KR20140123548A - 식물 잔여물을 가공하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질 및 쌀 잔여물을 가공하기 위한 방법 및 설비에 관한 것이다. 상기 방법은 하기 단계들, 즉 (i) 적어도 20 중량%의 껍질 함량을 포함하는 식물 잔여물을 제공하는 단계, (ii) 식물 잔여물의 성분들을 적어도 부분적으로 가수 분해하는 단계, 특히 탄수화물, 지방 및/또는 단백질을 적어도 부분적으로 가수 분해 및/또는 발효하는 단계를 포함한다. 후속해서 용해된 성분들을 포함하는 액상 및 고상의 분리가 이루어질 수 있다. 고형분은 식이섬유로서 이용될 수 있고, 액상은 바이오가스 설비를 위한 공급물로서 이용될 수 있다.

Description

식물 잔여물을 가공하기 위한 방법{METHOD FOR PROCESSING PLANT REMAINS}
본 발명은 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질 및 쌀 잔여물을 가공하기 위한 방법 및 설비에 관한 것이다.
선행기술에 식품 및 기호품에 겨, 카복시메틸셀룰로오스, 팩틴이 적층된 셀루로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스, 펜토산, 고무 및 펙틴과 같이 잘 소화되지 않는 섬유질을 첨가하는 여러 제안들이 공개되어 있다.
코코아 껍질과 예컨대 곡물 껍질, 쌀알, 배아 및/또는 견과류의 잔여물과 같은 다른 식물 성분들로 이루어진 식이섬유도 예를 들어 셀룰로오스 함량에 따라 가능한 식품 성분으로 인식되었다.
종피라고도 하는 코코아 콩의 외부 껍질은 코코아 껍질이라고 한다. 수확 후에 코코아 열매는 평균 6일 동안 발효되고, 이 경우 과육은 콩과 분리되고, 콩은 소정의 향과 갈색을 띄게 된다. 후속해서 콩은 건조, 세척 및 로스팅(roasting)된다. 콩의 껍질들은 벗겨져서 콩과 분리된다.
코코아 껍질은 일반적으로 폐기물로 간주된다. 코코아 껍질은 그러나 예를 들어 폴리페놀(1 내지 2%), 테오브로민과 같은 알칼로이드(1 내지 2%), 비타민 D와 같은 비타민, 미네랄, 아미노산 및 용해성 및 불용해성 식이섬유와 같은 유용한 성분들을 포함하고 있다. 코코아 껍질은 여전히 6%에 이르는 지방을 포함하고 있다.
식품에서 코코아 껍질의 이용은 곳곳에서 법적으로 제한된다. EU지침 2000/36/EG(2000)의 시행 이후로, 예컨대 독일에서는 최대 허용량은 규정되어 있지 않지만, 제조자와 소비자는 껍질 함량의 모니터링에 여전히 관심을 기울이고 있는데, 그 이유는 이러한 껍질은 건강을 위협하는 물질들, 예컨대 농약, 미생물, 마이코톡신, 유리 지방산(FFA) 및 중금속과 같은 것을 포함할 수 있고, 껍질이 롤러 제분기를 손상시킬 수 있기 때문이다.
특히 코코아 껍질 섬유는 뿐만 아니라 적어도 팽창 또는 겔화 특성을 갖는다. 상기 껍질은 지방 및 수분을 흡수할 수 있고, 따라서 상기 껍질이 첨가된 혼합물의 점도에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 코코아 껍질 섬유는 지금까지는 소수의 특정 식품에서 이용하기에만 적합하다. 예를 들어 치즈와 같은 발효 식품에서 코코아 껍질 섬유의 이용은 예를 들어 EP 2 174 555 호에 제시되어 있다.
또한 코코아 껍질을 방향성 음료, 코코아 제품, 멀치(mulch), 비료 및 동물 사료에 이용하는 것이 공개되어 있다.
코코아 껍질에서 식이섬유의 생산은 예를 들어 EP 0 068 229호에 공개되어 있고, 이 경우 코코아 콩의 껍질은 습식 세척, 건조 및 분쇄될 수 있다. 미세하게 분쇄된 최종 생성물은 소화 촉진 특성을 개선하기 위한 식품 및 기호품에 첨가된다.
코코아 콩 껍질의 기계적 분쇄는 EP 1 733 624 호에 공개되어 있다. 상기 간행물은 코코아 껍질의 분쇄 방법을 제시하고, 이 경우 코코아 껍질은 "제트 밀(jet mill)이라고도 하는 와류 가공 기계에서 공기 공급 시 비말 동반되어 분쇄된다. 에어 스웹트 밀(air-swept mill)에서 분쇄와는 다른 방법도 가능하지만, 더 심한 마모를 야기한다.
코코아 껍질 추출물의 이용도 공개되어 있다. 예를 들어 US 4,156,030 호에 따라 산성 에탄올 용액으로 추출함으로써 식용 색소가 얻어질 수 있다.
색소는 US 4,532,147 호에 따라 수성 알콜을 이용해서 추출될 수도 있다.
초콜릿 향미 물질은 예를 들어 EP 2 174 557 호에 제시된 바와 같이, 코코아 껍질을 알칼리화제로 처리함으로써 제공될 수 있다.
식품 첨가물의 제공을 위한 초콜릿 껍질의 공개된 처리 방법은 특히 코코아 껍질 섬유의 주변을 변형시키지만, 조성은 실질적으로 변동되지 않는다. 바람직하지 않은 성분들의 의도한 분리는 이루어지지 않는다. 특히 팽창 또는 겔화 특성을 담당하는 점액은 단백질과 당을 포함하고, 상기 단백질과 당은 종래의 기술에 의해, 예컨대 알칼리화 또는 습식 처리에 의해 분리되지 않는다.
또한 EP 0 328 019 호에 매우 유용한 출발 물질로부터 식이섬유가 풍부한 초콜릿 제품의 제조를 위한 식이성 코코아 식이섬유를 제공하는 방법이 공개되어 있다.
또한 지방 함량이 낮은 코코아 분말 또는 압착 케이크(코코아 버터가 추출되는 코코아 액)는 효소로 처리되고, 전분의 분해 시 생기는 전분 분해 생성물은 분리되고, 고체 잔여물은 세척 및 건조된다.
초콜릿의 종래의 제조 공정에서 약 15-20%(중량)의 초콜릿 껍질 폐기물이 생긴다.
예컨대 쌀, 곡물, 콩 및 배아와 같은 다른 씨앗류 및 견과류의 껍질 등의 다른 식물 식품의 잔여물에서도 사정은 비슷하다. 상기 잔여물은 마찬가지로 종래의 생산 공정에서 상당한 양이 생긴다. 잔여물은 일반적으로 지방을 포함하고, 상기 지방은 산화하므로 음식물에 적합하지 않다.
본 발명의 과제는, 공개된 단점들을 극복하고, 유용한 최종 생성물을 제공하는 식물 잔여물을 가공하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 방법에 의해 해결된다.
상기 방법은 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물의 가공에 이용된다. 식물 잔여물은 본 발명에 따른 방법에 의해 가치가 향상된다. 특히 상기 방법에 의해 식이섬유 및/또는 출발 물질은 바이오가스 설비를 위해 제공된다.
식이섬유란 이 경우 식품에 적합한, 잘 소화되지 않는 섬유질이다.
본 발명에 따른 방법은 하기 처리 단계들, 즉 (i) 적어도 5 중량%, 특히 20 중량%, 심지어 특히 적어도 50 중량%, 심지어 특히 적어도 90 중량%의 껍질 함량을 포함하는 식물 잔여물을 제공하는 단계, (ii) 식물 잔여물의 성분들을 적어도 부분적으로 가수 분해하는 단계, 특히 적어도 부분적으로 발효하는 단계, 특히 탄수화물, 지방 및/또는 단백질을 적어도 부분적으로 가수 분해하는 단계 및, (iii) 용해된 성분들을 포함하는 액상 및 고상을 특히 분리하는 단계를 포함한다.
바람직하게 가수 분해는 발효를 동반하고, 발효 시 특히 혐기 공정에서 CO2, CH4, NH3 및/또는 다른 가스(예를 들어 N2, O2, H2S, H2)가 발생한다. 본 출원에서 따라서 가수 분해란 항상 가수 분해 또는 가수 분해와 동시에 발효를 의미한다.
대안으로서 상기 과제는 (i) 적어도 5 중량%, 특히 20 중량%, 심지어 특히 적어도 50 중량%, 심지어 특히 적어도 90 중량%의 껍질 함량을 포함하는 식물 잔여물이 제공되고, (ii) 식물 잔여물의 성분들의 적어도 부분적인 발효, 특히 탄수화물, 지방 및/또는 단백질의 적어도 부분적인 가수 분해가 실시되는 방법에 의해 해결된다. 후속해서 용해된 성분을 포함하는 액상 및 고상의 분리가 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 잔여물의 단순 세척을 능가하고, 특히 박테리아의 성장하에 발효가 이루어진다.
바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 방법은 실제로 발효가 실행되었는지 여부가 체크되는 처리 단계를 포함한다. 예를 들어 가스, 특히 CO2, CH4 및/또는 NH3가 발생했는지 여부가 검출된다. 이를 위해 예를 들어 공정 동안 가스 압력이 상승하는지 여부, 예를 들어 CO2, CH4, NH3와 같은 특정 가스/가스량이 발생하는지 여부 및/또는 액상 내 O2-분압이 얼마나 변하는지 측정될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서 액상의 광학 밀도(OD600)가 측정될 수 있다. 상기 광학 밀도는 미생물의 존재에 대한 척도이다.
대안으로서 또는 동시에 검출될 가스를 위한 감지 대응이 실시될 수 있다.
가수 분해란 이 방법에서 특히, 식물 잔여물의 단백질, 지방 및/또는 탄수화물의 적어도 3 중량%, 바람직하게 5 중량%, 더 바람직하게 적어도 10 중량%, 더 바람직하게는 적어도 30 중량%가 분해되는 공정이다.
또한 본 발명에 따른 방법에 의해 점액이 분해되고, 상기 점액은 강한 물결합 작용을 한다. 즉, 코코아 껍질은 점액을 포함하고, 상기 점액은 자기 중량의 400% 이상의 물을 수용할 수 있고, 이는 최종 생성물의 특성, 예를 들어 리올로지(rheology)에 간섭을 일으킬 수 있다.
방법을 위한 출발 물질은 식물 잔여물이고, 상기 식물 잔여물은 일반적으로 종래의 제조 공정 시, 예를 들어 코코아 콩으로부터 분리된, 코코아 껍질이라고도 하는 종피, 쌀 낟알, 옥수수 낟알, 커피 콩, 밀- 또는 다른 곡물 낟알의 잔여물의 로스팅 전 또는 후에 폐기물로서 생긴다.
종래의 제조 공정에서는 잔여물로부터 유용한 성분들이 완전히 분리될 수 없기 때문에, 폐기물 함량도 항상 유용한 성분, 즉 씨, 과육, 배아 또는 콩의 소정의 퍼센티지를 포함한다. 상기 성분은 예를 들어 제조 배치(batch)의 시작과 끝에 더많을 수도 있다. 본 발명에 따라 식물 잔여물은 적어도 20 중량%, 특히 적어도 50 중량%, 그리고 특히 적어도 90 중량%의 껍질 함량을 포함한다.
가수 분해 시 물분자의 축적에 의해 화학 성분들의 분해가 이루어진다. 발효 시 유기 물질들, 예를 들어 당, 단백질, 지방 및 점액의 분해 또는 단쇄 당, 유리 아미노산, CO2 및 물과 같은 소량의 성분들로 분해가 이루어진다.
수성 용액에서 한편으로는 식물 잔여물의 가용성 성분들이 용해되지만, 가수 분해에 의해 비로소 가용성 성분이 되는 성분들도 용해된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서 단계(ii) 동안 고상의 지방 밤량은 단계(i)에서 제공된 식물 잔여물의 지방 함량과 비교해서 적어도 70% 감소한다.
대안으로서 또는 추가로 고상의 수불용성 성분들 대 수용성 성분들의 비는 단계(i)에서 제공된 식물 잔여물의 비와 비교해서 적어도 20% 증가한다.
용해되는 성분들은 바람직하게 후속해서 액상 및 고상의 분리 시 잔여물로부터 분리된다.
분리는 바람직하게 필터링에 의해, 원심 분리에 의해, 디캔팅에 의해 및/또는 건조에 의해 이루어진다.
바람직하게 현탁액이 스크류 컨베이어, 압출기 또는 압착기에 의해 다공 박판을 통해 제공되고, 이 경우 액체의 대부분이 배출된다. 후속해서 물질은 압력 하에 압착되고, 이 경우 대략 12 중량%의 잔류 함수량이 달성된다.
후속해서 물질은 가열하에 및/또는 건조 공기의 공급하에 건조될 수 있으므로, 3-4 중량%의 잔류 함수량이 남는다. 결과되는 물질은 계속해서 가공될 수 있고, 예를 들어 쉽게 분쇄될 수 있다.
고상은 가수 분해를 위한 출발 물질이었던 식물 잔여물보다 훨씬 작은 함량의 수용성 염, 더 적은 단백질, 더 적은 지방 및 더 적은 셀룰로오스를 포함한다. 또한 점액 함량이 감소한다. 고상은 실질적으로 수용성, 즉 일반적으로 소화가 잘 되지 않는 섬유로 이루어진다. 비교적 무미의, 코코아 껍질의 경우에는 갈색인 고상은 식이섬유로서 이용될 수 있다. 고상은 실제로 더 이상 겔화되지 않고, 개선된 분쇄 특성을 나타낸다. 자연 발생적인 부패 및 산화를 담당하는 기본 물질은 본 발명에 따른 방법에서 미리 분해되기 때문에, 생산성이 높아진다.
또한 농약 및 미오톡신과 같은 유해 물질은 발효에 의해 상당히 감소할 수 있다. 단계(ii)에서 산성 매질이 형성되기 때문에, 중금속도 더 양호하게 용해되고 세척될 수 있다.
영양소가 첨가됨으로써 가수 분해 및 후속하는 수용성 성분들의 분리에 의해 500:15:5:3의 다량 영양소의 비(C:N:P:S, 즉 탄소, 질소, 인 및 황의 양비(quantity ratio))가 형성될 수 있고, C:N의 비는 바람직하게 10 내지 45이다.
바람직하게 가수 분해 및/또는 발효를 위해 용매 중의, 특히 물 중의 식물 잔여물의 현탁액이 제조되고, 상기 현탁액은 특히 40 중량%에 이르는 건물량을 포함한다.
가수 분해 및/또는 발효는 바람직하게 폐쇄 가능하고, 템퍼링 가능하고 가압 가능한 탱크에서 이루어진다. 일반적으로 100-300㎥의 현탁액이 탱크에서 처리될 수 있다.
현탁액은 바람직하게 보통의 교반 속도에서 혼합되므로, 가능한 한 균일한 혼합이 제공된다. 교반은 충분한 물질 교환을 제공하고, 침전을 저지한다. 가수 분해 및/또는 발효 공정 시간이 길수록, 교반 속도는 더 작아질 수 있다. 공정이 신속하게 이루어질수록, 교반 속도는 더 높아져야 한다.
가수 분해 및/또는 발효는 적절한 온도- 및 압력 조건에 의해 촉진된다. 바람직하게 가수 분해 및/또는 발효는 탱크에서 25 내지 40 ℃에서, 특히 30 내지 38 ℃ 및 주위 압력에서 실시된다.
대안으로서, 가수 분해, 특히 발효는 45 내지 60 ℃, 특히 50 내지 55 ℃ 및 주위 압력에서 이루어진다.
가수 분해 및/또는 발효는 일반적으로 7일, 바람직하게는 5일, 더 바람직하게는 1-2일, 특히 적어도 3시간의 지속시간을 필요로 한다.
가수 분해 및/또는 발효는 또한 효소, 특히 리파아제, 아밀라제 및 프로테아제와 같은 가수 분해 효소의 첨가에 의해 촉진된다. 효소는 특히 바이오분자, 즉 구성 요소들로 분해되는 당류(saccharide), 단백질 및 지방의 촉매 가수 분해를 제공한다.
따라서 바람직하게 가수 분해 및/또는 발효는 효소에 의해 실시된다.
대부분의 가수 분해 및/또는 발효는, 산성 또는 염기성 매질에서 반응이 이루어지는 경우에 더 효과적으로 그리고 더 신속하게 진행된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서 가수 분해 및/또는 발효는 산, 특히 유기산, 예컨대 아세트산 또는 포름산 또는 염기, 특히 인산염 완충액, 탄산염 완충액, NaOH 또는 KOH의 첨가하에 이루어진다.
이 경우 특히 pH-값은 3.0 내지 6.5, 바람직하게는 3.5 내지 5.5 로 조절된다.
일반적으로 가수 분해 및/또는 발효 동안 pH-값은 약 7에서 거의 3.5로 감소한다.
가수 분해 및/또는 발효는 미생물의 작용하에서도 진행될 수 있다. 이를 위해 한편으로는 가수 분해될 물질의 기존의 식물군이 이용되거나, 의도대로 가수 분해할 수 있는 미생물이 첨가될 수 있다. 바람직하게 본 발명에 따른 방법에서 가수 분해를 위해 미생물, 특히 접종물(inoculum)이 특히 1/10000, 바람직하게는 1/1000(박테리아 용액 대 현탁액)의 양으로 첨가된다.
공정 생성물의 일부, 특히 액상의 일부는 다른 출발 물질의 가공을 위한 접종물로서 이용될 수 있다.
식품의 제조 시 이용을 위한 고상을 준비하기 위해, 다음 단계에서 바람직하게 고형분은 세척, 멸균 및/또는 건조된다.
박테리아 제거는 로스터(roaster)에서 이루어지고, 상기 로스터에서 열처리는 동시에 멸균 및 건조를 제공한다.
바람직하게 고형분은 추가로 분쇄된다. 이는 세척, 건조 및 박테리아 제거 전에, 건조 전에 또는 심지어 세척 전에 이루어질 수 있다.
고형분은 또한 추가로 예를 들어 알칼리화에 의해 착색될 수 있다.
코코아 껍질의 가수 분해 및/또는 발효로부터 얻어지는 고상, 즉 식이섬유가 풍부한 코코아 물질은 초콜릿, 혼합물 및/또는 속재료(예를 들어 다크 초콜릿의 그리고 특히 몰드 초콜릿 및 커버처(couverture)를 위한), 코코아 음료, 막대과자, 초콜릿 스프레드 및 제과류의 제조 시 보충하는데 적합하다.
메탄 형성에 최적인 7.5의 pH-값에서 셀룰로오스는 거의 분해될 수 없는 것이 공개되어 있다. 따라서 섬유 함유 바이오매스는 일반적으로 먼저 가수 분해되고, 발효되고, 마침내 바이오가스 발효가 시작된다.
본 발명에 따른 방법에서 형성되는 액상에서 분해될 수 없는 섬유, 특히 셀룰로오스의 대부분이 제거된다. 액상은 대개 메탄을 형성하는 박테리아에 대해 변형 가능한 형태의 성분의 포함한다. 따라서 액상은 바이오가스 생성에 직접 이용될 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 방법은 따라서 다른 처리 단계로서 에너지가 풍부한 액체인 액상이 바이오가스 설비에 전달되는 것을 포함한다.
또한 상기 과제는 식이섬유로서의 전술한 방법의 공정 생성물의 고형분의 용도에 의해 해결된다.
또한 상기 과제는 바이오가스 설비를 위한, 특히 발전을 위한 공급물로서의 전술한 방법의 공정 생성물의 액체분의 용도에 의해 해결된다.
바이오가스 발생 시 혐기성 조건에서(밀봉 상태에서) 미생물은 탄수화물, 당, 지방 및 단백질 내에 저장된 화학 에너지를 물질 대사를 위해 이용한다. 바이오가스 생성은 4단계로 세분된다:
가수 분해 단계에서 발효 박테리아는 효소를 이용해서 단백질, 지방 및 탄수화물과 같은 고분자 화합물을 더 간단한 성분들(단량체), 예를 들어 아미노산, 글루코오스 및 지방산으로서 분해한다. 이와 관련해서 일반적으로 혐기성 박테리아가 관여한다.
산성화 단계에서 발효 및 산 형성이 이루어진다. 용해된 물질은 발효 박테리아에 의해 유기산들(아세트산, 프로핀산, 부티르산), 저알콜, 알데히드, 수소, 이산화탄소 및 다른 가스, 예를 들어 암모니아 및 황화수소로 분해된다. 이러한 과정은 박테리아의 분해 과정이 고유의 분해 생성물에 의해 중단될 때까지 이루어진다(더 낮은 pH-값).
제 3, 소위 초산생성 단계(acetogenic phase)는 발효(산성화)와 메탄 형성 사이의 고리를 형성한다. 이 경우, 성분들은 혐기성 박테리아에 의해 처리되므로, 메탄 생성 박테리아는 상기 성분들을 메탄으로 변환할 수 있다. 반응은 흡열성으로 진행되고, 즉 열이 공급되어야 한다.
제 4 단계, 즉 메탄 생성 단계에서 아세트산은 극도의 산소 민감성 메탄 생성 박테리아에 의해 메탄, 이산화탄소 및 물로 분해된다. 물은 응축 동안 바이오가스 혼합물에서 제거된다.
공개된 메탄 생성 박테리아종의 30%는 수소와 이산화탄소를 그들의 물질 대사에 이용하고, 따라서 먼저 형성된 이산화탄소와 수소의 반응에 의해 낮은 수소 분압을 제공한다. 이러한 수소 분압은, 아세트산 박테리아 스스로 수소를 생성하더라도 아세트산 박테리아의 존재를 위해 필수이다. 이로써 메탄 생성 박테리아와 혐기성 박테리아는 공생한다.
발생된 가스는 가스 저장기에서 중간 완충 후에 일반적으로 열발전소에서 전류 및/또는 열 생산에 이용된다. 대안으로서 발생된 가스는 열 공정에서, 예를 들어 로스터의 가열 시 직접 연소를 위해 이용될 수 있다.
바이오가스 설비에서 예상되는 가스 수율은 코코아 껍질 톤당, 60% ± 5%의 메탄 농도를 갖는 460 내지 500 표준입방미터(460-500 N㎥/t)이다.
또한 본 발명의 과제는 식품, 특히 에너지 드링크를 위한 기본- 또는 첨가 물질로서의 전술한 방법의 공정 생성물의 액체분의 용도에 의해 해결된다.
액상은 쉽게 소화될 수 있는 성분들을 포함한다. 액상은 멸균 후에 즉시 식품, 특히 동물용 농축 사료 또는 에너지 드링크를 위한 기본 물질로서 또는 보충재로서 이용될 수 있다.
또한 본 발명의 과제는 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물을 가공하기 위한, 특히 전술한 방법에 의해 해결되고, 이 경우 식물 잔여물의 적어도 일부로부터 바이오가스 설비에서 바이오가스가 생성되고, 바이오가스의 적어도 일부는 상기 방법으로 가공되는 식물 잔여물이 남게 되는, 제품의 제조 및/또는 가공 시 에너지의 제공을 위해 이용된다.
바람직하게 바이오가스는 열 연소 공정에서, 바람직하게는 로스터에서 직접 이용된다.
방법의 바람직한 실시예에서 제품의 제조 및/또는 가공 시, 예를 들어 코코아 콩의 로스팅 시 또는 코코아 닙(nibs)의 제조 시 식물 잔여물의 바이오가스에 의해 제공된 에너지 외에 다른 에너지는 공급되지 않는다.
따라서 상기 방법은 식물 생산물, 특히 코코아 콩의 가공을 위한 독립적인 방법이다.
본 발명에 따른 방법은,
- 생산 장치, 특히 로스터 또는 로스터와 가수 분해 탱크 또는 로스터와 발효 반응기,
- 바이오가스 탱크,
- 식물 잔여물의 적어도 일부를 생산 장치로부터 바이오가스 탱크에 전달할 수 있는 공급 장치 및,
- 바이오가스 탱크에서 회수된 바이오가스로부터 생산 장치의 작동을 위한 에너지를 얻을 수 있는 바이오가스 이용 장치를 포함하는 설비에서 실시된다.
선택적으로 바이오가스 탱크에 제공되는 식물 잔여물의 일부를 위한 회수 장치가 생산 장치 내에 제공된다.
생산 장치와 바이오가스 탱크는 바람직하게 공간적으로 가깝게 나란히 놓이고, 따라서 공급 장치로서 파이프 라인 또는 밴드가 사용될 수 있다.
바이오가스 이용 장치는 생산 시 어떠한 형태의 에너지를 필요로 하는지에 따라, 예를 들어 발전 장치일 수 있거나 버너(burner)일 수 있다. 바이오가스 이용 장치는 예를 들어 로스터의 부분으로서 버너의 형태로 생산 장치에 통합될 수 있다.
예를 들어 로스터 내에 생기는 식물 잔여물은 먼저, 특히 전술한 바와 같이 가수 분해 탱크에서 가수 분해될 수 있고 또는 발효 반응기에서 발효될 수 있다. 후속해서 바이오가스 탱크에서 액상으로부터 바이오가스가 회수된다.
대안으로서 가수 분해 또는 발효 중에 바이오가스가 생성될 수 있고, 상기 바이오가스는 바람직하게 바이오가스 이용 장치에서 사용된다.
또한 가수 분해 탱크 또는 발효 반응기 및 바이오가스 탱크는 공간 유닛을 형성할 수 있거나 가수 분해 탱크 또는 발효 반응기는 동시에 바이오가스 탱크로서 형성된다.
또한 상기 과제는 특히 전술한 방법에서 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물로부터 얻어진 식이섬유에 의해 해결되고, 이 경우 섬유는 5 중량%보다 작은, 특히 2.5 중량%보다 작은 지방 함량을 포함하고 및/또는 6.5보다 큰 수불용성 식이섬유 대 수용성 식이섬유의 중량비를 갖는다.
대략 1.5 ± 1 중량%의 지방, 4.5 ± 2.5 중량%의 물, 11 ± 6 중량%의 단백질, 23 ± 7 중량%의 셀룰로오스와 펜토산 및, 8 ± 3 중량%의 회분을 포함하는 코코아 껍질 150 kg을 3 ㎥ 체적의 가수 분해 탱크에서 빗물 500 l에 현탁한다. 어떻게 코코아 껍질이 얻어졌고 얼마나 많은 열매분을 포함하고 있는지에 따라 예를 들어 7 중량%까지 지방 함량은 훨씬 높을 수도 있다.
헌탁액은 대략 25℃ 또는 42℃의 온도에서 유지된다. 혼합은 4시간마다 1분 동안 세게 교반된다.
24시간의 배양 시간 후에 고형물과 액체는 다공 박판에 의해 산소가 없는 상태에서 분리되고, 이 경우 액체분은 먼저 3 ㎥ 체적을 갖는 완충제 탱크에 공급된다.
고형분은 잔류 함수랑이 12 중량%가 될 때까지 일광에서 건조된다. 이후에 고형물은 저온 살균되고, 5 중량%보다 작은 잔류 함수량을 가질 때까지 건조된다.
후속해서 입자의 99.5%가 75㎛보다 작은 직경을 갖는 분말 입도로 분쇄된다.
고체 최종 생성물은 식이섬유가 풍부한 코코아 물질이다. 이러한 식이섬유가 풍부한 코코아 물질은 특히 초콜릿 혼합물 및 소위 속재료(예를 들어 프랄린(praline)-, 과자류- 및/또는 빵 속재료), 코코아 음료, 초코바, 초콜릿 스프레드 및 제과류의 제조 시 보충을 위해 적합하다.
처리에 의해 고형분은 70% 감소하였다. 수불용성 식이섬유 대 수용성 식이섬유의 비는 출발 물질의 경우 대략 5.5이고, 최종 생성물의 경우 19보다 크다.
액상은 제 3 바이오가스 탱크에 공급되고, 상기 탱크는 40 ㎥ 체적을 갖고, 상기 탱크에 30 ㎥ 의 액체가 제공된다. 과량의 액체는 다시 제 1 탱크에 제공되고, 상기 탱크에 다시 새로운 코코아 껍질이 공급되고, 가수 분해를 시작한다. 이로써 폐 유체 회로가 형성되고, 이는 특히 빗물이 적은 지역의 설비에 바람직하다. 대안으로서 가수 분해를 위해 항상 새로운 빗물이 사용될 수 있다.
바이오가스 탱크 내부의 온도는 약 38-40℃ 또는 38-42℃이다. 2-5 bar의 바이오가스 압력이 형성된다.
바이오가스 수율은 출발 물질인 코코아 껍질(o DM "유기 고형물")은 톤당, 60%(±5%)의 메탄 농도를 갖는 485 표준입방미터(485 N㎥/t o DM ± 10%)이다.
바이오가스 수율은, 코코아 껍질 최초량이 생기는 코코아 콩을 위한 로스터를 작동하기에 충분하다.

Claims (18)

  1. 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물을 가공하기 위한, 특히 바이오가스 설비를 위한 출발 물질 및/또는 식이섬유를 생성하기 위한 방법으로서,
    (i) 20 중량% 이상, 특히 30 중량% 이상, 심지어 특히 50 중량% 이상, 심지어 특히 90 중량%의 껍질 함량을 갖는 식물 잔여물을 제공하는 단계 및
    (ii) 식물 잔여물의 성분들을 적어도 부분적으로 발효하는 단계, 특히 탄수화물, 당, 지방 및/또는 단백질을 적어도 부분적으로 발효하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (i) 20 중량% 이상, 특히 30 중량% 이상, 심지어 특히 50 중량% 이상, 심지어 특히 90 중량%의 껍질 함량을 포함하는 식물 잔여물을 제공하는 단계 및
    (ii) 식물 잔여물의 성분들을 적어도 부분적으로 가수 분해, 특히 발효하는 단계, 특히 탄수화물, 당, 지방 및/또는 단백질을 적어도 부분적으로 가수 분해, 특히 발효하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물을 가공하기 위한, 특히 바이오가스 설비를 위한 출발 물질 및/또는 식이섬유를 생성하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계(ii) 동안 고상의 지방 함량은 식물 잔여물의 지방 함량을 기준으로 70% 이상 감소하고 및/또는
    고상의 수불용성 성분들 대 수용성 성분들의 중량비는 식물 잔여물을 기준으로 20% 이상 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 용해된 성분들을 포함하는 액상 및 고상을 분리하는 추가의 후속 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(ii)를 위해 특히 40 중량%에 이르는 건물량을 갖는 용매 중, 특히 수중의 식물 잔여물의 현탁액이 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(ii)는 탱크에서 25℃ 내지 55℃, 특히 25℃ 내지 40℃ 또는 50℃ 내지 55℃의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(ii)는 효소에 의해, 특히 효소의 첨가 하에 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(ii)는 3.0 내지 6.5, 바람직하게는 3.5 내지 5.5의 pH-값에서 실시되고, 특히 상기 단계(ii)는 산 또는 염기의 첨가하에 이루어지고, 여기서 특히 상기 단계(ii) 동안 pH-값이 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(ii) 동안 미생물, 특히 접종물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 고상은 세척, 멸균 및/또는 건조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 액상은 에너지가 풍부한 액체로서 바이오가스 설비에 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 시 발생하는 바이오가스는 바이오가스 이용 장치 내로 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 식이섬유로서의, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법의 공정 생성물의 고형분의 용도.
  14. 바이오가스 설비를 위한, 특히 발전을 위한 공급물로서의 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 공정 생성물의 액체분의 용도.
  15. 에너지 드링크를 위한 첨가 물질로서의, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법의 공정 생성물의 액체분의 용도.
  16. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    (i) 식물 잔여물의 적어도 일부로부터 바이오가스 설비에서 바이오 가스를 생성하는 단계,
    (ii) 적어도 부분적으로 상기 방법으로 가공되는 식물 잔여물이 남게 되는, 제품의 제조 및/또는 가공 시 에너지의 제공을 위해 바이오 가스의 적어도 일부를 이용하는 단계
    를 포함하는, 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물을 가공하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서, 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물을 가공하기 위한 설비로서,
    - 생산 장치, 특히 로스터 또는 로스터와 가수 분해 탱크 또는 로스터와 발효 반응기,
    - 바이오가스 탱크,
    - 식물 잔여물의 적어도 일부를 생산 장치로부터 바이오가스 탱크로 전달하는 공급 장치 및,
    - 바이오가스 탱크에서 회수된 바이오가스로부터 생산 장치의 작동을 위한 에너지를 얻을 수 있는 바이오가스 이용 장치
    를 포함하는 설비.
  18. 식물 잔여물, 특히 씨앗류 및 견과류의 껍질, 심지어 특히 코코아 콩의 껍질, 곡물 종자의 껍질, 쌀 잔여물 및 오일 함유 배아 및 견과류의 잔여물로부터, 특히 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 얻어지는 식이섬유로서,
    상기 섬유는 5 중량% 미만, 특히 2.5 중량% 미만의 지방 함량을 갖고/갖거나 수불용성 식이섬유 대 수용성 식이섬유의 중량비가 6.5를 초과하는 것을 특징으로 하는 식이섬유.
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