DE19912037B4

DE19912037B4 - Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Pflanzensamen

Info

Publication number: DE19912037B4
Application number: DE19912037A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Holley; Klaus Dr.-Ing. Müller; Hisham Dipl.-Ing. Kamal (FH); Andreas Dipl.-Ing. Wäsche; Axel Dipl.-Ing. Borcherding; Thomas Dr.-Ing. Luck
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Prolupin De GmbH
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: DE19912037A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und protein- oder stärkehaltiger Pflanzensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Pflanzensamen mittels gezielter Fraktionierung, wobei der zerkleinerte Pflanzensamen mittels Eintrag eines Lösungsmittels entölt und der Rückstand unter Zusatz von Säure von im Sauren löslichen Stoffen abgereichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzensamen in scheibchenförmige Flocken derart zerkleinert und/oder verformt werden, daß die Zerkleinerung der Pflanzensamen nach erfolgtem Vorbrechen der den Pflanzensamen enthaltenen geschälten oder ungeschälten Saat mittels einer gekühlten Flockierwalze durchgeführt wird, und durch indirekten Wärmeeintrag ohne direkten Wasserkontakt erhitzt werden und nach der Entölung die Abreicherung von im Sauren löslichen Stoffen, der Flocken durch eine wäßrige Extraktion erfolgt, wobei ein alkaloidreduziertes Raffinat und ein wäßriges Extrakt erhalten werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Pflanzensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Pflanzensamen mittels gezielter Fraktionierung, wobei der zerkleinerte Pflanzensamen mittels Eintrag eines Lösungsmittels entölt und der Rückstand unter Zusatz von Säure von im Sauren löslichen Stoffen, vorzugsweise von Alkaloiden, abge reichert wird.

Proteine gelten als Rohstoffe für die Lebensmittel- und Futtermittelindustrie und finden vielfache Verwendung in der technischen Chemie, beispielsweise zur Herstellung von Klebstoffen, Emulsionen für photographische Schichten sowie Kosmetika, um nur einige zu nennen.

Da Proteine ein wesentlicher Bestandteil von Tieren und Pflanzen sind, stellen sie erneuerbare, native Rohstoffe dar, die im industriellen Maßstab beispielsweise aus Milch, Soja und Weizen gewonnen werden können. Von besonderer Bedeutung für die Proteingewinnung sind Lupinensamen, die in ihrer Zusammensetzung hinsichtlich Proteingehalt, Rohfaseranteil sowie Ölgehalt Sojabohnen ähneln. Der Lupinenanbau und die Verarbeitung von Lupinensamen zu gewünschten Proteinprodukten ist deshalb von besonderem Interesse, da Lupinen auch in Regionen angebaut werden können, die für Sojabohnen ungeeignet sind, wie beispielsweise in Westeuropa oder Australien.

Eine direkte Nutzung von Lupinenprodukten, insbesondere für Ernährungszwecke, ist aufgrund pflanzeneigener Bitterstoffe, den sogenannten Alkaloiden, eingeschränkt, bei den anbautechnisch vorteilhaften sogenannten Bitterlupinen sogar vollkommen ausgeschlossen. Bei der Verarbeitung von Lupinensamen ist es daher erforderlich, die Alkaloide zu entfernen, um Produkte für die Nutzung als Lebensmittel zu erhalten. Gleichzeitig können die extrahierten Alkaloide als Wirkstoffe gezielt in Landwirtschaft und Pharmazie eingesetzt werden, wodurch die vollständige Verwertung von Lupinen bzw. Bitterlupinen auch aus ökonomischer Sicht äußerst interessant ist.

So geht bereits aus der im Jahre 1931 veröffentlichten deutschen Patentschrift DE 537 265 A ein Verfahren zur nutzbaren Verwertung von Lupinen unter Entbitterung durch stufenweise Extraktion mit wässrigen Lösungen hervor. Die Entbitterung wird mittels stufenweiser Extraktion im feuchten Zustand geschnitzelter Lupinen unter Säurezusatz mit anschließender Lösung der sich im Säurebad bildenden Salze durchgeführt.

Weiterhin geht aus der WO 83/00419 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entzug der Bitterstoffe aus Bitterlupinensamen hervor, nachdem die Lupinen in feinstgemahlener Form mit unterschiedlich stark konzentrierten Lupinenextraktlösungen nach dem Gegenstromprinzip kalt ausgewaschen werden, wobei als Lösungsmittel Wasser verwendet wird.

Ein weiterentwickeltes Verfahren zur Entbitterung von Lupinensamen ist der WO 97/12524 A2 zu entnehmen, das nach der Zerkleinerung der Lupinensamen auf grießartige Körner mit Durchmessern zwischen 200 und 600 μm zunächst eine thermische Wärmeeinwirkung auf die Pflanzensamen vorsieht, wodurch eine gezielte Inaktivierung von in den Pflanzensamen vorhandenen Enzymen erreicht wird. Die Wärmeeinwirkung erfolgt direkt mittels Blanchiertechnik, d.h. direktem Einbringen heißen Wasserdampfes in den zerkleinerten Samen. Nach dem Blanchiervorgang werden die Pflanzensamen einem aus zwei Schritten bestehenden Entbitterungsprozeß unterzogen, dessen erster Extraktionsschritt zur Abtrennung der Alkaloide sowie weiterer antinutritiver Stoffe führt. Hierzu werden die Pflanzensamen mit frischem Trinkwasser als Lösungsmittel in einem sauren Milieu im Rahmen einer Gegenstromextraktion vermischt. Der Mischvorgang kann vorzugsweise mehrstufig erfolgen, bis ein an antinutritiven Stoffen angereichertes Extrakt und ein extrahierbares Raffinat, das reich an Proteinen und Ballaststoffen ist, gewonnen wird. Das aus dem ersten Extraktionsschritt gewonnene Raffinat wird in einem zweiten Schritt mit Wasser als Lösungsmittel in einem alkalischen Milieu zugesetzt. Als Extraktionsergebnisse im zweiten Schritt wird ein an Ballaststoffen angereichertes Raffinat sowie eine mit Proteinen angereicherte Proteinmilch gewonnen.

Allen vorstehend beschriebenen Entbitterungsverfahren liegt ein gemeinsames Ziel zugrunde, nämlich zum einen die Gewinnung von Proteinen möglichst ein Reinstform und zum anderen möglichst vollständig entbitterte Ballaststoffe für die Lebensmittel- oder Futtermittelindustrie zu erhalten.

Den vorstehend beschriebenen Verfahren haften jedoch auch diverse Nachteile an: Zum einen weisen Pflanzensamen und insbesondere Lupinensamen einen Ölgehalt von ca. 10 bis 15% auf, in dem neben reinem Öl, beispielsweise Triglyceride auch lipophile Nebenbestandteile enthalten sind, wie beispielsweise Karotinoide, Lecithine oder lipophile Alkaloide. Insbesondere letztere Bestandteile können mit den bekannten Entbitterungsverfahren nur unzureichend extrahiert werden, so daß in den entbitterten Endprodukten unvermeidbar lipophile alkaloidische Restbestandteile enthalten sind.

Zwar sieht das bekannte Verfahren gemäß WO 97/12524 A2 eine dem Entbitterungsprozeß vorgeschaltete Inaktivierung der in den Pflanzensamen vorhandenen Enzyme vor, so daß ausgeschlossen werden kann, daß bei der Lagerung der entbitterten Verfahrensprodukte eine enzymatische Oxidation vorhandener ungesättigter Fettsäuren stattfindet, die beispielsweise zu einem ranzigen Geschmack führen würden, was für eine Verwendung im Lebensmittelbereich unvorteilhaft wäre, doch wird die Inaktivierung mittels Blanchieren vorgenommen, d.h. einer Beaufschlagung der Pflanzensamen mit heißem Wasserdampf, wodurch zum einen zwar die Enzyme inaktiviert, jedoch auch Speicherproteine unvermeidbar in Mitleidenschaft gezogen werden, daß sie ihre native Form und Eigenschaften verlieren.

Schließlich trägt auch die Formgebung der zerkleinerten Lupinensamen am Erfolg des Entbitterungsprozesses bei. So ist die in der WO 97/12524 A2 vorgeschlagene Grießkornform insofern von Nachteil, da sie ein verhältnismäßig großes Volumen umschließt, aus dem die zu extrahierenden Einzelbestandteile entfernt werden müssen, d.h. je größer der Abstand vom Volumeninneren zur Außenseite eines jeden Grießkornes ist, umso weniger leicht gelangen die zu extrahierenden Stoffe aus den zu entbitternden, grießförmigen Lupinensamenbestandteile. Andererseits wird in der WO 83/00419 A1 vorgeschlagen, die zu entbitternden Lupinensamen zu feinstem Mehl zu mahlen, mit Korngrößen zwischen 1 μm bis 50 μm, wodurch zwar die einzelnen Extraktionswege innerhalb eines „Staubkornes" sehr klein gehalten sind, doch entstehen durch das feine Vermahlen der Lupinensamen zu Mehl verfahrenstechni sche Probleme beim Auftrennen zwischen flüssiger und fester Phase. Dies erfordert komplizierte und verfahrenstechnisch aufwendige Filtrationsschritte, die im industriellen Einsatz einen erheblichen Kosten- und Zeitfaktor bedeuten.

Ein weiterer bekannter Entbitterungsprozeß ist in der DE 29 08 320 A1 beschrieben, bei dem die Lupinensamen zerkleinert und entölt werden. Der dabei auftretende proteinhaltige Rückstand wird nachfolgend erhitzt und unter Zugabe von Säure extrahiert. Auch bei diesem bekannten Verfahren sind die vorstehend genannten Nachteile, wie Eintrag von Wasser zur Inaktivierung von Enzymen oder unzureichende Zerkleinrung der Lupinensamen zu nennen.

Neben den vorstehend genannten Lupinen als Ausgangsstoffe kann auch protein- und öl- oder stärkehaltiges Saatgut verwendet werden, wie Raps, Leinsaat oder Leguminosen, insbesondere Sojabohnen, Erdnuß, Erbsen und Ackerbohnen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Pflanzensamen zur Gewinnung von Produkten aus Pflanzensamen mittels gezielter Fraktionierung derart anzugeben, daß die Produkte, Proteine in Reinstform sowie Ballaststoffe möglichst vollständig von Bitterstoffen befreit werden können, wobei die nacheinander durchzuführenden Verfahrensschritte mit möglichst geringem technischen Aufwand verbunden sein sollen. Zum einen ist insbesondere darauf zu achten, daß die zu behandelnden Proteine in ihrer nativen Form unverändert verbleiben sollen, während in den Pflanzensamen enthaltene Enzyme inaktiviert werden insbesondere lipophile Alkaloide weitgehendst vollständig, auf möglichst schonende Weise, extrahiert werden sollen. Das Verfahren soll mit möglichst einfachen, aufeinander abgestimmten Prozeßschritten den bisher erreichten Grad an Entbitterung von Pflanzensamen erheblich verbessern, bzw. den technischen Aufwand bei gleichem Entbitterungsergebnis erheblich verringern.

Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl-, protein- oder stärkehaltiger Pflanzensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Pflanzensamen, die sowohl reich oder arm an Bitterstoffen sein können, mittels gezielter Fraktionierung nachfolgend beschriebene Verfahrensschritte durchgeführt. Dabei eignet sich das Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung beispielsweise von Raps, Leinsaat, Leguminosen, Sojabohnen, Erdnuss, Erbsen, Ackerbohnen oder insbesondere von Lupinensamen. Ohne Einschränkung des Erfindungsgegenstandes wird das Verfahren im Folgenden im Zusammenhang mit der Verwendung von Lupinensamen beschrieben.

Zunächst werden die Lupinensamen geschält und die Schalen werden abgetrennt. Im Anschluß daran wird das Kernfleisch der Samen zu scheibchenförmigen Flocken zerkleinert bzw. verformt, indem sie bspw. durch eine Flockierwalze geführt werden. Die Flockierwalze wird gekühlt, wodurch der Zerkleinerungsvorgang effizienter und schonender für das zu zerkleinernde Saatgut erfolgt. Die Kühlung soll insbesondere eine Erwärmung des Saatgutes während der Zerkleinerung verhindern. Der Kühleffekt kann beispielsweise mit gewöhnlichem Leitungswasser sichergestellt werden, das das zerkleinerte Saatgut in einem Temperaturbereich noch unterhalb der Denaturierungstemperatur der Lupinenproteine hält. Geeignte Temperaturen bewegen sich zwischen 8 und 35°C. Anschließend erfolgt auf die Flocken ein indirekter Wärmeeintrag ohne direkten Wasserkontakt. Die indirekte Erwärmung findet in einer Wärmepfanne statt, in die die zerkleinerten Flocken eingebracht werden. Durch den schonenden, indirekten Wärmeeintrag werden die in den Lupinensamen enthaltenen Enzyme inaktiviert, doch verbleiben die Proteine weitgehend in ihrer ursprünglichen Form und behalten ihre funktionellen Eigenschaften unverändert bei, da sie nicht in direktem Wasserkontakt treten, durch das die Proteine in ihren natürlichen Eigenschaften geschädigt würden.

Nun werden die Flocken gezielt einem Entölungsprozeß unterzogen, bei dem ein Lösemittel eingesetzt wird, vorzugsweise Hexan, mit dem eine Extraktion der in den scheibchenförmigen Flocken enthaltener Lipide möglich ist. Auch ist es möglich alternativ zu Hexan, Ethanol, technisches Hexan, Pentan, Heptan oder überkritisches CO₂ zu verwenden. Ebenso kann die Entölung mit vorstehenden Lösemitteln mit einer mechanischen Ölabtrennung in Form von Pressen oder mit einer Entölung mit Ethanol-Wasser-Gemischen unter Anwendung von Zentrifugaltechniken kombiniert werden.

Insbesondere betreffen die extrahierten Lipide auch sämtliche in den Lupinensamen enthaltenen lipophile Alkaloide, die im Wege der Entölung isoliert werden können, so daß in den hexannassen, scheibchenförmigen Flocken lediglich lipophobe Alkaloide als Bitterstoffe vorhanden sind, die es gilt, in einem nachfolgenden Entbitterungsprozeß zu extrahieren. Die auf die vorstehende Weise entölten und desolventisierten Flocken weisen vorzugsweise einen Ölgehalt auf, der kleiner 2%, vorzugsweise kleiner 1% von der Trockensubstanz ist. Die Desolventisierung erfolgt vorzugsweise wasserfrei mit einem überhitzten Lösemittel, bspw. Hexan. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebig andere Desolventisierungsmethoden anwendbar. Vorzugsweise wird das hexannasse Mehl schonend, beispielsweise mit überkritischen Hexan, entbenziniert.

Zur Entbitterung werden die entbenzinierten, lipidreduzierten, scheibchenförmigen Flocken einem wässrigen Fraktionierungsprozeß unterzogen. Auch ist es möglich zu den lipidreduzierten Flocken Anteile von Schalen zu mischen, die in einem vorgeschalteten Mahlschritt auf Korngrößen kleiner 5 mm reduziert worden sind. Der Entbitterungsprozeß setzt sich im Wesentlichen aus zwei Prozeßstufen zusammen:
Zunächst werden die entölten Flocken, gegebenenfalls zusammen mit Schalenanteilen, in ein wässrig saures Medium eingebracht, in dem sich alljene Substanzen lösen, die in den Flocken enthalten sind und im sauren Bereich gelöst werden können. Als Resultat wird ein wässrig saures Extrakt, das insbesondere die Alkaloide enthält, sowie ein sauer unlösliches, entbittertes Raffinat, im wesentlichen bestehend aus Flockensubstanz, erhalten.

Die auf diese Weise extrahierten Flocken, die auch als Mehl bezeichnet werden, können einer weiteren, nachfolgenden Extraktion mit dem Ziel einer Gewinnung von Proteinisolaten bzw. -konzentraten unterzogen werden. Auch bei der nachfolgenden Extraktion sind wässrige Systeme involviert, die in mehreren Stufen hintereinander geschaltet werden können. Eine Trennung zwischen der festen und flüssigen Phase kann mit Hilfe der Dekantation erfolgen, mit der man als Produkt den Proteinextrakt sowie proteinabgereicherte bzw. deren Kompartimente erhält, wobei sich in der übriggebliebenen Flockensubstanz der darin verbleibende Proteinanteil mit Hilfe bestimmter Verfahrensbedingungen, wie beispielsweise pH-Wert, Extraktionszeiten sowie Temperaturen, steuern läßt.

Auch ist es möglich ein Produkt aus dem wäßrigen sauren Extrakt zu erhalten, das im Rahmen einer Feinstoffabtrennung per Separator gewonnen werden kann.

Da der erste Verfahrensschritt mehrstufig in Art einer Kaskade ausgebildet ist, die eine Vielzahl hintereinander geschaltete wässrig saure Prozeßstufen vorsieht, wird die Feinstoffabtrennung frühestens nach Durchlauf der ersten Prozeßstufe vorgenommen. Hierbei wird in einer Prozeßsstufe zur Einstellung eines Verhältnisses zwischen sauerunlöslichem Raffinat und wäßrigem Extrakt von kleiner als 10:1 ein Teil des wäßrigen Extraktes der unmittelbar darauffolgenden Prozeßstufe zugemischt. Auch ist es möglich ein Verhältnis zwischen sauerunlöslichem Raffinat und wäßrigem Extrakt von größer als 10:1 einzustellen, indem innerhalb einer unmittelbar folgenden Prozeßstufe ein Teil des wäßrigen Extraktes ausgeschleust wird.

Das dabei erhältliche Produkt weist somit einen Trockensubstanzgehalt von wenigstens 12%, vorzugsweise größer 16%, einen Proteingehalt in der Trockensubstanz von größer 70%, vorzugsweise größer 85% und einen Alkaloidgehalt von kleiner 0,5% vorzugsweise 0,1% in der Trockensubstanz auf. Ferner enthält das Produkt Ballaststoffe, die nach oder während einer Trocknungsphase nach Partikelgrößen in mindestens 2, vorzugsweise 3 Fraktionen fraktioniert werden.

Wird das sauerunlösliche Raffinat, das nach der ersten Verfahrensstufe erhalten wird, in ein wässrig alkalisches Medium eingebracht, in dem all jene Stoffe gelöst werden, die im alkalischen Bereich, d.h. bei pH-Werten über 7,5 in Lösung gehen, so entsteht als Endresultat, das unmittelbar nach dem zweiten Prozeßschritt vorliegt, ein alkaloidreduziertes Raffinat erhalten, das sowohl befreit ist von jeglichen lipophilen Alkaloiden sowie von im sauren Bereich löslichen Alkaloiden.

Das auch als Proteinquark bezeichnete alkaloidreduzierte Raffinat wird vorzugsweise getrocknet und weist nach der Trocknung bei einem pH-Wert von etwa 7 und bei einer Temperatur von 20–30°C eine Proteindispersibilität (PDI = Protein Dispersibility Index) von 60–90 % und ein Wasserbindungsvermögen von kleiner 2 g/g auf.

Ebenso kann der Proteinquark durch eine hydrothermische Behandlung zu einem Wasserbinder konfektioniert wird, wobei zur Trocknung des Proteinquarks eine Temperatur von mehr als 65 °C, vorzugsweise mehr als 85°C angewendet wird und der Wassergehalt zu Beginn der Trocknung bei weniger als 85%, vorzugsweise weniger als 75% liegt und das Wasserbindevermögen des zu erhaltenden Wasserbinders größer 4,0 g/g, vorzugsweise größer 5 g/g beträgt.

Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch. Es zeigen:
1, 2 Prozeßschema zur Entölung und Entbitterung von alkaloidhaltigem Lupinensamen.
Kurze Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In 1 sind schematisch die ersten 3 Prozeßschritte in Blockdarstellung dargestellt. Im ersten Prozeßschritt 100 werden die Lupinensamen vorbereitet, im zweiten Prozeßschritt 200 erfolgt die Entölung, im dritten Prozeßschritt 300 findet die Entbitterung statt.
Ausgangspunkt des Verfahrens ist der Rohstoff Lupinensamen, der im Rahmen einer Vorbehandlung zerkleinert und geschält wird. Die auf diese Weise vereinzelten Lupinensamen werden nachfolgend vorzugsweise im Rahmen eines Walzvorganges flo ckiert, d.h. die Lupinensamen werden zu Samenbruchstücken verpreßt, die typischerweise eine Scheibchendicke zwischen 300 und 400 μm aufweisen. Die für den Walzvorgang eingesetzte Flockierwalze wird gekühlt, um nicht zuletzt den Zerkleinerungsvorgang effektiver zu gestalten.
Nach der Zerkleinerung gelangen die Flocken in eine Wärmepfanne, in der sie einer indirekten Wärmebehandlung unterzogen werden. Durch diesen thermischen Wärmeeintrag werden einerseits zwar die saateigenen Enzyme inaktiviert, andererseits werden die nativen Eigenschaften der Proteine weitestgehend erhalten, wodurch spätere enzymatische Fettoxidationen, die zu ranzigen Geschmacken führen würden, ausgeschlossen werden können. Der in Flockenform gebrachte Lupinensamen, der überdies enzymatisch inaktiviert worden ist, wird nun einem nachfolgenden Entölungsprozeß 200 zugeführt, indem die Flocken Hexan als Lösemittel ausgesetzt werden, wodurch jegliche lipophile Stoffe, wie beispielsweise Triglyceride und Rohlecithine, aber insbesondere lipophile Alkaloide, extrahiert werden können. Dies erfolgt typischerweise in einem Band- oder Karussellextrakteur. Die flüssige Phase wird einer Destillation unterzogen, in der zum einen das eingesetzte Lösemittel Hexan rückgewonnen wird und zur Wiederverwertung zur Verfügung steht, zum anderen kann das extrahierte Rohöl R in einem nicht in der Figur dargestellten weiteren Raffinationsverfahren gereinigt werden. Unter Verwendung von Aceton können weiterhin die Rohlecithine weiter veredelt werden.
Die nach dem Extraktionsvorgang bei der Entölung 200 anfallenden hexannassen, entölten Flocken werden auf möglichst schonende Weise vom Lösemittel abgetrennt, d.h. desolventisiert. Hierbei ist es besonders wesentlich, daß die Proteinlöslichkeit soweit als technisch möglich erhalten bleibt bzw. gezielt verändert werden kann. Unter wasserarmen Bedingungen werden hierzu die hexannassen Flocken desolventisiert, beispielsweise unter Verwendung eines überhitzten Lösemittels.
Die auf diese Weise vorbehandelten, entölten flockenartigen Lupinensamen werden nun in einem Entbitterungsschritt 300 von jeglichen noch in den Lupinensamen enthaltenen Alkaloiden befreit. In an sich bekannter Weise erfolgt die Lupinenentbitte rung mehrstufig in einem wässrigen Entbitterungsprozeß, in dem die Alkaloidextraktion kontinuierlich oder absatzweise erfolgen kann, wie es in der Darstellung gemäß 1 gezeigt ist.
Zunächst werden die entölten Flocken in ein saures Medium eingebracht, in dem all jene Substanzen und insbesondere Alkaloide gelöst werden, die in einem sauren Medium löslich sind. Die auf diesse Weise behandelten Flocken gelangen anschließend gemäß 2 zur Proteinextraktion 400, in der die Flocken beispielsweise wiederholt einem alkalischen Medium ausgesetzt werden, indem eine Fraktionierung zwischen Raffinat und Proteinextrakten erfolgt. Aus dem Proteinextrakt kann in sauren Medien eine Proteinfällung durchgeführt werden. Die bei der Proteinfällung anfallende Molke, deren pH-Wert dem sauren Medium zur Entbitterung der Lupinensamen im Rahmen der Entbitterungsstufe 300 entspricht, kann in einem geschlossenen Kreislauf dem Entbitterungsprozeß 300 wieder zugeführt werden.
Der proteinreduzierte Rückstand wird als Stoffstrom zur Ballaststoffaufbereitung zum Erhalt eines Raffinats im Bereich der Ballaststoffaufbereitung 600, in der die Flocken durch entsprechenden Säureeintrag neutralisiert und anschließend getrocknet. Zum anderen kann der bei der Proteinfällung anfallende Proteinextrakt durch entsprechendes Neutralisieren unter Zugabe alkalischer Medien und nachfolgender Trocknung unmittelbar zum Proteinprodukt führen. Alternativ können Teile des Proteinextraktes im Prozeßschritt 500 durch entsprechende thermische Wärmebehandlung bzw. gezielte Applikation von Hochfrequenzfeldern in ihren funktionellen Eigenschaften modifiziert werden und auf diese Weise nach erfolgter Trocknung zu einem veredelten Proteinprodukt führen.
Neben dem Erhalt der Produkte des Raffinats, das den Ballaststoffen entspricht, sowie den Proteinprodukten, können dem Entbitterungsprozeß auch gezielt Bitterstoffextrakte abgewonnen werden, die im Rahmen einer Bitterextraktaufbereitung 700 beispielsweise als bitterstoffhaltiges Extrakt anfallen. Hierzu werden dem Entbitterungsprozeß 300 gezielt Bitterextrakte entnommen, die nach entsprechenden Be handlungsschritten, wie beispielsweise Feinstoffabtrennung, Neutralisierungs- und Eindampfvorgang zu dem Endprodukt führen.
Es besteht auch die Möglichkeit, dem bitterstoffhaltigen Extrakt mit den in Prozeßschritt 100 abgetrennten Schalen zu vermischen. Das so hergestellte, auf Schalen fixierte Extrakt kann anschließend getrocknet werden.
Der wesentliche Aspekt des vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Pflanzensamen besteht darin, daß die im Rahmen des Entwicklungsprozesses sehr schlecht zu extrahierenden lipophilen Alkaloide bereits in einem vorgeschalteten Entölungsvorganges den Pflanzensamen entzogen worden sind. Auf diese Weise kann weitgehend vollständig ausgeschlossen werden, daß in den am Ende des Verfahrens gewonnenen Produkten Alkaloide vorhanden sind. Ebenso trägt erfindungsgemäß die Zerkleinerung der Pflanzensamen in Flockenform dazu bei, daß zum einen die in den Pflanzensamen enthaltenen Bitterstoffe vollständig aus dem Samen entweichen können, zum anderen ist eine technisch leichte Trennbarkeit zwischen flüssiger und fester Phase leicht möglich. Zudem ist das Extrahierverhalten der Alkaloide in wäßrigen Systemen durch die Entfernung der lipophilen Saatbestandteile erheblich verbessert. Dies wirkt sich insbesondere auf die notwendigen Verweilzeiten in den verschiedenen Extraktionsstufen aus.

100: Samenvorbehandlung, Flockierung, Inaktivierung
200: Entölung
300: Entbitterung
400: Proteingewinnung
500: Proteinveredlung
600: Raffinataufbereitung
700: Bitterstoffaufbereitung

Claims

Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und protein- oder stärkehaltiger Pflanzensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Pflanzensamen mittels gezielter Fraktionierung, wobei der zerkleinerte Pflanzensamen mittels Eintrag eines Lösungsmittels entölt und der Rückstand unter Zusatz von Säure von im Sauren löslichen Stoffen abgereichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzensamen in scheibchenförmige Flocken derart zerkleinert und/oder verformt werden, daß die Zerkleinerung der Pflanzensamen nach erfolgtem Vorbrechen der den Pflanzensamen enthaltenen geschälten oder ungeschälten Saat mittels einer gekühlten Flockierwalze durchgeführt wird, und durch indirekten Wärmeeintrag ohne direkten Wasserkontakt erhitzt werden und nach der Entölung die Abreicherung von im Sauren löslichen Stoffen, der Flocken durch eine wäßrige Extraktion erfolgt, wobei ein alkaloidreduziertes Raffinat und ein wäßriges Extrakt erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Pflanzensamen Raps, Leinsaat, Leguminosen, Sojabohnen, Erdnuss, Erbsen, Ackerbohnen oder insbesondere Lupinensamen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzensamen vor der Zerkleinerung und/oder Verformung nach Form und Größe sortiert und nachfolgend geschält werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schälvorgang nach einem Kaltverfahren erfolgt, bei dem die Pflanzensamen halbiert und von den Schalen getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockierwalze auf eine Temperatur gekühlt wird, die unter der Denaturierungstemperatur der Pflanzenproteine liegt, vorzugsweise unter 35°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzensamen derart in scheibchenförmige Flocken zerkleinert und/oder verformt werden, daß die scheibchenförmigen Flocken eine Scheibchendicke von weniger 1 mm, vorzugsweise 200–400 μm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der indirekte Wärmeeintrag mittels einer Wärmepfanne erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der indirekte Wärmeeintrag derart durchgeführt wird, dass saateigene Enzyme inaktiviert werden, wobei die Proteine ihre nativen Eigenschaften weitestgehend beibehalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Entölung Ethanol als Lösungsmittel eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel zur Entölung der scheibchenförmigen Flocken Hexan, technisches Hexan, Pentan, Heptan oder überkritisches CO₂ verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entölung mit einer mechanischen Ölabtrennung, mit Pressen oder mit einer Entölung mit Ethanol-Wasser-Gemischen unter Anwendung von Zentrifugaltechniken kombiniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die entölten scheibchenförmigen Flocken desolventisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Desolventisierung unter wasserarmen oder wasserfreien Bedingungen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Desolventisierung mit einem überhitzten Lösungsmittel durchgeführt wird, das vorzugsweise Hexan oder technisches Hexan ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die entölten scheibchenförmigen Flocken derart desolventisiert werden, dass der Ölgehalt in den entölten und desolventisierten Flocken bezogen auf den Trockensubstanzgehalt kleiner 2%, vorzugsweise kleiner 1 % beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die entölten und desolventisierten Flocken einem Prozeß zugeführt werden, der folgende zwei Verfahrenstufen vorsieht: – in einer ersten Verfahrensstufe werden die Flocken in ein wässrig saures Medium eingebracht zum Abtrennen von im sauren Medium löslichen Substanzen zum Erhalt eines wäßrigen sauren Extraktes sowie eines sauerunlöslichen Raffinates, – in einer zweiten Verfahrensstufe wird das sauerunlösliche Raffinat in ein wässrig alkalisches Medium eingebracht zum Erhalt von wäßrigen Extrakten sowie von alkalisch und sauerunlöslichen Raffinaten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß den entölten und desolventisierten Flocken Schalen zugegeben werden, die zusammen mit den Flocken einem Prozeß zugeführt werden, der folgende zwei Verfahrenstufen vorsieht: – in einer ersten Verfahrensstufe werden die Flocken mit den Schalen in ein wässrig saures Medium eingebracht zum Abtrennen von im sauren Medium löslichen Substanzen zum Erhalt eines wäßrigen sauren Extraktes sowie eines sauerunlöslichen Raffinates, – in einer zweiten Verfahrensstufe wird das sauerunlösliche Raffinat in ein wässrig alkalisches Medium eingebracht zum Erhalt von wäßrigen Extrakten sowie von alkalisch und sauerunlöslichen Raffinaten.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen vor Zugabe zu den Flocken gemahlen werden, vorzugsweise auf eine Partikelgrößer kleiner 5 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das wässrig saure Medium in der ersten Verfahrensstufe eine Temperatur kleiner Raumtemperatur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung des wäßrigen Extraktes von dem sauerunlöslichen Raffinats zentrifugal mittels eines Dekanters durchgeführt wird, und daß der Dekanter gekühlt und im Bereich des Feststofffängers mit Wasser oder dem Extrakt gespült wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Verfahrensstufe die Temperatur bei der Extraktion im wäßrigen alkalischen Medium höher als Raumtemperatur ist, vorzugsweise zwischen 35 °C und 45 °C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verfahrensstufe in einem mehrschrittigen, wässrig saurem Prozeß erfolgt, daß in einem Prozeßschritt zur Einstellung eines Verhältnisses zwischen sauerunlöslichem Raffinat und wäßrigem Extrakt von kleiner als 10:1 ein Teil des wäßrigen Extraktes des unmittelbar darauffolgenden Prozeßschrittes zugemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen eines Verhältnisses zwischen sauerunlöslichem Raffinat und wäßrigem Extrakt von größer als 10:1 innerhalb des unmittelbar darauffolgenden Prozeßschrittes ein Teil dieses wäßrigen Extraktes ausgeschleust wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt eines Produktes aus dem wäßrigen sauren Extrakt eine Feinstoffabtrennung per Seperator durchgeführt wird, so daß ein Produkt erhalten wird, das einen Trockensubstanzgehalt von wenigstens 10%, vorzugsweise größer 16%, einen Proteingehalt in der Trockensubstanz von größer 70%, vorzugsweise größer 85% und einen Alkaloidgehalt von kleiner 0,5% vorzugsweise 0,1% in der Trockensubstanz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinstoffabtrennung per Separator innerhalb der ersten Verfahrensstufe stattfindet, die mehrere, wässrig saure Prozeßschritte aufweist, und daß die Feinstoffabtrennung nach dem ersten oder einem diesem nachgeordneten Prozeßschritt erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrige Extraktionsprozeß einen geschlossenen Kreislauf aufweist, der folgende Prozeßstufen vorsieht: – die entölten Flocken werden bei einem pH-Wert von 3,5–5,5 zur Abscheidung von im Sauren löslichen Stoffen, vorzugsweise von Alkaloiden in Wasser suspendiert, – zur Proteingewinnung werden die suspendierten Flocken, der sogenannte Proteinextrakt, mit einer Lauge vermengt bis ein pH-Wert zwischen 7,0–8,5 erhalten wird, – die Suspension wird mittels eines Dekanters in Raffinat und Proteinextrakt getrennt, – dem Proteinextrakt wird wieder ein saures Medium zugeführt, so daß eine Fraktionierung von Molke und Proteinquark erhalten wird, und – die Molke wird vollständig wieder den vorextrahierten Flocken bei einem pH-Wert von 3,5–5,5 zugeführt.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Proteingewinnung in mehreren pH-Stufen erfolgt und so eine Proteinfraktionierung stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Suspension mittels des Dekanters derart erfolgt, daß das Raffinat einen Proteingehalt kleiner 20% in der Trockensubstanz aufweist und der Ballaststoffgehalt größer 60% vorzugsweise 70% in der Trockensubstanz und der Gehalt an löslichen Kohlenhydraten unter 5 % vorzugsweise unter 1% in der Trockensubstanz ist.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, die Trennung von Molke und Proteinquark, der mehr als 85 % Protein in der Trockensubstanz, vorzugsweise mehr als 90 % Protein in der Trockensubstanz aufweist, mittels eines Dekanters erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Molke mit einem Separator nachgeklärt wird, anschließend thermisch behandelt und danach ein zweites mal in einem Separator geklärt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die zweifach geklärte Molke dem Prozeß wieder zu geführt wird, wobei der gewonnene Feststoff bei der ersten Separation im Proteinstrang weiterverarbeitet wird und der bei der zweiten Separation gewonnene Feststoff ausgeschleust wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Raffinat nach oder während einer Trocknungsphase nach Partikelgrößen in mindestens 2, vorzugsweise 3 Fraktionen fraktioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Proteinquark bei einem pH-Wert von etwa 7 und einer Temperatur von 20–30°C getrocknet wird und eine Proteindispersibilität von 60–90% und ein Wasserbindungsvermögen von kleiner 2 g/g aufweist.