FI103797B - Menetelmä kauran fraktioimiseksi - Google Patents

Description

103797

Menetelmä kauran fraktioimiseksi - Förfarande för fraktionering av havre Tämä keksintö koskee menetelmää, jossa kaurajyvät jauhetaan, saatu kaura-jauho liotetaan vesiväliaineessa, seulotaan kuitupitoinen jae ja poistetaan siitä 5 vesi, erotetaan proteiinijae tärkkelysjakeesta ja poistetaan vesi proteiini- vastaavasti tärkkelysjakeesta.

Tärkkelysten valmistaminen muista kuin tavanomaisista viljalajeista on ollut erityisen kiinnostuksen kohteena toisen maailmansodan aikana, jolloin tärkke-10 lyspitoisia raaka-aineita, kuten maissia, ei ollut saatavissa. Tärkkelyksen valmistamista rukiista, ohrasta ja kaurasta on kokeiltu huolimatta pienehköistä tärkkelyspitoisuuksista ja beeta-glukaanien ja muiden viskoosisten yhdisteiden aiheuttamista vakavista teknisistä ongelmista. Yksityiskohtaisia kuvauksia erilaisista menetelmistä annetaan vain ruistärkkelyksen suhteen saksalaisissa 15 patenteissa (DRP 639 606, DRP 742 638 ja DRP 739 530), kun taas mainitulta alalta on olemassa vain vähän tietoja kauratärkkelyksen talteenotosta.

US-patenttijulkaisussa 4 028 468 kuvataan menetelmää kauran fraktioimiseksi, jossa jauhetaan kuoritut kaurasuurimot kaurajauhoksi, erotetaan karkea lese-20 fraktio, joka sisältää kauratärkkelystä, ja hienojakoinen fraktio, joka sisältää . ·. ·. tärkkelyspitoisen ydinosan, ja fraktioidaan karkea fraktio, jolloin saadaan tal- . · · ·. teen lesefraktio, kauraliima ja proteiini-tärkkelysfraktio. Tärkkelys voidaan vaih- toehtoisesti ottaa talteen yhdessä lesefraktion kanssa.

• · · • · · · M» • · • « • · · .···. 25 CA-patenttijulkaisussa 1 179 189 kuvataan menetelmää kauran fraktioimiseksi, • · · jossa liotetaan jyviä vesiväliaineessa, puristetaan liotetut jyvät valssin läpi ja erotetaan tuloksena oleva nesteytynyt ydinosa ei-ydinmateriaaleista seulomal- la. Nestemäinen endospermidispersio voidaan sentrifugoida, jolloin saadaan liuosfraktio ja liukenematon fraktio, joista jälkimmäinen sisältää tärkkelystä ja 30 siemenen varastoproteiineja. Vaihtoehtoisesti voidaan nestemäinen ydinosa :. jakaa tärkkelys- ja proteiinifraktioiksi säätämällä pH-arvoa ja sentrifugoimalla.

• · • · • · · « · · • · · 1 · 103797 2

Vaikka on kuvattu erilaisia fraktiointimenetelmiä, joissa erotetaan erilaisia kau-ratuotteita märkäjauhatuksella ja uutolla, ei tähän mennessä ole kehitetty sopivaa tietä kauratärkkelyksen tuottamiseksi.

5 Kauratärkkelys on verrattavissa riisitärkkelykseen fysikaalisilta ja morfologisilta ominaisuuksiltaan. Kauratärkkelyksen hiukkaskoko on lähes yhtä pieni kuin riisitärkkelyksen. Kummallakin tärkkelyksellä on kapea hiukkaskokojakautuma, kuten osoitetaan kuvassa 1.

10 Hiukkaskooltaan pienet tärkkelykset ovat erityisen tärkeitä silkin viimeistelyssä, hienon painopaperin tuotannossa, teknisissä ja kosmeettisissa jauheissa ja biologisesti hajoavissa synteettisissä materiaaleissa ja muovilevyissä, joita käytetään nykyaikaisen maatalouden ja tekniikan eri aloilla. Tärkkelyksen hiuk-kaskoolla on merkittävä vaikutus synteettisten polymeerien, joihin on sisällytet-15 ty tärkkelyshiukkasia, homogeenisuuteen ja sen seurauksena tällaisten koostumuksen mekaanisiin ja termisiin ominaisuuksiin.

Hienojakoisten tärkkelysten käyttö paperien pintapäällysteissä johtaa parempaan painettavuuteen ja nykyaikaisissa painopapereissa edulliseen vähemmän 20 kiiltävään pintaan. Hienojakoiset tärkkelykset, joilla on alentunut vedensitomis-kapasiteetti ja pienempi turpoamiskapasiteetti, soveltuvat päällystettyjen paperien valmistukseen nykyaikaisissa suurinopeuksissa paperinpäällystysmenetel-missä, joissa kuivausajat ovat lyhyitä, käytettävien muunnettujen tärkkelysten .···. stabiloitujen rakenteiden vuoksi.

.···. 25 « · Tärkkelyksenvalmistusprosesseissa käytettävät uudet raaka-aineet ovat käy-neet yhä tärkeämmiksi, sillä arvokkaista sivutuotteista on tullut yhtä ratkaise-vampia koko tuotantoprosessin taloudellisuuden kannalta. Raaka-aineena käytetty kaura ei sisällä pelkästään tärkkelyksiä, joilla on uusia teknisesti sopi-30 via ominaisuuksia, vaan myös proteiineja, lipidejä, kuituja, beetaglukaaneja ja • · « muita liukenevia sivutuotteita, joilla on erityinen merkitys nykyaikaisen ihmisra- » · • · “.1 vinnon kannalta samoin kuin erilaisissa teollisuuden käyttötarkoituksissa.

• · · * 1 1 « 103797 3

Siksi tämän keksinnön eräänä päämääränä on saada aikaan menetelmä kauran fraktioimiseksi yksinkertaisella ja tehokkaalla tavalla hyvin puhtaiden kuitu-, gluteeni- ja tärkkelysfraktioiden talteenottamiseksi.

5 Tämän keksinnön mukaisesti tarjotaan käyttöön menetelmä kauran fraktioimiseksi, joka sisältää seuraavat peräkkäiset vaiheet: a) kuoritun kauran kuivajauhatus, b) tuloksena olevan kaurajauhon liotus rikkidioksidia sisältävässä vesiväli-aineessa, 10 c) kuitujakeen seulominen ja veden poistaminen siitä, d) gluteenin erottaminen raakatärkkelysjakeesta ja veden poistaminen glu-teenijakeesta, ja e) raakatärkkelyksen fraktiointi syöttämällä raakatärkkelys fraktiointimultisyk-loniin, pestään pohjavirta multisyklonin vastavirtapesujärjestelmässä lisä- 15 ten tuoretta vettä, jolloin saadaan primaarinen tärkkelysfraktio (A), poistetaan vesi tuloksena mainitusta A-tärkkelysfraktiosta ja poistetaan vesi fraktiointimultisyklonen ylivirtauksesta, jolloin saadaan talteen B-tärkkelys.

Piirrosten kuvaus 20

Kuvassa 1 verrataan kaura-ja riisitärkkelysten hiukkaskokojakautumia.

• · • · · : Kuvassa 2 on lohkokaavio tämän keksinnön mukaisesta kauran fraktioinnista, « « « * • · · · prosessivaiheyhdistelmästä fraktioinnin aikaansaamiseksi ja A- • · · ;···: 25 tärkkelyksen, B-tärkkelyksen, proteiinin ja kuidun erottamiseksi.

• « · • · · • · · • · ·

Seuraavassa kuvataan yksityiskohtaisesti keksinnön mukaisia tyypillisiä pro- ;*·*: sessivaiheita (merkitty isoin kirjaimin kuvassa 2).

• · · ♦ · · • · · ..'. t 30 Kuoriminen tehdään tavanomaisella iskulaitteistolla, mutta käyttämättä vesi-

\.!t höyryä. Myöhemmissäkin prosessivaiheissa tulisi välttää lämpötiloja yli 48°C

• · kauratärkkelyksen ja sivutuotteiden luontaisten ominaisuuksien säilyttämiseksi.

« · · • * · ‘ * Kuivajauhatukseen voidaan käyttää mitä tahansa tavanomaista myllyä.

103797 4

Kauran suuren lipidipitoisuuden vuoksi seuraa välittömästi jauhon liotus prosessivedessä jatkuvasti sekoittaen.

Tavallisesti käytetään veden ja jauhon välistä suhdetta 2,5:1 - 3,0:1. Tavallises-5 ti lisätään noin 200 ppm rikkidioksidia natriummetabisulfiittina. Liete kuumennetaan säiliössä lämpötilaan 40 - 55°C, edullisesti 45°C. On edullista lisätä solu-seinämää hajottavia entsyymejä liotusväliaineeseen. Sekoitusta ja entsyymikä-sittelyä jatketaan 2-4 tuntia kaurajauhon sisältämien sivutuotteiden, kuten hemiselluloosien, beeta-glukaanien ja pektiinien, hydrolyysin aktivoimiseksi.

10 Ydinosan ja ulompien osien solurakenteiden osittainen hajottaminen johtaa kiinni olevien tärkkelyshiukkasten parempaan uuttamiseen, parempaan erottumiseen ja parantuneeseen lopulliseen veden poistumiseen tärkkelyksestä, kuidusta ja proteiinista. Kuvatuissa kokeissa käytetty entsyymivalmista oli “Econase CE 15", jota valmistaa Alko käyttämällä Trchoderma reesei -kantaa 15 ja jonka pääkomponentit ovat endo-1,4-P-D-glukanaasi (ED 3.2.1.4) ja sellobio-hydrolaasi (ED 3.2.1.91) ja jolla on suuri joukko sivuaktiivisuuksia, esimerkiksi hemisellulaasi- (ksylanaasi-) ja proteaasiaktiivisuus.

Entsyymikäsitelty homogeeninen liete seulotaan vastavirtaan juoksevan veden 20 avulla kartiomaisilla pyörivillä seuloilla, joiden aukkokoko on 50 ja 75 pm tai .·. . muu. Veden poisto kuiduista voidaan tehdä ruuvipuristimessa, alipainesuodatti- • · . · ·. mella tai dekantterissa.

• « • « « • I · • · * • · · · .···. Seuraavassa vaiheessa erotetaan raakatärkkelys ja gluteeni, esimerkiksi de- • · • · · .···. 25 kantoimalla. Gluteenifraktio väkevöidään, esimerkiksi levysuutinerottimessa « « ennen veden poistamista dekantterissa.

• · I

Sitten raakatärkkelys fraktioidaan, jolloin saadaan talteen tärkkelysfraktiot A ja B. Raakatärkkelys syötetään fraktioivaan multisykloniin, pohjavirta pestään 30 multisyklonin vastavirtapesujärjestelmässä lisäten tuoretta vettä ja poistetaan • « « '..; vesi tuloksena olevasta A-tärkkelyksestä, ja fraktioivan multisyklonin ylivirtauk- sesta poistetaan vesi, jolloin saadaan talteen B-tärkkelys. B-tärkkelys on laa-dultaan heikompaa kuin A-tärkkelys proteiini-, lipidi-ja muiden epäpuhtauksien : : läsnäolon vuoksi.

103797 5

Multisyklonien kätevä läpimitta on noin 10 mm. On edullista käyttää tavallista suurempia kiihtyvyyksiä fraktioivissa multisykloneissa tehokkaan erottumisen aikaansaamiseksi.

5 Fraktioivassa multisyklonissa vallitsevan kiintyvyyden tulisi olla vähintään 7500 g, edullisesti 8000 - 9000 g, kun taas pesumultisykloneissa kiihtyvyys on vähintään 4500 g, edullisesti 5000 - 6000 g.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa fraktiointimultisyklonin ylivirtaus jaetaan 10 B-tärkkelysfraktioksi ja jäännös-A-tärkkelykseksi ja kierrätetään viimeksi mainittu fraktiointimultisyklonin syöttöön.

Oli yllättävää havaita, että huolimatta riisi- ja kauratärkkelyksen lähes identtisestä hiukkaskoosta oli mahdollista erottaa tehokkaasti kauratärkkelys multi-15 sykloneissa, joiden läpimitta on 10 mm korkeammista toimintapaineista seuraa-villa kasvaneilla kiihtyvyyksillä, kun taas tämä ei ole milloinkaan onnistunut riisitärkkelyksen kohdalla ilman hyväksyttäviksi liian suuria häviöitä.

Kaikki vedenpoistovaiheet toteutettiin selkeyttimissä ja ruuvipuristimissa ja 20 tuotteet kuivattiin sen jälkeen. Vähän kiintoainetta sisältäviä liuoksia kierrätettiin :'; *: prosessivetenä kokonaisvedenkulutuksen ja tuotehäviöiden minimoimiseksi.

• <

III

I I

il· • ;· Esimerkki • M · • · · • · « * • · · 25 Kauratärkkelyksen valmistuskoe, joka on valittu sarjasta keksintöä edustavia, • · · :T: suomalaisessa koetehtaassa tehtyjä valmistuskokeita, aloitettiin nopeudella 800 kg/h kaurajauhoa (valmistettu kuoritusta kaurasta kahdella 1,5 mm:n seu-lalla varustetussa vasaramyllyssä).

• · · • · · • · · .Λ, 30 Jauho sekoitettiin seuraavien ainesten kanssa: • · *···. 2,751 tuoretta ja prosessivettä • · 0,8 1 Econase CE 15:tä (Alko) ja • · ♦ *·:·*# 200 8 rikkidioksidia (natriummetabisulfiittina) tonnia kohden jauhoa.

103797 6

Viipymisaika säädettiin arvoon 3 tuntia lämpötilassa 48°C homogenaattorin, kartiomaisten pyörivien seulojen ja kuidulle käytetyn ruuvipuristimen optimaalisen toiminnan aikaansaamiseksi. Tärkkelyserottimen pohjavirtaus säädettiin Be-arvoon 13- 14 tärkkelyksen ja proteiinin optimaalisen erottumisen aikaan-5 saamiseksi. Proteiinierottimen pohjavirtaus säädettiin arvoon 150 g/l ja lopullinen vedenpoisto tehtiin dekantterissa. Myös B-tärkkelyksestä poistettiin vesi dekantterilasissa.

Syklonien lukumäärä Baume-arvot_fBej 10 Fraktiointivaihe 24 Fraktiointivaihe W1 17 ylivirtaus 8 W2 17 W1 pohjavirta 15 W3 18 W2 ylivirtaus 8 W4 19 W10 pohjavirta 15 15 W 5 20 W11 ylivirtaus 11-13 W 6 21 W 7 21 W 8 22 W 9 22 20 W10 22 W11 14 • · « « : .·. Rääkätärkkelys oli fraktioitavissa ja puhdistettavissa multisykloneissa, joiden • · » · .···. lämpötila oli 10 mm, käyttämällä vesisyklonissa Paine-eroa 1p 800 kPa, joka • « · .·1·. 25 johti fraktiointimultisyklonissa kiihtyvyyteen 8500 g, ja pesujärjestelmässä • · · . Δρ-arvoa 450 kPa, joka johti kiihtyvyyteen 5200 g.

Kaikki materiaalivirrat mitattiin ja niistä analysoitiin kuiva-aine-, tärkkelys-, proteiini- ja lipidipitoisuudet. Näistä mittauksista ja määrityksistä laskettiin ..30 taulukoissa 1 ja 2 esitetty kokonaisainetase.

• i 1 • · « • t · · 103797 7

Taulukko 1 Tärkkelysainetase*)

Fraktio_ Tärkkelvsiakautuma (% kuiva-aineesta) 5 A-tärkkelys 55 - 65 B-tärkkelys 31-21

Proteiini 10

Kuitu 2

Prosessivesi__ 2_ 10 *) Raakatärkkelyspitoisuuden määritys vetykloridihappomenetelmällä (ISO 1744)

Taulukko 2 15 T ärkkelysainetase*)

Fraktio____Proteiiniiakautuma (% kuiva-aineesta) A-tärkkelys >65 B-tärkkelys 10-15 20 Proteiini 55 - 50

Kuitu 6 I I I * · .···. Prosessivesi_28_ • · « « · * « « · « • ♦ · .···. *) Raakatärkkelyspitoisuuden määritys Kijeldahl-menetelmällä (ISO 5378 - 25 1978) • · « • · · • · « t

Taulukossa 1 esitetyt tulokset osoittavat tämän keksinnön mukaisten prosessi-vaiheiden tehokkuuden, joka johtaa suureen tärkkelyssaantoon ja A-tärkkelyk-sen korkeaan puhtausasteeseen huolimatta kauran pienestä hiukkaskoosta ja 30 suhteellisen suuresta proteiini-ja lipidipitoisuudesta muihin viljalajeihin verrat- » « * • tuna. A-tärkkelykseen jäävä proteiinipitoisuus on itse asiassa alle 0,5 % (tau- • · lukko 2). Kaurasta saadun A-tärkkelyksen valkoisuusarvo on 96 ISO/DE 6473 :···* ELREPHO -mittauksen mukaan. Puhtaan veden kulutus on verrattavissa veh- ' * * nätärkkelyksen valmistukseen.

103797 8

Vaikka tätä keksintöä on kuvattu edullisen laitteiston avulla, on ymmärrettävä, että voidaan tehdä muunnoksia ja variaatioita poikkeamatta keksinnön hengestä ja suoja-alasta. Tällaisten muunnosten ja variaatioiden katsotaan kuuluvan keksinnön ja liitteenä olevien patenttivaatimusten piiriin ja suoja-alaan.

5 • » • · » • · · « · • · • · · • * • « · • « « • · · · • · · • · • · • · · • · · • · • · « · · »I» • · · • · · • · · • · · • · · • · · « · · • · · « «4 « « « « • « • ♦ « Φ · · • ·

Claims (5)

103797

1. Menetelmä kauran fraktioimiseksi, jossa kaurajyvät jauhetaan, saatu kaura-jauho liotetaan vesiväliaineessa, seulotaan kuitupitoinen jae ja poistetaan siitä 5 vesi, erotetaan proteiinijae tärkkelysjakeesta ja poistetaan vesi proteiini- vastaavasti tärkkelysjakeesta, tunnettu siitä, että se sisältää seuraavat peräkkäiset vaiheet: a) kuoritun kauran kuivajauhatus, b) tuloksena olevan kaurajauhon liotus rikkidioksidia sisältävässä vesiväli- 10 aineessa, c) kuitujakeen seulominen ja veden poistaminen siitä, d) gluteenin erottaminen raakatärkkelysjakeesta ja veden poistaminen glu-teenijakeesta, ja e) raakatärkkelyksen fraktiointi syöttämällä raakatärkkelys fraktiointimultisyk-

15 Ioniin, pestään pohjavirta multisyklonin vastavirtapesujärjestelmässä li säten tuoretta vettä, jolloin saadaan primaarinen tärkkelysfraktio (A), poistetaan vesi tuloksena mainitusta A-tärkkelysfraktiosta ja poistetaan vesi fraktiointimultisyklonen ylivirtauksesta, jolloin saadaan talteen B-tärkkelys.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liotusvaihe . ·. , (b) toteutetaan soluseinämää hajottavia entsyymejä, erityisesti “Econase 4 ( « . · · , CE15"-tuotetta, sisältävässä vesiväliaineessa lämpötilassa 40-48°C. Ill • · * • · · « .···.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että frakti- φ · • * * 25 ointivaihe (e) suoritetaan käyttämällä multisyklonia, jonka halkaisija on noin • · · 10 mm. • · I

• 4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fraktiointimultisyklonin G-voima on ainakin 7500 ja G-voima pesu-30 multisyklonissa on ainakin 4500.

• · • · • · • · ’·’ 5. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että frakti- 4 4» ’ ·’· · ] ointimultisyklonin ylivirtaus jaetaan B-tärkkelysfraktioksi ja jäännös-A-tärkke- lykseksi, joista viimeksi mainittu kierrätetään fraktiointimultisyklonin syöttöön. 10 103797