DE10042188A1 - Verfahren zur biochemischen Aufbereitung von Kleie - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biochemischen Aufbereitung von Kleie, insbesondere einer enzymatischen Aufbereitung von Weizenkleie zur Gewinnung der Aleuronzellen und/oder von deren Inhaltsstoffen. DOLLAR A Hierzu werden die Bindungskräfte zwischen Samenhaut und Aleuronzellen durch Enzyme so weit geschwächt, dass eine Lösung und Separierung der Aleuronzellen möglich wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Aufbereitung von Kleie, vor
zugsweise auf biochemischem Wege und insbesondere von Weizenkleie und speziell
von Aleuronzellen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Das Weizenkorn kann in der Hauptbestandteile eingeteilt werden, nämlich Schale,
Mehlkörper und Keimling. Die Schafe selbst besteht aus einer Vielzahl fein differen
zierter Schichten, die sich ebenfalls in drei Gruppen unterteilen lassen:
Fruchtschale (Oberhaut, Längszellen, Querzellen, Schlauchzellen)
Samenschale (Farbstoffschicht, farblose Schicht)
Aleuronschicht.
Fruchtschale (Oberhaut, Längszellen, Querzellen, Schlauchzellen)
Samenschale (Farbstoffschicht, farblose Schicht)
Aleuronschicht.
Die Aleuronzellschicht des Weizens ist eine einreihige Schicht, die aus dickwandigen
Zellen besteht und deren Inhalt ernährungsphysiologisch sehr bedeutungsvoll ist. Die
Aleuronzellen enthalten u. a. Vitamine, Mineralien, Fette, Eiweiss, Phosphor und Bal
laststoffe (Zellwand). Die Aleuronschicht ist die äusserste Randschicht des Mehlkörpers
und gehört botanisch gesehen somit zum Mehlkörper und nicht zur Schale. Der Zu
sammenhalt zwischen der Aleuronzellenschicht, der sehr dünnen hyalinen Schicht und
der Samenschale durch sehr starke Adhäsionskräfte zeigt sich besonders in der me
chanischen Trennung von Mehlkörper und Schale (Ausstreifen der Kleie). Vom mülle
reitechnischen Standpunkt gehört die Aleuronzellschicht deshalb mit zur Kleie bzw.
Schale, die dann als Speise- oder Futterkleie weitere Verwendung findet.
Der Mehlkörper eines Getreidekorns und insbesondere eines Weizenkorns ist von viel
schichtigen Schalen umgeben. Aussen befindet sich die Fruchtschale, bestehend aus
Oberhaut, Querzellen und Schlauchzellen. In Richtung Mehlkörper folgt die Samenhaut
und auf diese folgen nach einer Hyalinschicht die Aleuronzellen, die ernährungsphysio
logisch interessant sind. Diese Aleuronzellen enthalten viele Mineralien, Vitamine und
Ballaststoffe und sind, geschützt durch Fruchtschale und Samenhaut nur gering schad
stoffbelastet.
Kann die Fruchtschale noch relativ einfach von der Samenhaut getrennt werden, so ist
es sehr kompliziert, die Aleuronzellen von der Samenhaut zu trennen. Deshalb wird
zumeist die gesamte Kleie einer Verwendung als Futtermittel oder Speisekleie zuge
führt. Hierzu erfolgt zum Beispiel eine hydro-thermische Stabilisierung, zum Beispiel
gemäss der DE-A-44 35 453, um eine lagerfähige Kleie zu erhalten.
Bekannt ist es auch gemäss der japanischen Offenlegung Nr. 11103803, eine oxidati
onsbeständige Reiskleie zu erzeugen, indem diese aus dem Waschwasser nach der
Reisbearbeitung (Polieren) gewonnen wird. Hierzu wird dem Waschwasser zunächst
ein Agens zugesetzt und nachfolgend wird das Wasser mittels Wärmeeinwirkung ent
fernt, wobei zugleich grössere Kleiepartikel gebildet werden. Auch hierbei bleibt die
Kleie als Ganzes erhalten.
Die US-PS 5082680 beschreibt ein aufwändiges mechanisches Verfahren zur schicht
weisen Ablösung von Kleie. Hierbei wird unter Nutzung von vier Polier- bzw. Scheuer
stufen und einer Bürststufe bei zweimaliger Netzung die Kleie schichtweise entfernt. Auf
eine erste Netzung des gereinigten, trockenen Weizens folgt ein Abstehen. In einem
ersten Polierschritt wird nachfolgend die Oberhaut der Fruchtschale entfernt.
Nach einer zweiten Netzung werden in einem zweiten Polierschritt Querzellen und
Schlauchzellen der Fruchtschale entfernt. Diese Kleieschichten werden gesichtet, um
Keime und Kornbruch zu trennen. Wegen des angenommenen, geringen Gehaltes an
Phytatphosphor sollen diese gesichteten Kleieschichten als Nahrungszusatz Verwen
dung finden.
In einem dritten Polierschritt werden die Samenhaut und Teile der Hyalinschicht sowie
Aleuronzellen entfernt.
In einem vierten Polierschritt wird neben verbliebener Samenhaut vor allem die Aleu
ronschicht entfernt. Diese wird als nicht weiter verarbeitungswürdig angesehen.
Während eines abschliessenden Bürstens werden noch anhaftende Kleiereste und
Keime entfernt, worauf ein Kühlen, Netzen und Abstehen folgt.
Dieser Stand der Technik gibt zwar allgemeine Hinweise zur teilweisen Verwendung
von Kleie, bietet jedoch keine Lösung für ein gezieltes Entfernen und eine Verwendung
von Aleuronzellen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile des Standes
der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zur biochemischen Ablösung und Aufbe
reitung von Weizenkleie, insbesondere von Aleuronzellen zu entwickeln. Diese Aufgabe
ist an Hand der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen offenbart.
Überraschend hat sich gezeigt, dass eine Aleuronschicht und deren einzelne Zellen
durch Schwächung der Adhäsion von der fest anhaftenden Samenhaut getrennt werden
können. Dies erfolgt bevorzugt mittels geeigneter Enzyme, zum Beispiel einer Endoxy
lanase/Arabinoxylanase. Begünstigt wird die Schwächung der adhäsiven Bindung durch
ein Abschrecken.
Erhalten werden Aggregate von Aleuronzellen mit intakten Zellwänden oder in Lösung
befindliche Zellen, deren Inhaltsstoffe separiert und aufgeschlossen werden können. Zu
verwendende Enzyme sind auch für die menschliche Ernährung unbedenklich, so dass
die Aleuronzellen oder deren Inhaltsstoffe (Proteine, Vitamine u. a.) insbesondere für
bzw. in dietischen Nahrungsmitteln verwendbar sind.
Es hat sich gezeigt, dass die die Adhäsionskräfte zwischen den Aleuronzellen und der
sehr zähen, braunen Samenschale durch den Einsatz von Enzymen und gelinder me
chanischer Prallwirkung, aufgehoben werden können und somit ein Loslösen intakter
Aleuronzellen von der Samenschale zur Folge hat.
Dies gelingt weitgehend durch Enzyme mit Xylanaseaktivität und zarter mechanischer
Prallwirkung mittels Fliehkraftmühle.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die Aleuronzellen durch Behandlung von Kleie mit
Enzymen komplett aufgelöst werden können, und somit eine Separation des Aleuron
zellinhaltes und deren Zellwandfragmente von den darüberliegenden, unzerstört geblie
benen Schalenbestandteilen, insbesondere der Samenschale, möglich ist. Dies ge
schieht vorwiegend mit einer Enzymmischung aus Xylanase, Betaglucanase, Cellulase
und Arabinase.
Unter den entsprechenden Bedingungen enthält man entweder intakte oder aufge
schlossene Aleuronzellen, bzw. deren Inhaltstoffe.
Die zur Anwendung kommenden Enzyme gelten für die menschliche Ernährung als un
bedenklich.
Ein weiterer Vorteil bietet auch die Möglichkeit der analytischen Zugänglichkeit einzel
ner Schichten.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Trockener und gereinigter Weizen wird in einem geschlossenen Behälter, der mit, mit
Enzymen versetztem Wasser gefüllt ist, gerührt.
Das Wasser wird durch den Eintrag der mechanischen Energie erwärmt, ggf. kann der
Kessel noch mit einer gesonderten Heizeinrichtung versehen sein, um die Erwärmung
zu beschleunigen.
Durch die Einwirkung der Enzyme werden die Fruchtschalen abgelöst und können se
pariert werden. Nach weiterem Rühren löst sich auch die Samenhaut von den Aleuron
zellen und diese lösen sich vom Mehlkern. Die Mehlkerne können nun entfernt und die
im Wasser befindlichen Aleuronzellen gesondert aufgeschlossen werden.
Weizenkleie mit einer Grössenverteilung von 400-8000 µ wird mit Wasser versetzt und
bei Temperaturen von 45-55°C unter Zugabe einer Enzymlösung (Xylanase, Be
taglucanase, Cellulase und Arabinase) gerührt. Durch die Einwirkung einzel
ner/mehrerer Enzyme können zum einen die Aleuronzellen als Verbände von der Sa
menschale abgesondert werden und zum anderen komplett aufgelöst werden und somit
von den übrigen Schalenbestandteilen abgesiebt werden. Die Aleuronzellen werden
dabei aufgelöst und der Zellinhalt ergiesst sich als Protoplasma in die Lösung. Die
Nasssiebrückstand enthält die nicht aufgelösten Schalenbestandteile (Samenschalen,
Fruchtschalen). Der Nasssiebdurchfall enthält die Inhaltsstoffe der Aleuronzellen und
deren Zellwandfragmente. Dieser Nasssiebdurchfall wird durch Sprüh- und/oder Ge
friertrocknung zu einem grau-gelblichen Pulver aufkonzentriert.
Weizenkleie mit einer Grössenverteilung von 400-800 µ wird mit Wasser versetzt und
bei Temperaturen von 45-55°C unter Zugabe einer Enzymlösung (Xylanase) gerührt.
Es kommt zu einer Schwächung der Adhäsionskräfte zwischen der Samenschale und
der Aleuronzellschicht, dies hat eine Trennung der beiden aneinanderhaftenden
Schichten zur Folge. Dieser Effekt kann durch zarte mechanische Beanspruchung
(Fliehkraftmühle) ohne Zerstörung der Zellverbände optimiert werden.
Weizenkleie wird mit Wasser versetzt und bei Temperaturen von 45-50°C unter Zuga
be einer Enzymlösung (Xylanase, Betaglucanase, Cellulase und Arabinase) eine Stun
de lang gerührt. Die verbleibende Suspension wird mit einem Dispergierer zwei Minuten
lang zerteilt. Die so zurückbleibende Suspension wird gesiebt. Der Nasssiebdurchfall
enthält die aufgeschlossenen Aleuronzellen und deren Inhalt, während der Siebrück
stand aus Samenschale besteht, die völlig frei von Aleuronzellen ist.
Claims (10)
1. Verfahren zur biochemischen Aufbereitung der Kleie, insbesondere der
Weizenkleie, wobei die Aleuronzellenschicht der Weizenschale enzymatisch aufgelöst
wird, während die anderen Kleieschichten, insbesondere die braune Samenschale und
die darüberliegenden Folgeschichten davon unberührt bleiben, dadurch gekennzeich
net, dass
- a) zerkleinerte Kleie (400-80%) in einem mit Leitungswasser (pH-Wert) gefüllten Be hältnis, bei einer für Enzyme entsprechenden optimalen Temperatur (45-55°C) gerührt wird, unter Zusatz von biochemisch aktiven Substanz
- b) die Adhäsionskräfte zwischen der Aleuronzellenschicht und der braunen Samen schale durch die Enzyme mit Xylanaseaktivität so geschwächt werden, dass durch eine geringfügige mechanische Prallwirkung die Aleuronzellverbände unversehrt von der Samenschale abgelöst werden
- c) die Aleuronzellen durch die biochemisch aktive Substand aufgelöst und deren In haltsstoffe durch Nasssiebung separiert und weiterbehandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die biochemi
sche Substanz eine Endoxylanase ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die biochemi
sche Substanz eine Mischung aus mehreren Enzymen ist (Betaglucanasen, Cellulasen,
Xylanasen, Arabinasen).
4. Verfahren nach einem der vorrangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wassertemperatur im Bereich zwischen 45° und 55°C liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aleuron
zelleninhalte und deren Zellwandfragmente durch Nasssiebung (100 µ) vollständig von
den anderen Schalenbestandteilen getrennt werden können.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungs
mittel Wasser ohne Pufferzusatz ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Aleuronzellinhalt einer analytischen Untersuchung ohne störende
andere Schalenschichtbestandteile zugänglich wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Prallwirkung in einem Rührwerk mit Kunststoffkugeln erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nasssieb
durchfall (Aleuronzelleninhalt und Zellwandfragmente) durch Sprühtrocknung bzw. Ge
friertrocknung zu einem Pulver aufkonzentriert wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Weizenkleie enzymatisch und mechanisch behandelt wird, wobei der
mechanische Aufschluss der Weizenkleie mit einem Dispergierer erfolgt.
Priority Applications (13)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10157626A1 (de) * | 2001-11-26 | 2003-06-05 | Buehler Ag | Darreichungsformen von Aleuron |
US6677421B2 (en) | 2001-08-21 | 2004-01-13 | Bayer Aktiengesellschaft | Process for the preparation of isoolefin copolymers |
-
2000
- 2000-08-28 DE DE10042188A patent/DE10042188A1/de not_active Withdrawn
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