CZ303813B6 - Zpusob zpracování ovsa, zarízení k provádení tohoto zpusobu a pouzití ovesných otrub k izolaci cenných látek - Google Patents

Abstract

Pri zpusobu zpracování ovsa, zejména pro výrobu nutricne upravených ovesných vlocek se snízeným obsahem .beta.-glukanu, které mají zvýsenou nutricní hodnotu, se nejprve na mlecí stolici oddelí z vycistených ovesných zrn ovesné otruby a ovesná krupice, a následne se z ovesné krupice na vlockovací stolici vyrobí ovesné vlocky se snízeným obsahem .beta.-glukanu. Soucasne se z oddelených ovesných otrub vyrobí alespon jedna látka nebo smes ze skupiny: .beta.-glukan, ovesný skrob, ovesný protein, peletované biopalivo, fural, furan, tetrahydrofuran, organominerální hnojivo, etanol, butanol, aceton, pasta na cistení tukem zaneseného potrubí, nápln bioreaktoru pro výrobu bioplynu, ovesný tvaroh. Tyto výrobky jsou vyuzitelné pro dalsí zpracování v prumyslu, v zemedelství, v potravinárství a krmivárství.

Description

Způsob zpracování ovsa, zařízení k provádění tohoto způsobu a použití ovesných otrub k izolaci cenných látek

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti potravinářství a krmivářství, výroby nutričně upravených potravin, zejména ovesných vloček, a způsobu komplexního zpracování ovsa pro výrobu těchto nutričně upravených potravin a pro izolaci a přípravu dalších cenných hospodářsky využitelných látek.

Dosavadní stav techniky

Zpracování ovsa při výrobě ovesných vloček probíhá tak, že nejprve se oves čistí, pak postupuje do vertikálního loupacího stroje, kde se zbavuje pluch, a dále pak do speciálního odíracího stroje k odstranění vousku. Tak vznikne tzv. „ovesná rýže“, která se suší a napařuje parou až do 100 °C pro odstranění hořké chuti. Při této hydrotermické úpravě dochází k hlubokým biochemickým změnám, kde denaturují bílkoviny, částečně hydrolyzuje škrob a inaktivují se enzymy, hlavně lipolytické, nebezpečné citlivému ovesnému tuku. Po úpravě vlhkosti postupuje oves do vločkovací válcové stolice, která zrno drží (vločkuje), a získané vložky se suší a po vychlazení se třídí a balí.

Ovesná zrna prochází tímto zpracováním vcelku, včetně obalových částí zrna, tzv. včetně otrub. Pod pojmem „otruby“ se přitom rozumí jednak zužitkovatelné odpady, které vznikají u čištění obilí, ale hlavně obalové součásti zrna, jejichž podíl je asi 20 % hmotn. obilí. Při mlynářském zpracování jiných obilnin jako např. pšenice nebo žita na mouku se otruby při mletí odstraňují, tzv. oddělují se obalové vrstvy zrna od jeho endospermu, a endosperm se následně rozmělňuje. Celý proces mletí probíhá na válcových stolicích v procesech šrotování, luštění krupic a vymítání. Odstranění otrub se provádí v mlynářství proto, aby nebyla mouka těmito otrubami znečištěna. Mele se zpravidla na 5 až 6 šrotů s menšími přítlaky.

Nutriční hodnoty potravin a krmiv lze ovlivňovat pomocí nutričních a antinutričních faktorů. Oves obsahuje průměrně 3,2 % β-glukanů, které jsou prokazatelně antinutričním faktorem. Ve středním traktu bobtnají, zvyšují viskozitu tráveniny a tím zhoršují pohyblivost živin i trávicích enzymů. Tím zhoršují možnost využití živin, zejména tuků. β-glukany, vlastně smíšené β(1 —> 3),(1 —> 4)-D-glukany jsou polysacharidy tvořené β-D-glukopyranosou, kteráje asi ze 30 % vázána glykosidickými vazbami (1 —> 3) a převážně vazbami (1 —> 4). Patří mezi tzv. „nešrobové polysacharidy“ označené jako NPS (non-starch polysaccharides) a jsou považované za vlákninu.

Výseč ze struktury β-(1 —* 3)(1 —> 4)-D-glukany lze znázornit takto:

CI-LOH

1-*4 vazba

- 1 CZ 303813 B6

Celkový obsah β-glukanů v ovsu kolísá většinou v intervalu 2,4 až 4,2 % hmotn. v sušině. Z toho rozpustných β-glukanů v ovsu je závislý především na odrůdě, např. oves bezpluchý ADAM má průměrně 3,8 % β-glukanů v sušině, ZLAŤÁK jen 1,9 %. Kromě odrůdy má na obsah β-glukanů prokazatelný vliv také soubor půdně-klimatických podmínek, úroveň hnojení nikoliv.

β-glukany ovsa (ale i ječmene) mají řadu příznivých účinků ve výživě, kteréjsou charakteristické pro vlákninu. Snižují např. hladinu cholesterolu v krvi, omezují riziko výskytu rakoviny tlustého střeva, jsou prevencí proti cukrovce, zácpě a obezitě. Na druhé straně snižují využitelnost io živin a tím snižují nutriční hodnotu přijímané potravy. To může být značná výhoda pro jedince, jejichž příjem energie ve stravě je vyšší, než výdej. Tedy pro jedince s omezeným pohybem, pro duševně pracující, pro všechny, kteří mají sklon k otylosti. Tyto vlastnosti jsou však naopak nevýhodou pro ty, jejichž spotřeba energie je mimořádně vysoká. Tedy pro sportovce, manuálně těžce pracující, pro podvyživené a rekonvalescenty. A také pro zvířata, která jsou krmena krmivý s přísadou ovesných vloček a všude tam, kde se sledují hmotnostní přírůstky v závislosti na výživě a krmení.

Dosud známé a popsané způsoby pro odstranění β-glukanů při technologické úpravě krmiv pro drůbež a částečně i pro prasata, se řadí do tří skupin.

První známou metodou je depolymerizace β-glukanů z celých zrn včetně obalových částí pomocí mikrovlnného záření. Jde o metodu v podstatě laboratorní a výzkumnou, s malou hospodářskou využitelností, která se neprosadila do praxe.

Druhou známou metodou je vyluhování rozpustných β-glukanů z celých zrn včetně obalových částí vodou, při kterém dochází také k aktivaci rostlinných hydrolytických enzymů v zrnu, které jsou schopny štěpit polysacharidy buněčných stěn. Tato metoda má nevýhodu v tom, že obsah βglukanů se sníží jen nepatrně, ale zrno se při procesu navlhčí, což zhorší jeho vlastnosti z hlediska mechanického zpracování a skladování, a musí se následně opět dehydratovat.

Třetí známou metodou je aplikace enzymových preparátů, rovněž na celá zrna včetně obalových částí. Nejdůležitějším hydrolytickým enzymem je endo-β-glukanáza kromě endoxylanázy, arabinofuranoxidázy, glukuronidázy a galakturonidázy. Jde hlavně o technickou celulózu, tedy enzymy produkované plísní Trichoderma viride (reesei) či bakterie Bacillus subtilis.

Aplikace enzymovaných preparátů je účinná, ale je zřejmé, že tato cesta k odstranění β-glukanů při výrobě ovesných vloček je neschůdná z ekonomických důvodů, poněvadž účinné enzymatické preparáty s dostatečnou aktivitou jsou velmi drahé, a proces je značně náročný na teplotu a mikrobiologickou čistotu ošetřovaného materiálu.

Z dokumentu WO 00/56 170 je známá metoda zpracování ovsa, kde se ovesná zrna máčí v alkoholové lázni s obsahem 40 až 50% etanolu, za mokra se rozemelou na endosperm, krupici a otruby, a z ovesných otrub se vyrábí β-glukan extrakcí při teplotě 60 až 100 °C za přítomnosti aamylázy. Pevná složka ovesných otrub se oddělí, z tekutiny se získá β-glukan prepicitací. nevý45 hoda tohoto způsobu spočívá v extrakci za poměrně vysoké teploty, a ve vysoké ceně enzymatických přípravků. Metoda se nezabývá výrobou jiných cenných látek z ovsa, tyto látky tak zůstávají nevyužity.

Z dokumentu US 2004/0 101 935 je známý způsob zpracování ovesných zrn, který vede k výrobě β-glukanu s masivní příměsí škrobu. Ovesná mouka se míchá s vodným organickým rozpouštědlem, okyselenou nebo zásaditou vodou, extrahuje se za pokojové teploty, případně s přídavkem α-amylázy nebo proteázy, následně se směs filtruje. Nevýhoda spočívá ve velkém podílu škrobu ve výsledném produktu, a v malé výtěžnosti β-glukanů. Metoda rovněž neřeší získávání jiných cenných látek a výrobu jiných produktů z ovsa.

-2CZ 303813 B6

Úkolem vynálezu je nalezení takového ekonomického a průmyslově vhodného způsobu zpracování ovsa, zejména pro výrobu nutričně upravených ovesných vloček se sníženým obsahem βglukanů, který by odstraňoval výše uvedené nedostatky. Dalším úkolem vynálezu je vytvořit způsob komplexního a v podstatě bezodpadového zpracování ovsa, při kterém by se izolovaly cenné látky využitelné v průmyslu a v zemědělství jako suroviny, polotovary a výrobky vhodné technicky a ekonomicky pro další zpracování. Tento okol je vytýčen s ohledem na stále klesající odbyt ovsa a obilí do potravinářství na jedné straně, a na potřebu zachovat osevní zemědělské plochy vhodné k pěstování ovsa na straně druhé. Další úkolem vynálezu je potom vyřešení dílčích výrobních postupů při izolaci těchto látek, a vytvoření technologického zařízení k provádění uvedený postupů.

Podstata vynálezu

V evropských i amerických odrůdách ovsa je obsah β-glukanů 3,2 až 6,8 %, jsou přítomny hlavně v buněčných stěnách subaleuronové vrstvy, a pro nejbohatší surovinou k izolaci βglukanů jsou ovesné otruby, kde β-glukany tvoří asi 90 % z jejich celkové rozpustné vlákniny. Rozpustná vláknina ovesných otrub tvoří asi 25 % jejich celkové vlákniny. V ovesných otrubách jako celku kolísá obsah β-glukanů kolem 15 %.

Vynález je založen na myšlence, že chceme-li snížit obsah β-glukanů v ovesných vločkách jako výsledném ovesném produktu, je potřeba provést zpracování ovsa bez otrub. Podstata způsobu zpracování ovsa podle vynálezu pak spočívá v tom, že nejprve se hrubým šrotováním oddělí ovesné otruby tj. obalové vrstvy zrn do endospermu zrn, přičemž z endospermu se vytvoří ovesná krupice, a následně se z ovesné krupice vločkují ovesné vločky se sníženým obsahem β-glukanů, a z oddělených ovesných otrub se vyrobí alespoň jedna látka nebo směs ze skupin: β-glukan, ovesný škrob, ovesný protein, peletované biopalivo, fural, furan, tetrahydrofuran, organominerální hnojivo, etanol, butanol, aceton, pasta na čištění tukem zaneseného potrubí, náplň bioreaktoru pro výrobu bioplynu, ovesný tvaroh.

Další hospodářské využití těchto výrobků vynahradí zvýšené náklady na oddělování ovesných otrub. Ve výhodném provedení vynálezu se z oddělených ovesných otrub vyrábí ovesný škrob, ovesný protein a β-glukan tak, že se nejprve připraví pufr s hodnotou pH v rozmezí od 9,5 do 11,0, který vznikne smísením roztoku Na₂CO₃ a roztoku NaHCO₃, tímto pufrem se extrahují ovesné otruby při teplotě 50 až 95 °C za stálého míchání po dobu alespoň 60 min. při poměru 100 g materiálu na 11 extrakčního roztoku, extrakt se zchladí na 2 až 4 °C a zfíltruje sítem, přičemž na sítu zůstává odpad, a filtrát se dále odstřeďuje, kde po odstředění oddělený nerozpustný zbytek tvoří ovesný škrob, kteiý se suší v sušárně při teplotě 60 °C, a supematant z odstředění se neutralizuje čistou HCI zředěnou v poměru 1:3 až 1:5 do hodnoty pH = 4,5, zchladí se na 2 až 4 °C, a odstředí se ovesný protein, který se dále suší při teplotě 60 °C, a supematant po odstředění ovesného proteinu se opět zchladí na teplotu 2 až 4 °C, přidá se k němu stejný objem 2-propanolu (isopropanolu), zchlazeného také na teplotu 2 až 4 °C, a ze směsi se odstředí β-glukan, který se může buďto usušit do práškového stavu, anebo se vlhký odstředěný β-glukan s výhodou dále zpracuje tak, že po zjištění obsahu sušiny a stanovení molekulové hmotnosti se rozpustí v redestilované vodě na koloidní roztok za pomoci ultrazvukového desintegrátoru při teplotě 100 °C, čímž se zároveň sterilizuje, a supematant se odstředí β-glukanu se destiluje a při 82 °C se regeneruje isopropanol pro novou výrobu.

Produkt je sice znečištěn určitým podílem ovesného škrobu a ovesného proteinu, ale tyto látky jsou lidskému organismu jen prospěšné a výrobní postup lze silně zrychlit a zlevnit, β-glukan bude dodáván ve formě silně viskózního roztoku jako přídavek při výrobě funkčních potravin, chránících spotřebitele před cévními chorobami, cukrovkou, obezitou a částečně i proti nádorovému onemocnění. V jednání je spolupráce s výrobnami mléčných výrobků.

-3CZ 303813 B6 β-glukan ve formě práškové (získaný sušením před jeho rozpouštěním na koloidní roztok) bude nabízen jako nutričně přínosný hydrokoloid nahrazující modifikované škroby, želatinu, pektin a karboxymetylcelulózu výrobcům zmrzlinových práškových směsí, instantních polévek a omá5 ček, džemů a zavařenin suchých směsí pro výrobu moučníků, suchých limonád v prášku, tekutých nutričně upravených výživ pro sportovce, rekonvalescenty a přestárlé nemocné a vyzkoušet je nutno i možnost náhrady amylopektinových škrobů z mrazírenství a zesítěných škrobů v konzervárenství.

Také oddělený ovesný protein se může buďto sušit do práškového stavu a dodávat jako čistá bílkovina pro krmivářství a potravinářství, nebo se ve vlhkém stavu použije k výrobě ovesného tvarohu.

V jiném výhodném provedení vynálezu lze připravit etanol, popř. butanol a aceton tak, že z ovesných otrub a/nebo z ovesné hmoty ovesných otrub po oddělení β-glukanu, ovesného škrobu a ovesného proteinu se připraví zápara, která se zakvasí studeným Nýbrleho zákvasem z pivovarských kvasnic, a ze zkvašené zápary obsahující nejvýše 10 % etanolu se vydestiluje etanol.

Jiný možný způsob zpracování je takový, že z ovesných otrub a/nebo z ovesné hmoty ovesných otrub po oddělení β-glukanu, ovesného škrobu a ovesného proteinu se připraví zápara, která se zakvasí anaerobem Granulobacter butyricum při teplotě 38 °C, a za 28 až 36 hodin se ze zkvašené zápary vydestiluje směs sestávající ze 60 % butanolu, 30 % acetonu a 10 % etanolu.

Pokud se týká zpracování odstředěného ovesného škrobu, ten se může usušit a jako práškový nativní ovesný škrob dodávat např. jako surovina pro farmaceutický průmysl. V jiném výhodném způsobu úpravy se práškový nativní ovesný škrob přidáním látky uvolňující oktenylsukcinátový radikál (např. laktonu) přemění na modifikovaný oktenylsukcinát škrobu, který lze využít jako emulgátor v potravinářském průmyslu.

V dalším výhodném provedení vynálezu se připraví fural tak, že směs pluch z čištění ovsa a oddělených ovesných otrub se rozkládá koncentrovanou neoxidující kyselinou jako např. HCl nebo H₂SO₄ za vysoké teploty a pod tlakem v autoklávu, kde dehydratací vznikají černé huminové látky a fural, který se přečistí destilací při teplotě 162 °C, případně lze z něho dále vyrobit dekarbonylací na CaO při teplotě 300 °C furan, a z něho hydrogenací vodíkem na niklu i tetra35 hydrofuran. Fural lze využít v chemickém a lakařském průmyslu jako selektivní extrahovadlo (např. pro surový petrolej), k separaci butadienu od kontaminujících uhlovodíků pro výrobu intermediátů při výrobu nylonu, pro výrobu fural-formaldehydových pryskyřic a plastů pro výrobu tetrahydrofurfurylalkoholu jako lakařského rozpouštědla, pro výrobu polytetrametylen-etherglukolu pro výrobu polyuretanů na elastomery a termoplasty na výrobu lepidel a tmelů fenolické40 ho charakteru apod. Také furan a tetrahydrofuran jsou významná rozpouštědla a suroviny pro organickou chemii a výrobu plastických hmotn.

V dalším výhodném provedení vynálezu se z oddělených ovesných otrub připraví pasta tvořená směsí otrub tj. drcených obalových částí zm a acetátového pufru pH = 5,5 ve spojení s fosforečným diesterem škrobu. Oves je zdrojem značného množství enzymu lípázy, která štěpí tuky na glycerol a mastné kyseliny. Ovesné otruby obsahují 69 % celkové lipázy ovsa. Optimum účinnosti je při pH = 7,4 až 7,5 a teplotě 35 až 39 °C.

Stejný preparát lze využít jako náplň bioreaktoru pro všechny výrobce bioplynu, kteří budou chtít 50 zvýšit produkci bioplynu a tím rentabilitu energetické výroby přídavkem odpadních tuků z jatek do fermentačních nádrží. Pokud však použijí jateční zbytky v původní formě, efekt je mizivý a celé zařízení se zamastí. Teprve uvolněním mastných kyselin z tuku lipázou se významně zvyšuje produkce bioplynu z jatečních odpadů. Obecně lze říci, že lipáza štěpí triacylglyceroly s mastnými kyselinami pouze o 12 a více atomech uhlíku. Při přípravě náplně bioreaktoru je

-4CZ 303813 B6 nutno do pasty přidat porézní nosič a zformovat pastu do pevných útvarů, aby ji bylo možno zakládat do bioreaktoru.

V dalším výhodném provedení vynálezu se připraví organominerální hnojivo tak, že oddělené pevné odpady z jakékoli fáze zpracování ovsa se mísí a homogenizují s neutralizovanými černými huminovými látkami z výroby furalu, s mletým vápencem, a s jílovou suspenzí, přidají se stopové prvky a zdroje dusíku, draslíku, fosforu a síry, a zhomogenizovaný materiál se na 14 dnů uloží do bioreaktoru vyhřátého na teplotu 55 °C, která během pěti dnů klesne na 35 °C, a následně se po ukončení inkubace zjistí hodnota iontovýměnné kapacity T a dle potřeby se při závěrečío né homogenizaci doplní množství ionexu rašelinou o známé hodnotě T podle křížového pravidla na konečnou hodnotu 250 mgekv/kg.

Pokud v organominerálním hnojivu chybí živiny, doplní se živiny tak, aby obsah kationtů živin naplňoval 100 % iontovýměnné kapacity hnojivá.

V jiném výhodném provedení vynálezu se zpluch a z oddělených pevných odpadů z jakékoli fáze zpracování ovsa peletováním vyrobí peletované biopalivo, které lze spalovat v běžných topných zařízeních.

Předmětem vynálezu jsou rovněž nutričně upravené ovesné vločky, které jsou vyrobeny způsobem výše popsaným, sestávají z vločkované ovesné krupice neobsahující otruby tj. obalové vrstvy zrna, a obsah β-glukanů z nich je menší než 60 % původního obsahu β-glukanů v ovesných zrnech včetně otrub. Tyto vločky jsou jednoduše vyrobitelné, a představují potravinu vhodnou pro sportovce, manuálně pracující, podvyživené a rekonvalescenty.

Předmětem vynálezu je také ovesný škrob, modifikovaný oktenylsukcinát škrobu, ovesný protein a β-glukan, vyrobený způsobem podle vynálezu. Tyto výrobky jsou samostatně dále využitelné v potravinářství a v krmivářském průmyslu.

Předmětem vynálezu je i organominerální hnojivo, které je tvořeno směsí oddělených pevných odpadů vznikajících v jakékoli fázi zpracování ovsa podle vynálezu a neutralizovaných černých huminových látek vznikajících při výrobě furalu s přídavkem mletého vápence, jílové suspenze, stopových prvků a zdrojů dusíku, draslíku, fosforu a síry.

Předmětem vynálezu je i pasta na čištění tukem zaneseného potrubí, která sestává ze směsi ovesných otrub tj. drcených obalových částí zrn, acetátového pufru pH = 5,5 a fosforečného diesteru škrobu.

Dalším předmětem vynálezu je náplň bioreaktoru pro výrobu bioplynu, která sestává ze směsi ovesných otrub tj. drcenných obalových částí zrn, acetátového pufru pH = 5,5, fosforečného diesteru škrobu a porézního nosiče, upravené do tvaru tuhých těles jako např. koulí, hranolů apod.

Předmětem vynálezu je také ovesný tvaroh, který obsahuje ovesný protein izolovaný z ovesných otrub, tj. z drcených obalových částí zrn.

Předmětem vynálezu je mimo jiné i použití ovesných otrub k izolaci a/nebo výrobě alespoň jedné látky nebo směsi ze skupiny: β-glukan, ovesný škrob, ovesný protein, peletované biopalivo, fural, furan, tetrahydrofuran, organominerální hnojivo, etanol, butanol, aceton, pasta na čištění tukem zaneseného potrubí, náplň bioreaktoru pro výrobu bioplynu, ovesný tvaroh.

Nakonec je předmětem vynálezu i zařízení pro zpracování ovsa, zejména při výrobě nutričně upravených ovesných vloček z vyčištěných ovesných zrn bez pluch a nečistot, které je tvořeno technologickou linkou sestávající z mlecí stolice, která je předřazena vločkovací stolicí pro vločkování ovesné krupice, a za kterou je zařazena extrakční nádoba s filtrem a odstředivkou,

-5CZ 303813 B6 ultrazvukový desintegrátor a vakuová sušárna pro izolaci ovesného škrobu, ovesného proteinu a β-glukanu.

Ve výhodném provedení zařízení je za mlecí stolicí zařazen autokláv a destilační kolona pro výrobu a čištění furalu.

V dalším výhodném provedení zařízení je za destilační kolonou zařazena průtočná pec s náplní CaO pro výrobu furanu.

ίο V dalším výhodném provedení zařízení je za autokláv zařazena mísíma a bioreaktor pro výrobu organominerálního hnojivá.

V dalším výhodném provedení zařízení je za mlecí stolicí zařazen peletovací lis pro výrobu peletovaného biopaliva. Pro výrobu etanolu, butanolu a acetonu je s výhodou za mlecí stolicí zařazen hydrolyzér, kvasný reaktor a/nebo anaerobní fermentor, alespoň jedna destilační kolona a alespoň jedna rektifikační kolona.

Je výhodné, když hydrolyzér je zároveň zařazen za extrakční nádobou, takže se pro kvasné a destilační procesy mohou využívat nejen oddělené ovesné otruby, ale také ovesná hmota oves20 ných otrub vzniklá po oddělení ovesného škrobu, ovesného proteinu a β-glukanu.

Pro výrobu ovesného tvarohu je s výhodou v lince zařazen mísič tvarohu, a to za extrakční nádobou.

V jiném výhodném provedení je za mlecí stolicí zařazeno míchadlo pasty na čištění potrubí a/nebo náplně bioreaktoru. V případě, že jde o náplň bioreaktoru, je za míchadlem zařazen ještě lis pro lisování náplně do potřebného tvaru, např. do tvaru hranolů apod.

Pro finální balení nativního práškového ovesného škrobu je v lince umístěna balička ovesného škrobu, která je zařazena přímo za vakuovou sušárnou pro sušení ovesného škrobu. Pro úpravu nativního práškového ovesného škrobu je s výhodou využito modifikačního reaktoru, který je rovněž zařazen za vakuovou sušárnou pro sušení ovesného škrobu, a ve kterém se škrob přemění na modifikovaný oktenylsukcinát škrobu. Je výhodné, když modifikační reaktor je zároveň propojen s baličkou ovesného škrobu. Pak je možné na téže baličce balit jak nativní práškový ovesný škrob, tak i modifikovaný oktenylsukcinát škrobu.

Hlavní výhody řešení podle vynálezu spočívají vtom, že představuje způsob komplexního a bezodpadového zpracování ovsa, při kterém se technologicky jednoduchým a průmyslově snadno využitelným způsobem vyrobí nutričně upravené ovesné vločky se sníženým obsahem β40 glukanů. Zároveň se izoluje celá řada nových cenných látek využitelných v průmyslu a v zemědělství, které by jinak zůstaly nevyužity v odpadu, a které lze dále ekonomicky zhodnotit, a vyrábí se celá řada nových produktů, které lze uplatnit v různých průmyslových a zemědělských odvětvích.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na němž znázorňuje obr. 1 blokové technologické schéma zařízení pro zpracování ovsa podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou přestavo55 vány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odbor-6CZ 303813 B6 níci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.

Před výrobou ovesných vloček na vločkovací stolici 2 se nejprve z vyčištěného ovsa oddělí otruby na mlecí stolici i a získají se tak ovesná krupice a ovesné otruby. Ovesná krupice s podstatně sníženým obsahem antinutričního faktoru - β-glukanů - se dále zpracuje na vločkovací stolici 2 na ovesné vločky, které mají vyšší nutriční hodnotu a slouží jako bohatší zdroj energie pro sportovce, těžce pracující a jako krmivo pro zvířata. Vločky se balí do spotřebních balení na io baličce 3 ovesných vloček.

Odpad, tj. ovesné otruby, lze zpracovat na nové produkty, které lze ekonomicky zhodnotit v dalších výrobách, popř. v přímém prodeji odběratelům.

Příklad 1

Izolace β-glukanů, ovesného škrobu modifikovaného oktenylsukcinátu škrobu, ovesného proteinu, výroba ovesného tvarohu

V tomto příkladu provedení v extrakční nádobě 8 extrahujeme pufrem pH = 9,8 až 10,0, který vznikne smísením 534 objem, dílů roztoku 1,06% Na₂CO₃ (počítáno na bezvodou sůl!) a 466 objem, dílů 084 % roztoku NaHCO₃ prosev ovesných otrub sítem s velikostí oka 0,5 mm při teplotě 50 °C za stálého míchání po dobu 60 minut při poměru 100 g materiálu na 1 1 extrakč25 ního roztoku.

Po extrakci se systém zchladil na 2 až 4°C a potom se rychle zhruba zfíltruje umělohmotným sítem. Zbytek na sítu je odpad, který je surovinou pro další výrobky. Filtrát jde do odstředění na odstředivku.

Nerozpustný zbytek oddělený odstředivkou je ovesný zbytkový škrob, který se buďto usuší ve vakuové sušárně 10 při 60 °C a balí se na baličce 24 ovesného škrobu k expedici jako nativní ovesný škrob v práškovém stavu, nebo se po usušení vede do modifikačního reaktoru 25, kde se k němu přidává lakton nebo jiná látka uvolňující oktenylsukcinátový radikál a přemění se na modifikovaný oktenylsukcinát škrobu, kteiý se poté balí na baličce 24.

Supematant z odstředivky se neutralizuje čistou HCI zředěnou 1:3 až 1:5 do pH = 4,5 a dá se znova zchladit na 2 až 4 °C. Vyloučí se ovesný protein. Ten se odstraní dalším odstředěním. Suší se pak při 60 °C ve vakuové sušárně ϋ a vede se do mísiče-granulátoru 12 pro výrobu krmiv nebo se balí v baličce 14 bílkovin a expeduje jako čistá bílkovina. Část izolovaného ovesného proteinu může jít také do mísiče tvarohu 23, kde se z něj vyrábí ovesný tvaroh.

Supematant po odstranění ovesného proteinu se opět zchladí na 2 až 4 °C a přidá se k němu stejný objem 2-propanolu (isopropanolu) rovněž zchlazeného na 2 až 4 °C. Vzniklý kal se opět oddělí odstředěním. Oddělený β-glukan se může usušit ve vakuové sušárně JO (práškový βglukan) nebo se uloží vlhký k analýze. Po zjištění obsahu sušiny a stanovení molekulové hmotnosti izolátu se β-glukan rozpustí v redestilované vodě na koloidní roztok za pomocí ultrazvukového desintegrátoru 9 při teplotě 100 °C a tím se zároveň sterilizuje.

Supematant z oddělení β-glukanu se převede do destilačního přístroje a při 82 °C se regeneruje použitý izopropanol pro novou šarži výroby.

-7CZ 303813 B6

Příklad 2

Pe letované biopalivo, fural, furan, organominerální hnojivo

Peletované biopalivo

Při přípravě ovesné surovin se odděluje podíl pluch a nečistot, které lze zpracovávat spolu s oddělenými ovesnými otrubami na pelety určené jako palivo, a to v peletovacím lisu 4.

io Fural

Podíl pluch a nečistot v případě malého zájmu o peletované biopalivo by byl obtížným odpadem. Proto lze využít této frakce suroviny, která obsahuje až 29 % pentosanů (arabanů a xylanů) spolu s částí ovesných otrub, které zde budou hlavní surovinou, k výrobě furalu.

Fural se připraví rozkladem pluch a otrub koncentrovanými neoxidujícími kyselinami (HC1, H2SO4) za horka a pod tlakem v autoklávu 5. Dehydratací vznikají černé huminové látky a fural. Fural jako bezbarvou kapalinu charakteristické kořenové vůně přečistíme destilací při 162 °C v destilační koloně 6.

Furan

Z furalu dekarbonylací na CaO při 300 °C lze vyrobit furan v průtočné peci 7, jehož hydrogenací vodítkem na niklu lze získat tetrahydrofuran. Je to bezbarvá kapalina éterické vůně teploty varu

64 °C, mísitelná s vodou i organickými rozpouštědly. Je to významné rozpouštědlo a surovina pro technologii četných organických sloučenin a plastických hmotn.

Organominerální hnojivo

Oddělené pevné odpady ze všech fází výroby, odpady po oddělení β-glukanů a další výrobní odpady se vyváží na mísímu 20 (kompostoviště), kde se homogenizují spolu s odpadem z výroby furalu, neutralizovanými černými huminovými látkami. Mísí se s pufračním materiálem mletým vápencem a s jílovou suspenzí, připravenou z cihlářského jílu a vody v betonářské míchačce. Přidává se koncentrát stopových prvků v roztoku a zdroje dusíku, draslíku, fosforu a síry.

Zhomogenizovaný materiál se uloží do bioreaktoru 21, který je vyhřát na teplotu 55 °C, která během 5 dnů klesá na 35 °C. Vyhřívá se odpadním teplem z regenerátoru nebo rekuperátoru tepla z výroby ovesných vloček.

Po 14 dnech se inkubace ukončí a v materiálu se zjistí hodnota iontovýměnné kapacity T. Podle výsledku se při závěrečné homogenizaci doplní množství ionexu na předpokládanou hodnotu 250 mgekv/kg rašelinou o známé hodnotě T podle křížového pravidla. Obsah kationtů živin by měl doplňovat 100 % iontovýměnné kapacity výrobku. Není-li tomu tak, živiny se doplní. Balí se do malého balení pro zahrádkáře.

Příklad 3

Etanol, butanol a aceton

V ovesné hmotě ovesných otrub po oddělení β-glukanů, částí ovesného škrobu a částí proteinů zůstává ještě dostatek polysacharidů, které lze využít v hydrolyzéru 13. Z materiálu se připraví zápara, která je zpracována na zkvasitelné cukry dlouhým sladem (lihovarským). Zápary se zakvasí studeným Nýdrleho zákvasem z pivovarských kvasnic z výroby ležáku v kvasném reak-8CZ 303813 B6 toru Γ5 a ze zkvašených zápar s obsahem 8 až 10 % etanolu se vydestiluje etanol na destilační koloně 17. Lze také využít ovesné otruby přivedené přímo z mlecí stolice J_.

V jiném možném způsobu destilace etanolu je možno zápary zakvasit anaerobem Granulobacter butyricum při 38 °C v anaerobním fermentoru 16 a za 28 až 36 hodin vydestilovat ze zkvašené zápary 2 až 3 % směsi, která obsahuje 60 % butanolu, 30 % acetonu a 10 % etanolu. Ze směsi lze pak destilačně oddělit aceton pro potřeby chemického a lakařského průmyslu a etanol a butanol jako energetické zdroje k míšení s benzinem. Destilace se provádí na destilační koloně 18 s přečištěním na rektifikační koloně 19.

Příklad 4

Pasta na čištění tukem zaneseného potrubí

Náplň bioreaktoru pro výrobu bioplynu

Část ovesných otrub z mlecí stolice I lze využít k výrobě pasty na čištění tuku zaneseného potrubí. Oves je zdrojem značného množství enzymu lipázy, která štěpí tuky na glycerol a mastné kyseliny. Ovesné otruby obsahují 69 % celkové lipázy ovsa. Optimum účinnosti je při pH =

7,4 až 7,5 (jiní autoři doporučují pH = 4,0 až 6,5) a teplotě 35 až 39 °C (Matlashewski 1982). Pasta je směsí otrub a acetátového pufru pH = 5,5 ve spojení s modifikovaným škrobem typu fosforečného diesteru škrobu, mísí se v míchadle 22.

Stejný preparát lze v podstatě využít i jako náplň bioreaktoru pro všechny výrobce bioplynu, kteří budou chtít zvýšit produkci bioplynu a tím rentabilitu energetické výroby přídavkem odpadních tuků z jatek do fermentačních nádrží. Použijí-li však zbytky v původní formě, efekt je mizivý a celé zařízení se zamastí. Teprve uvolněním mastných kyselin z tuku lipázou se významně zvyšuje produkce bioplynu z jatečních odpadů. Je nutno do směsi v míchadle 22 přidat porézní nosič a směs v lisu 26 zformovat např. do tvaru hranolů apod., aby se s ní dalo dobře manipulovat.

Průmyslová využitelnost

Předmět vynálezu lze průmyslově využít zejména při výrobě nutričně upravených ovesných vloček, při získávání hospodářsky využitelných a jinak cenných látek z ovsa, a při bezodpadovém komplexním zpracování ovsa.

Claims (15)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zpracování ovsa, zejména pro výrobu nutričně upravených ovesných vloček z vyčištěných ovesných zrn bez pluch a nečistot, a pro výrobu β-glukanu extrakcí a filtrací z frakcí ovesných zrn, vyznačující se tím, že nejprve se hrubým šrotováním oddělí ovesné otruby tj. obalové vrstvy zrn od endospermu zrn, přičemž z endospermu se vytvoří ovesná krupice, z ovesné krupice se vločkují ovesné vločky se sníženým obsahem β-glukanů, a následně se z oddělených ovesných otrub vyrábí ovesný škrob, ovesný protein a β-glukan tak, že se nejprve připraví pufr s hodnotou pH v rozmezí od 9,5 do 11,0, který vznikne smísením roztoku Na₂CO₃ a roztoku NaHCO₃, tímto pufrem se extrahují ovesné otruby při teplotě 50 až 59 °C za stálého míchání po dobu alespoň 60 min při poměru 100 g materiálu na 11 extrakčního roztoku, extrakt se zchladí na 2 až 4 °C a zfiltruje sítem, přičemž na sítu zůstává odpad, a filtrát se dále

-9CZ 303813 B6 odstřeďuje, kde po odstředění oddělený nerozpustný zbytek tvoří ovesný škrob, a supematant z odstředění se neutralizuje čistou HCI zředěnou v poměru 1:3 až 1:5 do hodnoty pH = 4,5, zchladí se na 2 až 4 °C, odstředí se ovesný protein, a supematant po odstředění ovesného proteinu se opět zchladí na teplotu 2 až 4 °C, přidá se k němu stejný objem 2-propanolu (isopropanolu),

2. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlhký odstředěný β-glukan se usuší do práškového stavu.

io

3. Způsob zpracování ovsapodlenároku 1, vyznačující se tím, že vlhký odstředěný β-glukan se po zjištění obsahu sušiny a stanovení molekulové hmotnosti rozpustí v redestilované vodě na koloidní roztok za pomoci ultrazvukového desintegrátoru při teplotě 100 °C, čímž se zároveň sterilizuje, a supematant z odstředění β-glukanu se destiluje a při 82 °C se regeneruje isopropanol pro novou výrobu.

4. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že odstředěný ovesný protein nebojeho část se dále suší při teplotě 60 °C do práškového stavu.

5. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že z odstředěného

20 ovesného proteinu nebojeho části ve vlhkém stavu se vyrobí ovesný tvaroh.

5 zchlazeného také na teplotu 2 až 4 °C, a ze směsi se odstředí β-glukan.

6. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že z ovesných otrub a/nebo z ovesné hmoty ovesných otrub po oddělení β-glukanu, ovesného škrobu a ovesného proteinu se připraví zápara, která se zakvasí studeným Nýdrleho zákvasem z pivovarských

25 kvasnic, a ze zkvašené zápary obsahující nejvýše 10 % etanolu se vydestiluje etanol.

7. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že z ovesných otrub a/nebo z ovesné hmoty ovesných otrub po oddělení β-glukanu, ovesného škrobu a ovesného proteinu se připraví zápara, která se zakvasí anaerobem Granulobacter butyricum při teplotě

30 38 °C, a za 28 až 36 hodin se ze zkvašené zápary vydestiluje směs sestávající ze 60 % butanolu,

30 % acetonu a 10 % etanolu.

8. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že odstředěný ovesný škrob se dále suší při teplotě 60 °C na práškový nativní ovesný škrob.

9. Způsob zpracování ovsa podle nároku 8, vyznačující se tím, že práškový nativní ovesný škrob se přidáním látky uvolňující oktenylsukcinátový radikál přemění na modifikovaný oktenylsukcinát škrobu.

40

10. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že směs pluch z čištění ovsa a oddělených a upravených ovesných otrub se rozkládá koncentrovanou neoxidující kyselinou jako např. HCI nebo H2SO4 za vysoké teploty a pod tlakem v autoklávu, kde dehydratací vznikají černé huminové látky a fural, který se přečistí destilací při teplotě 162 °C.

45

-11 CZ 303813 B6

27. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že za mlecí stolicí (1) je zařazeno míchadlo (22) pasty na čištění potrubí a/nebo náplně bioreaktoru.

5

28. Zařízení podle nároku 27, vyznačující se tím, že za míchadlem (22) je zařazen lis (26) náplně bioreaktoru.

29. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že za vakuovou sušárnou (10) pro sušení ovesného škrobu je zařazena balička (24) ovesného škrobu.

io

30. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že za vakuovou sušárnou (10) pro sušení ovesného škrobu je zařazen modifíkační reaktor (25) pro výrobu modifikovaného oktenylsukcinátu škrobu.

11. Způsob zpracování ovsa podle nároku 10, vyznačující se tím, žezfuraluse dekarbonylací na CaO při teplotě 300 °C vyrábí furan.

12. Způsob zpracování ovsa podle nároku 11, vyznačující se tím, že zfuranu se hydrogenací vodíkem na niklu vyrábí tetrahydrofuran.

13. Způsob zpracování ovsa podle nároku 1, vyznačující se tím, že z oddělených a upravených ovesných otrub se připraví pasta tvořená směsí otrub tj. drcených obalových částí zrn a acetátového pufr pH = 5,5 ve spojení s fosforečným diesterem škrobu.

-10CZ 303813 B6

14. Způsob zpracování ovsa podle nároku 10, vyznačující se tím, že se připraví organominerální hnojivo tak, že oddělené pevné odpady z jakékoli fáze zpracování ovsa se mísí ahomogenizují s neutralizovanými černými huminovými látkami z výroby furalu, s mletým vápencem, a s jílovou suspenzí, přidají se stopové prvky a zdroje dusíku, draslíku, fosforu a síiy, a zhomogenizovaný materiál se na 14 dnů uloží do bioreaktoru vyhřátého na teplotu 55 °C, která během pěti dnů klesne na 35 °C, a následně se po ukončení inkubace zjistí hodnota iontovýměnné kapacity T a dle potřeby se při závěrečné homogenizaci doplní množství ionexu rašelinou o známé hodnotě T podle křížového pravidla na konečnou hodnotu 250 mgekv/kg.

15. Zpracování ovsa podle nároku 14, vy z n ač uj íc í se tím, že do organominerálního hnojivá se doplní živiny tak, aby obsah kationtů živin naplňoval 100 % iontovýměnné kapacity hnojivá.

16. Způsob zpracování ovsa podle alespoň jednoho z nároků lažl4, vyznačující se tím, že z pluch a z oddělených pevných odpadů z jakékoli fáze zpracování ovsa se peletováním vyrobí peletované biopalivo.

17. Nutričně upravené ovesné vločky, vyznačující se tím, že jsou vyrobeny způsobem podle nároku 1, sestávají z vločkované ovesné krupice neosahující otruby tj. obalové vrstvy zrna, a obsah β-glukanů v nich je menší než 60 % obsahu β-glukanů v ovesných zrnech včetně otrub.

18. Použití ovesných otrub upravených způsobem podle nároku 1 k izolaci a/nebo výrobě alespoň jedné látky nebo směsi ze skupiny: β-glukan, ovesný škrob, ovesný protein, peletované biopalivo, fural, furan, tetrahydrofuran, organominerální hnojivo, etanol, butanol, aceton, pasta na čištění tukem zaneseného potrubí, náplň bioreaktoru pro výrobu bioplynu, ovesný tvaroh.

19. Zařízení pro zpracování ovsa, zejména při výrobě nutričně upravených ovesných vloček z vyčištěných ovesných zm bez pluch a nečistot a β-glukanu z frakcí ovesných zm, vyznačující se tím, zeje tvořeno technologickou linkou sestávající z mlecí stolice (1), která je předřazena vločkovací stolici (2) pro vločkování ovesné krupice, a za kterou je zařazena extrakční nádoba (8) s filtrem a odstředivkou, ultrazvukový desintegrátor (9) a vakuová sušárna (10) pro izolaci ovesného škrobu, ovesného proteinu a β-glukanu.

20. Zařízení podlenároku 19, vyznačující se tím, že za mlecí stolicí (1) je zařazen autokláv (5) a destilační kolona (6) pro výrobu a čištění furalu.

21. Zařízení podle nároku 20, vyznačující se tím, že za destilační kolonou (6) je zařazena průtočná pec (7) s náplní CaO pro výrobu furanu.

22. Zařízení podle nároku 21, vyznačující se tím, že za autoklávem (5) je zařazena mísíma (20) a bioreaktor (21) pro výrobu organominerálního hnojivá.

23. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že za mlecí stolicí (1) je zařazen peletovací lis (4).

24. Zařízení podle nároku 19, vy zn ač uj ící se tím, že za mlecí stolicí (1) je zařazen hydrolyzér (13), kvasný reaktor (15) a/nebo anaerobní fermentor (16), alespoň jedna destilační kolona (17,18) a alespoň jedna rektifikační kolona (19) pro výrobu etanolu, butanolu a acetonu.

25. Zařízení podle nároku 24, vyznačující se tím, že hydrolyzér (13) je zároveň zařazen za extrakční nádobou (8).

26. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že za extrakční nádobou (8) je zařazen mísič ovesného tvarohu (23).

15 31. Zařízení podle nároků 29 a 30, vyznačující se tím, že modifíkační reaktor (25) je zároveň propojen s baličkou (24) ovesného škrobu.