SE521559C2 - Förfarande för fraktionering av cerealiekli - Google Patents

Description

Uppfinningens bakgrund US patentet 4,36l,65l beskriver ett förfarande för tillverkning av fermenterbara socker och hö gproteinprodukter från säd, huvudsakligen majs. I denna metod, blötlägges kornen under -30 timmar före malning och separation av groddkomponenten, försockring av kolhydrater (huvudsakligen stärkelse), och separation av fiber. Utbytet av stärkelse är maximerat för jäsning till alkohol. Inom den beskrivna processen föreligger ingen specifik fraktionering av klikomponenten, separation av protein slag, eller hänsynstagande till groddkomponenten.

US patentet 5,3 12,636 ger kunskap om en process för fraktionering av en skörd I industriella råvaror. Denna är fokuserad på havresäd och inkorporering av klifraktioneringsförfaranden som innefattar extraktion av flera hydrofoba komponenter såsom lipider i polära organiska lösningsmedel före en alkalisk extraktion av återstående kli för att producera beta-glukan, protein och gummibefriad fiber. Användning av det organiska lösningsmedlet är ett nyckelsteg i processen och hydrolyserande enzymer användes inte under fraktioneringsförfarandet.

US patentet 4,746,073 beskriver ett förfarande och apparat för fysisk separation och återvinning av berikad fraktion av aleuron cellpartiklar från vetekli. Detta uppnås genom malning av kli med hammarkvarn och sedan utsättande av de resulterande partiklarna för en fysisk separation. Ingen våtprocessing användes under fraktioneringsproceduren som beskrives häri.

Två besläktade US patent (4,l7l,3 83 och 4,l7l,3 84) ger kunskap om torr och våtmalningsförfaranden för raffmering av hela vetekorn. 4,l7l,3 83 fokuserar på våtmalning av den hela käman. Det producerade kliet blandas med en separerad (huvudsakligen) endosperm protein fraktion för att ge djurfoder. 4, 171,3 83 beskriver torrmalning av hela kärnan för att producera en endosperrn fraktion, en groddfraktion och en klifraktion.

Endospenn fraktionen utsättes sedan för våtmalning och separation av stärkelserika och proteinrika fraktioner. Den proteinrika fraktionen sättes till kliet för att ge ett djurfoder. Det ~,» .». föreligger ingen beskrivning om en specifik våtfraktionering av själva kliet i endera av patenten.

US patentet 3,879,373 beskriver ett förfarande i vilket pentosaner isoleras från vetekli efter alkali-etanolextraktion av oljor, fetter, pektin, och lignin eller klormedierad delignifiering.

Detta sätt skapar flera problem, mest noterbart den extrema kemiska situationen som användes och efterföljande behandling av utloppsfiöden. Vidare, ifrågasättes användning av klor vid beredning av livsmedel och djurfoderkvaliteter.

US patentet 5,308,6l8 visar en process för att bereda dietfiber som ett extrakt från vetekli.

Kliet extraheras vid hög temperatur och tryck i vatten (180 - 200°C), för att ge en glukosrik dietñberkomponent i vattenfasen. Processen pekar specifikt på framställning av dietfiber och är inte i realiteten/ strikt ett fraktioneringsförfarande i det att andra produkter väsentligen ignoreras.

Det är klart att inte någon av ovannämnda uppfinningar har kommit fram till en process för kli-cerealiefraktionering som är både kemikaliefri och ger olika livsmedelskvalitefraktioner.

Uppfmningens huvudändamål är att l. uppnå en effektiv och kostnadseffektiv våtprocess för att separera värdefulla fraktioner med distinkta kemisk-fysikaliska egenskaper ur cerealiekli. 2. Kombinera användning av biologisk behandling med cellfria enzymer med våtmalning för att minimera både hydrolystid och grad av fiberkontamination i icke- fiberfiaktioner. 3. Garantera att i fraktioneringsprocessen proteinfraktioner med distinkta fysikaliska egenskaper och därmed funktionaliteter erhålles. 4. Processen genomföres på sådant sätt att användning av kemikalieextraktionsförfaranden undvikes och därför livsmedelskvalitefraktioner kan produceras.

. Minimera förändringar i näringsvärde, struktur och funktionaliteter som ursprungligen observerats i huvudkomponentema, och i synnerhet bibehålla 521 559 M., .- 4 antioxidantkapacitet som föreligger i oljan för att så förlänga lagringstiden hos den proteinrika fraktionen.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Det är vida känt och accepterat att då cerealier males med ändamålet att producera mjöl avskilj es den mest näringsrika delen av kornet i biprodukten, d.v.s. cerealiekliet. Trots det faktum att cerealiekliet är rikt på proteiner, oljor, vitaminer, och mineralier är dess användning inom livsmedelsindustrien och industrien för högvärdiga djurfoder ganska begränsad. Detta beror primärt på att kli, såsom Vetekli, innehåller olöslig fiber.

Uppfinnarna har utvecklat en industriell process som gör det möjligt att separera fraktioner av olika natur fiån o9lika cerealiekli, att producera högvärdiga protein- och sockerfraktioner och extrahera praktiskt taget all olöslig fiber som en separat fraktion. Det resulterande lågfiber proteinet och sockerfraktionen samt fraktion med olöslig fiber har mycket bredare marknadsapplikationer och större värde än det ursprungliga kliet.

EXEMPEL 1 Vetekli framställd från kortmalning (SMB) och konventionell malning (CMB) förfaranden användes i detta försök. Kliprov om 25 kg överfördes till en blandningstank och hydrolyserades i en följd vid temperaturer varierande från 70 °C vid det första steget med ot- amylas to 60 °C i det andra steget med amyloglukosidas under en total hydrolystid av 4 tim.

Under denna period våtmaldes reaktionsblandningen intennittent för att öka ytan och dispersionen av lösliga komponenter. pH i reaktionsblandningen var initialt satt vid neutralt och minskades sedan till 4,5 med ättiksyra i det andra steget. Förutom maximering av enzymaktiviteten medgav det sura pH partiell upplösning av fytater som föreligger i kliet.

Vid slutet av enzymhydrolysen - våtmalningssteget inaktiverades enzymema i reaktionsblandningen genom våtupphettning medelst värmeväxling och snabb nedkylning till rumstemperatur. n V... U,- .r Den hydrolyserade klilösningen infördes sedan i en två-fas dekanter för att separera olösligt (fiber och aleuronfraktioner) från den lösliga fraktionen.

Den lösliga fraktionen infördes i en separator så att den tunga fasen innehållande huvudsakligen groddkomponenter kunde separeras ifrån den lätta fasen innehållande huvudsakligen komponenter från återstående endosperm som förelåg i kliet. Den lätta fraktionen, som var mycket kontaminerad med socker, bringades genom ett ultrafilter med ett 50 kDa filter för att separera lågmolekylära socker och proteinfraktion med mindre socker kontamination från varandra.

Samtliga proteinfraktioner, d.v.s. tunga och lätta faser, blandades samman och processades slutligen genom spraytorkning. Sockerfraktionen koncentrerades med vackumavdusntning vid låg temperatur (40 till 60 °C) tills en 75% sockerkoncentration uppnåtts. Fiberfraldionen torkades i en konventionell laboratorieugn, men i en industriell process kan detta genomföras med ett antal olika torkar, d.v.s. tumrneltork, ringtork, finkvarn etc.

Medel kemiska sammansättningen hos kli och deras respektive fraktioner visas nedan: Prov Torrsubsta Protein Olja Fiber Aska NNE*** ns CMB* 90.8 15.7 4.1 45.4 5.5 29.3 CMB fraktioner enl. processen Proteinfas 92.9 31.8 7.7 1.1 7.9 51.5 Fiber 92.8 13.6 3.0 76.9 4.1 2.4 SMB” 89.1 14.3 2.3 23.7 3.2 56.5 SMB fraktioner enl. Processen Proteinfas 93.9 27.8 1.5 0.9 3.4 66.4 Fiber 94.3 22.5 4.1 64,8 1.6 7.0 * Kli från konventionell malning ** Kli från kortmalning *** Icke-kväve extrakt EXEMPEL 2 Vetekli producerad från konventionell malning utsattes för enzymatisk behandling och våtmalning såsom beskrivits i Exempel 1. Det hydrolyserade kliet fraktionerades med användning av två-fas dekanter i en olöslig (kombinerad fiber och aleuron) och en löslig fraktion.

Den lösliga fraktionen matades till en separator för fraktionering med användning av centrifugalkrafter för att sålunda producera två faser. Den groddrika fraktionen tvättades med vatten och matades åter igen till separatom för att avlägsna överskott socker och andra lätta kontaminerande ämnen. Den resulterande proteinfraktionen hölls som sådan eller blandades med indunstad flytande vassle i ett 1:1 förhållande (torrsubstansbasis).

Den endosperrrnika fraktionen som var mycket kontaminerad med socker matades till ett ultrafilter för att separera lågmolekylärt socker och proteinfraktion med mindre sockerkontamination.

Samtliga lösliga proteinfraktioner, d.v.s. grodd och endosperrnrika faser, och blandningar med vassle spraytorkades separat. Sockerfraktionen koncentrerades med vackumavdusntning vid låg temperatur (t = 60 °C) tills en 75% sockerkoncentration uppnåtts. Fiberfraktionen torkades.

Ytterligare tvättning genomförd av både den groddrik protein fraktion och fiberfraktion var mycket effektiv fór att minska mängden lätta lösliga kontaminerande ämnen från vardera fraktionen och därför öka det relativa innehållet av värdefulla komponenter.

Kompositionsdata indikerar att grodd och endosperrnrika proteinfraktionerna har ett annorlunda relativt innehåll av protein och olja. Protein och olj einnehåll från det förra var 48,6 respektive 18,6 % och de från de senare var 28,7 % respektive l,5%. Den olösliga fasen innehållande primärt kliperikarp (fiber) och aleuronproteiner hade 86,4 % fiber och 12,6 % protein. Den kemiska sammansättningen hos den groddrika fasen - vassleblandningen var 31,5 % protein, 9,8 % olja och 37 % laktos. "i" D.. . . l);2=i7;_ 1'- 7 En ytterligare viktig observation var att spray torkad grodd-rik fraktion innehållande 18,6 % olja var väsentligen mera motståndskraftig mot oxidation (härskning) jämfört med ursprungligt vetekli. Det ursprungliga vetekliet böij ade härskna efter 3 veckors lagring. Trots det faktum att inga yttre antioxidantia tillsats till den grodd-rika fraktionen började den endast bli sämre efter 12 veckors lagring.

EXEMPEL 3 Tidigare exempel illustrerar användning av stärkelse-hydrolyserande enzymer och våtmalning följt av olika separationssteg för att erhålla protein, socker och ñberfraktioner, den senare fortfarande innehållande väsentliga höga mängder av aleuronproteiner. Det kan vara av intresse för vissa applikationer att separera, åtminstone delvis, aleuronproteinerna från klihölj et (fibern) och utvinna sådana proteiner i samma fraktion som den endospermrika fraktionen, till exempel.

Ett försök sattes upp på samma sätt som beskrivits i Exempel 2 med undantag fór att en cocktail av polysackaridaser innehållande både höga cellulas och xylanas aktiviteter tillsattes tillsammans med amyloglukosidaserna och fick arbeta under 3 hrs. Temperatur och pH förhållanden hölls oförändrade. Den resulterande reaktionsblandningen behandlades vidare exakt som beskrivits i Exempel 2.

Inkluderin g av polysackaridas under hydrolyssteget hade en positiv effekt med avseende på aleuronproteinextraktionen och proteinutvinning som mätt som rnassbalans och proteininnehåll. Proteininnehållet i den endospermrika fraktionen ökade från 28,7 % (utan polysackaridas) till 34,7 % (med polysackaridas) och totala proteinutvinningen ökade med % då polysackaridas tillsattes.

EXEMPEL 4 Färgen hos proteiningredienserna kan vara av vikt, speciellt i vissa livsmedels och djurfoderapplikationer. Mjölkprodukter såsom kaseinater, vasslepulver, och vassleproteinkoncentrat har en ljus färg och sojaproteinkoncentrat har en ljust brun färg.

Dessa produkter är huvudingredienserna i högvärdes-djurfoder såsom kalvmjölksersättningar. Men i samma livsmedelsapplikationer, såsom korv och hamburgare, 521 5E9¶pzg 8 trots det faktum att små mängder inkluderas kan färgen fortfarande spela en viktig roll i produktacceptans.

Den tekniska lämpligheten med blekning av groddrika fraktionen genomfördes med två medel. 1. Enbart alkali och väteperoxidblekning och 2. Alkalifii peroxidas och väteperoxidblekning. 1. Tio g prov av en groddrik fraktion inkuberades i 1 L bägare innehållande 100 ml vatten.

Prov dispergerades under omrörning och cza 0,25 ml NaOH tillsattes tills pH 12 nåtts.

Lösningar värmdes till 50°C och 3,5, 5 och 10 ml 30 % H2O2 tillsattes till olika kolvar for att åstadkomma en upptagsnivå av 10, 15 och 30 % H2O2 på viktbasis av groddrika fiaktionen.

Blandningar omrördes under 1 hr och neutraliserades med ättiksyra.

Full blekning uppnåddes med 15 och 30 % H2O2. Prov behandlade med 10 % H2O2 var endast partiellt blekt. Alla alkaliblekta prov blev mörkare med torkning. 2. Tio g prov av en groddrik fraktion inkuberades i 1 L bägare innehållande 100 ml vatten.

Prov dispergerades under omrörning och cza 0,25 ml NS 51004 Novozymes peroxidas tillsattes. Lösningen värmdes till 50°C och 3,5 ml 30 % H2O2 tillsattes till kolven, dvs 10 % H2O2 på viktbasis groddrik fraktion och blandningen omrördes under 2 hrs.

Peroxidas - väteperoxid blekningen var effektiv, förbrukade mindre mängd kemikalier och ingen mörkning av provet observerades efter torkning.

EXEMPEL 5 Bland de olika slutanvändningarna för den groddrika fraktionen kan man beskriva köttprodukter såsom hamburgare, korv och köttbullar. I sådana slutanvändningar kan den groddrika fraktionen ersätta kött, soj aproteinkoncentrat och isolat, men också mjölkkasein och kaseinater, för att bara nämna några. Det är därför viktigt att testa den hela verkan av den groddrika fraktionen med hänsyn till emulgering och bindningskapacitet, smak, etc. f) 1% (L r :.; ti; -, JJ /;_, 9 Ett försök sattes upp för att testa lämpligheten av att inkorporera olika groddrika fraktioner extraherade från vetekli till traditionella köttbullsrecept bestående av kött, vitlök, premix, och vatten.

Följ ande spraytorkade fraktioner testades: - Groddrik fraktion extraherad från kortmalning av vetekli - (I) - Groddrik fraktion extraherad från konventionellt malt vetekli- (II) - 1:1 blandning av vassle och II, på torrsubstansbasis (HI) Köttbullsrecept testades utan grodd-rik fraktion (kåtrollrecept) eller med 2,5 % innefattning av prov I, ll och III. Köttbullar analyserades med avseende på viktförlust, smak, textur och färg efter stekning.

Resultaten beskrives i tabellen nedan.

Viktsfórlust efter Färg Textur Testat recept stekning (%) Kontroll (kött, vitlök, premix och vatten) 23.4 Referens Referens Kontroll + 2.5 % av I 21.3 Något mörkare Något segare Kontrol1+ 2.5% av H 20.8 Liknande Liknande Kontroll + 2,5% av III 18.0 Liknande Något mera möra Den totala slutsatsen är att proven fungerade bra som tillsatsmedel i köttbullsrecept och var speciellt intressanta eftersom de samtliga minskade viktförlusten efter stekning.

SLUTAN VÄN DNINGAR Groddrik fraktion Det höga proteininnehållet i groddrika fraktioner gör dem till idealiska substitut för existerande kostsamma proteiner med animaliskt och vegetabiliskt. Dessutom uppvisar också den groddrika fraktionen på grund av naturen hos dess protein, närvaron av högkvalitativ olja och fosfolipider intressanta funktionaliteter såsom emulgering, textur och bindning. 521 (_71 Man kan lista, som exempel, följande existerande produkter, vilka kan ersättas av den groddrika fraktionen i livsmedelsindustrien.

Animaliskt protein: kasein och kaseinater, plasmaprotein och äggvita Vegetabiliska proteiner: Soj aproteinkoncentrat och isolat, texturiserad soja, hydrolyserad gluten och potatisprotein.

Generellt kan ovannämnda produkter användas som köttersättningsmedel och texturgivande ingredienser i hamburgare, korv, och köttbullsproduktion för att bara närnna några. Eller som kaseinersättare vid produktion av korv, pålägg, dressingar etc.

Inom djurfoderindustrien är den groddrika fraktionen en idealisk ingrediens för högvärdiga foder såsom kalvmjölkersättningsmedel, starfoder för kalvar, srnågrisar och kycklingar, fiskfoder och sällskapsdjurfoder. l sådana applikationer kan den väsentligen ersätta användning av sojaproteiner (texturiserad soj a, koncentrat och isolat), potatisprotein, hydrolyserad gluten, högkvalitativt fiskmjöl, plasmaprotein, och torrmj ölksprodukter såsom vassleproteinkoncentrat, vassle och skummjölk.

Endosperrn-rik fraktion Den endospermrika fraktionen kan användas i livsmedelsindustrien primärt som glutenersättare men också delvis för att ersätta soj aproteiner vid produktion av olika kött och vegetabiliska produkter. Inom foderapplikationer, kan den delvis ersätta gluten, soja och mjölkproteiner som en ingrediens i kalvmjölkersättningar, smågrisstartfoder, och fiskfoder.

Fiber fraktion Fiberfraktionen bestående av perikarp och aleuron kan användas som en intressant gluten- och fytasfri fiberkälla för att ersätta konventionell cerealiekli. De huvudsakliga slutanvändningarna som livsmedel kan vara inom bageriindustrien och som frukost-cerealie.

En föredragen utföringsform av en anläggning för att genomföra uppfinningen visas i bifogade ritning, vari 1 anger ett suspensions och hydrolyskärl l och ansluten till en våtmalningsenhet 2 vilken vid sin malningsaktion ökar den effektiva ytan på hydrolysatet. 521 ll Slurryn får passera våtkvamen 2, 1-3 ggr. Slurryn överfóres sedan till en 2-fas dekanter 6 via en värrneväxlare 3, vilken dekanter separerar kli och vätska (vatten och protein) faserna.

Kliet med en torrsubstanshalt av c:a 40% tvättas sedan vidare en gång med vatten i ett suspensionskärl 4 och får passera en andra dekanter 6, återigen. Det rena kliet som erhålles har ett torrsubstansinnehâll av 95% efter att ha torkats i en ringtork 10. De samlade vätskefasema, med en torrsubstanshalt av 5 %, överfóres till en separator 7, via en blandningstank 5, i vilken separator 7 olösligt protein separeras av. Vätskefasen från separatorn 7 med en torrsubstanshalt av 2 % och omfattande vatten och lösliga proteiner får passera ett ultrañlter 8 med en molekylavskiljning vid 50 kD. Beroende på olika krav kan denna avskiljning variera mellan 20 och 100 kD. Eñer ultrafiltret 8 erhålles en vätskefas som avdunstas i en evaporator 9 och koncentreras till en sirap med en torrsubstanshalt av 75 %.

Koncentratet frånultrañltret isoleras antingen som sådant eller tillsättes fraktionen med olösligt protein vilken senare har ett torrsubstansinnehåll av 9,5 %. Proteinsockerfraktionen som erhålles spraytorkas i en spraytork ll for att ge en koncentrerad, torkad proteinsocker- fraktion och protein-oljefraktionen torkas i en spraytork ll för att ge en koncentrerad torkad protein-olj efraktion.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 PATENTKRAV 1. Förfarande för våtfraktionering av cerealieklikomponenter, kännetecknat av att kli först utsättes för en kombination av enzymatisk behandling med enzymer av gruppen stärkelse och fytathydrolyserande enzymer och våtmalning, följt av ett eventuellt steg av enzyminaktivering medelst våt värmebehandling, och nästa steg, varvid den olösliga fasen innehållande både perikarp och aleuronfraktioner separeras med centrifiigalkrafter från den vattenhaltiga fasen innehållande grodd och återstående endospennkomponenter, och att den vattenhaltiga fasen vidare separeras medelst centrifirgalkraft i en groddrik fraktion och en endosperrnrik fraktion och att proteinerna i den endospermrika fraktionen koncentreras. Förfarande enligt krav l, vari cerealiekli är ñberåterstoden som härrör från en primär sädesmalning, dvs. Efter separation av endosperrnfraktionen, av vete, ris, korn, havre, råg, och tritical, och med varierande kemiska sammansättningar, närvaro av antinäringsfaktorer och närvaro av olika anatomiska fraktioner, dvs. perikarp, grodd och återstående endosperrn. Förfarande enligt krav l, vari kombinationen av våtmalning med enzyrnatisk behandling anordnas för att öka substratets tillgänglighet och därmed förbättra den totala hydrolysverkan och efterföljande separation av både olösliga och lösliga fraktioner med varierande densitet/löslighet. F örfarande enligt krav 1, vari den enzyrnatiska behandlingen genomföres med användning av amylaser och/eller amyloglukosidaser, polysackaridaser (cellulaser, beta-glukanser, xylanaser, och pektinaser, till exempel) eller genom en kombination av sådana enzymer och fytaser. Proteinfraktion erhållen väsentligen från grodden och framställd enligt krav 1-4, vari nämnda fraktion innehåller minst 40 % protein och 10 % olja på torrsubstansbasis och uppvisar en ökad lagringsduglighet med avseende på motståndskrafi mot 10 15 20 25 30 10. ll. 12, Éš i: ') 5 1 : j 13 oxidation jämfört med det ursprungliga kliet och att nämnda fraktion innehåller mindre än 1 % fiber, och den bibehåller den emulgerande förmågan hos vetegrodd. Proteinfraktion enligt krav 5, vari flytande vassle inkorporeras i nämnda fraktion vid nivåer varierande från 20 till 80 vikt-% på torrsubstansbasis och att den slutliga blandningen torkas. Proteinfraktion erhållen väsentligen från återstående endosperm och framställd enligt krav l-4, vari nämnda fraktion innehåller minst 35 % protein och 10 % socker och mindre än 2 % olja och 1 % fiber. Proteinfraktion enligt krav 7, vari flytande vassle inkorporeras i nämnda fraktion vid nivåer varierande från 20 till 80 Vikt-Wo på torrsubstansbasis och att den slutliga blandningen torkas. Fiberfraktion framställd enligt krav 1-4, vari nämnda fraktion består av cellväggskomponenter av kli ( >85%) och aleuron proteiner (>l 0%) och väsentligen fri från gluten och stärkelse. Sockerfraktion framställd enligt krav l-4, vari nämnda fraktion härrör ursprungligen från återstående endosperm och den innehåller mer än 65 % sockerarter (såsom glukos, maltos och malto-trios) på torrsubstansbasis. Användning av en proteinfraktion som beskriven i krav 5-6, i foder och livsmedelsapplikationer för att ersätta andra proteinprodukter från vegetabiliska och animaliska källor. Användning av en proteinfraktion som beskrivits i krav 7-8, i foder och livsmedelsapplikationer för att ersätta andra proteinprodukter fiån vegetabiliska och animaliska källor. 10 13. 14. Användning av en fiberfraktion som beskrivits i krav 9, i foder och livsmedelsapplikationer för att ersätta andra olösliga fiberprodukter eller som råmaterial för vidare bearbetning. Anläggning för att genomföra förfarandet enligt krav 1-4, kännetecknad av att den omfattar ett hydrolyskärl (1), en våtkvarn (2), en värmeväxlare (3) for enzymatisk inaktivering, tvättankar (4), ett blandningskärl (5), en dekanter (6), en separator (79, ett ultrafilter (S), en evaporator (9) och eventuellt torkare (10).