DE10042188A1

DE10042188A1 - Verfahren zur biochemischen Aufbereitung von Kleie

Info

Publication number: DE10042188A1
Application number: DE10042188A
Authority: DE
Inventors: Arturo Bohm; Thomas Otto
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-14

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.

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.

Resumee

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.

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

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.

Beispiel 3

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

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.