PL206840B1 - Sposób wytwarzania skrobi, bioskrobi lub skrobionośnych produktów ze skrobionośnych surowców roślinnych - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206840 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 367894 (51) Int.Cl.

(22) Data zgłoszenia: 29.05.2002 C08B 30/04 (2006.01)

C08J 3/28 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

29.05.2002, PCT/AT02/000162 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

12.12.2002,WO02/098922

Sposób wytwarzania skrobi, bioskrobi lub skrobionośnych produktów ze skrobionośnych surowców roślinnych

	(73) Uprawniony z patentu: SϋDZUCKER AG MANNHEIM/OCHSENFURT,
(30) Pierwszeństwo:	Mannheim, DE
07.06.2001, AT, A888/2001	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	DIETMAR G^LL, Langenschonbichl, AT
07.03.2005 BUP 05/05	ROBERT WITTENBERGER, Katzelsdorf/Wienerwald, AT MARNIK MICHEL WASTYN, Schwechat, AT
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.09.2010 WUP 09/10	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Edward Buczyński

PL 206 840 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania skrobi, bioskrobi lub skrobionośnych produktów ze skrobionośnych surowców roślinnych.

Przy uzyskiwaniu skrobi z roślinnych surowców trzeba skrobię uwolnić z roślinnej matrycy komórkowej i oddzielić bądź izolować od innych składników komórkowych. W skali wielkoprzemysłowej dochodzi przy tym zawsze do zanieczyszczeń skrobi proteinami, lipidami lub (mikro-) włóknami. Ponadto, skrobia w swojej naturalnej postaci ściśle oddziaływa z różnymi składnikami, jak np. proteinami i lipidami, które częściowo są trwale zasocjowane na powierzchni ziarna skrobi bądź w ziarnie skrobi są bardziej lub mniej ściśle związane z cząsteczkami skrobi. Zanieczyszczenia tego rodzaju mogą powodować problemy przy stosowaniu wytworzonych produktów skrobiowych, Np. wiadomo, że w sektorze środków spoż ywczych lub farmaceutycznym na skutek takich zanieczyszczeń skrobia może wnosić niekorzystne cechy zabarwienia, smakowe lub alergenne. Ponadto wiadomo, że kompleksy skrobi z proteinami i lipidami w przemyśle papierniczym, np. przy obróbce powierzchniowej papieru powodują wady i np. wskutek tego powstają osady, co wpływa na zdolność roboczą maszyny papierniczej. Ponadto, tego rodzaju substancje resztkowe mogą wpływać na jakość papieru, zwłaszcza na biel papieru. Także w sektorze włókienniczym dla wielu zastosowań przy dotychczasowej drodze przemysłowej wytworzone skrobie są niekorzystne, ponieważ można je filtrować tylko w ograniczonym zakresie bądź wskutek osadów lub zatkania prowadzą do zwiększonego serwisowania.

Stąd też zadaniem niniejszego wynalazku było dostarczenie nadającego się do przemysłowego stosowania sposobu, przy użyciu którego można wytworzyć skrobie o wysokiej czystości, które mają różne zastosowania uwarunkowane przez niski stopień zanieczyszczenia lipidami, proteinami, DNA, (mikro-)włóknami, torebkami skrobiowymi itp.

Zadanie to rozwiązano zgodnie z wynalazkiem dzięki sposobowi wytwarzania skrobi, bioskrobi lub skrobionośnych produktów ze skrobionośnych surowców roślinnych, który polega na tym, że skrobionośne surowce roślinne obejmujące ziemniaki lub zboże, korzystnie kukurydzę, kukurydzę woskową i pszenicę, poddaje się działaniu sposobu elektroimpulsowego przy natężeniu pola 0,1-50 kV/cm, przy częstotliwości impulsu rzędu 1-1500 Hz i z zastosowaniem energii rzędu 2-75 kJ/kg surowca.

Korzystnie sposób elektroimpulsowy według wynalazku przeprowadza się przy natężeniu pola 0,5-20 kV/cm, zwłaszcza 1-10 kV/cm.

W szczególnoś ci ten sposób elektroimpulsowy przeprowadza się korzystnie przy czę stotliwoś ci impulsu 5-1000 Hz, korzystnie 5-100 Hz.

W sposobie elektroimpulsowym według wynalazku stosuje się energię rzędu 5-50 kJ/kg surowca.

Korzystnie surowiec roślinny w postaci rozdrobnionej poddaje się działaniu sposobu elektroimpulsowego.

Surowiec roślinny, który poddaje się działaniu sposobu elektroimpulsowego, jest korzystnie wybrany spośród całych ziemniaków, startych ziemniaków, zacieru kukurydzy lub kukurydzy woskowej, pszenicy i półpłynnej masy skrobiowej.

Spęcznianie tego surowca, zwłaszcza surowca z kukurydzy, korzystnie przeprowadza się w roztworze spęczniającym, który zawiera mniej niż 0,1% dwutlenku siarki, przede wszystkim mniej niż 0,01% dwutlenku siarki, a zwłaszcza nie zawiera dwutlenku siarki.

Korzystnie wytwarzanie skrobi następuje w sposobie według wynalazku bez dodawania SO2 i/lub środków biobójczych.

W sposobie według wynalazku skrobię korzystnie przeprowadza się w pochodną i/lub fizycznie modyfikuje się.

Zastosowanie sposobu elektroimpulsowego w sektorze przemysłu środków spożywczych lub ogólnie w celu roztwarzania surowców roślinnych, od dawna należy do stanu techniki (patrz np. Trends in Food Science & Technology 5 (3) (1994), str. 71-75). Sposób ten stosowano przede wszystkim do wytwarzania soków owocowych z marchwi, jabłek i podobnych lub do zapobiegania wzrostowi mikroorganizmów (Food Technology 5 (1992), str. 124-133). Dalsze zastosowania dotyczyły wytwarzania związków niskocząsteczkowych z komórek roślinnych, w przypadku których wykorzystywano udoskonaloną ekstrakcję soków komórkowych z tych komórek po tego rodzaju obróbce. Przykładami tego rodzaju związków są amarantyna z Chenopodium rubrum (Trends in Food Science & Technology, 5 (3) (1994), str. 70-99) lub sacharoza z buraków cukrowych (WO 99/64 634 A). W przypadku innych związków jednak sposób ten nie dawał żądanego efektu (Trends in Food Science & Technology, 5 (3) (1994), str. 71-75). Proponowano także, by wodorozpuszczalne produkty wewnątrzPL 206 840 B1 komórkowe ekstrahować po procesie fermentacyjnym przy zachowaniu zdolności życia komórek przez chroniący sposób elektroimpulsowy (Appl. Microbiol. Biotechnol. 27 (1988), str. 561-566).

Nieoczekiwanie można było za pomocą niniejszego wynalazku wykazać, że sposób elektroimpulsowy nadaje się także do tego, by skutecznie ekstrahować wysoko złożone i polimeryczne substancje, takie jak skrobia z komórek roślinnych, przy czym sposób elektroimpulsowy przy uzyskiwaniu skrobi pokazał niezwykłą zaletę, taką, że przy tym ścisłe kontakty protein, lecz także lipidów i kwasów nukleinowych, daje się destabilizować do polimerów skrobi w taki sposób, że w dotychczasowym przemysłowym sposobie potokowym podczas wytwarzania skrobi można ją oczyszczać i wzbogacać w znacznie bardziej skuteczny sposób.

Tym samym uzyskuje się wytwarzane przemysłowo skrobie o wyraźnie obniżonej zawartości protein, lecz także o obniżonej zawartości lipidów, mikrowłókien i innych zanieczyszczeń, takich jak DNA, barwniki itd. Korzystnie sposób zgodny z wynalazkiem wykonuje się przede wszystkim przy zastosowaniu ziemniaków lub zboża, zwłaszcza kukurydzy, kukurydzy woskowej lub pszenicy, jako surowców roślinnych, przynosi on jednak zasadniczo znaczne zalety przy zastosowaniu do uzyskiwania względnie stosowania wszystkich znanych skrobi bulwowych i zbożowych. Przede wszystkim w przypadku kukurydzy wystę puje - z powodu wysokiej zawartości lipidów w zarodkach kukurydzy szczególnie wysoki stopień zanieczyszczeń bądź potencjału zanieczyszczeń lipidami, który przy użyciu sposobu według niniejszego wynalazku może być pomyślnie powstrzymywany. Ponadto naturalna zawartość lipidów w skrobiach zbożowych jest wysoka i może przez zastosowanie sposobu być wyraźnie polepszona.

Problemem przy zastosowaniu skrobi, jak np. w przemyśle papierniczym, są tzw. torebki skrobiowe, które są nieroztworzonymi zespołami komórek i zwykle mają wielkość od 50 μm do 200 μm i, jak wspomniano, prowadzą do aglomeracji i osadów, które dotąd uważano jako nieuniknione. Zaskakujące jest to, że gdy skrobionośne surowce roślinne poddaje się zgodnie z wynalazkiem obróbce sposobem elektroimpulsowym, uzyskany produkt skrobiowy jest bezwzględnie pozbawiony takiego typu torebek skrobiowych bądź zawartość torebek skrobiowych można zredukować do poziomu, który nawet w różnych obszarach zastosowań nie prowadzi do opisanych wad.

Przez udoskonalone oddzielanie protein, które uzyskuje się na podstawie obróbki sposobem elektroimpulsowym, można zarówno lepiej oddzielić wiążące się ze skrobią proteiny w ramach zwykłych procesów potokowych, jak również zapobiegać aktywności enzymów, które prowadzą do obniżenia jakości skrobi. Należy tu przede wszystkim wymienić inhibitowanie oksydoreduktaz, ponieważ te enzymy mogą prowadzić w skrobiach do zmian barwy. Tak więc np. można sposobem elektroimpulsowym skutecznie inaktywować fenolooksydazy przy obróbce ziemniaków. Wskutek tego można dodatek SO2 lub innych inhibitorów tych aktywności enzymów znacznie obniżyć bądź całkowicie wyeliminować.

Okazało się zgodnie z wynalazkiem, że wskutek sposobu elektroimpulsowego można skutecznie wykorzystać lepszą możliwość rozdzielania skrobi i białka już w pierwotnym rozdzielaczu, ponieważ mleko skrobiowe (przebieg dolny) ma znacznie mniejszą zawartość białka niż materiały wyjściowe nie poddane obróbce sposobem elektroimpulsowym. Wskutek tej udoskonalonej możliwości oddzielania białka można z jednej strony wytworzyć wyraźnie lepszą jakość surowego mleka skrobiowego, z drugiej strony można znacząco zwiększyć zawartość frakcji klejowej białka.

Okazuje się także, że np. przez zmianę wytrzymałości ścian komórkowych następuje mniejsze tworzenie włókien przy rozcieraniu bądź rozdrabnianiu surowców, uwolnioną skrobię można zatem łatwiej rafinować w instalacji hydrocyklonu, i stąd powstaje wyższa czystość skrobi, zwłaszcza skrobi przedniej.

Do tego dochodzi jeszcze to, że wskutek znanego per se efektu hamującego mikroorganizmy, sposobowi elektroimpulsowemu towarzyszy także obniżone obciążenie mikrobiologiczne materiału roślinnego podczas procesu wytwarzania. W tej sytuacji dodatku środków biobójczych i innych środków przeciwbakteryjnych, zwłaszcza dodatku SO2, można uniknąć lub przynajmniej go zmniejszyć. Przez zastosowanie sposobu elektroimpulsowego w procesie wytwarzania skrobi można wyraźnie zmniejszyć obciążenie mikrobiologiczne produktów końcowych, i przez to często uniknąć dodatkowych etapów procesu w celu dla powstrzymywania lub obniżania ataku mikrobiologicznego w procesie wzgl. w produktach końcowych. Tak więc np. dodatkowe obniżenie wartości pH surowego mleka skrobiowego na ok. 3,5 przy użyciu SO2 lub kwasów nieorganicznych przed bądź podczas rafinacji skrobi nie jest już niezbędne. Często obciążenie mikrobiologiczne produktów końcowych przez obróbkę utleniającą jest polepszone. Ponieważ te obróbki mogą wpłynąć na jakość skrobi przez np. rozkład hydro4

PL 206 840 B1 lityczny kwasem lub utleniający (np. przez obniżenie lepkości skrobi), przez zastosowanie sposobu elektroimpulsowego wytwarza się produkty nie tylko mikrobiologicznie bez zarzutu lecz także wysokiej jakości.

W przypadku wytwarzania bioskrobi trzeba zrezygnować z zastosowania wszelkich związków chemicznych. Tak więc np. przy pęcznieniu biokukurydzy nie można dodawać SO2 i kwasów nieorganicznych, przy rozcieraniu bioziemniaków - stosować żadnych związków chemicznych do inhibitowania aktywności enzymów wpływających na jakość jak również stosować żadnych kroków w celu kontroli mikrobiologii w procesie i produktów końcowych. Tak więc produkty te często nie osiągają czystości ani jakości produktów poza tym stosowanych w handlu. Przez zastosowanie sposobu elektroimpulsowego można mimo całkowitego uniknięcia dodania SO2 po raz pierwszy także wytworzyć rzeczywiste bioskrobie wysokiej jakości i czystości. Przede wszystkim zgodnie z wynalazkiem jest także możliwe, po raz pierwszy wytworzenie skrobi, bioskrobi kukurydzianej bądź woskowej bioskrobi kukurydzianej o wyraźnie udoskonalonej jakości i czystości.

Mniejsze stosowanie środków biobójczych bądź SO2 jak również przeciwbakteryjny efekt sposobu elektroimpulsowego umożliwiają także dłuższe czasy eksploatacji w fabryce skrobi przy utrzymywanej na stałym poziomie jakości produktów końcowych. Czasy między operacjami czyszczenia można w takim przypadku wydłużyć. Odnosi się to zwłaszcza do przypadku uzyskiwania bioskrobi, których produkcja poza tym jest możliwa jedynie w krótkich jednostkach. Tak więc przez zastosowanie sposobu elektroimpulsowego jest możliwa nie tylko pod względem jakościowym lecz także ekonomicznym optymalizacja wytwarzania bioskrobi, zwłaszcza bioskrobi zbożowych.

Sposób elektroimpulsowy może w ramach niniejszego wynalazku całkiem zachodzić z parametrami opisanymi dla innych zadań (np. WO 99/64634). Korzystnie, stosownie do tego sposób elektroimpulsowy wykonuje się przy natężeniu pola 0,1-50 kV/cm, korzystnie przy 0,5-20 kV/cm, zwłaszcza 1-10 kV/cm. Częstotliwość impulsów może być realizowana korzystnie przy 1-2000 impulsów na sek, korzystniej 5-1000 impulsów na sek, zwłaszcza 5-100 impulsów na sek.

Wiadomo także (patrz WO 99/64634), że przy zastosowaniu sposobu elektroimpulsowego sposób usuwania dla surowców roślinnych prowadzi do obniżenia energii. Stąd też sposób elektroimpulsowy zgodnie z wynalazkiem korzystnie jest przeprowadzany zastosowaniu energii 1-100 kJ/kg surowca, korzystnie 2-75 kJ/kg, zwłaszcza od 5-50 kJ/kg.

Korzystnie surowiec roślinny jest poddawany sposobowi elektroimpulsowemu już w całości lub w postaci rozdrobnionej. Dlatego zgodnie z wynalazkiem korzystnie etap rozdrabniania moż e poprzedzać sposób elektroimpulsowy. Stąd też korzystnie sposobowi elektroimpulsowemu są poddawane całe ziemniaki, kawałki ziemniaków, resztki ziemniaków z przemysłu przetwarzania ziemniaków, starte ziemniaki, zacier kukurydziany, zacier kukurydzy woskowej, pszenica i inne rozdaje zbóż. Właśnie ziemniaki i także pszenica mogą być stosowane przemysłowo w postaci nierozdrobnionej. Dalszym korzystnym aspektem wynalazku jest obróbka odłamków kukurydzy i kukurydzy woskowej przed mieleniem. W szczególnie korzystnej odmianie wynalazku ten odłamek jest pozbawiany zarodka i oddzielany, a odłamek bez zarodka jest poddawany obróbce. Dalszą korzystną odmianą wynalazku jest obróbka miazgi ziemniaczanej, włókien zbożowych i surowego mleka skrobiowego, przy czym obróbka mleka skrobiowego może następować na najróżniejszych etapach jego rafinacji, tzn. przed powstaniem surowego mleka, po rozcieraniu bądź mieleniu do rafinowanej półpłynnej masy skrobiowej bądź zatężonego wilgotnego placka skrobiowego, zanim jest to suszone. Dalsza odmiana wynalazku polega na obróbce suchych produktów skrobiowych, przez wmieszanie ich w wodzie i poddanie obróbce sposobem elektroimpulsowym.

Korzystnie można także skrócić spęcznianie surowca roślinnego i zmniejszyć stosowanie SO2, zwłaszcza gdy wychodzi się z surowca zbożowego, jak np. kukurydzy lub kukurydzy woskowej. Zwykle do tego roztworu spęczniającego dodaje się dwutlenek siarki w stężeniach 0,1-0,3% (patrz G.Tegge, Skrobia i pochodne skrobi (1984), strony 79-125, zwłaszcza strona 118). Zgodnie z wynalazkiem można w tym celu stosować także roztwory spęczniające, które zawierają mniej niż 0,1% dwutlenku siarki, korzystnie mniej niż 0,01% dwutlenku siarki, a zwłaszcza są pozbawione dwutlenku siarki. Ostatnia wspomniana odmiana sposobu ma szczególne znaczenie w przypadku pęcznienia surowców uprawianych biologicznie, np. biokukurydzy i biokukurydzy woskowej. Przy użyciu sposobu zgodnego z wynalazkiem można jednak dla wszystkich skrobi (np. także z ziemniaków) wytwarzać bioskrobie, ponieważ wytwarzanie może odbywać się bez dodawania SO2 lub środków biobójczych.

Nowy produkt skrobiowy otrzymuje się sposobem według wynalazku. Skrobia otrzymywana sposobem według wynalazku różni się właściwie od skrobi dotychczas wytwarzanych (przemysłoPL 206 840 B1 wych) według stanu techniki, zwłaszcza odnośnie jej zawartości zanieczyszczeń bądź substancji towarzyszących, np. protein. Tak więc zgodnie z wynalazkiem wytworzone produkty skrobiowe wykazują korzystnie zawartość protein poniżej 0,05% w suchej masie (TS), podczas gdy zawartość protein skrobi nie poddanych obróbce przy użyciu sposobu elektroimpulsowego w zależności od surowca roślinnego jest powyżej tej wartości. Tak więc skrobie nie poddane obróbce przy użyciu sposobu elektroimpulsowego z kukurydzy wykazują zawartość protein 0,2-0,4% w TS i zawartość lipidów od 0,5 do

0,9% w TS, skrobie ziemniaczane - zawartość protein od 0,05 do 0,2% w TS i zawartość lipidów od do 0,2% w TS, a skrobie pszeniczne - zawartość protein od 0,1 do 0/6% w TS i zawartość lipidów od 0,7 do 1,2% w TS (por. Critical Rep. on Appl. Chemistry. 14 (1987), Galliardi Wiley & Sons).

Skrobie otrzymywane sposobem według wynalazku, poddawane obróbce elektroimpulsowej, wykazują natomiast wyraźnie obniżoną zawartość ze względu na lipidy, proteiny i DNA. Np. zgodnie z wynalazkiem można wytworzyć skrobię kukurydzianą o zawartości protein poniżej 0,2% w TS i ewentualnie zawartość lipidów poniżej 0,5% w TS. Można wytworzyć skrobie ziemniaczane o zawartości protein poniżej 0,05% w TS, jak również skrobie pszeniczne o zawartości protein poniżej 0,1% w TS i ewentualnie zawartości lipidów poniżej 0,7% w TS. Szczególnie korzystna skrobia, wytworzona sposobem według wynalazku wykazuje zatem mniej niż 10 ml, zwłaszcza mniej niż 5 ml gęstwy na 50 g skrobi (patrz metoda oznaczania przy próbie wytrącania białka w przykładach).

Jak wspomniano, produkty skrobiowe otrzymywane zgodnie z wynalazkiem wykazują także wyraźnie obniżoną zawartość włókien, które także zawierają torebki skrobiowe. Są one oznaczane przez odsiewanie wodnej półpłynnej masy skrobiowej przez sito 50 μm. Zawartość włókien i torebek skrobiowych np. w skrobi kukurydzianej obniża się od przeciętnie 0,1% do poniżej 0,01% w odniesieniu do suchej substancji (patrz określenie zawartości drobnych włókien w przykładach).

Zazwyczaj zgodnie ze sposobem według wynalazku uzyskuje się zatem produkty skrobiowe, które względem dotychczasowych skrobi, wytwarzanych nie przez sposób elektroimpulsowy, wykazują co najmniej o 50%, korzystnie co najmniej o 80%, zwłaszcza co najmniej o 95%, zmniejszoną zawartość torebek skrobiowych.

Zgodnie z wynalazkiem można stosownie do tego otrzymać bielsze produkty skrobiowe, przede wszystkim bielsze bioskrobie. Także zgodnie z wynalazkiem jest możliwe lepsze odwodnienie włókien dla wytwarzania pasz i przez to mniejsza energia niezbędna do suszenia. Z powodu zmienionego oddziaływania między skrobią i białkiem jest także możliwa łatwiejsza rafinacja skrobi w instalacji hydrocyklonu. Również drobne włókna i resztkowe białko w instalacji hydrocyklonu dają się łatwiej usuwać, czego odbiciem jest zmniejszona zawartość protein i włókien.

Skrobia wytworzona sposobem według wynalazku wykazuje nie tylko wyraźne obniżenie substancji towarzyszących lecz dzięki temu warunkowuje też łatwiejsze przeprowadzania w pochodne dzięki wyższej wydajności reakcji, krótszemu czasowi reakcji, zmniejszonemu wprowadzaniu związków chemicznych, mniejszemu tworzeniu produktów ubocznych i frachtowi ścieków. Wytwarzanie pochodnych skrobi, jak np. karboksymetyloskrobi (CMS), propoksylowanych skrobi, skrobi usieciowanych lub skrobi rozłożonych (termicznie, termochemicz-nie lub enzymatycznie), jest wskutek tego nie tylko ułatwione, lecz umożliwia wytwarzanie produktów jakościowo udoskonalonych. Tak więc substancje towarzyszące skrobi, jak np. białko, przy prowadzeniu reakcji w warunkach alkalicznych w podwyższonej temperaturze, jak np. ma to miejsce przy karboksymetylowaniu skrobi, prowadzą do reakcji ubocznych Maillarda, które powodują żółknienie produktu końcowego. Ta zmiana zabarwienia często wpływa niekorzystnie na zastosowanie skrobi. Zastosowanie skrobi z obniżonymi substancjami towarzyszącymi umożliwia produkcję skrobi, przeprowadzonych w pochodne, o wyraźnie udoskonalonej barwie. Stąd też w ramach sposobu według wynalazku skrobię korzystnie przeprowadza się w pochodne i/lub modyfikuje fizycznie, a tym samym dostępny jest produkt przeprowadzony w pochodne i/lub modyfikowany fizycznie.

Tego rodzaju zgodnie z wynalazkiem wytwarzane skrobie, bioskrobie bądź z niej pochodzące pochodne skrobi nadają się do stosowania korzystnie np. w sektorze środków spożywczych itp., w przypadku wytwarzania papieru bądź obróbki powierzchniowej papieru, w sektorze klejowym i w sektorze włókienniczym, zwłaszcza jako zagęszczacze drukarskie.

Dalszy aspekt dotyczy zastosowania produktu skrobiowego, wytworzonego sposobem według wynalazku, jako dodatku do żywności, jako składnika bądź środka pomocniczego przy wytwarzaniu preparatów kosmetycznych (np. w maściach, pudrach, żelach pod prysznic, jako zagęszczaczy, środków pomocniczych do emulgowania, środków opylających konserwantami itp.) i farmaceutycznych, jak np. środków pomocniczych do tabletkowania, środków rozsadzających tabletki, rozszerzaczy plazmowych,

PL 206 840 B1 oraz w przypadku farmaceutycznie stosowanych przedmiotów użytkowych, jak np. środki opylające dla rękawic itd., jako środek do obróbki powierzchniowej papieru, jak np. jako klej powierzchniowy lub środek wiążący do farb do powlekania, jako dodatek przy wytwarzaniu papieru, jako klej, jak np. klej do tapet, klej do papierosów, oraz zagęszczacz druku w dziedzinie tekstyliów. Rozumie się samo przez się, że wytworzone sposobem według wynalazku produkty skrobiowe są stosowane dla wszystkich innych celów, które są opisane dla skrobi.

W sektorze środków spożywczych wysoce czysta, wytworzona sposobem według wynalazku skrobia przede wszystkim wykazuje zalety ze względu na swoje zabarwienie, smak i małą zawartość alergenów (zarówno na poziomie protein jak i DNA). Te zalety są szczególnie wyraźne w przypadku bioskrobi i ich modyfikowanych fizycznie pochodnych.

W przypadku obróbki powierzchniowej papieru zgodnie z wynalazkiem wytworzona skrobia o wysokiej czystoś ci wykazuje wyraź nie udoskonaloną zdolność roboczą maszyny papierniczej, mniejszą skłonność do tworzenia piany w obiegu kleju, obniżone tworzenie osadu na walcach i w pojemniku kleju, oraz obniżoną skłonność do krystalizacji amylozy (przede wszystkim w przypadku skrobi zbożowej, jak np. skrobi kukurydzianej). Wskutek wyższego stopnia białości produktów skrobiowych, wytworzonych sposobem według wynalazku, zwłaszcza w przypadku skrobi kukurydzianych i pochodnych, jest także wyraźnie polepszona wytworzona jakość papieru, zwłaszcza odnośnie bieli. Także w przypadku użycia w masie papierniczej nie dochodzi w przypadku wyższych użytych ilości (ponad 0,5% na papier) do ujemnego wpływu na biel wysokiej jakości papierów.

Także w sektorze włókienniczym, przede wszystkim zagęszczaczy drukarskich, skrobie wytworzone zgodnie z wynalazkiem wykazują niezwykłą zaletę ze względu na ich udoskonaloną zdolność filtrowania. Zadrukowywanie materiałów włókienniczych następuje zwykle przy pomocy szablonów o bardzo niewielkiej szerokoś ci oczek. Zasadniczym wymaganiem dla pochodnych skrobi, które stosuje się jako zagęszczacze dla past drukarskich i innych, jest wysoka czystość bądź zdolność filtrowania (patrz metoda określenia zdolności filtrowania zagęszczacza drukarskiego w przykładach). Zazwyczaj zdolność zastosowania takich skrobi jest przede wszystkim ograniczana przez torebki skrobiowe i inne substancje towarzyszące skrobi. Zgodnie z wynalazkiem można jednak dostarczyć skrobie o zdolności filtrowania > 600 g w zakresie alkalicznym, bądź 300 g w zakresie kwaśnym. Te wymagania jakościowe umożliwiają dopiero zastosowanie przemysłowe w zagęszczaczach drukarskich, tak że w praktyce nie dochodzi do zatykania sita drukarskiego.(> 600 g w zakresie alkalicznym oznacza, że 600 g skrobi-TS jako 8 lub 10% kleik bez trudności daje się filtrować przez 32 μm gazę metalową, > 300 g w zakresie kwaśnym oznacza, że 300 g skrobi-TB jako kleik przy dodatku kwasu cytrynowego również bez trudności daje się filtrować przez 32 μm gazę).

Wynalazek bliżej objaśnia się na podstawie niżej podanych przykładów oraz figur na rysunkach.

Pokazują one:

fig. 1: skrobię kukurydzianą z torebką skrobiową, bez obróbki EIV (sposobem elektroimpulsowym); fig. 2: skrobię kukurydzianą (pojedyncze ziarna kukurydzy), po obróbce EIV według wynalazku i fig. 3: wynik próby wytrącania białka skrobi kukurydzianej nie-obrabianej (fig. 3A) i obrabianej (fig. 3B).

P r z y k ł a d y

P r z y k ł a d 1 : Zgodne z wynalazkiem wytwarzanie produktów skrobiowych z zastosowaniem sposobu elektroimpulsowego (EIV)

W celu działania EIV na całe ziemniaki, starte ziemniaki, zacier kukurydziany, pszenicę i półpłynną masę skrobiową trzeba stosownie do żądanego celu obróbki wybrać różne parametry. Najważniejszymi parametrami są natężenie pola elektrycznego, liczba (i także długość) impulsów elektrycznych i wprowadzona energia właściwa.

Energia właściwa jest tak dalece ważnym parametrem, ponieważ tę wartość można bezpośrednio przeciwstawić np. energii wprowadzonej przez obróbkę cieplną. Wielkość natężenia pola elektrycznego dobiera się według rodzaju komórek niszczonych przez obróbkę. Aby wykluczyć komórki roślinne, potrzeba zgodnie z tendencją mniej energii niż do rozkładu mikroorganizmów.

Od zakresu 20 kV/cm istnieje jednak niebezpieczeństwo silnego ogrzania aż do pirolizy przez tworzenie plazmy. Ponadto zwiększa się użyta energia, przez co można kwestionować ekonomiczność EIV w porównaniu do dotychczasowych sposobów rozkładu.

PL 206 840 B1

T a b e l a 1

Parametr EIV	Zastosowanie	Korzystny obszar
Natężenie pola elektrycznego:	udoskonalenie oddzielania protein i lipidów i wydajności skrobi, zniszczenie torebek skrobiowych	0,1-50 kV/ cm
Natężenie pola elektrycznego:	mikroorganizmy	15-60 kV/cm
Częstotliwość impulsów (liczba):	ogólne	1-1500/s
Energia odnośnie zastosowanej ilości:	ogólne	2-75 kJ/kg

P r z y k ł a d 2: Badanie zawartości protein i lipidów w skrobi kukurydzianej, ziemniaczanej i pszenicznej

Działanie obróbki elektroimpulsowej na trzy różne rodzaje skrobi uwidacznia się wyraźnie w zmniejszeniu zawartoś ci protein lipidów. Tak poddawane obróbce skrobie wykazują polepszenie technicznych właściwości użytkowych.

T a b e l a 2:

Zawartości protein i lipidów w skrobiach, dostępnych w handlu, bez oraz z obróbką EIV

	Zawartość wody [%]	nie poddana obróbce* [%] w TS	poddana obróbce EIV [%] w TS
		Zawartość protein	Zawartość lipidów	Zawartość protein	Zawartość lipidów
Kukurydza	11-14	0,2-0,4	0,5-0,9	0,05-0,2	0,1-0,5
Ziemniaki	12-17	0,05-0,2	0-0,2	0,01-0,05	0
Pszenica	11-14	0,1-0,6	0,7-1,2	0,05-0,2	0,3-0,7

*Źródło: Starch: properties and potential (Critical Rep. on Appl. Chemistry, 14, Galliard, Wiley & Sons (1987).

P r z y k ł a d 3: Badania mikroskopowe

Przed badaniem mikroskopowym ze skrobi wytwarza się około 5% wodną zawiesinę i nanosi na nośnik. Zdjęcia wykonano za pomocą mikroskopu przy 200-krotnym powiększeniu kamerą cyfrową.

Figura 1 przedstawia typowy obraz tzw. torebki skrobiowej, które przeważnie mają wielkość

50-200 μm. Za pomocą obróbki EIV łatwo je zniszczyć. Na fig. 2 widać próbkę poddaną takiej obróbce, nie wykazującą torebek skrobiowych. Twory odgraniczone ostrymi konturami przedstawiają pojedyncze ziarna skrobi.

Wynik: rozkład tych torebek skrobiowych wpływa pozytywnie na techniczne właściwości użytkowe, takie jak zdolność filtrowania kleików skrobiowych.

P r z y k ł a d 4: Próba wytrącania białka

Test ten dla zbadania jakości skrobi kukurydzianej, uzyskanej za pomocą wysokonapięciowych elektroimpulsów, jest przede wszystkim miarą czystości skrobi wytworzonej zgodnie z wynalazkiem i wykazuje zdolność zastosowania np. w obróbce powierzchniowej papieru.

Przeprowadzenie: 50 g skrobi odważa się do zlewki i miesza z 450 g wody odmineralizowanej. Do zawiesiny skrobi dodaje się 3 ml handlowej α-amylazy (np. Opitherm firmy Solvay), mieszając w łaźni olejowej ogrzewa się do temperatury 100°C i w ciągu 5 minut utrzymuje się w tej temperaturze. Następnie zlewkę wyjmuje się z łaźni olejowej i enzymatycznie rozłożony kleik skrobiowy przelewa się do lejka Imhoffa. Kleik skrobiowy odstawia się na 24 godziny w temperaturze pokojowej. Następnie odczytuje się osadzoną ilość (ml).

	handlowa skrobia kukurydziana	obrobiona skrobia kukurydziana
ilość sedymentowana	10 ml	2ml

PL 206 840 B1

W celu lepszego przedstawienia patrz fig. 3A i 3B.

Ocena: Obrobiona skrobia wykazuje po rozkładzie enzymatycznym wyraźnie mniejszą ilość gęstwy. Gęstwa ta składa się zasadniczo z białka, tłuszczy i włókien. Im mniej substancji towarzyszących skrobi i przy tym mniejsza gęstwa, tym korzystniejsze zastosowanie w przemyśle papierniczym, np.w obróbce powierzchni papieru (mniejsza bądź brak tendencji do piany rozłożonego kleju, mniejsze tworzenie bądź brak tworzenia nalotów na walcach, mniejsza skłonność do tworzenia RAPS{Retrograded Amylose Particles}, udoskonalona runnability maszyny papierniczej i ostatecznie polepszenie jakości wytworzonego papieru.

P r z y k ł a d 5: Określenie zawartości drobnych włókien

Próba ta służy do określenia zawartości drobnych włókien skrobi, np. skrobi kukurydzianej, uzyskanej z pomocą elektroimpulsów wysokonapięciowych.

Wykonanie: 50 g skrobi odważa się do zlewki i miesza z 200 g wody odmineralizowanej. Zawiesinę skrobi przez 10 min poddaje się obróbce łaźni ultradźwiękowej w celu rozkładu aglomeratów i następnie przesiewa przez wysuszone, tarowane sito 50 μm. W celu usunięcia przyczepionych ziaren skrobi przemywa się intensywnie wodą wodociągową. Sito suszy się następnie w ciągu 45 minut w temperaturze 120°C w suszarce i waży.

	handlowa skrobia kukurydziana	obrobiona skrobia kukurydziana
Drobne włókna >50 μιτι [%] w TS	0,1	0,01

P r z y k ł a d 6: Określenie zdolności filtrowania

Próba ta służy określeniu zdolności filtrowania pochodnych skrobi stosowanych jako zagęszczacze dla druku na tekstyliach i jest miarą czystości i przydatności zagęszczacza drukarskiego.

Wykonanie: W 6900 g miękkiej wody roztrząsa się 600 g zagęszczacza drukarskiego i miesza w ciągu 5 minut przy 3000 obr./min za pomocą mieszadła śmigłowego. Kleik pozostawia się w ciągu 1 godziny w temperaturze pokojowej dla spęcznienia i następnie krótko miesza ręcznie. Tak wytworzony kleik filtruje się w temperaturze pokojowej przez 32 μm gazę metalową przy określonym podciśnieniu 500 hPa aż do przefiltrowania. Filtrowanie kończy się przy zatkaniu gazy. Przefiltrowaną ilość kleiku waży się i oblicza stąd ilość przefiltrowanej skrobi. Handlowo dostępne zagęszczacze drukarskie wykazują zdolności filtrowania w zakresie 300-600 g. Wybitne produkty mają zdolności filtrowania ponad 600 g. Produkty o zdolnościach filtrowania poniżej 300 g są nieodpowiednie dla druku tekstylnego.

	handlowe zagęszczacze drukarskie	zagęszczacze drukarskie na osnowie obrobionej skrobi kukurydzianej
zdolność filtrowania przez 32 μιτι	350 g	> 600 g

Zastrzeżenia patentowe

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania skrobi, bioskrobi lub produktów skrobionośnych ze skrobionośnych surowców roślinnych, znamienny tym, że skrobionośne surowce roślinne obejmujące ziemniaki lub zboże, korzystnie kukurydzę, kukurydzę woskową i pszenicę, poddaje się działaniu sposobu elektroimpulsowego przy natężeniu pola 0,1-50 kV/cm, przy częstotliwości impulsu rzędu 1-1500 Hz i z zastosowaniem energii rzędu 2-75 kJ/kg surowca.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sposób elektroimpulsowy przeprowadza się przy natężeniu pola 0,5-20 kV/cm, korzystnie 1-10 kV/cm.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sposób elektroimpulsowy przeprowadza się przy częstotliwości impulsu 5-1000 Hz, korzystnie 5-100 Hz.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sposób elektroimpulsowy przeprowadza się z zastosowaniem energii rzędu 5-50 kJ/kg surowca.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że surowiec roślinny w postaci rozdrobnionej poddaje się działaniu sposobu elektroimpulsowego.

PL 206 840 B1

6. Sposób według jednego z zastrz. 1, znamienny tym, że surowiec roślinny, który poddaje się działaniu sposobu elektroimpulsowego, jest wybrany spośród całych ziemniaków, startych ziemniaków, zacieru kukurydzy lub kukurydzy woskowej, pszenicy i półpłynnej masy skrobiowej.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spęcznianie surowca, zwłaszcza surowca z kukurydzy, przeprowadza się w roztworze spęczniają cym, który zawiera mniej niż 0,1% dwutlenku siarki, korzystnie mniej niż 0,01% dwutlenku siarki, a zwłaszcza nie zawiera dwutlenku siarki.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarzanie skrobi następuje bez dodawania SO2 i/lub środków biobójczych.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skrobię przeprowadza się w pochodną i/lub fizycznie modyfikuje się.