WO2015067472A1 - Verfahren zur gewinnung von stärke - Google Patents

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WO2015067472A1
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enzyme
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Steffen Hruschka
Joachim Ringbeck
Sabine KROHN
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Gea Mechanical Equipment Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B30/00—Preparation of starch, degraded or non-chemically modified starch, amylose, or amylopectin
    • C08B30/04—Extraction or purification

Definitions

  • the invention relates to a process for obtaining starch from green bananas.
  • Methods for obtaining starch from starchy plants are known per se, such as WO 2013/143986 A2.
  • the starch milk is further processed into starch, in particular by starch washing. If necessary, a fine-fiber sieving is carried out and the washed starch milk is subsequently freed from most of the water in a starch drainage.
  • WO 2013/143986 A2 also proposes that even the low-strength fiber fraction be further processed.
  • the low-strength fiber fraction is placed under high pressure to achieve further cell disruption and further release of starch by high-pressure cell disruption to a pressure of at least 10 bar, which is then recovered in addition.
  • the known method has proven itself, but is essentially suitable for the products potatoes, cassava roots or legumes. For green bananas, however, the known method is not meaningful applicable.
  • an enzyme in particular pectinase
  • pectinase the pectin contained in the cell walls is broken up so that the starch clumps are released and can be separated from the previously produced pulp / water mixture.
  • An enzyme within the meaning of claim 1 is understood to mean an enzyme alone or else the addition of an enzyme cocktail which is preferably pectinase-containing (and / or protease-containing) and contains two or more different enzymes.
  • pectinase is known, for example, from the production of fruit juices or the field of wine production.
  • the use of this enzyme in the field of starch production from bananas has not yet been considered, but surprisingly brings in the field of bananas the desired result with it, that it is possible to separate the starch in a simple manner after a certain exposure time can.
  • This separation / classification can be carried out, for example, by means of hydrocyclones or by means of one or more sieves or by means of a decanter.
  • separators from the field of conventional starch production in the field of potatoes available. The invention will be described in more detail with reference to the drawing with reference to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a flowchart to illustrate an exemplary method according to the invention.
  • green bananas are initially provided in a step 100.
  • step 200 These green bananas of step 100 are then peeled in a step 200 to obtain the "pulp" separated from the trays.
  • the starch content of this pulp is high.
  • the starch content of this pulp is, for example, 22 grams of starch in 100 grams of pulp.
  • the pulp obtained in step 200 is then preferably added with water in a step 300, with or without stirring the pulp / water mixture.
  • the addition of the water is preferably carried out at a temperature of less than 35 ° C, in particular less than 30 ° C, preferably 20 to 25 ° C.
  • 100 g of pulp were added to 700 g of water.
  • at least five parts of water or more are added to a portion of pulp.
  • the pulp-water mixture from step 300 is then further comminuted in step 400. This can be done in one step, for example by shearing or, for example, in two steps by rasping and shearing. The crushing can also be done in other ways.
  • a single enzyme or an enzyme cocktail is added to the minced water-pulp mixture from step 400 in a step 500.
  • this enzyme an enzyme which breaks down the pulp and / or cell structure is used.
  • this action is accompanied by stirring at a temperature of preferably more than 15 ° C, more preferably more than 25 ° C, especially more than 30 ° C, most preferably 37 ° C and preferably less than 40 ° C.
  • the exposure time during stirring in step 600 is preferably more than 10 minutes, in particular more than 20 minutes, most preferably 30 minutes or more.
  • step 500 which consists of the comminuted pulp-water mixture
  • pectinase which time was allowed to act while stirring, placed in a separator.
  • a separation / classification of a starch suspension takes place from the remaining cell structure material in the retentate / upper run.
  • a sieve can be used.
  • hydrocyclones or a decanter are used.
  • the sieve preferably allows a separation of particles which are larger than 50 ⁇ m.
  • the reaction time of the enzyme in step 500) is such that the cell structures destroyed by the enzyme are substantially more than 20% larger than the starch granules.
  • starch granules should be free, i. without the cell substance enclosing the starch granules or without the starch granules enclosing pectin chains,
  • Starch granules usually have sizes from 2 to about 5 or more than 5 starch granules, depending on the enzyme efficiency. These can be e.g. different treatment or differentiation.
  • retentate / headwaters containing the even larger starch granules is, on the other hand, 700 g. If necessary, this retentate can be comminuted in a step 710, wherein in a further step 720 the water content is reduced. The reduced retentate in the water content can then be recycled to the mixing process with the enzyme pectinase of step 500. This is not mandatory but purely optional.
  • the starch suspension obtained in the separation step is then processed further as it is known per se from the field of industrial starch production. So it is possible to wash them once or three times to reduce the water content. With a subsequent drying, it is then possible to gain an industrially exploitable strength. In one experiment, it has been found that this starch has a purity of 85 percent. 4.5 g of industrially utilizable starch were recovered. This value can be increased by the mentioned recycling and re-treatment of the sieve residue.
  • the enzymes cause the fibers to be disrupted in step 500. Care must be taken to choose the residence time of the enzyme so that sufficient starch is released on all sides and, on the other hand, there is no destruction of the fibers so extensive that they can pass through a sieve of 50 ⁇ m.
  • the action time of the enzyme pectinase is such that in the mixing step and stirring and reaction step 600 the fibers are destroyed only so far that they can still be separated in separation step 700 substantially from the water-pulp-pectinase mixture ,
  • the temperature in the process steps between 20 ° C and 40 ° C, in particular 37 ° C.

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Abstract

Ein Verfahren zur Gewinnung von Stärke aus stärkehaltigen grünen Bananen, weist zumindest folgende Schritte auf: 100) Bereitstellen grüner Bananen, 200) Schälen der grünen Bananen zur Gewinnung des Bananenfruchtfleischs; 300) Mischen des Bananenfruchtfleisches aus Schritt 200) mit Wasser; 400) Zusetzen eines die Faser- und Zellstruktur des Bananenfruchtfleisches zerkleinernd wirkenden Enzyms zu dem Fruchtfleisch-/Wassergemisch aus Schritt 300); 500) Einwirkenlassen des Enzyms für eine Einwirkzeit T; und 700) Trennen des Enzym-/Fruchtfleisch-/Wassergemisch aus Schritt 700) in eine stärkehaltigere und wasserärmere Stärkesuspension und eine stärkeärmere und wasserhaltigere Wasser-/Fasersuspension.

Description

Verfahren zur Gewinnung von Stärke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Stärke aus grünen Bananen. Verfahren zur Gewinnung von Stärke aus stärkehaltigen Pflanzen sind an sich bekannt, so aus der WO 2013/143986 A2.
So werden bei der Gewinnung von Stärke aus Kartoffeln diese zunächst in eine Wasch- und Entsteinungsanlage gegeben. Daran schließt sich ein Zerkleinern der Kartoffeln an. Dies kann durch Desintegrieren erfolgen, beispielsweise mittels eines Zerkleinerers oder einer Reibe. Nach dem Reiben der Kartoffeln kann ein optionales Entsanden stattfinden. Anschließend werden - ggf. nach einem zentrifugalen Abtrennen von Fruchtwasser - Pflanzenfasern durch Trennen, insbesondere Sieben, von der Stärkemilch getrennt. Dies entspricht einer Trennung der zerkleinerten Pflanzen in eine stärkereiche Faserfraktion und eine stärkearme Faserfraktion, wobei die stärkereiche Faserfraktion die Stärkemilch und die stärkearme Faserfraktion die Pflanzenfasern sind. Daraufhin erfolgt ein Entwässern der Pflanzenfasern, welche im Anschluss als Faserpülpe aus dem Prozess abgeführt werden. Die Stärkemilch wird hingegen zu Stärke weiter verarbeitet, insbesondere durch Stärkewaschen. Gegebe- nenfalls wird noch eine Feinfasersiebung durchgeführt und die gewaschene Stärkemilch im Anschluss daran in einer Stärkeentwässerung vom überwiegenden Teil an Wasser befreit.
Hierzu schlägt die WO 2013/143986 A2 weiter vor, auch die stärkearme Faserfrakti- on noch weiter zu verarbeiten. Hierzu wird die stärkearme Faserfraktion unter Hochdruck gesetzt, um durch ein Hochdruck-Zellaufschließen einem Druck von wenigstens 10 bar ein weiteres Zellaufschließen und ein weiteres Freisetzen von Stärke zu erreichen, die sodann ergänzend gewonnen wird. Das bekannte Verfahren hat sich an sich bewährt, ist aber im Wesentlichen für die Produkte Kartoffeln, Cassavawurzeln oder Leguminosen geeignet. Bei grünen Bananen ist das bekannte Verfahren hingegen nicht sinnvoll anwendbar.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf relativ einfache Weise im industriellen Maßstab Stärke aus grünen Bananen gewonnen werden kann. Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch das Verfahren, des Anspruchs 1 .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Durch das Zusetzen eines Enzyms, insbesondere Pektinase, wird das in den Zellwänden enthaltene Pektin so aufgebrochen, dass die Stärkeklümpchen freigesetzt werden und aus dem zuvor erzeugten Fruchtfleisch-/Wassergemisch abgetrennt werden können. Unter einem Enzym im Sinne des Anspruchs 1 ist ein Enzym allein oder aber auch das Zusetzen eines Enzymcocktails zu verstehen, der vorzugsweise pektinasehaltig (und/oder proteasehaltig) ist und zwei oder mehr verschiedene Enzyme enthält.
Zwar ist die Verwendung von Pektinase beispielsweise aus der Herstellung von Fruchtsäften oder dem Bereich der Weinherstellung bekannt. Das Einsetzen dieses Enzyms im Bereich der Stärkegewinnung aus Bananen wurde hingegen bisher nicht angedacht, bringt aber überraschend im Bereich der Bananen das gewünschte Ergebnis mit sich, dass es möglich wird, die Stärke auf einfache Weise nach einer bestimmen Einwirkzeit abtrennen zu können. Dieses Trennen/Klassieren kann beispielsweise mittels Hydrozyklonen oder mittels eines oder mehrerer Siebe oder mittels eines Dekanters erfolgen. Es steht die bekannte Bandbreite an Trenneinrichtungen aus dem Bereich der herkömmlichen Stärkegewinnung im Bereich der Kartoffeln zur Verfügung. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigt: Figur 1 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nach dem beispielhaften Verfahren der Figur 1 erfolgt zunächst in einem Schritt 1 00 ein Bereitstellen grüner Bananen.
Diese grünen Bananen des Schrittes 1 00 werden sodann in einem Schritt 200 geschält, um das von den Schalen getrennte„Fruchtfleisch" zu erhalten. Der Stärkehalt dieses Fruchtfleisches ist hoch. So wurde in einem Versuch ermittelt, dass der Stärkegehalt dieses Fruchtfleisches beispielsweis 22 g Stärke in 100 g Fruchtfleisch beträgt.
Dem im Schritt 200 gewonnenen Fruchtfleisch wird sodann in einem Schritt 300 vor- zugsweise Wasser zugesetzt, wobei oder woraufhin das Fruchtfleisch- /Wassergemisch gerührt wird.
Das Zusetzen des Wassers erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als 35 ° C, insbesondere weniger als 30 ° C, vorzugsweise 20 bis 25 ° C. Im Versuch wurden beispielhaft 1 00 g Fruchtfleisch 700 g Wasser zugesetzt. Vorzugsweise werden einem Anteil Fruchtfleisch wenigstens fünf Anteile Wasser oder mehr zugesetzt.
Das Fruchtfleisch-Wasser-Gemisch aus dem Schritt 300 wird sodann in einem Schritt 400 weiter zerkleinert. Dies kann in einem Schritt, beispielsweise durch Scheren er- folgen oder beispielsweise in zwei Schritten durch Raspeln und Scheren. Das Zerkleinern kann aber auch auf andere Weise erfolgen.
Sodann wird dem zerkleinerten Wasser-Fruchtfleisch-Gemisch aus dem Schritt 400 in einem Schritt 500 ein einzelnes Enzym oder ein Enzymcocktail zugesetzt. Als die- ses Enzym wird ein die Fruchtfleisch- und/oder Zellstruktur aufbrechendes Enzym verwendet.
Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere mit dem Enzym Pektinase hervorragende Ergebnisse in Hinsicht auf die spätere Stärkegewinnung erzielt werden. Ohne das Zusetzen des Enzyms ist eine Stärkegewinnung im industriellen Maßstab quasi nicht darstellbar.
Nach dem Zumischen des Enzyms Pektinase sollte dieses für eine gewisse Zeit einwirken, bevor die weitere Verarbeitung erfolgt. Vorzugsweise begleitet wird dieses Einwirken von einem Rühren bei einer Temperatur von vorzugsweise mehr als 1 5 ° C, besonders vorzugsweise mehr als 25 ° C, insbesonderemehr als 30 ° C, ganz besonders vorzugsweise 37 ° C und vorzugsweise weniger as 40° C. Die Einwirkzeit während des Rührens im Schritt 600 beträgt vorzugsweise mehr als 1 0 Minuten, insbesondere mehr als 20 Minuten, ganz besonders vorzugsweise 30 Minuten oder mehr.
Sodann kann das Gemisch aus Schritt 500, welches aus dem zerkleinerten Fruchtfleisch-Wasser-Gemisch besteht, dem Pektinase zugesetzt wurde, welches eine ge- wisse Zeit unter Rühren einwirken konnte, in eine Trennvorrichtung gegeben. In der Trennvorrichtung erfolgt ein Trennen/Klassieren einer Stärkesuspension vom übrigen Zellstrukturmaterial im Retentat/Oberlauf. Als Trenneinrichtung im Schritt 700 kann insbesondere ein Sieb verwendet werden. Alternativ werden Hydrozyklone oder ein Dekanter eingesetzt. Das Sieb ermöglicht vorzugsweise eine Abtrennung von Teil- chen ermöglichen, die größer als 50 μιτι sind.
Vorzugsweise wird die Einwirkzeit des Enzyms im Schritt 500) derart bemessen, dass die vom Enzym zerstörten Zellstrukturen im Wesentlichen noch mehr als 20% größer als die Stärkekörner sind.
Einzelne Stärkekörner sollten frei vorliegen, d.h. ohne die die Stärkekörner umschließende Zellsubstanz bzw., ohne die Stärkekörner umhüllenden Pektinketten,
Eine optimale Enzymwirkung wäre dann erreicht, wenn alle Stärkekörner einzeln vor- lägen. In der Praxis kann jedoch ein Anteil an Stärke im Siebrückstand weiter in Stärkekörnerverbänden verbleiben, so dass es vorteilhaft ist, diese Suspension im Siebrückstand aus Stärkekörnerverbänden nachzubehandeln, so mittels einer oder beider Maßnahmen : mechanisches Einwirkverfahren (Scheren, Extruder, Hochdruck oder dgl.) und Zusetzen/ Einwirkenlassen eines einzelnen Enzyms oder eines En- zymcocktails.
Stärkekörnerverbände haben in Abhängigkeit von der Enzymeffizienz in der Regel Größen von 2 bis ca. 5 oder mehr als 5 Stärkekörnern. Diese kann man z.B. auch unterschiedlicher Siebung oder allg. unterschiedlicher Trennung unterschiedlich wei- terbehandeln.
In einem Laborversuch, bei dem in einem Schritt 300 100 g Fruchtfleisch ohne Schalen 700g Wasser zugesetzt worden sind, hat sich herausgestellt, dass nach dem Zusatz von Pektin (vorzugsweise bis zu 2 ml, insbesondere bis zu 1 ,5 ml, im Versuch 0, 1 ml Enzym, jeweils bezogen auf 1 00g Banane (ohne Schale) bei dem Trennen/Klassieren des Schrittes 700 eine Stärkesuspension gewonnen wird, die ca. 1 00 g ausmacht. Gewonnen werden Stärkekörner von einer Größe von ca. 40 bis 45 μιτι.
Zum Trennen können verschiedene Einrichtungen wie Siebe, Hydrozyklone, Dekan- ter oder dgl. eingesetzt werden. Der Anteil des die noch größeren Stärkekörnerverbände enthaltenden Reten- tats/Oberlaufs beträgt hingegen 700 g. Dieses Retentat kann ggf. in einem Schritt 710 zerkleinert werden, wobei in einem weiteren Schritt 720 der Wassergehalt reduziert wird. Dass im Wassergehalt reduzierte Retentat kann sodann in den Mischpro- zess mit dem Enzym Pektinase des Schrittes 500 zurückgeführt werden. Dies ist aber nicht zwingend sondern rein optional.
Die im Trennschritt gewonnene Stärkesuspension wird sodann so weiter verarbeitet, wie es an sich aus dem Bereich der industriellen Stärkeherstellung bekannt ist. So ist es möglich, sie ein- bis dreimal zu waschen, um den Wassergehalt zu reduzieren. Mit einem anschließenden Trocknen ist es sodann möglich, eine industriell verwertbare Stärke zu gewinnen. In einem Versuch hat sich herausgestellt, dass diese Stärke eine Reinheit von 85 Prozent aufweist. Gewonnen wurden 4,5 g industriell verwertbarer Stärke. Erhöht werden kann dieser Wert durch die erwähnte Rückführung und erneute Behandlung des Siebrückstandes.
Unzweifelhaft bewirken die Enzyme, dass die Fasern im Schritt 500 aufgeschlossen werden. Sorgfältig gewählt werden muss die Verweilzeit des Enzyms, damit allseits genügend Stärke freigesetzt wird und andererseits keine so weite Zerstörung der Fasern erfolgt, dass sie ein Sieb von 50 μιτι passieren können. Wesentlich ist inso- fern, die Einwirkzeit des Enzyms Pektinase derart, dass im Mischschritt und Rühr- und Einwirkschritt 600 die Fasern nur so weit zerstört werden, dass sie im Trennschritt 700 noch im Wesentlichen von dem Wasser-Fruchtfleisch-Pektinase-Gemisch abgetrennt werden können. Vorzugsweise liegt die Temperatur bei den Verfahrensschritten zwischen 20 ° C und 40° C, insbesondere 37° C.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Gewinnung von Stärke aus stärkehaltigen grünen Bananen, gekennzeichnet durch zumindest folgende Schritte:
100) Bereitstellen grüner Bananen,
200) Schälen der grünen Bananen zur Gewinnung des Bananenfruchtfleischs; 300) Mischen des Bananenfruchtfleisches aus Schritt 200) mit Wasser;
400) Zusetzen eines die Faser- und Zellstruktur des Bananenfruchtfleisches zerkleinernd wirkenden Enzyms zu dem Fruchtfleisch-/Wassergemisch aus Schritt 300);
500) Einwirkenlassen des Enzyms für eine Einwirkzeit T; und
700) Trennen/Klassieren des Enzym-/Fruchtfleisch-/Wassergemisch aus Schritt 700) in eine stärkehaltigere und wasserärmere Stärkesuspension und eine stärkeärmere und wasserhaltigere Wasser-/Fasersuspension.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als das im Schritt 400 zugesetzte Enzym Pectinase verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen im Schritt 700 mit einem Sieb erfolgt, wobei ein Siebrückstand verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenweite des Siebes höchstens 50 μιτι beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen/Klassieren im Schritt 700 im Zentrifugalfeld mit einem Dekanter oder Hyd- rozyklon erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Trennen/Klassieren verbleibende Phase mit größeren Stärkekörnerverbänden, insbesondere der Siebrückstand, mittels Enzymen einer weiteren Behandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Trennen/Klassieren verbleibende Phase mit größeren Stärkekörnerverbänden, insbesondere der Siebrückstand mittels eines mechanischen Einwirkverfahrens einer weiteren Behandlung Unterzogen wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen im Schritt 700 im Zentrifugalfeld, insbesondere mit Hilfe von Hydrozyklonen, erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkzeit des Enzyms im Schritt 500) derart bemessen wird, dass die vom Enzym zerstörten Zellstrukturen im Wesentlichen noch mehr als 20% größer als die Stärkekörner sind.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einwirkens des Enzyms in einem Schritt 600 ein Rühren der Enzym-/Wasser-Stärke-/Fruchtfleischgemisches erfolgt.
1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt 200) und dem Schritt 500) ein ein- oder mehrstufiges mechanisches Zerkleinern von Fruchtfleischstrukturen erfolgt, vorzugsweise mittels eines Scherens oder mittels Einwirkens mit einem Homogenisator oder Extruder.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterverarbeitung der Stärkesuspension aus dem Trennschritt 700 zu Stärke einen oder mehrere der folgenden Schritte in folgender Reihenfolge umfasst:
D.1 Stärkewaschen (6);
D.2 Stärkeentwässerung (10); und/oder
D.3 Trocknung (1 1 ).
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