityisesti hydro-sykloneissa tapahtuneen hiertämisen seurauksena gluteeni paakkuuntuu ja voidaan siivilöidä seuloilla, joiden aukkojen 20 leveys on 0,3-2mm. Seulojen läpi menevä liete lisätään ensimmäisen hydrosykloniosaston 2 pohjavirtaan ja siivilöidään seula-asemassa 4, jolloin pentosaanit ja kuitu saadaan seuloihin, joiden aukkojen leveys on 50-150 mikrometriä, ja tärkkelys pestään pois. Seulonta-aseman 4 suodos syötetään 25 sitten sentrifugierottimen 5, jossa suurin osa jäljellä olevista pentosaaneista, jolloin oli merkittävää affiniteettia veteen, poistetaan ylivirtauksessa, jota voidaan käyttää prosessivetenä laitoksen eri osastoissa. Koska sentrifugi 5 on mekaaninen erotin, se on paljon vähemmän herkkä viskosi-30 teetin kasvuille kuin hydrosyklonit ja pystyy väkevöimään oleellisesti kaikki tärkkelyshiukkaset pohjavirtaansa.

Seulat 4 ja sentrifugi 5 on asetettu hydrosyklonilaitteiston ensimmäisen osaston 2 ja toisen osaston 6 väliin, ja toinen osasto käsittää 6-12 multihydrosyklonivaihetta sarjassa, ja 35 siinä tärkkelys pestään puhtaalla vedellä vastavirtaan, jotta kiinteät jäännökset ja liukenemattomat epäpuhtaudet 8 72734 saadaan poistetuksi ja parasta tai niinkutsuttua A-luokan tärkkelyslietettä saadaan tuotetuksi.

Ylivirtaus kohdasta 6 syötetään konsentrointi- ja vedenpoistovaiheeseen 7 B-luokan tärkkelyksen saamiseksi.

5 Ylivirtausa asemalta 7 voidaan myös käyttää prosessivetenä laitoksen eri osastoilla; ylimääräinen prosessivesi haihduttimessa 8. Haihduttimen konsentraatti käsittää mineraaleja, pentosaaneja ja vähän nesteytettyä tärkkelystä. Prosessi-veden määrä, joka on haihdutettava, jotta voitaisiin välttää 10 veden juoksutus viemäriin, on vain puolitoistakertainen jauhon painoon verrattuna.

Kuvattua systeemiä voidaan muunnella monin tavoin vaikuttamatta vakavasti kokonaissuoritukseen, kunhan hydro-syklonilaitteisto on jaettu kahteen osastoon ja pentosaanien-15 poistovälineistö on näiden kahden osaston välissä.

Veden lämpötila on edullisesti 30-45°C koko prosessissa.

20 Esimerkki Käytettäessä kuvattua keksinnön mukaista systeemiä tärkkelyksen ja gluteenin saamiseksi hienosta vehnäjauhosta , . "j saatiin seuraavat saannot tuoreen veden kulutuksella 2,2 m / 25 tn jauhoja:

Saanto liukenematon proteiini 94% (jauhon liukenemattoman proteiinin pitoisuudesta) 30 A-luokan tärkkelys 59% (kuivasta kiinteästä aineesta) B-luokan tärkkelys 17% (kuivasta kiinteästä aineesta) 35

II

72734

Kun prosessi vertailun vuoksi suoritettiin poistamatta pentosaaneja tai kuitua, havaittiin, että jopa nostet- 3 taessa tuoreen veden kulutus arvoon 4 m /tn jauhoja liukenemattoman proteiinin saanto oli vain 88% ja A-luokan tärk-5 kelyksen saanto oli vain 54%, kun taas B-luokan tärkkelyksen saanto oli 19%. Tätä suurta veden kulutusta voitaisiin huomattavasti vähentää poistamalla vain pentosaanit, mutta erotustehokkuus ei olisi niin korkea kuin yllä olevassa esimerkissä.

10

Claims (5)

1. Menetelmä vesipitoisen vehnäjauholietteen sisältämän vehnätärkkelyksen ja gluteenin erottamiseksi, jolloin 5 liete syötetään hydrosyklonilaitteiston ensimmäiseen osastoon, josta saadaan tärkkelyspitoinen pöhjavirtausfraktio sekä gluteenia ja hiukan tärkkelystä sisältävä ylivirtaus-fraktio; agglomeroitunut gluteeni poistetaan mainitusta ylivirtausfraktiosta seulomalla; ja tärkkelyspitoinen 10 materiaali, joka koostuu seulonnassa läpivirranneesta materiaalista ja hydrosyklonilaitteiston ensimmäisen osaston pohjavirtausfraktiosta, syötetään hydrosyklonilaitteiston toiseen osastoon, jossa tärkkelys pestään vastavirtaan vedellä ja josta saadaan konsentroitu pesty tärkkelysfraktio 15 pöhjavirtausfraktiona, tunnettu siitä, että seulonnassa läpivirrannut materiaali ja hydrosyklonilaitteiston ensimmäisen osaston pöhjavirtausfraktio sentrifugoidaan, jolloin pentosaanipitoinen vesifraktio erottuu sentrifugi-ylivirtausfraktiona, ja sentrifugipohjavirtausfraktio syö-20 tetään hydrosyklonilaitteiston toiseen osastoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sentrifugilla erotetaan niin paljon vettä, että pääosa sentrifugin syöttömateriaalin sisältämistä pentosaaneista poistuu sentrifugista sen ylivirtaus- 25 fraktiossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa hydrosyklonilaitteiston ensimmäisen osaston pöhjavirtausfraktiosta seulotaan kuidun poistamiseksi. 30

4. Laitteisto käytettäväksi pentosaaneja sisältävän vesipitoisen vehnäjauholietteen sisältämän vehnätärkkelyksen ja gluteenin erottamiseksi, joka laitteisto käsittää ensimmäisen hydrosykloniosaston (2) lietteen jakamiseksi tärkkelyspitoiseksi pöhjavirtausfraktioksi ja gluteenia ja hiu-35 kan tärkkelystä sisältäväksi ylivirtausfraktioksi? seulon-tavälineet (3) erottamaan seulomalla agglomeroitunut gluteeni ensimmäisen osaston ylivirtausfraktiosta; toisen hydrosykloniosaston (6), joka käsittää sarjan hydrosykloni- 11 72734 vaiheita; virtausta johtavat välineet (9,9',9") ensimmäisen hydrosykloniosaston (2) pöhjavirtausfraktion ja seulon-tavälineiden (3) läpi virranneen materiaalin johtamiseksi toisen hydrosykloniosaston (6) ensimmäiseen vaiheeseen; 5 sekä välineet (10) pesuveden syöttämiseksi toisen hydrosykloniosaston (6) viimeiseen vaiheeseen konsentroidun pestyn tärkkelysfraktion saamiseksi toisen hydrosykloniosaston pohjavirtausfraktiona, tunnettu siitä, että virtausta johtavat välineet (9,9',9") johtavat toisen hydrosyk-10 loniosaston (6) ensimmäiseen vaiheeseen sentrifugin (5) kautta, jossa pentosaanipitoinen vesifraktio voidaan poistaa sentrifugiylivirtausfraktiona virtausta johtavissa välineissä virtaavasta materiaalista ennen kuin mainittu materiaali johdetaan toiseen hydrosykloniosastoon. 15

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siihen on asennettu kuitujen seulontavälineet (4) seulomaan kuidut virtausta johtavissa välineissä virtaavasta materiaalista ennen kuin kyseinen materiaali syötetään sentrifugiin (5). 12 Patentkrav 7 2 7 3 4