DE60007798T2

DE60007798T2 - Verfahren zur Herstellung von einem Stärkeersatz auf der Basis von Mais und so hergestellter Ersatz

Info

Publication number: DE60007798T2
Application number: DE60007798T
Authority: DE
Inventors: Jean-Bernard Lacadee
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: DE60007798D1; FR2794756B1; ES2215018T3; EP1059035B1; FR2794756A1; ATE258014T1; EP1059035A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stärkesubstituenten, insbesondere auf Basis von Mais, sowie den durch das Verfahren erhaltenen Substituenten.
Ein in der Industrie weitläufig verwendetes Produkt, wobei es sich um die Bereiche der Lebensmittel-, Pharma- oder auch Kosmetikindustrie, der Papier-, Klebstoff- und Bauindustrie handelt, ist die Stärke.
Stärke wird auf Grund ihrer Verdickungseigenschaften und anderer besonderer Eigenschaften, welche die Weiterverarbeitung ermöglichen, verwendet. Mit der Herstellung dieser Produkte beschäftigen sich besondere Industriezweige.
Dennoch, trotz deren häufigen Verwendung auf zahlreichen Gebieten, erscheint die Herstellung von Stärke großer Reinheit schwierig und erfordert komplexe Anlagen, die beträchtliche Mengen von Nebenprodukten und Verarbeitungsabflüssen, wie die Verfahrensabwässer, erzeugen.
Tatsächlich muss zur Gewinnung von Stärke im Allgemeinen die Folge der folgenden Schritte ausgeführt werden:

– Einweichen von Getreidekörnern in Gegenwart einer sauren oder basischen Lösung,
– Abtrennung der Keime nach Durchlaufen einer groben Schrotmühle,
– Feinschroten im Feuchtverfahren zur Freisetzung der Stärke,
– Abtrennung von Kleie,
– Abtrennung von Proteinen,
– Zentrifugation zum Entzug des Hauptanteils an Wasser und
– Trocknung dieser Milch zur Gewinnung des Stärkepulvers.

Die gewonnene Stärke weist eine Korngröße zwischen 15 und 25 μm bei Stärkekörnern von Mais auf. Sie wird als Hilfsstoff in verschiedenen Bereichen zur Gewährleistung der Verdickungs-, Gelierungs- und Bindungsfunktionen wässriger Produkte sowie zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften bestimmter Fertigfabrikate verwendet, wobei es sich um die Bereiche der Nahrungsmittel- und Papierindustrie, der Herstellung von Klebstoffen oder Beschichtungen in der Bauindustrie oder auch die Bereiche der Textil- und Pharmaindustrie handelt.
Überdies sind die beim Mahlen der Samen der Getreidekörner, einschließlich des Mais, entstehenden Produkte, die Mehle, bekannt. Mehle weisen eine mittlere Korngröße zwischen 180 und 350 μm auf.
Mehle werden als Inhaltsstoffe bei der Herstellung von Nahrungsmittelprodukten verwendet, sie werden jedoch gegenwärtig nicht in dem Maße als Zusatzstoffe verwendet wie die Stärke, denn sie verleihen den Medien, denen sie beigemischt werden, nicht dieselben rheologischen Eigenschaften.
Zusätzlich stellt sich das Problem der Qualität der Mehle, denn sie resultieren oft aus der Bearbeitungskette der Samen von Getreidekörnern. Nun erlauben diese Herstellungen im Wesentlichen aber Grieß von hohem Mehrwert zu erhalten, dessen Gehalt an Keimen und somit an Fetten, insbesondere was den Mais betrifft, gering ist. Der Grieß wird grob geschroten und gemäß den verschiedenen Korngrößen eingeordnet. Der auf diese Weise in seinen unterschiedlichen Fraktionen erhaltene Grieß ist das Produkt von hohem Mehrwert. Im Gegensatz dazu geht das Mehl aus verschiedenen Schrotvorgängen von Samen und einem letzten Schroten des zerquetschten Bruchs hervor, zu fein um für Grieß gehalten zu werden, und dieses Mehl ist dabei nur ein Nebenprodukt. In bestimmten Vollkornmehlen sind geschrotene Schalen enthalten.
Die Gegenwart von Fetten führt insbesondere zur Gewinnung von Mehlen eines allgemein relativ hohen Fettgehalts, die zwar als Inhaltsstoffe bei Nahrungsmitteln vertrieben werden können, was diese jedoch zu einer Verwendung als Hilfsstoff im gleichen Maße wie Stärke ungeeignet erscheinen lässt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines mikronisierten Mehls, welches eine Verwendung als Stärkesubstituent für vielfältige Anwendungen erlaubt, welches die für das Feuchtverfahren typische Erzeugung von Abwässern vermeidet und somit die Notwendigkeit der Verarbeitung dieser Abwässer aufhebt, welches eine hohe Dispersionsfähigkeit in wässrigem Milieu aufweist und welches den teuren Energieverbrauch begrenzt, der insbesondere bei den Stufen der Dekantierung und Trocknung entsteht.
Zu diesem Zweck ist, gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches die Herstellung eines Stärkesubstituenten erlaubt, die Durchführung der Folge der folgenden Schritte erforderlich:

– Vorbereiten eines Getreidemehls mit Korngrößen im Bereich von 180 bis 350 μm im Trockenverfahren,
– Verringern der mittleren Korngröße dieses Mehls, um es auf mittlere Werte im Bereich von 16 bis 130 μm zu mikronisieren, wobei die Beschädigung der Stärkeketten begrenzt wird, und
– Sortieren der verschiedenen Fraktionen.

Die erhaltene Korngröße liegt zwischen 0,1 μm und 430 μm mit einem Mittelwert von 80 μm, und vorzugsweise ist die erhaltene Korngröße, eingeteilt in drei Fraktionen, die folgende:

– Mittelwert, der auf 16 μm zentriert ist, wobei 80% im Bereich von 2 bis 23 μm liegen,
– Mittelwert, der auf 80 μm zentriert ist, wobei 80% im Bereich von 24 bis 200 μm liegen,
– Mittelwert, der auf 130 μm zentriert ist, wobei 80% im Bereich von 10 bis 250 μm liegen.

Die Verringerung der Korngrößen erfolgt vorzugsweise mittels einer Prallmühle oder eines Stachelwalzenbrechers.
Das mikronisierte Mehl stammt aus Samen, wobei die Keime der Getreidekörner ausgeschlossen werden.
Es können auch mikronisierte Fasern hinzugefügt werden, die aus Kornschalen stammen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist der erhaltene Stärkesubstituent, der integrate Stärkeketten aufweist und einen geringen Anteil beschädigter Stärke besitzt, wobei der Rest Proteine sind.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden gemäß einer besonderen, nicht einschränkenden Ausführungsform im Detail beschrieben, wobei die besonderen Fähigkeiten des erfindungsgemäßen mikronisierten Mehls durch vergleichende Untersuchungsergebnisse hervorgehoben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Herstellung des mikronisierten Mehls auf Basis von Getreidesamen, und zur Vereinfachung der Beschreibung wird hier die naturgemäße Anwendung bei Mais, genetisch verändert oder nicht, gewählt.
In einem ersten Schritt werden die verschiedenen Ausgangsmaterialien erhalten und in einem zweiten Schritt wird das gewünschte Ergebnis erzielt, nämlich das mikronisierte Mehl gemäß der Lehre der vorliegenden Anmeldung.
Beispielhaft werden die verschiedenen Ausgangsmaterialien dadurch erhalten, dass Maiskörner einem Befeuchtungsprozess unterzogen werden, und die befeuchteten Körner durch eine Brechvorrichtung geführt werden, die jedes Korn aufbricht, um den Erhalt von gebrochenen Samen unterschiedlicher Korngröße, die Entfernung der Keime und die Abtrennung der faserigen Schalen zu ermöglichen.
Der Durchgang durch eine Trennvorrichtung, als Plansichter bekannt, erlaubt die Trennung von Keimen, Schalen und die Gewährleistung einer ersten Sortierung in mehrere Fraktionen.
Die verschiedenen Bruchfraktionen werden nochmals geschroten, um die nach Verlassen des Plansichters erhaltenen Korngrößen zu verringern, wobei die Fraktionen nach Bedarf umgruppiert werden, um schlussendlich ein Mehl zu erhalten, welches im wesentlichen frei von Keimen und Fasern ist.
Das Mehl ist somit kein Abfallprodukt sondern ein Feinschrot von Samen mit einer Korngröße von 200 μm.
Die vorliegende Erfindung hat die Mikronisierung dieses Mehls zum Gegenstand, um eine Korngröße in der Größenordnung von 20 bis 130 μm mit einem Mittelwert bei 80 μm zu erzielen.
Die Fraktionen werden im Anschluss durch Einordnung, vorzugsweise nach ihrer Dichte, getrennt. Die erhaltenen Fraktionen stehen auch in einem Verhältnis zur Korngröße, was beispielsweise zu folgender Verteilung führt:

– fein bis 16 μm, 7 bis 24%,
– mittel bis 70 μm, 50 bis 65% und
– grob bis 130 μm, 8 bis 33%.

Für eine angemessene Sortierungsvorrichtung wird auf Zentrifugationsmittel zurückgegriffen, insbesondere pneumatische im Unterdruck, wie jenes, das in der Patentanmeldung EP 418 801 beschrieben wird.
Zur Mikronisierung wird geeigneterweise eine Vorrichtung verwendet, welche eine Beschädigung der Stärke vermeidet, wie hernach beschrieben, wobei eine geeignete Vorrichtung eine feine Prallmühle ist. Eine solche Mühle umfasst Hilfsmittel zum Schleudern der Mehlkörner gegen eine Wand bei vorgegebener Geschwindigkeit, Winkel und Oberflächenbeschaffenheit der Wand. Diese Parameter hängen vom Modell der Mühle und somit von den Vorgaben des Konstrukteurs ab, wobei der Fachmann in der Lage ist, solche Mühlen einzurichten.
Es kann auch auf einen Stachelwalzenbrecher zurückgegriffen werden, der es ebenso erlaubt, ein solches Ergebnis zu erzielen, wenn auch die vorstehende Mühle in der bevorzugten Ausführungsform Verwendung findet.
Die verschiedenen Fraktionen werden erneut in fein, mittel und grob eingeordnet, um entweder eine direkte Verwendung unter Beschränkung auf eine gewählte Fraktion oder die Herstellung dosierter Zusammenstellungen zum Erhalt einer Zusammensetzung, deren Korngrößenverteilung auf die Verwendung abgestimmt ist, zu erlauben.
Es kann überraschenderweise festgestellt werden, dass die Eigenschaften dieses Mehls in beachtlicher Weise mit denen nativer Stärke, die daraus im Feuchtverfahren gewonnen werden kann, übereinstimmen, wenn die Stärke bei einer Vielzahl bekannter Anwendungen durch dieses Mehl ersetzt wird.
Es ist somit möglich, die native Stärke durch das mikronisierte Mehl zu ersetzen, ohne dass dadurch die Anwendungen gestört werden.
Die Analyse des mikronisierten Mehls zeigt, dass es integrate Stärkeketten aufweist, was bedeutet, dass die Ketten die Gesamtheit der erforderlichen Gruppen von "Glukose" umfassen, ohne dass bestimmte unter diesen durch die Wirkungen der mechanischen Einflüsse abgetrennt würden. Die Anwesenheit von integrater Stärke erlaubt wenigstens zum Teil die Möglichkeiten der Ersatzverwendung des mikronisierten Mehls für und an Stelle der Stärke zu erklären.
In der Tat weist das erhaltene mikronisierte Mehl Verdickungs-, Gelierungs- und Bindeeigenschaften auf und erlaubt eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Fertigfabrikaten.
Das mikronisierte Mehl kann auch einen variablen Anteil an beschädigter Stärke umfassen, womit dessen Wasserrückhaltevermögen variiert werden kann. Das Verhältnis beider Stärketypen zueinander bestimmt die Eigenschaften des mikronisierten Mehls.
Das Mehl enthält auch Proteine, die nicht aus dem Medium abgetrennt wurden. In der Tat ist es überhaupt nicht die Absicht der Erfindung die Proteine abzutrennen, um mehr oder weniger mit Proteinen angereicherte Mehle herzustellen.
Es konnte auch festgestellt werden, dass das mikronisierte Mehl für bestimmte Anwendungen einen Zusatz von Fasern erhalten kann.
Zu diesem Zweck ist eine Co-Mikronisierung eines Anteils an Fasern mit den Samen vorzusehen, jedoch ist vorzugsweise die Mikronisierung der von den Schalen stammenden Fasern in einem Nebenschritt der Samenschrotung vorgesehen.
Allerdings können, selbst wenn die verwendeten Vorrichtungen dieselben sind, wie die, die für Samen eingesetzt werden, die Verfahrensschritte unterschiedlich sein und ebenso die Auswahl der Fraktionen. De facto wird die Mikronisierung vorzugsweise unabhängig von der Verarbeitung des mikronisierten Mehls durchgeführt.
Die Fasern werden ebenso in verschiedenen Fraktionen mikronisiert und können auf diese Weise in vorgegebenen Mengen und gemäß der gewünschten Korngrößenverteilung mit dem mikronisierten Mehl gemischt werden.
Es muss die großartige Qualität der erhaltenen Produkte festgestellt werden, nämlich natürlicher und ökologischer Produkte, unabhängig vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt, der hinsichtlich des Verfahrens von Bedeutung ist.
In der Tat ist das Verfahren rein mechanischer Natur und erfordert keinerlei Zugabe chemischer Produkte.
Außerdem wird das Produkt im Trockenverfahren hergestellt und erzeugt somit kein Ablassen flüssiger Verarbeitungsabfälle.
Überdies lässt sich das Verfahren bei allen weiteren Getreidearten neben Mais, Weizen, Reis, Gerste, Hafer, Hirse oder Dinkel durch Anpassung verschiedener Parameter anwenden.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene mikronisierte Mehl bildet außer einem Stärkesubstituenten die Grundlage für zusätzliche Behandlungen der Weiterverarbeitung, um Verarbeitungsprodukte wie modifizierte Stärke, Maltodextrin, Glukosesirup, Dextrose und Alkohol zu erhalten.
Es wurden Untersuchungen im Rahmen der Durchführbarkeit unternommen und im Folgenden dargestellt:
UNTERSUCHUNGEN IM NAHRUNGSMITTELBEREICH

– Die Herstellung von Löffelbiskuits wurde so durchgeführt, dass die Stärke durch einen identischen Anteil, nämlich 4,5%, an nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenem mikronisierten Mehl ersetzt wurde. Die Aufnahme dieser Bestandteile ermöglicht die Verbesserung der Bindungs- und Wasserrückhaltefähigkeiten in zeitlicher Hinsicht, das heißt des Aussehens und der Haltbarkeit des Biskuits.

Der mit dem vorliegenden mikroniserten Mehl erhaltene Biskuit weist dieselbe Homogenität der Textur und dieselbe Art von Zellen in Umfang und Verteilung auf.
Die Weichheit des Biskuits ist identisch und seine Haltbarkeit bleibt unverändert.
Hinsichtlich des Geschmacks weist der Biskuit keine Besonderheiten auf.

– Zur Herstellung pulvriger Lauch/Kartoffelsuppe wird die zu einem Gehalt von 12% verwendete Stärke durch eine identische Menge an mikronisiertem Mehl, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, ersetzt.

Die aus diesem Pulver erhaltene Suppe weist dieselbe Viskosität und Eindickung auf.
Es wird keine Veränderung des Geschmacks festgestellt.
UNTERSUCHUNGEN IN DER PAPIERHERSTELLUNG
Drei Arten von Ausgangsprodukten wurden angefertigt:

– Kontrolle mit auf 10% konzentrierter Stärke,
– auf 10% konzentriertes, nach dem vorliegenden Verfahren mikronisiertes Mehl und
– auf 15% konzentriertes, nach dem vorliegenden Verfahren mikronisiertes Mehl.

Die Konzentrationen werden im Refraktometer überprüft.
Es wurden weiterhin die folgenden Parameter bestimmt:

– Brookfield Viskosität bestimmt bei 100 Upm bei t° von 70°C und
– pH-Wert.

Es wurde nur eine geringere Viskosität des Mehls bei gleicher Konzentration festgestellt, 40 bei Stärke und 30 bei Mehl, jedoch ab einer Mehlkonzentration von 15% ist die Viskosität identisch.
Ablagerungsstudien wurden auf Blattträgern mit einem Gewicht von 150 g/cm², bei einer Temperatur von 40°C in einer Labor-Size Press durchgeführt, wobei gleiche Ablagerungen bei denselben Konzentrationen erhalten wurden, nämlich 2,9 und 3,1 g/m².
Bei erhöhter Konzentration von mehr als 15% mikronisierten Mehls wird ein Wert von 4,4 g/m² erhalten.
Bei Untersuchungen zur mechanischen Widerstandsfähigkeit dieser Proben nach Durchlaufen eines Trockenapparates unter normalisierten Bedingungen lässt sich mit mikronisiertem Mehl eine leicht geringere mechanische Reißfestigkeit bei beschichtetem Papier feststellen, während die Widerstandskraft gegenüber Druck auf die Fläche oder auf die Kanten mit derer des Kontrollpapiers in bemerkenswerter Weise übereinstimmt.
Diese ersten Ergebnisse zeigen, dass sich beim Ersatz von Stärke durch das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene mikronisierte Mehl sehr zufriedenstellende Resultate erzielen lassen.

Claims

Verfahren für die Herstellung eines Stärkesubstituenten, gekennzeichnet durch die Folge der folgenden Schritte: – Vorbereiten eines Getreidemehls mit Korngrößen im Bereich von 180 bis 350 μm im Trockenverfahren, – Verringern der mittleren Korngröße dieses Mehls, um es auf mittleren Werte im Bereich von 16 bis 130 μm zu mikronisieren, wobei die Beschädigung der Stärkeketten begrenzt wird, und – Sortieren der verschiedenen Fraktionen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltenen Korngrößen im Bereich von 0,1 μm bis 430 μm liegen und einen Mittelwert von 80 μm haben.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltenen Korngrößen die folgenden sind: – Mittelwert, der auf 16 μm zentriert ist, wobei 80% im Bereich von 2 bis 23 μm liegen, – Mittelwert, der auf 80 μm zentriert ist, wobei 80% im Bereich von 24 bis 200 μm liegen, – Mittelwert, der auf 130 μm zentriert ist, wobei 80% im Bereich von 10 bis 250 μm liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Korngröße mittels einer Prallmühle erfolgt, um die Stärkeketten nicht zu beschädigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Korngröße mittels eines Stachelwalzenbrechers erfolgt, um die Stärkeketten nicht zu beschädigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehl aus Samen stammt, wobei die Keime der Getreidekörner ausgeschlossen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem mikronisierten Mehl ein Anteil mikronisierter Fasern hinzugefügt wird, die aus Kornschalen stammen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern getrennt von den Samen mikronisiert und anschließend zu dem mikronisierten Mehl hinzugefügt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikronisierten Fraktionen des Mehls durch Zentrifugenmittel unter Vakuum getrennt werden, um ebenfalls die Beschädigung der Stärkeketten zu beschränken.
Stärkesubstituent, der durch Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das mikronisierte Mehl eine Korngröße im Bereich von 0,1 bis 430 μm und einen Mittelwert von 80 μm hat.
Stärkesubstituent nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er im Wesentlichen integrate Stärkeketten aufweist und einen geringen Anteil beschädigter Stärke besitzt, wobei der Rest Proteine sind.