DD256707A1

DD256707A1 - Verfahren zur gewinnung von amylose und amylopektin

Info

Publication number: DD256707A1
Application number: DD28000285A
Authority: DD
Inventors: Waltraud Vorweg; Friedrich Schierbaum
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1985-08-27
Filing date: 1985-08-27
Publication date: 1988-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Amylose und Amylopektin aus Staerke, vorzugsweise aus Roggen-, Weizen- und Triticalestaerken sowie aus Ackerbohnenstaerke. Die Verfahrensprodukte lassen sich als Lebensmittelkomponenten, als technische Hilfs- und Zusatzstoffe sowie als Feinchemikalien einsetzen. Erfindungsgemaess werden 3 bis 12,5%ige, vorzugsweise 5 bis 6%ige, Suspensionen aus Roggen-, Weizen- oder Triticalestaerken in salzhaltigen waessrigen Medien unter intensivem Ruehren auf Temperaturen im Temperaturbereich von 70 bis 100C, vorzugsweise von 80 bis 95C erhitzt und dann die amylosehaltige Loesung von der unloeslichen, amylopektinangereicherten Phase getrennt und beide Phasen in gewuenschter Weise weiterverarbeitet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Amylose und Amylopektin aus Stärke, vorzugsweise aus Roggen-, Weizen-und Triticalestärken, sowie aus Ackerbohnenstärke mit variablem Gehaltan linearen undverzweigtkettigen alpha-Glucanen, insbesondere von hoch angereicherterAmylosesowie.amylosearmer, amylopektinangereicherter Stärke zum Einsatz als funktionell Lebensmittelkomponenten, als technische Hilfs- und Zusatzstoffe sowie als Feinchemikalien.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Gewinnung von Amylose bzw. Amylopektin aus natürlichen, Amylose und Amylopektin enthaltenden Stärken, gibt es eine Anzahl von Verfahren, von denen aber technische Bedeutung nur das holländische AVEBE-Verfahren einer Flüssig-flüssig-Trennung der Stärke durch Aussalzen der Amylose mittels 13%iger Magnesiumsulfatlösung aus homogener Stärkelösung erlangt hat.

Die selektive Ausfällung von Amylose aus einer homogenen maximal 2%igen Stärkelösung durch Komplexbildung mittels Fettsäuren oder organischer Lösungsmittel, wie n-Butanol, Cyclohexanol, (1 )-Pentanol u. a. ist eine weitere, jedoch wegen des notwendigen technischen Aufwandes nicht genutzte Methode. Gemeinsames Prinzip beider Verfahrensgruppen ist die selektive Ausfällung der Amylose aus heißer, homogener Lösung durch zugesetzte organische oder anorganische Reagenzien sowie, im letzteren Falle, notwendiger Fällungsmittel. Gemeinsam ist ihnen auch ein notwendiger hoher Aufwand bei der Lösungsherstellung, wie Temperierung, Chemikalieneinsatz und beim Auftrennen und Reinigen der Fällungsprodukte einschließlich der Lösungsmittelrückgewinnung.

Die einfachste bekannte Möglichkeit zur Gewinnung von Amylose aus Stärke besteht in der laborativen Behandlung von Stärkekörnern in sehr verdünnter Suspension (~ 1 Gew.-%) unter vorsichtigem Rühren bei Temperaturen, die bei Kartoffelstärke eine Grenze von 70⁰C nicht überschreiten dürfen. In diesem Falle gewinnt man die „Diffunsionsamylose", das ist Amylose geringerer Molmasse, welche üblicherweise durch Fällung im Lösungsmittelüberschuß, durch Komplexbildung oder durch Kombination beider Verfahren abgeschieden wird. Werden die Bedingungen:niedrige Konzentration (~1 Gew.-% Stärke),

geringe Rührintensität (um die quellenden Stärkekörner nicht zu zerstören) und Temperaturen bis 70°C nicht eingehalten, erhält man mit Amylopektin stark verunreinigte Amylosepräparate. Hält man diese Bedingungen ein, ist es dagegen nicht möglich, amylopektinangereicherte Präparate mit niedrigem Amylosegehaltzu erhalten. Mais- und Gerstenstärke (1 bis 2,5%) sind eine ähnlichen Behandlung unter den gleichen schonenden Bedingungen zugänglich. Höhere Extraktionstemperaturen (8O⁰C) entsprechen der geringen Löslichkeit der Mais- und Gerstenstärke. Auslaugung bei noch höheren Temperaturen (bis 95⁰C) erfolgen unter der Voraussetzung, daß durch entsprechende Vorbehandlung (stufenweise Temperaturerhöhung als hydrothermische Behandlung) die Unlöslichkeit der gequollenen Stärkekörner erhöht wurde. Die Rührintensität mußte dabei sehr niedrig bleiben um die Stärkekörner nicht zu zerstören, wodurch andernfalls Amylopektin in Lösung gebracht würde. Die „Diffunsionsverfahren" weisen folgende Nachteile auf: hohe Verdünnung der Amyloselösung infolge mehrfach notwendiger Auslaugung mit jeweils frischem Wasser, längere Auslaugungszeiten (>90min) für jede Temperaturstufe bzw. jede Wiederholung, Abscheidung der gelösten Amylose durch Komplexbildungsverfahren. Diese Verfahrensweisen sind nicht in den technischen Maßstab zu überführen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Amylose sowie an Amylopektin angereicherte Stärke so zu gewinnen, daß die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahrensbedingungen zur Trennung von Amylose und amylopektinangereicherter Stärke aufzuzeigen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß eine 3 bis 12,5%ige, vorzugsweise 5 bis 6%ige, Suspension von Roggen-, Weizen-, Mais- oder Triticalestärke in salzhaltigem wäßrigem Medium unter starkem Rühren auf Temperaturen im Temperaturbereich von 70 bis 100°C, vorzugsweise von 80 bis 95°C, erhitzt und anschließend zentrifugiert wird. Dabei erhält man einen amylosehaltigen Überstand (Lösung) und eine amylosearme, amylopektinangereicherte B.odenphase (Gel).

Weiterhin hat sich eine mechanische Behandlung des Ansatzes durch intensives Rühren als vorteilhaft erwiesen, so daß es zu einerZerstörurig der quellenden Stärkekörner kommt. Unter den erfindungsgemäßen Bedingungen gelingt es, mindestens 95% der in der Stärke enthaltenden Amylose im Überstand mit A_max-Werten von 600 bis 643nm zu gewinnen, während der amylopektinangereicherte Bodensatz nur noch 3 bis 5% Amylose enthält (Tab. 1). Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es von Bedeutung, daß der Salzgehalt der wäßrigen Stärkesuspension auf einen Gehalt von 0,5 bis 2 Ma.-%, vorzugsweise 1 Ma.-%, gegebenenfalls durch Einsatz von salzhaltigem Trinkwasser, eingestellt wird.

Verfahrensvarianten bestehen zum Beispiel darin, daß zur Einstellung eines gewünschten Rest-Amylosegehaltes von 2,5 bis 7,5% in der amylopektinreichen Phase der Extraktionsvorgang noch vor Erreichen der vollständigen Amyloseauflösung, vorzugsweise nach 10 bis 30 min abgebrochen und die Suspension in üblicherweise aufgearbeitet wird.

Eine andere Arbeitsweise sieht vor, daß zur Einstellung eines gewünschten Rest-Amylosegehaltes von 7,5 bis 10% der nach dem

Zentrifugieren erhaltene amylopektinreichen Bodensatz direkt weiter verarbeitet wird. '

Zur Einstellung eines gewünschten Amylopektingehaltes von 10 bis 90% in bezug auf Amylose in deramylosereichen Phase ist in der Weise zu verfahren, daß die Extraktion bei 92 bis 97⁰C über den Zeitpunkt der vollständigen Amyloseextraktion, vorzugsweise 30 bis 60 min, verlängert und die Suspension in üblicherweise aufgearbeitet wird.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise weicht völlig von der für „Diffunsibnsamylose" bekannten Arbeitsvorschrift ab, nach der im Interesse der Reinheit der Amylose jegliche mechanische oder thermische Zerstörung der quellenden Stärkekörner zu vermeiden ist. Abweichend von den Verfahren zur Amylose-Amylopektintrennung, bei welchen durch Aussalzen oder Komplexbildung die Amylose als unlösliche Bodenphase gewonnen wird, bildet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die amylopektinangereicherte Stärke die unlösliche, zentrifugierbare Bodenphase, während die Amylose zunächst in der Lösung verbleibt und sodann mit ihr abgetrennt wird.

Tabelle 1 Die Abtrennung der Amylose von 1%igen Roggenstärkedispersionen in Abhängigkeit von der Temperatur

Temperatur [⁰C]	67	71	75	86	95
lösl. Anteil d. eingesetzten Stärke [%]	0,9	8,7	21,5	20,7	29,8
λ^χΐ des Löslichen [nm]	627	628	625	604	604
A_max2 des Löslichen [nm]	629	628	625	607 '·	604

λπ^χΐ für eine lodkonzentration von 5,2 · 10~⁵g J₂ in 5ml A_max2 für eine lodkonzentration von 5,2 · 10~⁴g J* in 5ml

Da die A_max-Werte des gelösten Anteils größer als 600 nm sind und sich bei erhöhter lodkonzentration nicht verschieben, ist der gelöste Anteil als Amylose zu definieren. Mit der Erhöhung der Dispergierungstemperatur nimmt der Gehalt an Amylose im Überstand zu. Im Temperaturbereich zwischen 67 und 88°C wird Amylose ähnlicher Kettenlänge gewonnen. Die Angaben der Tabelle 1 lassen erkennen, daß ein Temperaturbereich von 78 bis 9O⁰C in welchem die Stärkekornstruktur nicht mehr vorhanden ist, für das Verfahren der Amyloseabtrennung optimal ist.

In Tabelle 2 ist die Abhängigkeit des unter diesen Bedingungen gewonnenen Anteils der Amylose von der Konzentration der Stärkedispersion dargestellt.

Tabelle 2 Die Amyloseabtrennung von Roggenstärkedispersionen verschiedener Konzentrationen in salzhaltigem Wasser

Konzentration der Dispersion [%]	1	3	5	7
lösl.Anteilder einge setzten Stärke	18,2	24,7	28,5 ·.	33,1
^xmax¹ [nm]	622	610	625	643
^kmax² [nm]	621	612	627	636

^Amax¹ für eine lodkonzentration von 5,2-10 ⁶g J2in 5 ml Ynax² für eine lodkonzentration von 5,2 · 10~⁴g J2 in 5ml

Die Untersuchungen der Bodensätze mittels lodabsorptionsspektroskopie sind in Tab.3 dargestellt.

Tabelle 3 Die Charakterisierung der Bodensätze anhand der Absorptionsmaxima der lodkomplexe bei einer lodkonzentration von 5,2 · 10~⁴g/5 ml. Die Roggenstärke wurde bei 86⁰C in salzhaltigem Wasser dispergiert.

Konzentration der Roggen- \_max des Bodensatzes [nm]

Stärkedispersion [%]

1 567

3 545

5 · . 587

7 585

Zur Gewinnung der reinen Amylose und der amylopektinreichen Stärke werden anschließend bekannte Entwässerungsverfahren angewandt. Die amylopektinreiche Bodenphase wird direkt einer Walzentrocknung zugeführt. Die Anwendung einer Wirbelschicht-Trocknung und-Granulierung ist ebenfalls möglich.

Eine weitere Ausführungsform für die Amyloseabscheidung besteht in einer raschen Abkühlung der Amyloselösung auf Temperaturen in einem Temperaturbereich zwischen 20⁰C und 0°C, vorzugsweise 15 bis 8⁰C, wobei sich die unlöslich abscheidende Amylose nach Abtrennen der wäßrigen Flüssigkeit einer beliebigen Trocknung zugeführt wird. Die anfallende Flüssigkeit wird für eine erneute Stärkesuspendierung zurückgewonnen.

Eine weitere verfahrensmäßige Variante besteht in der direkten Zuführung der Amyloselösung bzw. der amylopektinangereicherten Stärke zur Weiterverarbeitung, z. B. Anreicherung von stärkehaltigen Systemen mit Amylose bzw. mit Amylopektin und gemeinsamer Aufarbeitung.

Die Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Ausführungsbeispiele

1. Herstellung von Amylose und Amylopektin aus Roggenstärke

Für die Präparation von Amylose und Amylopektin werden 50g Roggenstärke und 10g NaCI in 11 Wasser auspendiert, in einem auf 90⁰C temperierten Thermostaten eine halbe Stunde bei mindestens 200 U/min mit einem Flügelrührer gerührt. Der Überstand ineiner Menge von 520 ml enthält Amylose zu 1,6%. Nach erfolgter Retrogradation der Amylose im Überstand wird die Amylose durch Zentrifugation abgetrennt und einer Trocknung zugeführt. Der Bodensatz fällt in einer Menge von 400 ml an. Das in ihm enthaltene Wasser enthält noch gelöste Amylose, die mit 500ml kaltem'Wasser ausgewaschen wird. Nach der Zentrifugation enthält der Überstand 0,7% Amylose. Der Bodensatz hat eine Trockenmasse von 9,7% und wird ebenfalls getrocknet. Nach der Trocknung wurden insgesamt 11,4g Amylose und 38,6g Amylopektin erhalten, welches nur noch 3,1% Amylose enthält

Die Stoffkennwerte der Produkte sind in Tab.4 aufgeführt.

Tabelle 4 Physiko-chemische Daten der Amylose und des Amylopektins

Gewonnener Anteil

von der Roggenstärke λ max¹

λ max² [nm]

Amylose Amylopektin

22,8 77,2

629 559

630 590

λ max¹: niedrige lodkonzentration λ max²: hohe lodkonzentration

vergleiche Tabelle 1 und

2. Herstellung von Amylose und Amylopektin aus weiteren Stärkearten Es wird analog der Arbeitsweise des Beispiels 1 verfahren, jedoch werden andere Stärkearten eingesetzt:

Weizen-A-Stärke:

Einsatzmenge: 50g in 11 Wasser

Überstandsmenge: 528ml mit einem Amylosegehalt von 94% Bodensatz: (1)300ml mit einer Trockensubstanz von 14,7% Ausbeute an Amylose: 5,0g

Ackerbohnenstärke:

Einsatzmenge: 50g in 11 Wasser

Überstandsmenge: 360ml mit einem Amylosegehalt von 3,2% Bodensatz: (1) 480 ml mit einem Trockensubstanzgehalt von 7,6% Ausbeutean Amylose: 11,5g

Weizengrobkornstärke:

Amylose	λ max	Amylopektin (1)	λ max
\max	627	λ max	587
622	651	615	598
639	623

Ackerbohnenstärke:

(1) Die Bodensätze wurden in den beiden letzten Fällen nicht ausgewaschen.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Amylose und Amylopektin aus Stärke, vorzugsweise aus Roggen-, Weizen-, Triticale- und Ackerbohnenstärken mitvariablem Gehaltan linearen undverzweigtkettigen alpha-Glucanen, vorzugsweise von hoch angereicherten Amylosen und/oder amylosearmen, amylopektinangereicherten Stärken durch wäßrige Extraktion der Amylose, dadurch gekennzeichnet, daß 3 bis 12,5%ige, vorzugsweise 5 bis 6%ige, salzhaltige wäßrige Stärkesuspensionen unter intensivem Rühren auf Temperaturen im Bereich von 70 bis 100⁰C, vorzugsweise von 80 bis 95⁰C, unter partieller Zerstörung der gequollenen Stärkekörner erhitzt werden, wonach die amylosehaltige Lösung von der unlöslichen, amylopektinangereicherten Phase getrennt und beide einer weiteren Aufarbeitung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung eines gewünschten Rest-Amylosegehaltes von 2,5 bis 7,5% in der amylopektinreichen Phase der Extraktionsvorgang noch vor Erreichen der vollständigen Amyloseauflösung, vorzugsweise nach 10 bis 30 min abgebrochen und die Suspension in üblicher Weise aufgearbeitet wird.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung eines gewünschten Rest- Amytosegehaltes von 7,5 bis 10% der nach dem Zentrifugieren erhaltene amylopektinreichen Bodensatz direkt weiter verarbeitet wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet/daß zur Einstellung eines gewünschten Amylopektingehaltes von 10 bis 90% in bezug auf Amylose in der amylosereichen Phase die Extraktion bei 92 bis 97⁰C über den Zeitpunkt der vollständigen Amyloseextraktion, vorzugsweise 30 bis 60 min, verlängert und die Suspension in üblicher Weise aufgearbeitet wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amyloselösung direkt oder nach Anreicherung getrocknet wird.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die amylopektinangereicherte unlösliche Phase getrocknet wird.

7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amylosen und/oder Amylopektine unmittelbar nach Trennung der Weiterverarbeitung zugeführt werden.

8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Salzgehalt der wäßrigen Stärkesuspension auf einen Gehalt von 0,5 bis 2 Ma.-%, vorzugsweise 1 Ma.-%, gegebenenfalls durch Einsatz von salzhaltigem Trinkwasser, eingestellt wird.