从豆类粉、特别是豌豆粉中分离淀粉和蛋白质的方法和设备

摘要

一种从豆类特别是豌豆粉中分离淀粉和蛋白质的方法,其中将使用含水分解剂制浆的豆类粉加入具有多个固液分离步骤(6、9、10)的生产线的第一阶段(Ⅰ)中以提取蛋白质。接着将生产线第一阶段Ⅰ的最后一个固液分离步骤(10)的悬浮在水中的固体相连续加入生产线第二阶段(Ⅱ)中,该生产线第二阶段(Ⅱ)具有至少一个分离步骤(19、21、22)以从淀粉中分离纤维和至少一个固液分离步骤(11)中以从液相中分离淀粉。含水分解剂由一种碱性浓缩物(B)和在生产线第二阶段(Ⅱ)中从淀粉中分离的液相组成。将碱性浓缩物(B)和在生产线第二阶段(Ⅱ)中从淀粉中分离的液相送入生产线第一阶段(Ⅰ)中第一和最后固液分离步骤(6和10)之间。将从下游的第一阶段(Ⅰ)的各固液分离步骤(9、10)中分离出的液相逆流地返回,用于悬浮加入上游的固液分离步骤(6、9)中的固体相,并使第一阶段(Ⅰ)的第一固液分离步骤(6)中分离的液相离开生产线以分离蛋白质。

说明书

根据权利要求1的主题，本发明涉及一种从豆类(Hülsenfrüchten)粉、特别是豌豆(属)粉中分离淀粉和蛋白质的方法，其内容还涉及实施该方法的设备。

豆类(豆科)、特别是豌豆属，尤其是马克豌豆(Markerbsen)，它们的淀粉中具有特别高的直链淀粉含量。由豌豆得到的淀粉基于其高的直链淀粉含量而具有热塑性性能，并且因此可以采用在塑料加工中的常规方法加工成模制件。此外，具有较高直链淀粉含量的豌豆同样具有高含量的高价值蛋白质。Gabriel-Blanke等在联邦部长关于营养、农业和森林的系列呈文的A系列第380期第239～247页中的《在工业规模上豌豆淀粉的分离》(“Gewinnung von Erbsenstaerke im Technikum-Massstab”)以及DE 4301586 C2已经公开一种权利要求1主题的方法。其中，用五倍量的浓度相对高的氢氧化钠溶液分解豌豆粉，并且借助于滗析器分离。接着，再次在五倍量的高浓度氢氧化钠溶液中悬浮滗析器的固体相，并且再次送入滗析器中。将第二个滗析器中的固体相悬浮在水中，并且将该悬浮液送入筛网和射流洗涤筛(strahlwaschsieb)中以分离纤维。

可以将第一和第二滗析器中含蛋白质的液体相合并在一起以提取蛋白质。当然，在浓度相对高的氢氧化钠溶液中蛋白质以强稀释形式存在。因此，在已知的方法下蛋白质的分离伴随着高的成本开支。此外，该已知方法的特征在于相对高的碱液和水的消耗以及因此而相对高的废液处理成本。

本发明的目的是提供一种方法和设备，借助于该方法和设备可以在节约成本下从豆类特别是豌豆中得到高纯度的淀粉和高产率的蛋白质。

根据本发明该目的是通过在权利要求1中描述的方法和在权利要求19中描述的设备来实现的。在从属权利要求中描述了本发明方法和本发明设备的有利的实施方案。

豌豆和其它豆类除可溶性组分如糖和矿物质外还包含淀粉、蛋白质和纤维。

蛋白质可以通过含水分解剂(Aufschluβmittel)从豌豆粉中提取。为此用含水分解剂将该豌豆粉制浆，然后送入生产线的第一阶段，该阶段由多个固液分离步骤组成。将从固液分离步骤之间分离出的固体相分别送入一容器中，在容器中将它们再次悬浮在含水分解剂中。将从生产线第一阶段的最后一个固液分离步骤中分离出的固体相送入一容器中，在该一容器将它们悬浮在水中。然后，该悬浮液进入生产线第二阶段，在该阶段中从淀粉中分离出纤维。为了从液相中分离已除去蛋白质和纤维的淀粉，第二阶段在最后至少具有一个固液分离步骤。

根据本发明，使用碱性浓缩物制备含水分解剂，其中该碱性浓缩物与生产线第二阶段的固液分离步骤中的液相混合。然后，将这样形成的含水分解剂送入第一和最后固液分离步骤之间的生产线第一阶段。

然后，含水分解剂从那逆流地经过第一阶段的固液分离步骤返回用于将豌豆粉制成将进入第一阶段的第一固液分离步骤的浆体的容器中。

为此，将从第一阶段的下游的各固液分离步骤中分离出的液相返回用于悬浮进入上游的固液分离阶段的固体相，这里，从第一阶段的第二固液分离步骤分离的液相被返回用于悬浮进入上游的即第一固液分离步骤的豌豆粉，也就是说将它们制浆。这样在第一阶段的第一固液分离步骤液相中的蛋白质被提浓。通过将第一阶段的第一固液分离步骤中的液相输送到辅助生产线，在节约成本下可以得到具有高产率的蛋白质。

同时，通过使含水分解剂在生产线的第一阶段中逆流流动和生产线第二阶段的固液分离步骤中的液相用于配制含水分解剂可以在耗费少量碱性浓缩物下得到具有特别低蛋白质含量的淀粉。

优选采用干磨法粉磨豌豆或者其它豆类以便在粉磨时除去外壳。优选地，豆粉的颗粒尺寸小于200微米。尽管通过非常细的粉磨完全破坏了细胞结构，但是由于非常细的研磨在淀粉的最终产品中却得到磨细的纤维。

优选地，在至多2小时，特别是至多1小时内使用含水分解剂将豆类制浆。否则可溶性蛋白质可能转化成不溶性产物，该产物将污染所得到的淀粉和降低蛋白质产率。

为了制浆，优选地使用多个例如二个容器，在该容器中依次将豌豆粉制浆。将豌豆粉在一个容器中制浆时，将另一个容器中的浆体送入生产线第一阶段的第一固液分离步骤中。在其中搅拌下批浆体之前，在浆体排空之后例如通过用水冲洗以洗净该另一个容器。

为了制浆，使2～4重量份、优选约3重量份的含水分解剂与1重量份的豌豆粉混合。因此，在浆体中存在相对高浓度的豌豆粉。浆体的温度优选是25～35℃。

为了改善生产动力，在制浆容器和生产线第一阶段的第一固液分离步骤之间配备用于容纳浆体的缓冲容器。

在生产线的第一阶段、优选在倒数第二和最后的固液分离步骤之间加入由碱性浓缩物和在第二阶段从淀粉中分离出的液相组成的含水分解剂，即在用于悬浮从倒数第二个固液分离步骤中分离出的固体的容器中加入。如果第一阶段例如由三个固液分离步骤组成，那么含水分解剂经用于悬浮从第二个固液分离步骤中分离出的固体的容器加入到生产线中。

适合作为碱性浓缩物的优选是氢氧化钠。然而同样可以使用其它的碱液，例如胺类或由强碱和弱酸生成的盐也是一样的。重要的只不过是碱性浓缩物具有这样高的碱性以便使加入碱性浓缩物的固体悬浮液的pH值优选是8～11，特别是9～10。

碱性浓缩物，优选是一种含水溶液、包含浓度优选是5～20重量％的氢氧化钠或其它碱性分解剂。

碱性浓缩物被生产线第二阶段的固液分离步骤中的液相稀释，以便形成含水分解剂。稀释优选在浓缩物加入生产线之前进行。如果需要，可以在生产线第一阶段的第一和最后固液分离步骤之间的不同位置加入浓缩物和第二阶段的固液分离步骤中的液相。

在使用碱液时，在使用生产线第二阶段的固液分离步骤中的液相稀释之后，在分解剂中其浓度优选小于10毫摩尔/升，特别是约6毫摩尔/升。

因为在第一阶段中从固液分离步骤到固液分离步骤固体相中蛋白质的浓度降低，所以，为了从固体中提取最后剩余的蛋白质，在生产线的第一阶段的最后固液分离步骤之前安装一容纳悬浮液的反应容器，其中该悬浮液由从第一阶段的倒数第二个固液分离步骤中分离的固体相组成，这里，与上面所描述的一样，该悬浮液优选是由碱性浓缩物和生产线第二阶段的固液分离步骤中的液相形成的新的分解剂调制成的。悬浮液在反应容器中的停留时间优选是10～60分钟。

生产线的第一阶段的固液分离步骤和第二阶段的固液分离步骤或-步骤可以以随意的方式构成和组合，例如可以是筛网、过滤器、筛网式离心分离机或沉淀池。优选地，使用离心分离器或旋液分离器作为固液分离步骤，这里特别是使用滗析器作为离心分离器。其中，同样可以由旋流分离器组构成固液分离步骤。

含水分解剂的pH值从经其在生产线中加入碱性浓缩物的容器起，沿着与浆体相反的方向降低。这样在固体相被碱性浓缩物和在生产线第二阶段中从淀粉中分离出的液相悬浮的容器中pH值优选是9～10，在其中悬浮从上游的固液分离步骤中分离出的固体相的容器中例如是6～8，以及在将豆类制浆的的容器中是5～7.5。在反应容器中的pH值优选是7.5～9。

优选地，生产线第一阶段具有三个固液分离步骤；然而，第一阶段中同样可以具有四个或更多的，或者仅仅具有二个固液分离步骤。

在本发明的方法中，蛋白质以高的浓度出现在生产线第一阶段的第一固液分离步骤的液相中，这尤其决定了按照本发明的方法可以得到高的蛋白质产率。

另一方面，高的蛋白质浓度相应地导致生产线第一阶段的第一固液分离步骤中的液相粘度高，从而增加从液相中分离固体的难度，也就是说淀粉和纤维将滞留在液相中，并且因此而污染蛋白质。因此，生产线第一阶段的第一固液分离步骤中的液相粘度至多应该是500cP，优选是20～200cP。

从主生产线中分出一辅助生产线，将主生产线第一阶段的第一固液分离步骤中的液相送入该辅助生产线中以分离蛋白质。为此，在含水分解剂中溶解的蛋白质由于酸的加入而凝固。在3.5～5，特别是4.0～4.7的pH值和30～90℃特别是60～80℃的温度下豆类特别是豌豆的蛋白质存在一最小溶解度。

当缓慢地进行凝固过程时，如在结晶时一样，在凝固时产生大的凝固颗粒。由大的颗粒组成的凝块是易于从液相中分离的，这样可以提高蛋白质的产率和降低蛋白质干燥的成本。

优选地，为了蛋白质的凝固，使用三个容器，在这三个容器中分别有用于加入蛋白质凝固用酸的输送管。其中这三个容器可以单独地填充液相、掺入酸和排空。

这三个容器的填充时间、停留时间和排空时间优选是至少1小时，特别是至少2小时。在用主生产线第一阶段的第一固液分离步骤中的含蛋白质相填充时，优选首先只部分地填充其中之一即第一个容器，例如只填充一半，然而计量加入酸，同时加入其余的。优选地这样计量酸的配料速度，即当填充完容器时，达到所希望的蛋白质凝固的pH值，例如是4.3～4.4。

当填充完第一容器时，将主生产线第一阶段的第一固液分离步骤中的含蛋白质液相加入下一容器中。期间在填充的第一容器中使凝块优选熟化至少一小时，特别是至少二小时，这里，在该时间间隔中，容器的温度缓慢升高，例如从50℃升至80℃。然后提供相应长的时间以便排空第一容器，也即以便处理熟化的凝块。

在辅助生产线中，为了进行加工，将凝块加入固液分离步骤中，在其中分离凝固的蛋白质。优选地将固液分离步骤中分离的液相加入Sedicanter(Flottweg有限公司注册的德国商标号2058639)中，借助于它该液相被分成重和轻的液相。从Sedicanter(注册商标)中分离出的轻液相包含豆类的不能凝固的已溶解组分，并且可以通过蒸发而浓缩。从固液分离步骤中分离的固体相进入蛋白质干燥器。

优选地，在水中悬浮的、从主生产线第一阶段的最后固液分离步骤中分离的固体相依次进入优选多个例如二个射流洗涤筛中，以便从淀粉中分离出纤维。

射流洗涤筛的含淀粉的液相至少进入一个固液分离步骤，例如一个滗析器，以便分离出作为固体相的淀粉，然后用淀粉干燥器进行干燥。

优选地，将部分生产线第二阶段的固液分离步骤中的液相加入第一射流洗涤筛的固体相中，然后将它们送入第二个射流洗涤筛中。第二阶段的固液分离步骤中的部分液相也用于筛分纤维，因此第二阶段的固液分离步骤中附加过载了液体。由于这一过载，在第二阶段固液分离步骤中固体逐渐丢失于液相中。然而，在液相中仅仅是最不好分离的固体部分丢失，该部分包含最细的、不能筛分的纤维部分。再次筛分该部分，这样最终最细的纤维同样被截留住。

在主生产线中，从第一固液分离步骤起操作温度优选是15～45℃，特别是25～35℃。

根据本发明的方法，在作为终产物得到的淀粉中，蛋白质含量被降低至0.5％，优选是0.25和更少。同时，借助于本发明的方法，使蛋白质的产率达75％或更高(以豆类粉中所包含的氮含量计)。

以固体分解剂计，每吨豆类粉碱性分解剂例如氢氧化钠的消耗量仅是约1千克，水的消耗量只不过是约4立方米。

下面借助于流程图描述用于实施本发明方法的设备的实施方案。

该设备具有一条由具有作为固液分离步骤的三个滗析器6、9和10的第一阶段I以及第二阶段II组成的生产线。

将在未描述的粉磨和筛分工序中制备的豌豆粉E依次被加入二个分别配备搅拌器的制浆容器1和2中。

经管道3在制浆容器1和2的豌豆粉中交替地加入第二个滗析器9的液相作为含水分解剂，这里，在规定的制浆时间之后，将来自有关容器1和2的已制浆的豌豆粉经管道4输入配备有搅拌器的第一缓冲容器5中，该缓冲容器可以连续地给第一滗析器6提供浆体。在制浆之后豌豆粉的pH值是5～7.5。

在第一滗析器6中，从含淀粉和纤维的固体相中分离出液体蛋白质相。

除蛋白质外还包含所有在水中可溶解的豌豆粉其它组分的液体蛋白质相经管道7输入辅助生产线中，其中通过凝固得到蛋白质。

将第一滗析器6中分离的含淀粉和纤维的固体相加入第二缓冲容器8中，在这里经管道16与从第三滗析器10中分离的液相混合。在第二缓冲容器中的固体悬浮液的pH值是6～8。

将在第二滗析器9中分离的、含淀粉和纤维的固体相送入第三缓冲容器12中，并且在这里与含水碱性分解剂混合，该含水碱性分解剂是由液体碱性浓缩物B例如氢氧化钠溶液形成的，并且经管道11a用来自生产线第二阶段II的滗析器11的液相稀释。在缓冲容器12中悬浮的固体相经管道13进入反应容器14中，并且在其中停留规定的反应时间，在这段时间中剩下的蛋白质开始溶解。第三缓冲容器12中的悬浮液的pH值是9～10，在反应容器14中是7.5～9。

来自反应容器的已反应悬浮液经管道15进入第三滗析器10中。在其中分离出的液相经管道16进入第二缓冲容器8中。在第三滗析器10中分离的、含淀粉和纤维的固体相被送入第四缓冲容器17中，并且在其中通过经管道18加入水而被悬浮。

根据本发明的方法，碱性浓缩物B与生产线第二阶段II的固液分离步骤中的液相即滗析器11中的液相混合以制备含水分解剂，将这样制备的含水分解剂加入生产线的第一阶段I中的第一和最后固液分离步骤之间，即第二滗析器9和第三滗析器10之间。从下游的第一阶段I的固液分离步骤即第三滗析器10和第二滗析器9分离出的液相经管道16和3逆流地返回，以便用于悬浮加入上游的各固液分离步骤即第二滗析器9和第一滗析器6的固体相。加入第一滗析器6中的被悬浮固体由豌豆粉E形成。

在第四缓冲容器17中，将第三滗析器10中含淀粉和纤维的固体相悬浮在水中。第四缓冲容器17中的悬浮液pH值是7～8.5。

为了从淀粉中分离纤维，第四缓冲容器17中的悬浮液经管道11b送至第一射流洗涤筛19。经管道20a使用部分第二阶段II的滗析器11的液相悬浮第一射流洗涤筛19中的、经管道20排出的和基本上由纤维组成的固体相并且加入第二射流洗涤筛21中，以便从纤维中分离剩余的淀粉。经管道21b排出的第二射流洗涤筛21的固体相形成纤维部分。

经管道18a供给第二射流洗涤筛21的洗涤喷嘴新鲜的来自管道18的水。第二射流洗涤筛21的筛落物经管道11c作为喷嘴用水进入第一射流洗涤筛19的洗涤喷嘴。

经管道19a排出的的第一射流洗涤筛19的筛落物几乎包含所有的可洗出的淀粉。然后将其再使用摇动筛或平筛22筛分一次，以便从淀粉悬浮液中分离所有的纤维。假如通过射流洗涤筛19和21进行的筛分过程还有令人感到不足之处，那么筛网22也可以是一种安全设备。筛网22的筛上产品即纤维经管道22b排出，并且与经管道21b排出的纤维部分合并在一起。

用筛网22分离的、无纤维的淀粉悬浮液经管道22a进入滗析器11。在滗析器11中淀粉作为固体相被分离，其在淀粉干燥器30中干燥之后成为本发明方法的主产品。

有可能进入滗析器11的蛋白质剩余部分作为滗析器11的液相经管道11a逆流地返回生产线第一阶段I的缓冲容器12。

因为滗析器11的部分液相用于纤维的筛分，所以滗析器11本身过载了液相。然而这是优点，因为筛网22的筛落物中的最细的纤维部分因此重新进入筛网19、21和22。

经管道7从第一阶段I的第一固液分离步骤即第一滗析器6分离的液相几乎包含所有的以可溶解形式存在的豌豆粉中的蛋白质组分。

在液相中即在含水的碱性分解剂中溶解的蛋白质通过凝固被分离。

为此，配备三个容器23、24和25，交替地用管道7中的含蛋白质的碱性液相填充它们。经管道7a可以在这三个可加热的容器23、24和25中加入酸例如硫酸。

因此，可以这样进行，即例如首先经管道7在第一容器23中部分填充碱性蛋白质溶液。然后进一步填充，其中同时经管道7a在容器23中计量地加入酸，酸的加入速度应当使，当容器23被填满时，达到所希望的最终pH值即4.3～4.4。然后经管道7在下一个容器例如容器24中加入碱性蛋白质溶液。

期间在规定的时间内，例如在2小时内，将充满的第一容器23从例如55～65℃加热至70～80℃的温度，以便在容器23中熟化凝块。在凝块熟化之后，经管道26排空容器23，以便在规定的时间间隔内进一步加工包含在其中的凝块。

为此，将凝块加入固液分离步骤例如滗析器27中。将从滗析器27中分离的含蛋白质主成分的固体相加入蛋白质干燥器29中。经管道27b将固液分离步骤或滗析器27的液相加入Sedicanter28(Flottweg有限公司的注册德国商标号2058639)中，它将该液相分为高密度和粘度相和低密度和粘度相。

在Sedikanter28(注册商标)中分离的高密度相仍包含蛋白质。该相与从滗析器27中分离的蛋白质固体相一起经输送带28a送入蛋白质干燥器中。

经管道28b分离的工艺水可以在一种水处理装置中例如蒸发和作为牲畜饲料使用。