NL9200402A

NL9200402A - Werkwijze voor het verlagen van het kaliumgehalte van geconcentreerd onteiwit aardappelsap.

Info

Publication number: NL9200402A
Application number: NL9200402A
Authority: NL
Original assignee: Avebe Coop Verkoop Prod
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1993-10-01

Description

Titel: Werkwijze voor het verlagen van het kaliumgehalte van geconcentreerd onteiwit aardappelsap.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verlagen van het kaliumgehalte van geconcentreerd, onteiwit aardappelsap, waarbij kalium uit het aardappelsap verwijderd wordt in de vorm van het dubbelzout syngeniet (K2Ca (SO4) 2 .H2O) .

Bij de fabricage van aardappelzetmeel uit aardappelen in een aardappelzetmeelfabriek verkrijgt men als nevenprodukt aardappeleiwit-bevattend aardappelsap (ook wel aangeduid als aardappelvruchtwater). De in het aardappelsap opgeloste aardappeleiwitten kunnen grotendeels door middel van hitte en/of zuren als vlokvormig materiaal gecoaguleerd worden. Het gecoaguleerde aardappeleiwit kan uit het aardappelsap worden geïsoleerd, bijvoorbeeld door centrifugeren. Het resterende onteiwit aardappelsap kan door hyperfiltratie en/of indamping geconcentreerd worden tot bijvoorbeeld 10 tot 65 gew.% droge stof. Het verkregen produkt wordt hier aangeduid als geconcentreerd onteiwit aardappelsap en fungeert als uitgangsmateriaal voor de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding.

Geconcentreerd onteiwit aardappelsap bevat een groot aantal opgeloste componenten zoals suikers, citroenzuur, kalium, amiden, vrije aminozuren, peptiden, appelzuur, lipiden, fosfor, oxaalzuur, chloor, magnesium, ascorbinezuur, glyco-alkaloïden (solanine, chaconine), nitraat, natrium, chlorogeenzuur, calcium en solanidine. Berekend op de droge stof bevat onteiwit aardappelsap tussen 5 en 20 gew.% kalium.

Het als nevenprodukt verkregen geconcentreerd onteiwit aardappelsap is in principe toepasbaar als component in diervoeders. De geschiktheid van dit produkt voor toepassing in diervoeders wordt echter in sterke mate verminderd door het relatief zeer hoge kaliumgehalte. Een hoog kaliumgehalte in diervoeders is ongewenst vanwege nadelige gevolgen voor de gezondheid van de dieren. Het is dus van groot belang te beschikken over een economisch rendabele methode om het kaliumgehalte van geconcentreerd onteiwit aardappelsap te verlagen.

Het is bekend om het kaliumgehalte van onteiwit aardappelsap te verlagen door middel van ionenwisseling. In een artikel van E.G. Heisler et al.f American Potato Journal, Vol. 47, blz. 326-^-336 (1970), wordt een methode beschreven om kalium te verwijderen uit onteiwit aardappelsap (deproteinized potato waste water). Hierbij wordt dit aardappelsap door een kationwisselaar geleid, waarbij kaliumionen in de kolom geadsorbeerd worden. Aldus wordt het kaliumgehalte van het door de kolom gevoerde aardappelsap verlaagd. Geconstateerd kan worden dat de verlaging van het kaliumgehalte van onteiwit aardappelsap door ionenwisseling nooit op commerciële schaal is toegepast.

De werkwijze volgens de uitvinding verschaft een methode om het kaliumgehalte van geconcentreerd onteiwit aardappelsap te verlagen, waarbij tevens een waardevolle kali-meststof wordt verkregen. Volgens de uitvinding wordt aan geconcentreerd onteiwit aardappelsap zwavelzuur en een geschikt calciumsulfaatzout toegevoegd en wordt het gevormde syngeniet-neerslag uit de vloeistof afgescheiden.

Het uitgangsmateriaal voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is geconcentreerd onteiwit aardappelsap waarvan het droge-stofgehalte bij voorkeur ligt tussen 10 en 65 gew.% en meer in het bijzonder tussen 30 en 55 gew.%. Zonodig wordt het geconcentreerde onteiwit aardappelsap eerst tot het gewenste droge-stofgehalte gebracht. In de vloeistof kunnen nog vaste macromoleculaire stoffen aanwezig zijn zoals resteiwitten, pectinen en peptiden, die de volgende reacties kunnen verstoren. Daarom wordt de vloeistof bij voorkeur eerst geklaard, bijvoorbeeld door middel van separeren of centrifugeren, om genoemde stoorstoffen uit de vloeistof te verwijderen. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt aan geconcentreerd onteiwit aardappelsap zwavelzuur en een calciumsulfaatzout, dat behoort tot de groep bestaande uit gips (CaS04.2H2O) , anhydriet (CaSC>4), hemimorphiet (CaS04.1/2H2O) en kaliumpentacalciumsulfaat (K2SO4.5CaSO4.H2O), toegevoegd. Aangenomen wordt dat de reacties die bij de werkwijze volgens de uitvinding optreden verlopen volgens onderstaande reactievergelijkingen. Met nadruk wordt echter gesteld dat de uitvinding op geen enkele wijze is gebonden aan deze vergelijkingen. Bij toevoeging van zwavelzuur en gips treedt in de vloeistof de volgende reactie op:

CaS04.2H20 + H2SO4 + 2 K+ K2Ca(SO4)2.H2O + 2 H+ (reactie 1)

Bij deze reactie 1 treedt een uitwisseling van kalium-ionen tegen waterstofionen op. Het neerslag van reactie 1 is syngeniet (precipitaat 1). Dit neerslag wordt vervolgens uit de oplossing afgescheiden, bijvoorbeeld door middel van centrifuges of hydrocyclonen. De resterende vloeistof (vloeistof 1) is zuur en heeft een pH van bijvoorbeeld 1 tot 2,5.

De toe te passen reactieomstandigheden (reacties 1) zoals de reactietemperatuur, de hoeveelheden zwavelzuur en calciumsulfaatzout, de pH-waarden en de reactietijd kunnen binnen ruime grenzen variëren. Deze omstandigheden zijn onderling van elkaar afhankelijk en worden verder ook bepaald door de samenstelling van het geconcentreerde onteiwit aardappelsap en de hoeveelheid kalium die men uit de oplossing wil verwijderen. Bij het begin van reactie 1 ligt de pH van het reactiemengsel bij voorkeur tussen 1 en 4 en meer in het bijzonder tussen 1,5 en 3.

Het volgens de uitvinding bij reactie 1 verkregen precipitaat 1 bevat het dubbelzout syngeniet. Dit produkt kan als kali-meststof toegepast worden in land- en tuinbouw. Het is echter ook mogelijk om het syngeniet in water bij temperaturen van bijvoorbeeld 35 tot 100°C om te zetten in twee andere zouten namelijk opgelost kaliumsulfaat (K2SO4) en een neerslag van het dubbelzout kaliumpentacalciumsulfaat (K2SO4.5CaSO4.lH2O). Door verwijdering van het neerslag van het pentazout wordt een kaliumsulfaatoplossing verkregen, uit deze oplossing kan door indikken en kristalliseren K2SO4 in vaste vorm verkregen worden. Dit produkt is in bepaalde gevallen een meer waardevolle kali-meststof dan syngeniet omdat het kaliumgehalte van kaliumsulfaat hoger is. Het afgescheiden neerslag bestaat in hoofdzaak uit kaliumpentacalciumsulfaat. Dit produkt kan via recirculatie weer toegepast worden in reactie lr (in plaats van gips), waarbij het pentazout weer in syngeniet wordt omgezet volgens reactievergelijking 2: K2SO4.5caSO4.lH2O + 4 H2SO4 + 8 K+ + 4 H20 -» (reactie 2) 5 K2Ca(SO4)2·H2O + 8 H+

Bij toepassing van dit pentazout via recirculatie heeft men dus veel minder gips nodig voor het verlagen van het kaliumgehalte van het geconcentreerd onteiwit aardappelsap.

Na afloop van reactie 1 en de afscheiding van het syngenietneerslag (precipitaat 1) verkrijgt men een zure vloeistof (vloeistof 1) met het gewenste lage kaliumgehalte. Deze vloeistof kan in principe als zodanig verder verwerkt worden, bijvoorbeeld in diervoedermengsels. Door de lage pH en het relatief hoge sulfaatgehalte is dit produkt echter vaak minder geschikt voor toepassing in diervoeders.

Bij voorkeur wordt vloeistof 1 daarom eerst geneutraliseerd alvorens deze verder te verwerken. In principe komen allerlei basische verbindingen in aanmerking als neutrali-satiemiddel. Voor toepassing van geconcentreerd onteiwit aardappelsap in diervoeders zijn echter een aantal basische stoffen minder geschikt als neutralisatiemiddelen. Dit geldt voor neutralisatiemiddelen die nadelig zijn voor de gezondheid van dieren (zoals natriumverbindingen) en/of die het hoge. sulfaatgehalte van de vloeistof in stand houden (zoals ammoniumverbindingen en andere verbindingen die goed oplosbare sulfaatzouten vormen). Bij voorkeur wordt de neutralisatie volgens de uitvinding daarom geheel of gedeeltelijk uitgevoerd met geschikte basische calciumverbindingen zoals CaO, Ca(OH)2 of CaC03. Door aan vloeistof 1 Ca(OH)2 of CaO toe te voegen worden twee gunstige effecten verkregen. De pH stijgt en er precipiteert gips, waardoor het sulfaatgehalte van vloeistof 1 sterk afneemt. Dit blijkt uit reactie 3:

Ca (OH)2 + 2 H+ + SO4" CaS04.2H20 (reactie 3)

Reactie 3 geeft aan dat zowel H+ als SO4 uit de oplossing verwijderd worden. Daarnaast vindt in vloeistof 1 ook nog reactie 4 plaats, waarbij calciumcitraat uit vloeistof 1 wordt neergeslagen (CIT is citraat): 3 Ca (OH) 2 + 2 CIT3- + 6H+ -* Ca3CIT2-4H20 + 2H2O (reactie 4)

Het precipitaat 2 van gips en calciumcitraat kan van de vloeistoffase (vloeistof 2) gescheiden worden, bijvoorbeeld door middel van centrifuges of hydrocyclonen. Uit dit neerslag kan desgewenst citroenzuur gewonnen worden door het neerslag te behandelen met zwavelzuur. Hierbij wordt uit het calciumcitraat citroenzuur vrijgemaakt volgens vergelijking 5:

CaCIT2.H2O + 3H2SO4 -» 3 CaS04.2H20 +3 H3CIT (reactie 5)

Het gipsneerslag kan van de vloeistoffase afgescheiden worden en via recirculatie weer gebruikt worden voor reactie 1. Uit de resterende vloeistof kan desgewenst citroenzuur in vaste vorm gewonnen worden.

Men kan de pH van vloeistof 1 bij reacties 3 en 4 tot de gewenste eindwaarde van bijvoorbeeld 4 tot 9 instellen. Bij voorkeur verhoogt men echter de pH van vloeistof 1 bij reacties 3 en 4 niet hoger dan 4. Indien deze pH hoger ingesteld wordt lost het gevormde gipsneerslag weer gedeeltelijk op en neemt het sulfaatgehalte van de vloeistof 1 weer toe.

Indien men bij reacties 3 en 4 de pH van het reactie-mengsel tot bijvoorbeeld 2 tot 4 verhoogt, verkrijgt men na afscheiding van het neergeslagen gips en calciumcitraat (precipitaat 2) een vloeistof (vloeistof 2) die nog zuur is. Bij voorkeur wordt vloeistof 2 verder geneutraliseerd tot bijvoorbeeld pH 4 tot 9. Dit wordt bij voorkeur uitgevoerd met basische calciumverbindingen en/of basische magnesium-verbindingen in verband met gezondheidsaspecten voor de dieren. In bepaalde gevallen is het gewenst om het magnesium-gehalte van diervoeders te verhogen. Dit kan gerealiseerd worden door de tweede neutralisatietrap uit te voeren met basische magnesiumverbindingen zoals MgO of Mg(OH)2. Dit resulteert in reactievergelijking 6:

MgO + 2 H+ Mg++ + H2O (reactie 6)

In de oplossing wordt H+ vervangen door Mg++. Er ontstaat geen nieuw precipitaat. Verder wordt de pH op de gewenste waarde van bijvoorbeeld 4 tot 9 gebracht.

Het verkregen produkt is een geconcentreerd onteiwit aardappelsap met een verlaagd kaliumgehalte. De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk 50 tot 90% van de oorspronkelijk aanwezige hoeveelheid kalium uit geconcentreerd onteiwit aardappelsap te verwijderen. Het na neutralisatie verkregen produkt kan desgewenst ingedampt worden tot het gewenste droge-stofgehalte. Het aldus vervaardigde produkt kan met name toegepast worden als component in diervoede'rmengsels. Daarnaast levert de werkwijze volgens de uitvinding een waardevolle kali-meststof in de vorm van syngeniet en/of kaliumsulfaat.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van het volgende voorbeeld.

Voorbeeld 1000 g geconcentreerd onteiwit aardappelsap (drogestofgehalte 60 gew.%), met een kaliumgehalte van 7,5 gew.%, wordt met 250 g water verdund tot 1250 g. De onopgeloste bestanddelen worden door middel van centrifugeren uit de oplossing verwijderd. De vloeistof wordt vervolgens met 0,8 mol zwavelzuur op een pH van 2,5 gebracht, Daarna wordt 0,85 mol gips toegevoegd. Het verkregen mengsel wordt gedurende 2 uur bij 15ÖC geroerd.' Vervolgens wordt het verkregen precipitaat (in hoofdzaak bestaande uit syngeniet) door centrifugeren uit de oplossing afgescheiden. Het precipitaat wordt met water gewassen en kan na droging als kali-meststof toegepast worden.

De resterende vloeistof wordt met behulp van calciumhydroxide op een pH van 3 gebracht. Het ontstane precipitaat (in hoofdzaak bestaande uit gips en calcium-citraat) wordt vervolgens door centrifugeren uit de oplossing afgescheiden. De resterende vloeistof wordt met behulp van magnesiumoxide op een pH van 5 gebracht. Daarna wordt de oplossing ingedampt tot 60% droge stof. Het produkt kan toegepast worden als component in diervoedermengsels. Vergeleken met het uitgangsmateriaal bevat het verkregen eindprodukt 85% minder kalium.

Claims

1. Werkwijze voor het verlagen van het kaliumgehalte van geconcentreerd onteiwit aardappelsap, met het kenmerk, dat men aan dit aardappelsap zwavelzuur en een calciumsulfaatzout behorend tot de groep gips, anhydriet, hemimorphiet en K2SO.5CaSO4.lH2O toevoegt en het gevormde syngenietneerslag uit de oplossing verwijdert.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het te behandelen aardappelsap een droge-stofgehalte heeft van 10 tot 65 gew.%.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het te behandelen aardappelsap een droge-stofgehalte heeft van 30 tot 55 gew.%.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het aardappelsap door toevoeging van zwavelzuur op een pH van 1 tot 4 wordt gebracht.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men als calciumsulfaatzout gips toepast.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men als calciumsulfaatzout K2SO4.5CaSO4.lH2O toepast.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men aan de, na de afscheiding van het syngenietneerslag, resterende zure vloeistof een basische calciumverbinding toevoegt en het verkregen neerslag uit de vloeistoffase afscheidt.

8. Werkwijze volgens conclusies 7, met het kenmerk, dat de pH van de resterende zure vloeistof met een basische calciumverbinding ingesteld wordt op 2 tot 4, het verkregen neerslag uit de oplossing wordt afgescheiden en de pH van de resterende vloeistoffase met een basische magnesiumverbinding wordt ingesteld op 4 tot 9.