FI86641C - Foerfarande foer framstaellning av staerkelse och gluten fraon saed. - Google Patents

Description

j 86641

Menetelmä tärkkelyksen ja gluteenin valmistamiseksi viljasta Tämä keksintö koskee tärkkelyksen valmistusmene-5 telmää, erityisesti vehnätärkkelyksen valmistusmenetel mää.

Valmistettaessa tärkkelystä vehnästä on yleinen käytäntö jauhaa ensin vilja leseiden ja kuidun erottamiseksi ja käsitellä sitten saatu vehnäjauho tärkkelys- ja 10 gluteenifraktioiden (proteiinifraktioiden) eristämiseksi.

Tähän jälkimmäiseen erotukseen on esitetty useita mene telmiä, mutta erityisesti kaksi voidaan ottaa erikseen tarkasteltavaksi. Ensimmäinen käsittää jauhon sekoittamisen veteen taikinan tai tahtaan muodostamiseksi ja sen 15 jälkeen vedellä uuttamisen gluteenin erottamiseksi fysikaalisesti usein keskipakoisvoiman avulla. Tällä menetelmällä on kuitenkin haittana se, että sillä ei saavuteta tärkkelyksen ja gluteenin selvää erottumista toisistaan, vaikka käytettäisiin kehittyneitä erotusmenetelmiä kuten 20 esim. monivaiheista erotusmenetelmää, jossa käytetään hydrosyklonisarjaa. Yleensä osa saadusta tärkkelyksestä on laadultaan huonoa ja sopimatonta käytettäväksi raaka-aineena oligo- ja monosakkaridien kuten glukoosin hydro-lyysiin.

25 Toinen menetelmä, joka on esitetty tärkkelyksen ja gluteenin erottamiseksi, on kemiallinen käsittely, jossa gluteeni lietetään tai liuotetaan emäsliuokseen, josta se vapautetaan tekemällä seos happamaksi. Tyypillisiä emäksiä, joita voidaan käyttää, ovat natriumhydroksidi ja ka-30 liumhydroksidi, joista natriumhydroksidi on edullinen. Tällaisessa menetelmässä vehnäjauho yleensä lietetään natriumhydroksidin kanssa ja liete sentrifugoidaan kiinteän tärkkelyksen erottamiseksi proteiiniliuoksesta. Näin saatu tärkkelys sisältää jauhon kaikki emäksiin liukene-35 mattomat kiinteät ainekset, esim. solun seinämän selluloosa jakeet ja leseet. Sen lisäksi siinä on jonkin verran 2 8 6 6 41 gelatinisoitunutta tärkkelystä, joka on peräisin jauhettaessa vaurioituneista partikkeleista. Tämän jälkeen tärkkelys voidaan käsitellä esim. sentrifugoimalla tai "tabling"-menetelmällä (eräänlainen dekantointi) hyvä- ja 5 huonolaatuisen tärkkelyksen saamiseksi. Tällä menetelmällä saatu gluteeni on kuitenkin laadultaan huonoa verrattuna vesipesu-menetelmällä saatuun gluteeniin, ja saadussa tärkkelyksessä on kahta laatua sekaisin.

US-patentissa nro 3 790 553 on myös esitetty veden 10 käyttöä gluteenin uuttamiseen tärkkelyksen emäskäsittelyn yhteydessä. US-patentissa kuvatussa menetelmässä koko vehnän jyvä murskataan ja lietetään veteen, joka liuottaa pienen molekyylipainon omaavat proteiinit. Ensimmäisen vaiheen jäännös, joka sisältää tärkkelyksen, lietetään 15 sen jälkeen laimeaan emäkseen, edullisesti ammoniumhyd- roksidiin, ja sentrifugoidaan, jotta faasit saadaan erilleen. Erotuksessa saatu liuos sisältää suuren molekyyli-painon omaavat proteiinit, kun taas jäännöksessä on tärkkelys ja kaikki muut emäkseen liukenemattomat aineosat.

20 Voimakkaasti emäksisiä liuoksia ei suositella käytettäviksi US-patentissa kuvatussa menetelmässä, koska niiden on sanottu vaikuttavan haitallisesti saatavan proteiinin laatuun. US-patentissa 3 790 553 kuvattu menetelmän pääasiassa tarkoitettu korkealaatuisen proteiinin valmistuk-25 seen kokonaisista vehnän jyvistä, eikä saadun tärkkelyksen laatuun kiinnitetä huomiota.

Toisessa tärkkelyksen ja gluteenin märkäerotusme-netelmän muunnelmassa käytetään entsymaattista käsittelyä kaiken tärkkelyksen saamiseksi talteen. Tämä menetelmä on 30 kuvattu julkaisussa Canadian Journal of Technology Voi.

33 sivuilla 33-40 artikkelissa "Separation of Starch and Gluten. VII The Application of Bacterial Pentosanases to the Recovery of Starch from Wheat Flours" ("Tärkkelyksen ja gluteenin erottaminen. VII Bakteeripentosanaasien 35 käyttö tärkkelyksen valmistukseen vehnäjauhoista"). Tässä artikkelissa kuvatussa menetelmässä vehnäjauhoa uutetaan 3 86641 vedellä gluteenin ja tärkkelysmaidon saamiseksi. Sen jälkeen tärkkelysmaito sentrifugoidaan, jolloin saadaan tuote, joka koostuu kovasta tärkkelyksestä ja sentrifugoi-taessa sen päälle jääneestä huonolaatuisesta "squeegee"-5 tärkkelyksestä. Jälkimmäinen osa, joka poistetaan kovan tärkkelyksen päältä, koostuu voimakkaasti hydratoitunees-ta pentosaanimassasta, jossa on tärkkelysjyväsiä, typpipitoisia aineita ja kuituja. Kuvatussa menetelmässä käytetään bakteeripentosanaasia hydrolysoimaan pentosaanit 10 tarkasti valvotuissa olosuhteissa, niin että tärkkelysjy-väset vapautuvat. Julkaisussa Canadian Journal kuvattua menetelmää on tutkittu vain laboratoriomittakaavassa eikä ongelmia, kuten entsyymien deaktivaatiota, entsyymien väriä ja entsyymin vaikutusta tärkkelykseen, ole tutkittu. 15 Nyt on keksitty tärkkelyksen ja gluteenin erotus menetelmä, jolla saadaan korkealaatuista gluteenia (nk. vitaaligluteeni), joka on laadultaan parempaa kuin edellä kuvatulla vehnäjauhon emäskäsittelyllä saatu gluteeni. Menetelmällä saadaan myös korkealaatuista tärkkelystä, 20 joka lähes kokonaan on käytettävissä raaka-aineena myöhemmissä valmistusmenetelmissä. Sen lisäksi menetelmän käyttö on yksinkertaista kaupallisessa mittakaavassa eikä siinä ole epävarmuustekijöitä, joita on pentosanaasien käytössä.

25 Keksinnön mukainen menetelmä on aiemmin tässä pa tenttijulkaisussa esitetyn vesiuuttomenetelmän muunnelma. Kuten ko. menetelmän yhteydessä on mainittu, ei ole kaupallisessa mittakaavassa mahdollista saavuttaa tärkkelyksen ja gluteenin selvää erottumista, ja johtuen käyte-30 tystä erotusmenetelmästä ja sen toimintamenetelmästä joko gluteenifraktio sisältää jonkin verran tärkkelystä tai tärkkelysfraktio sisältää jonkin verran gluteenia. Molemmissa tapauksissa vaaditaan peräkkäisiä erotusvaiheita puhtaan tärkkelyksen tai puhtaan gluteenin saamiseksi, ja 35 molemmissa tapauksissa sivutuote on huonolaatuista, joka tyypillisesti sisältää 75-95 paino-% tärkkelystä, jossa 4 8 6 6 41 on jonkin verran gluteenia mutta myös muita epäpuhtauksia kuten pentosaaneja ja hemiselluloosaa. Julkaisussa Canadian Journal of Technology esitetyn menetelmän avulla saadaan sentrifugoitaessa korkealaatuista tärkkelystä ja 5 huonolaatuista eli "squeegee"-tärkkelystä ja jälkimmäinen erotetaan sen jälkeen fysikaalisesti esim. kaapimella. On havaittu, että menetelmässä, jossa tärkkelys ja gluteeni on erotettu hydrosyklonisarjassa, jonkin verran tärkkelystä kulkeutuu gluteenin mukana, josta se voidaan erot-10 taa seuraavassa prosessivaiheessa esim. seulaa käyttäen. Loppu tärkkelys, joka erotetaan gluteenista tällä tavalla, on luonteeltaan samanlaista kuin "squeegee"-tärkkelys. Yksinkertaisuuden vuoksi päätärkkelystuotetta, joka on hyvänlaatuista, kutsutaan 'A'-tärkkelykseksi ja huono-15 laatuista eli "squeegee"-tärkkelystä 'B'-tärkkelykseksi.

Keksinnön kohteena on menetelmä tärkkelyksen ja gluteenin valmistamiseksi vehnästä tai vastaavasta viljasta, jolloin edullisesti jauhomuodossa oleva vilja uutetaan vedellä, niin että saadaan tärkkelysfraktio ja 20 gluteenifraktio. Menetelmälle on tunnusomaista, että 'B'-tärkkelys erotetaan joko tärkkelysfraktiosta tai gluteeni fr aktiosta ja saatetaan kosketukseen emäksisen vesi-liuoksen kanssa pH:ssa 8,5 - 12,5, minkä jälkeen näin saatu puhdas tärkkelys pestään vedellä ja neutraloidaan 25 hapolla.

Emäs on edullisesti vahva emäs kuten natriumhyd-roksidi tai kaliumhydroksidi, edullisimmin natriumhydrok-sidi, ja pH on edullisesti 10-11. 'B'-tärkkelys voidaan saattaa kosketukseen alkalin kanssa missä lämpötilassa 30 tahansa tärkkelyksen gelatinoitumislämpötilan alapuolel la, esim. ympäristön lämpötilassa, ja kun käsittelyaika ei ole kriittinen, sopivat ajat voivat olla 2 minuutista 3 tuntiin, esim. 10-60 min. Halutun pH-arvon saavuttamiseksi emäksinen vesiliuos voi sisältää kiinteää emästä 35 0,5 - 20 paino-%, esim. 2-10 paino-%.

5 86641 Käsiteltäessä 'B'-tärkkelystä emäksen vesiliuoksella tärkkelys ei erotu vain pentosaaneista vaan se vapautuu proteiinijäännöksistä ja muista epäpuhtauksista. Koska gluteeni on jo erotettu tärkkelyksestä, gluteenin 5 laatu pysyy muuttumattomana ja se jää vitaaligluteeniksi. ’B'-tärkkelyksestä emäksellä uutettu aines ei vähennä merkittävästi vehnästä tai muusta viljasta saatavien toivottujen ainesten saantoa. Saatava tärkkelys on riittävän korkealaatuista käytettäväksi raaka-aineena valmistet-10 taessa alempia polysakkarideja tai monosakkarideja esimerkiksi entsymaattisen hydrolyysin avulla.

Prosessinäkökohdat, jotka koskevat vehnän tai vastaavan viljan tärkkelys- ja gluteenifraktioiden erottamista, ovat tavanomaiset. Täten vilja on edullisesti jau-15 hojen, esim. vehnäjauhojen muodossa, jotka sekoitetaan veteen taikinan tai tahtaan muodostamiseksi. Taikina tai tahdas uutetaan sen jälkeen vedellä jollakin monista tunnetuista tavoista, jonka jälkeen tapahtuu tärkkelyksen ja gluteenin erotus. Esimerkiksi taikinaan voidaan sekoit-20 taa vettä varastosäiliössä ja tärkkelys ja gluteeni voidaan erottaa seulojen avulla. Erotus voi tapahtua vaihtoehtoisesti hydrosyklonisarjassa, jossa gluteeni erotetaan ylivirtauksena ja tärkkelys alivirtauksena. Glutee-nifraktio, joka on erotettu hydrosykloneissa, voi sisäl-25 tää vettä ja jonkin verran tärkkelystä, ja seuraavassa tavanomaisessa faasien erotusprosessissa, esim. seulonnassa, gluteeni ja 'B'-tärkkelys erotetaan. Jälkimmäinen tuotteista saatetaan emäskäsittelyyn.

'B'-tärkkelys, joka on erotettu tärkkelysfraktios-30 ta tai gluteenifraktiosta, voidaan käsitellä emäksisellä vesiliuoksella säiliössä, jossa sekoitus tapahtuu. Tämä käsittely emäksisellä vesiliuoksella voidaan suorittaa panoksittain tai jatkuvana käsittelynä, jolloin jälkimmäinen on helposti hyväksikäytettävissä jatkuvatoimisessa 35 viljankäsittelylaitoksessa. Erotuksen jälkeen tärkkelys voidaan lopullisesti puhdistaa vesi- ja/tai happopesulla.

. 96641 o

Keksintöä kuvataan edelleen esimerkkien avulla.

Esimerkki 1

Vehnäjauho sekoitettiin veteen likimain painosuhteessa 1:1 ja näin saadun taikinan annettiin kypsyä ja 5 saavuttaa optimaalinen gluteeninmuodostus. Sen jälkeen materiaali pumpattiin laimennussäiliöön ja sitten hydro-syklonisarjän välivaiheeseen. Gluteeni, vesi ja jonkin verran tärkkelystä erottui sarjasta ylivirtausfraktiona ja suurin osa tärkkelyksestä alivirtausfraktiona.

10 Seuraavaksi gluteenifraktio seulottiin gluteenin erottamiseksi jäännöstärkkelyksestä ja muista epäpuhtauksista kuten pentosaaneista. Jäännös- tai ’B'-tärkkelys-virta sentrifugoitiin, ja alivirtaus, joka muodosti 17,7 paino-% suspendoituneita tai liuenneita kiintoaineksia 15 sisältävän lietteen, syötettiin keskeytymättömästä nopeudella 400 1/tunti sekoittimen läpi puskurisäiliöön, jossa oli sekoitin. Sekoittimeen lisättiin keskeytymättömästi 5-painoprosenttista natriumhydroksidiliuosta, niin että puskurisäiliön pH oli koko ajan 11,0. Säiliössä olleen 20 lietteen tilavuus pidettiin koko ajan 100 litrana ohjaamalla lietettä selvitysastiaan tarvittavalla nopeudella. Lietteen nimellinen viipymäaika puskurisäiliössä oli sen vuoksi noin 15 minuuttia ja lämpötila oli sama kuin ympäristön lämpötila.

25 Selvitysastiasta tullut kiintoaineiden alivirtaus lietettiin puhtaaseen veteen ohjaamalla se sekoituspumpun läpi veden nopeuden ollessa 200 1/tunti. Saatu liete erotettiin sen jälkeen toisessa selvitysastiassa ja tärkkelystä sisältävä alivirtaus neutraloitiin laimealla kloo-30 rivetyhapolla pH-arvoon 6,2.

Gluteenifraktiossa olleesta 'B'-tärkkelyksen sisältämästä tärkkelyksestä saatiin erotetuksi 76,5 pai-no-%, ja sillä oli seuraava koostumus. Vertailun vuoksi on esitetty myös 'B'-tärkkelyksen koostumus ennen käsit-35 telyä. Tulokset ovat painoprosentteina (w/w) kuiva-ai neesta .

7 8 6 6 41 'B'-tärkkelys 'B'-tärkkelys kä-_sittelyn jälkeen Tärkkelyspitoisuus 77,9 % 98,9 %

Proteiinipitoisuus (Nx5,7) 4,8 % 0,4 %

Sokerit 4,8 % <0,1 %

Tuhka 1,3% 0,5%

Eetterillä uutettavat rasvat 1,2 % <0,1 %

Muut (esim. pentosaani ja hemiselluloosa) 10,0 % 0,2 %

Esimerkki 2

Esimerkissä 1 kuvattu menetelmä toistettiin siihen vaiheeseen, jossa gluteeni erotettiin 'B'-tärkkelyksestä.

15 'B'-tärkkelysvirta dekantoitiin ja syötettiin lietteenä, joka sisälsi 23,8 paino-% suspendoituneita tai liuenneita kiintoaineita, nopeudella 875 1/tunti puskurisäiliöön, jossa oli sekoitin. Puskurisäiliöön lisättiin myös 8-painoprosent-tista natriumhydroksidiliuosta sellaisella nopeudella, että 20 säiliön pH oli koko ajan 10. Säiliön pinnan korkeutta säädettiin, niin että minimiviipymäaika oli 30 min, pumpun avulla, joka pumppasi lietettä ensimmäiseen selvitys-astiaan nopeudella 1150 1/tunti. Ensimmäisen selvitysastian alivirtaus sekoitettiin puhtaaseen veteen, jonka lisäysno-25 peus oli 290 1/tunti, ja sekoituspumpussa tapahtuneen liettymisen jälkeen se johdettiin toiseen selvitysastiaan. Pesuvesi, joka saatiin toisen selvitysastian ylivirtauksena, palautettiin puskurisäiliöön, kun taas tärkkelysalivirtaus neutraloitiin laimealla vetykloridihapolla pH-arvoon 6,2.

30 Tärkkelysuutteen lämpötila oli sama kuin ympäristön lämpö-ti la.

Edellä kuvatulla menetelmällä käsitellyllä 'B'-tärkkelyksellä oli seuraavat ominaisuudet, joita verrataan käsittelemättömän 'B'-tärkkelyksen ominaisuuksiin.

8 86641 Käsittelemätön Käsitelty B'-tärkkelys 'B'-tärkkelys Tärkkelyspitoisuus 88,9 % 99 %

Proteiinipitoisuus (Nx5,7) 2,8 % 0,3 % 5 Tuhkapitoisuus 0,75% 0,4 %

Muut 7,55% 0,3 %

Kuten esimerkissä 1 tulokset ovat painoprosentteina (w/w) kuiva-aineesta.

Esimerkki 3 1q Esimerkissä 2 kuvattu menetelmä toistettiin seuraavin muutoksin:

Lietteen syöttönopeus puskurisäiliöön oli noin 1600 1/tunti.

Puskurisäiliön pH oli koko ajan 10,5.

Ympäristön lämpötilasta poiketen puhtaan veden lämpötila oli 45°C, jolloin prosessilämpötila oli 40-45°C.

Jäännöstärkkolyksen ja käsitellyn tärkkelyksen vertaileva analyysi oli scuraava.

20 Käsittelemätön Käsitelty 1B1-tärkkelys_1 B'-tärkkelys Tärkkelyspitoisuus 88,8 % 98,9 %

Proteiinipitoisuus (Nx5,7) 2,9 % 0,3 %

Tuhkapitoisuus 0,85 % 0,45 %

Muut 7,45% 0,35% 25 Kuten edellä tulokset ovat painoprosentteina (w/w) kuiva-aineesta.

Esimerkki 4

Tavanomaisia menetelmiä käyttäen esimerkkien 1-3 tuotteet hydrolysoitiin entsymaattisesti tasoon 18 DE mal-30 todekstriiniä ja tasoon 42 DE siirappia. Vertailun vuoksi valmistettiin samanlaiset tuotteet korkealuokkaisesta Ά'-tärkkelyksestä, joka oli saatu hydrosyklonista (pesun ja kuivauksen jälkeen), ja gluteeniseulonnasta saadusta käsittelemättömästä 1B'-tärkkelyksestä. Seuraavassa taulukos-35 sa on annettu tuotteiden suotautumisnopeudet, väri ja kirkkaus .

9 86641 18 DE maltodekstriini Suotautumisnopeus Kirkkaus Väri 2 lähde_ _(1 /m /tunti_(% )

Korkealuokkainen 120 90 10 'A'-tärkkelys

5 Esimerkin 1 tärkkelys 135 93 S

Esimerkin 2 tärkkelys 126 95 10

Esimerkin 3 tärkkelys 125 94 8 Käsittelemätön 30 erittäin voimakas •B'-tärkkelys samea väri 10 42 DE siirapin Suotautumisnopeus Kirkkaus Väri lähde______(1/m tuntl)___

Korkealuokkainen 130 84 15 ' A 1-tärkkelys 15 Esimerkin 1 tärkkelys 125 78 17

Esimerkin 2 tärkkelys 85 75 34

Esimerkin 3 tärkkelys 135 94 11 Käsittelemätön 'B'-tärkkelys 30 erittäin voimakas samea väri 20

Kirkkaudet määritettiin optisen tiheyden avulla. Suodattaminen tapahtui standardisuodattimella ("pre-coat").

Väri mitattiin teoksessa "Standard Analytical Methods 25 of the Corn Refiners Association" esitetyllä E 16-menetel-mällä.

10 86641

Esimerkki 5

Esimerkeissä 1-4 kuvatut menettelyt toistettiin sillä muutoksella, että puskurisäiliön pH:ta vaihdeltiin. Näissä kokeissa saatujen tärkkelystuotteiden laatu määri-5 tettiin tuotteen proteiinipitoisuuden perusteella. Käsittelemätön 'B'-tärkkelys sisälsi noin 3,5 paino-% proteiinia ja käsittelyn jälkeen eri pH-arvoissa suoritetuissa kokeissa saatiin seuraavat tuotteet: pH tärkkelystuotteen proteiinipitoisuus (paino-%) 10 12 0,28 11.5 0,23 11.5 0,25 10.5 0,30 10,0 0,24 15 9 0,22 6 0,75 6 0,75

Claims (5)

86641

1. Menetelmä tärkkelyksen ja gluteenin valmistamiseksi vehnästä tai vastaavasta viljasta, jolloin 5 edullisesti jauhomuodossa oleva vilja uutetaan vedellä, niin että saadaan tärkkelysfraktio ja gluteenifraktio, tunnettu siitä, että 'B'-tärkkelys erotetaan joko tärkkelysfraktiosta tai gluteenifraktiosta ja saatetaan kosketukseen emäksisen vesiliuoksen kanssa pH:ssa 10 8,5-12,5, minkä jälkeen näin saatu puhdas tärkkelys pestään vedellä ja neutraloidaan hapolla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että emäs on natriumhydroksidi.

3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että pH on välillä 10-11.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aika, jonka 'B'-tärkkelys on kosketuksessa emäksisen vesiliuoksen kanssa, on välillä 2 minuuttia - 3 tuntia.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että emäksinen vesi-liuos sisältää 0,5 - 20 paino-% kiinteää emästä. 12 86641