DE2637810A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von fruchtwasser aus hackfruechten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von fruchtwasser aus hackfruechten

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Heinrich Huster
Joerg-Dieter Ing Grad Orths
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GEA Mechanical Equipment GmbH
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08B30/00Preparation of starch, degraded or non-chemically modified starch, amylose, or amylopectin
    • C08B30/10Working-up residues from the starch extraction, e.g. potato peel or steeping water, including pressing water from the starch-extracted material
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23JPROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J1/00Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
    • A23J1/16Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from waste water of starch-manufacturing plant or like wastes

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Fruchtwasser aus Hackfrüchten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Fruchtwasser aus Hackfrüchten, z.B. Kartoffeln und Maniokawurzeln, bei dem das Ausgangsgut nach dem Waschen zerkleinert und der anfallende Brei in Konzentrat und in Fruchtwasser getrennt wird.
In der Kartoffelstärkeindustrie werden nach einem bekannten Verfahren die gewaschenen Kartoffeln mittels Kartoffelreiben unter Zusatz von SO£ zerrieben, der so erhaltene Kartoffelbrei anschließend mittels einer Pumpe einer Vollmantelschnekkenzentrifuge zugeführt und in dieser in Konzentrat und Fruchtwasser getrennt. Während das Konzentrat der Stärkeextraktion zugeführt wird, gewinnt man aus dem stärkefreien Fruchtwasser Eiweiß durch Hitzekoagulation.
Die Gewinnung des biologisch sehr hochwertigen Eiweißes aus Kartoffelfruchtwasser ist sowohl aus ökonomischen als auch aus abwassertechnischen Gründen von großer Bedeutung und führte allerdings nach den bisherigen Gewinnungsverfahren, insbesondere infolge der Verwendung von Kartoffelreiben, die nicht unter Luftsauerstoffausschluß arbeiten, zur Dunkelverfärbung u.a. des Kartoffelbreies und somit auch des Fruchtwassers, so daß dieses nur zur Gewinnung von weniger reinen und gefärbten Eiweißprodukten führte, die sich in den meisten Fällen nur als Futtermittel eignen. Da aber heute iuer mehr angestrebt wird, das Kartoffeleiweiß auch für die Menschliche Ernährung einzusetzen, um die hohe biologische Wertigkeit sinnvoller zu nutzen, und dazu die Farbe und der Geschmack des Eiweißes wesentlich verbessert werden müßten, ist auch eine Dunkelfärbung des Fruchtwassers zu vermeiden.
Die Dunkelverfärbung des Kartoffelbreies und somit auch des Fruchtwassers nach dem bekannten Verfahren in offenen Kartoffelreiben erfolgt trotz Zugabe von SO2 »ehr schnell in Gegen-
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wart von Luftsauerstoff und wird durch biochemisch-enzymatische und chemische Reaktionen verursacht. Solange die Kartoffel nicht zerkleinert, d.h. das Zellgewebe nicht zerstört wird, sind die Enzyme, phenolische Substanzen als Substrate und als Komplexbildner und Schwerraetallspuren (Fe , Cu+) voneinander getrennt und abgekapselt und vor Sauerstoffzutritt geschützt. Im Moment der Kartoffelzerkleinerung mittels Reiben erfolgt eine Zerstörung des Zellgewebematerials, sowohl Enzyme als auch Substrate werden freigelegt und reagieren sofort unter dem aktivierenden Einfluß des Sauerstoffs aus der Luft und aus dem Vaschwasser miteinander. Die Aktivität der Kartoffel-Phenol- und Polyphenoloxydase ist beträchtlich. Es bilden sich dunkelbraune und braun-schwarze Pigmente. Die Kupferproteide (Polyphenoloxydase und Tyrosinase) sind in der Lage, unter Cu-VaIenzwechsel den molekularen Sauerstoff zu aktivieren und anschließend bestimmte Η-Akzeptoren (z.B. Phenolsubstanzen) zu oxydieren. Daraus ist ersichtlich, von welcher technologischen Bedeutung das totale Ausschalten von Sauerstoff bei der Kartoffelzerkleinerung und weiterer Verarbeitung bis zur Eiweißkoagulation ist.
Gleichzeitig verläuft eine nichtenzymatische Metallkomplexbildung (Dunkelfärbung) zwischen Chlorogensäure und anderen o-Diphenolen und den Eisen-(III)-Ionen.
Die enzymatischen und nichtenzymatischen Reaktionen verlaufen im herkömmlichen offenen Kartoffelzerkleinerungsverfahren mit Hilfe von Reiben ungehemmt und unter günstigen Reaktionsbedingungen.
Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht demnach darin, ein Fruchtwasser zu gewinnen mit weitgehendst geringsten Anteilen an enzymatischen und nichtenzymatischen Oxydationsprodukten unter dem Aspekt der Eiweißgewinnung mit verbesserten Färb- und Geschaackseigenschaften.
Die vorliegende Erfindung beruht darauf, daß man die Bedingungen des technologischen Prozesses der Kartoffelverarbeitung, insbesondere in der Anfangsphase (Waschung - Zerkleinerung -
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Fruchtwasserabscheidung) grundlegend ändert und gleichzeitig möglichst kurze Wege wählt (schnellstmögliche Verarbeitung), um farblich und geschmacklich stark nachteilige enzymatisch^ und nichtenzymatische Reaktionen, die die Eiweißqualität mindern, von vornherein zu unterbinden. D.h. die Bildung dieser Reaktionen wird erfindungsgemäß win statu nascendi" weitgehendst bis gänzlich verhindert, während bei den bisherigen bekannten Verfahren die Bildung der dunklen Reaktionsprodukte am Anfang des Prozesses nicht nur nicht verhindert wird, sondern durch den starken Luftsauerstoff-Einschlag beim Zerreiben der Kartoffeln noch gefördert wird. Die aber einmal entstandenen farblichen und geschmacklichen Reaktionsprodukte sind sehr stabil (irreversibler Vorgang) und verbleiben aufgrund der Affinität zum 'Protein adsorptiv im Kartoffeleiweiß gebunden, oder man entfernt sie nur teilweise unter erheblichem technischem Aufwand bei gleichzeitiger Minderung der Eiweißausbeute, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage stellt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hackfrucht unter SauerstoffausSchluß in einer ersten geschlossenen Apparatur unter Zugabe von SO« vorzerkleinert und von dieser in einem geschlossenen Leitungssystem unter Druck einer weiteren zur Atmosphäre geschlossenen Apparatur zur Nachzerkleinerung zugeführt wird, in der der weitere mechanische Aufschluß des Zellgewebes derart erfolgt, daß das. Fruchtwasser in der nachgeschalteten Vollmantelschneckenzentrifuge vom Konzentrat mit möglichst geringen Anteilen an Oxydationsprodukten abgeschieden wird.
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind die chemisch-biochemischen sowie technischen Bedingungen so gewählt, daß die unerwünschten Reaktionen somit gar nicht auftreten können.
Es wurde weiter gefunden, daß neben dea Op-AusSchluß unter gleichzeitiger Behandlung der Kartoffeln mit SO2 in der letzten Waschstufe und vor/während der Kartoffelzerkleinerung die Verfärbungsreaktion zusätzlich durch die Zugabe von Komplexierungsmitteln bzw. Chelatbildnern, wie z.B. EDTA (Äthylendiamintetraessigsäure), weitgehendst gehewat werden kann, da hierbei
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Fe —Jonen chelatartig gebunden und somit unschädlich gemacht werden. Ebenfalle werden durch die Komplexierungsmittel Cu +- Xonen, die im Yirkungsmechanismus der Phenol- und Polyphenoloxydase eine große Rolle spielen, gebunden und inaktiviert, wodurch die Wirkung der Enzyme (Braunfärbung) unterbleibt.
Außerdem wurde festgestellt, daß neben den enzvmatischen Bräunungsreaktionen gleichzeitig eine nichtenzymatisehe Dunkelverfärbung verläuft, nämlich die Reaktion von Eisensalzen mit ChIοrogensäure und anderen Diphenolen zu Metallkomplexen (Phenolatkomplex), die dann durch Luftsauerstoff leicht zu dunklen Polymeren oxydiert werden. Beide Reaktionskomponenten liegen in der Kartoffel vor, wobei der Eisengehalt der Kartoffel etwa O»7 - 1»1 mg/100 g Frischsubstanz beträgt, hinzu kommen noch Eisenspuren aus dem Maschinenabrieb. Diese Metallkomplexe sind rot bis dunkelbraun, manchmal blau-grau gefärbt, wobei eine pH-Abhängigkeit der Färbung zu beobachten ist. Man stellte fest, daß die Komplexverbindung bei einem pH - k - ht3 gelblich bis farblos ist, während sie bei pH = 5» 5 - 6,5 und höher rot-braune Färbung zeigt (als Vergleich: Acidität des Kartoffelzellsaftes pH 5t7 - 6,1). Durch Zusatz von organischen Säuren (z.B. Citronensäure) oder verdünnten anorganischen Säuren (z.B. H„PO^, H2S0„) kann diese Dunkelfärbung des Metallkomplexes zusätzlich unterbunden werden.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß eine für die Vorzerkleinerung der Hackfrucht vorgesehene Schlägerschnecke mit einer nachgeschalteten Schrägscheibenpumpe fest verbunden ist, die Schrägscheibenpumpe den vorzerkleinerten Reibseibrei unter Druck in einem geschlossenen Leitungssystem einem der Vollmantelschneckenzentrifuge vorgeschalteten Homogenisator zuführt, wobei vor der Schlägerschnecke neben dem Anschluß für die Zugabe von SO« ein Anschluß für die Zugabe von Komplexierungsmitteln und organischen und/oder anorganischen Säuren angeordnet ist.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer zur Atmosphäre abgedichteten Schlägercchnecke in Verbindung mit einer Schrägscheibenpumpe, z.B. des Typs "Gorator", ist es erst möglich, das
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Verfahren in einem geschlossenen System unter Luftausschluß zwischen der Schlägerschnecke, dem Homogenisator und der nachgeschalteten Vollmantelschneckenzentrifuge durchzuführen.
Durch die erfindungsgemäße Kombination von Schlägerschnecke, Schrägscheibenpumpe und Homogenisator erfolgt ein derartiger Zellaufschluß, so daß sämtliche Stärkekörner freigelegt werden und eine höhere Stärkeausbeute ermöglicht wird.
In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.
Die gewaschenen Kartoffeln werden Mittels einer Dosierschnecke über ein geschlossenes Leitungssystem 2 und der Zellenradschleuse 3 der Schlägerschnecke 4 für die Vorzerkleinerung zugeleitet, wobei vor der Schlägerschnecke den Kartoffeln über Leitung 5 SOp und über Leitung 6 Komplexierungsmittel und organische oder/und anorganische Säuren, auf pH k,0 - k,3 eingestellt, zugeleitet werden. Mit der Schlägerschnecke k fest verbunden ist eine nachgeschaltete Schrägscheibenpumpe 7» z.B. des Typs "Gorator11 für die gleichzeitige Zerkleinerung und Förderung der vorzerkleinerten Kartoffeln unter Druck über ein geschlossenes Leitungssystem 8 zu einem Homogenisator 9 t wo die vorzerkleinerten Kartoffeln einer weiteren Nachzerkleinerung mit einem Aufschluß des Zellgewebes unterworfen werden. Aus dem Homogen!βator 9 werden die zerriebenen Kartoffeln über eine geschlossene Leitung 10, unter Zuführung von weiteren SO2 über Leitung 11, der Vollmantelschneckenzentrifuge 12 zugeleitet und in stärkehaltiges Konzentrat und stärkefreies Fruchtwasser getrennt. Während das Konzentrat über Leitung 13 zur nicht gezeigten Stärkeextraktion abgeleitet wird, erfolgt die Ableitung des Fruchtwassers aus der Vollmantelschneckenzentrifuge unter Druck und unter Luftsauerstoffausschluß über Leitung \k zur anschließenden nicht gezeigten Koagulation des Eiweißes.
Das nach diesem Verfahren gewonnene Fruchtwasser unter vollständigem Luftsauerstoffausschluß in einen geschlossenen Systen bei reduzierten SOg-Verbrauch. verbessert wesentlich die Qualität des aus den Fruchtwasser gewonnenen Eiweißes und eignet sich auch für die
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Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Gewinnung von Fruchtwasser aus Hackfrüchten, z.B. Kartoffeln und Maniokawurzeln, bei dem das Ausgangsgut nach dem Waschen zerkleinert und der anfallende Brei in Konzentrat und in Fruchtwasser getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hackfrucht unter Sauerstoffausschluß in einer ersten geschlossenen Apparatur unter Zugabe von SO3 vorzerkleinert und von dieser in einem geschlossenen Leitungssystem unter Druck einer weiteren zur Atmosphäre geschlossenen Apparatur zur Nachzerkleinerung zugeführt wird, in der der weitere mechanische Aufschluß des Zellgewebes derart erfolgt, daß das Fruchtwasser in der nachgeschalteten Vollmantelschneckenzentrifuge vom Konzentrat mit möglichst geringen Anteilen an Oxydationsprodukten abgeschieden wird.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Zerkleinerungsapparatur der Hackfrucht Komplexierungsmittel, z.B. EDTA (Äthylendiamintetraessigsäure) oder DTPA (Diäthylentr.iaminpentaessigsäure) zugeführt werden.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Komplexierungsmitteln vor der ersten Zerkleinerungsapparatur der Hackfrucht organische Säuren (z.B. Citronensäure) oder/und anorganische Säuren (z.B. H_PO> , H2SO' ) zugeführt werden und dadurch der Brei auf pH 4,0 - kj3 eingestellt wird.
  4. k) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß eine für die Vorzerkleinerung der Hackfrucht vorgesehene Schlägerschnecke (h) mit einer nachgeschalteten Schrägscheibenpumpe (7) fest verbunden ist, die Schrägscheibenpumpe (7) den vorzerkleinerten Brei unter Druck in einem geschlossenen Leitungssystem (8) einem der Vollmantelschneckenzentrifuge (12) vorgeschalteten Homogenisator (9) zuführt, wobei vor der Schlägerschnecke (h) neben dem Anschluß (5) für die Zugabe von S0p ein Anschluß (6) für die Zugabe von Komplexierungsmitteln und organischen oder/und anorganischen Säuren angeordnet ist*
  5. 5) Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibenpumpe (7) eine des Typs "Gorator" ist.
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    ORIGINAL INSPIGTiQ.
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