DE1911107A1 - Verfahren zur Abtrennung von Staerke und Proteinen aus zerkleinerten pflanzlichen Materialien - Google Patents

Description

• Verfahren zur Abtrennung von Stärke und Protein aus zerkleinerten pflanzlichen Materialien.
• Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Extraktion von Proteinen und Stärke aus pflanzlichen Materialien, insbesondere Gemüse. Besonders geeignet ist dieses verb@@serte Verfahren zur Auftrennung von Gemüse, wie z.B. von bestimmten Bohnenarten, mit einem erhebliehen Gehalt an Proteinen und Stärke, in eine Proteinfraktion und eine Stärkefraktion, wobei der bei diesem Verfahren zurückbleibende Rückstand als Viehfutter von erhablichen Nährwertet verwendbar ist.
• Es sind bereite zahlreiche Verfahren zur Extraktion von Proteinen und von Stärke aus pflanzlichen Materialien bekannt. Obwohl die Zahl der bekannten Verfahren groß ist, weisen die meisten Nachteile auf und erlauben es nicht, hohe Ausbeuten an Stärke und an Proteinen mit dem gewünschten Reinheitsgrad auf einfachs Weise zu gewinnen.
• Ein bekanntes verfahren zur Abtrennung von Stärke und Proteinen aus pflanslichen Materialien besteht darin, daß man das Rohmaterial, wie z.B. Bohnen, fein mahlt, das feingemahlene Produkt gründlich mit einer wässrigen Lösung einer geeigneten Verbindung, wie Natrium- oder Kaliumsulfit, -bisulfit, -chlorid oder -carbonat behandelt, um ein kolloidales System zu erhalten, von dem die Fasern und anderen Begleitstoffe abgetrennt weredn, worauf man die Stärke absentzen läßt und anschließend das in Lösung überführte Protein durch Einsteillen des pH-Wertes des Systems aufeinenisoelektrischen Punkt des Proteins ausfällt und schließlich das koagulierte Protein abtrennt.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind bestimmte Verbesserungen an diesen Verfahren zur Abtrennung von Proteinen und Stärke aus pflanzlichen Stoffen. Das verbesserte Verfahren erletchtert die Auftrennung und erlaubt die Gewinnung höherer Ausbeuten in größerer Reinheit.
• Überraschend wurde gefunden, daß der pH-Wert des Systems während der oben beschriebenen Behandlung des gemahlenen pflanzlichen Rohrprodukten mit der wässrigen Lösung für die Ergebnisse des gesamten Verfahrens von kritischer Bedeutung ist. Wenn fein gemahlene Bohnen z.B. in eine wässrige Natriumsulfit- oder-Natriumbisulfitlösung eingerührt werden, dann liegt der pH-Wert des Systems zu Anfang im basischen Bereich pherhalb von 7,0, im allgemeinen bei etwa 7,3 bis 7,4. Während der Auflösung des gemahlenen Materials fällt der pH-Wert und bei Weiterführung des Verfahrens bis zu einer wesentlichen Auflösung fällt der p H - Wert auf einen Wert unterhalb von 7,0, so daß ein entschieden saures System entsteht.
• Das Absinken des pH-Wertes auf Werte unter 7,0 führt zu einer Anzahl von Nachteilen: a) di Proteine werden nur unvollständig gelöst, da nur bei dem optimalen pH-Wert die größtmögliche Auflösung erreichbar ist, b) die Auftrennung in Proteine und Stärke verläuft nicht befriedigend, und es wird ein Stärkeprodukt erhalten, das mit erheblichen Proteinmengen verunreinigt ist, so daß diese Proteine durch weitere Reinigungsschritte atgetrennt werden müssen, c) von den Fasern wird eine erhebliche Menge an Proteinen zurückgehalten.
• Diese Nachteile können größtenteils vermieden werden, wenn man den pH-Wert des durch Vermischen des feingemahlenen pflanzlichen Materials mit der wässrigen Lösung erhaltenen Systems auf einen bestimmten Wert im Pereich von 7,0 bis 7,4 und vorzugsweise auf einen Wert zwischen 7,2 und 7 ,4 einstellt und den pH-Wert durch Zugabe geeigneter basischer Verbindungen in diesem Bereich hält.
• Der pH-Wert des Systems wird während des Auflösens tberwacht,und von Zeit zu Zeit werden erforderlichenfalls entsprechende Mengen einer geeigneten basischen Verbindung zugesetzt, um den pH-Wert auf den gewünschten Wert einzustellen. Jede beliebige geeignete nicht-toxische basische Verbindung kann Verwendung finden; gute Ergebnisse wurden ilt Natriumbisulfit, Natriumbydroxyd, Trinatriumphosphat und ähnlichen erreicht.
• Die Verwendung von Natriumbisulfit als Lösungsvermittler hat den zusätzlichen Vorteil, daß diese Verbindung rtlr Bakterien inhibierend wirkt und zu einem weißen Stärkeprodukt führt. Bei Verwendung von Trinatriumphosphat wirkt dieses als Puffer zur Aufrechterhaltung des gewünschten pH-Wertbereiches.
• Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Verwendung von Saubohnen näher beschrieben. Es ist Jedoch zu betonen, daß die Erfindung allgemein fUr die Abtrennung von Stärke und Proteinen aus verschiedenen pflanzlichen Materialien geeignet ist, die Proteine und Stärke in erheblicher Menge enthalten. Es schiedenen derartigen Materialien, z.B. auch Sojabohnen, durchgeführt, wobei die Ergebnisse erzielt wurden.
• Beispiel Als Ausgangsmaterial dienten 100 kg Saubohnen. Die Bohnen wurden auf eine Teilchengröße von etwa So bis 100 vermahlen, da verschiedene Versuche gezeigt haben, daß dies der optimale Teilchengrößenbereich ist Es kann eine Teilchengröße von bis zu etwa 200 t Verwendung finden, doch sind die Ergebnisse besser, wenn der Bereich bei etwa 80 bis 100 t liegt. Es wurde zum Mahlen ein Schlagwerk (eine Hammermühle) verwendet, wobei bis zu einer Feinheit von etwa 0,1 mm lichte Maschenweite vermahlen wurde. Eine Analyse des Ausgangsmaterials zeigte, daß der Proteingehalt (bezogen auf Trockensubstanz) 27 % und der Stärkegehalt 45 % betrugen.
• Das erhaltene Bohnenmehl wurde in 500 Liter einer wässrigen Lösung suspendiert, die 1,5 kg Natriumbisulfat enthielt.
• Die erhaltene Suspension wurde 30 Minuten lang kräftig durchgemischt, wobei während dieser Zeit der pH-Wert häufig gemessen und jeweils auf 7,4 eingestellt wurde, sobald er unter diesen Wert gefallen war. Die Temperatur lag bei 20°C.
• Anschließend wurde die Suspension durch ein Sieb von 0,177 mm lichter Maschenweite gesiebt, wobei die groben Teilchen und Fasern durch das Sieb zurückgehalten wurden.
• Ein zweites Abseihen durch ein Sieb von 0,074 mm lichter Maschenweite führte zur Abtrennung einer weiteren Fraktion aus zellulosehaltigen Material. Das von den Sieben zurückgehaltene Material wurde mit Wasser gewaschen und erneut mit einer ähnlichen Lösung entrahiert. Die wässrigen Extrakte wurden der suspension zugefügt, während der Rückstand nach dem Trocknen ein wertvolles Viehfutter darstellte.
• Während der 30 Minuten daurenden Behandlung werden die Proteine gelöst, während gleichzeitig noch keine übermäßige Quellung der Stärke stattfindet. Dies tritt wahrscheinlich erst ein,wenn pH-Wert oberhalb von etwa 7,4 ligt; eine derartige Quellung behindert die nachfolgende Auftrennung sehr stark, da die Filtration äußerst schwierig wird.
• Die kombinierten Exttrakte wurden durch ein bei 3 atm Druck betriebenen Hydrozyklon geleitet. Aufgrund der Unterschiede im spezifische Gewicht scheidet sich die Stärke aus der Proteinlösung ab,und es wird eine Stärkesuspension in einer proteinhaltigen Lösung erhalten.
• Die Lösung wird erneut durch den Hydrozyklon geschickt und anschließend über Nacht stehengelassen. Dabei setzt sich die Stärke ab, während die darüberstehende Flüssigkeit der Proteinlösung zugefügt wird.
• Die Stärke wird mehrmals mit Wasser gewaschen, das schwach alkalisch gemacht ist und einen pH-Wert von 7,2 bis 7,4 aufweist und anschließend getrocknet. Die Stärke wird in sehr reiner form erhalten und enthält weniger als 0,4 Gew.% Proteine. Etwa 80 % des ursprünglichen Stärkege haltes des Ausgangsmaterials wird isoliert.
• Die Proteinlösung wurde auf etwa 65°C erwärmt, wobei der pH-Wert auf 4,5 eingestellt wurde, was einem der drei iso elektrischen Punkte dieses Protein entspricht. Bei den anderen isoelektrischen Punkten wird eine derartig wirkungsvolle Koagulation nicht erreicht. Bei Einstellen des pH-Wertes bei dieser Temperatur (der geeignete Bereich liegt zwischen 60 und 70°C) auf 4,5 koaguliert das Protein segr rasch. Nach Stehen über Nacht wurde das protein von der darüber stehenden Flüssigkeit abgetrennt, die verworfen wurde. Der ausgeschiedene Bodensatz wurde zentrierfugiert und zweimal mit Wasser gewaschen, um wasserlösliche Salze zu entfernen. Da die Einstellung des pH-Wert auf 4,5 durch Zugabe von 10%iger wässriger Salzsäure erreicht wurde, stellt diese neben etwas Bisulfit den Hauptanteil an löslichen Verunreinigungen der.
• Es wurde ein hell gefärbtes Produkt erhalten, das bei 60 bis 70°C getrocknet wurde. Die Ausbeute betrug etwa 75 % bezogen auf den ursprüngliche vorhandenen Proteinanteil.
• Für einige Verwendungszwecke ist es vorteilhaft, den Fettgahalt der Endprodukte möglichst niedrig zu halten.
• Obwohl der ursprüngliche Fettgehalt des durch trockenes Vermahlen von Saubohnen erhaltenen Mehls verhültnismäßig niedrig ist, kann dessen Gegenwart inden Endproduktion zu einer Verderbnis der produkte führen,wenn es r@nzig wird. Dies kann durch einen weiteren Verfahrensschrift am anfang des Verfahrens verhindert werden. Dieser Verfahrensschrift zur weitgehenden Abtrennung des in dem Ausgangsmaterial enthaltenen Fettes besteht darin, daß man die Bohnen vor dem Vermahlen zwei Tage lang bei etwa 40°c in einer wässrigen,etwa 0,15 Gew.% Bisulfit enthaltenden Lösung einweicht. Dies führt zu einer Keimung der Bohnen und damit zu einer erheblichen Verminderung von deren Fettgehalt. Die Keine werden auf herkömmliche Weise abgetrennt und können als Futterzusatzmittel verwendet werden. Anschließend wird das Verfahren wie oben beschrieben durchgeführt, wobei man mit dem Vermahlen auf eine Teilchengröße von 80 bis 100 µ beginnt.
• Das Verfahren kann so eingestellt werden, daß die Proteine und die Stürke in einem bestimmten Ausmuß gelöst und extrahiert werden. Da die getrocknete zellulosehaltige Fraktion,die nach der Herauslösung der Proteine und der Stärke zurückbleibt, als Viehfuttter Verwendung findet, ist es vorteilhaft, eine bestimmte Menge am Proteinen in dieser Fraktion zu belassen und dadurch den Nährwert des Rückstandes erheblich zu erhöhen. Falls die gröstmögliche Menge an Proteinen abgetrennt werden soll, dann kann die Auflösung verstärkt werden, indem man den Lösungsverfahrensschritt mit eines frischen Anteil der Lösung wiederholt, die bereits für die erste Auflösungsbehandlung Verwendung fand und indem man ferner die Behandlungsdauer während des Verfahrens erhöht.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Abtrennung von Stärke und Proteinen aus pflanzlichen, erhebliche Mengen an Starke und Proteinen enthaltenden Materialien, bei welchem man das zerkleinerte Material mit einer verdtlnnten wässrigen Lösung einer die Proteine aufösenden Verbindung behandelt, eine zellulosehaltige Fraktion aus Fasern und ähnlichen Begleitstopffen abtrennt, die Stärke isoliert und die Proteine durch Einstellen des pH-Wertes auf einen isoelektrischen Punkt des Proteins koaguliert, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert während der Auflösung auf etwa 7,0 bis 7,4, vorzugsweise auf 7,2 bis 7,4, einstellt, und diesen pH-Wertbereich während des Auflösens durch die Zugabe einer nicht toxischen basischen Verbindung einhält.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß man das pflanzliche Ausgangsmaterial auf eine Teilchengröße von bis zu 200 µ, vorzugsweise von etwa 80 bis 100 µ, zerkleinert.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das zerkleinerte Ausgangsmaterial mit einer wässrigen, 0,1 bis 0,5 Gew.% Natrium-oder Kaliumsulfit, -bisulfit, -carbonat oder »chlorid enthaltenden Lösung behandelt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert durch Zugabe von Natrium-oder Kaliumhydroxyd oder Natriumbisulfit im Bereich von 7,2 bis 7,* hEt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert während der Auflösung des Proteins durch Zugabe von Trinatriumphosphat in dem gewünschten Bereich hält.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern durch Abseihen von dem gelösten Material abtrennt, trocknet und als Viehfutter verwendet, während man die Stärke durch Absetzen, Zentrifugieren der Durchleiten durch einen Zyklon isoliert und das Protein durch Einstellen des pH-Wertes der zurückbleibenden Lösung auf einen geeigneten isoelektrischen Punkt des Proteins koaguliert und das koagulierte Protein abtrennt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Protein bei einer Temperatur zwischen 6o una 7O0C koaguliert und dabei den pH-Wert durch Zugabe einer Säure, vorzugsweise Salzsäure, einstellt.