EP2276847A2

EP2276847A2 - Verfahren zur herstellung einer wässrigen glukoselösung aus körnern von pflanzen des tribus triticeae

Info

Publication number: EP2276847A2
Application number: EP09732340A
Authority: EP
Inventors: Matthias Boy; Stephan Freyer; Julia Brodersen
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2011-01-26
Also published as: AU2009237751A1; JP2011519550A; CA2721437A1; WO2009127593A3; JP5727363B2; US20110033896A1; MX2010011253A; CA2721437C; AU2009237751B2; CN102057052A; MX323778B; UA96706C2; WO2009127593A2; US8785154B2; EA201001626A1; BRPI0910491A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Glukoselösung aus den Stärkebestandtein von Triticeae-Körnern, beispielsweise aus Roggen-, Triticale- oder insbesondere Weizen-Körnern. Die Erfindung betrifft auch ein glukosebasiertes Fermentationsverfahren zur Herstellung organischer Verbindungen, bei dem die zur Fermentation hergestellte Glukose durch ein erfindungsgemäßes Verfahren aus den Stärkebestandteilen von Triticea-Körnern hergestellt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Glukoselösung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Glukoselösung aus den Stärkebestandtein von Triticeae-Körnern, beispielsweise aus Roggen-, Triticale- oder insbesondere Weizen-Körnern. Die Erfindung betrifft auch ein glukosebasiertes Fermentationsverfahren zur Herstellung organischer Verbindungen, bei dem die zur Fermentation hergestellte Glukose durch ein erfindungsgemäßes Verfah- ren aus den Stärkebestandteilen von Triticea-Körnern hergestellt wird.

Glukose, insbesondere wässrige Glukoselösungen sind eine grundlegende Kohlenstoffquelle für viele chemische und fermentative Verfahren zur Herstellung organischer Produkte. Beispielsweise werden bei der Fermentation die Glukosemoleküle von den eingesetzten Mikroorganismen verstoffwechselt und auf diese Weise in das gewünschte organische Wertprodukt umgewandelt. Die Palette derart hergestellter organischer Produkte umfasst zum Beispiel niedermolekulare flüchtige Verbindungen wie Ethanol, aliphatische Carbonsäuren, Aminosäuren, Vitamine, Karotinoide, Zuckeralkohole, Zuckersäuren und Polyole, aber auch Enzyme und organische Polymere.

Für solche allgemein bekannten Fermentationsverfahren werden in Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen und den herzustellenden Produkten unterschiedliche Kohlenstoffquellen genutzt. Diese reichen von reiner Saccharose über Rüben- und Zuckerrohrmelasse, Glukose aus Stärkehydrolysaten bis hin zu Glycerin.

Bei der konventionellen Herstellung von Glukose aus Stärke wird zunächst die Stärke aus einer natürlichen Stärkequelle wie Kartoffeln, Cassava, Getreide, zum Beispiel Weizen, Mais, Gerste, Roggen, Triticale oder Reis, gewonnen und anschließend hydrolysiert, in der Regel durch eine enzymatische Verflüssigung, gefolgt von einer enzymatischen Verzuckerung.

Bei der Herstellung von Glukose durch Verflüssigen und Verzuckern von Stärke geht man in der Regel von einer vorgereinigten Stärke aus, d. h. die natürlichen Stärkequellen wie Kartoffeln, Cassava und Getreide, zum Beispiel Weizen, Mais, Gerste, Roggen, Triticale oder Reis, werden vor dem Verflüssigen/Verzuckern in die Stärkebestandteile und die Nicht-Stärkebestandteile aufgetrennt.

Ein zentrales Problem bei der Stärkegewinnung aus Körnern von Triticeae-Pflanzen (im Folgenden Triticeae-Körner) ist die Abtrennung des Glutens (auch als Kleber be- zeichnet). Anders als bei der Gewinnung von Maisstärke aus Maiskörnern, bei der der Kleber beim Quellen des Korn mit der Stärke herausgelöst wird, klebt der Kleber aus Triticea-Körnern beim Quellen der Körner zusammen und umschließt die Stärke. Die Gewinnung der Stärke aus Triticeae, insbesondere aus Weizen, erfolgt heute in der Regel nach dem Martin-Verfahren oder einem modifizierten Martin-Verfahren, dem sog. Batter-Verfahren (siehe hierzu J. R. Daniel et al., "Starch and other Polysaccha- rides" in Ullmanns Encycloedia of Industrial Chemistry, 5th ed. on CD-ROM). Bei dem Martin-Verfahren werden die Körner der Triticea-Pflanzen zunächst nach einem Trockenmahl-Verfahren zu einem Mehl vermählen, wobei die Hauptmenge Schalenbestandteile (engl, bran) abgetrennt werden. Anschließend wird das Mehl mit etwa 0,5 Gewichtsteilen Wasser pro Gewichtsteil Mehl zu einem Teig verknetet, aus dem nach einer Ruhezeit die Stärkebestandteile durch Auswaschen mit Wasser herausextrahiert werden. Aus der so erhaltenen Stärkesuspension werden restliche Fasern und Gluten- Bestandteile abgetrennt. Das Batter-Verfahren unterscheiden sich hiervon in soweit als zur Herstellung des Teigs etwa 1 Gewichtsteil Wasser pro Gewichtsteil Mehl verwendet wird, anschließend der Teig in der doppelten Menge an Wasser suspendiert wird und aus dieser Suspension durch Sieben der Kleber und restliche Faserbestandteile entfernt werden. In beiden Fällen erhält man eine verdünnte Stärkesuspension, die zur Herstellung von Glukose anschließend einer Verflüssigung/Verzuckerung zugeführt wird. Auf diese Weise erhält man eine sehr reine Glukose. Der abgetrennte Gluten wird getrocknet und als sog. Vital-Gluten vermarktet.

Die Verfahren des Standes der Technik zur Stärkegewinnung sind jedoch vergleichsweise aufwändig und mit einem hohen Abwasseranfall verbunden. Außerdem müssen die bei der Stärkegewinnung anfallenden Neben- und Abfallprodukte wie Proteine (Gluten), sowie Keimling- und Faserbestandteile vor der Weiterverarbeitung getrocknet werden, was mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden ist. Zudem ist der apparative Aufwand hoch und entsprechende Anlagen sind daher sehr kapitalintensiv. Da andererseits Getreide und insbesondere Weizen wichtige Stärkequellen sind, hat es nicht an Versuchen gefehlt, günstigere Alternativen zur Gewinnung einer für fermenta- tive Prozesse geeigneten Glukose aus diesen Stärkequellen bereitzustellen.

Grundsätzlich kann zur Nutzbarmachung der Stärkebestandteile von Getreide das durch Trockenvermahlung hergestellte Getreidemehl, das neben den Bestandteilen des Endosperms (Stärke, Fett, Protein, d.h. Gluten) in der Regel noch Faserbestandteile aus der Schale enthält, als Ganzes einer enzymatischen Verflüssigung/Ver- zuckerung zugeführt werden. Auf diese Weise erhält man eine wässrige Glukose, welche große Mengen an nicht-löslichen Feststoffen, die aus den Nicht-Stärkebestandteilen des Getreides resultieren, enthält. Verfahren zur Herstellung von Glukose durch Trockenvermahlung von Getreide mit anschließender Verflüssigung/Verzuckerung sind bekannt und beispielsweise beschrieben in "The Alcohol Textbook - A reference for the beverage, fuel and industrial alcohol industries", Jaques et al. (Hg.), Nottingham Univ. Press 1995, ISBN 1-8977676-735, Kapitel 2, S. 7 bis 23, und in McAloon et al., "De- termining the cost of producing ethanol from com starch and lignocellulosic feed- stocks", NREL/TP-580-28893, National Renewable Energy Laboratory, October 2000.

Die durch Verzuckerung des gesamten Mahlguts erhaltene Glukose wird bislang in technischem Umfang nur zur Herstellung von Bioethanol genutzt. Grund hierfür sind mehrere diesem Verfahren inhärente Nachteile: Zum einen hat der hohe Anteil an nicht-löslichen Bestandteilen in der so hergestellten wässrigen Glukose zur Folge, dass die Viskosität der wässrigen Glukose bereits bei geringen Glukosekonzentrationen hoch ist und die wässrige Glukose überdies strukturviskos ist. Daher bleibt die maxima- Ie Glukosekonzentration in einer so hergestellten wässrigen Glukose in der Regel auf 30 Gew.-% beschränkt. Während hohe Glukosekonzentrationen für die fermentative Bioethanol-Herstellung nicht notwendig oder aufgrund der Toxizität des bei der Fermentation gebildeten Ethanols sogar problematisch sind, führt eine geringe Glukosekonzentration bei der Herstellung anderer Chemikalien zu einer unerwünschten Erhö- hung des Volumenstroms. Zudem können sich die nicht-löslichen Bestandteile negativ auf eine Fermentation auswirken, zum Beispiel im Hinblick auf die Sauerstofftransferrate bzw. den Sauerstoffbedarf der zur Fermentation eingesetzten Mikroorganismen. Außerdem können diese Feststoffe die anschließende Aufarbeitung und Isolierung des durch Fermentation hergestellten Produkts nicht unerheblich erschweren. Diese Prob- lerne spielen bei der Herstellung von Bioethanol durch anaerobe Fermentation, gefolgt von destillativer Abtrennung, nur eine untergeordnete Rolle. Von Nachteil ist weiterhin, dass der Glutenanteil, der beispielsweise in Weizen rund 20 Gew.-% der im Weizen enthaltenen Bestandteile ausmacht, nicht genutzt wird und zudem die Abwasserströme belastet.

In jüngerer Zeit wurde verschiedentlich über den Einsatz einer durch ein Trockenver- mahlungsverfahren hergestellten Glukose bei der fermentativen Herstellung von Feinchemikalien berichtet (siehe WO 2005/1 16228 und WO 2007/028804). Das in diesen Anmeldungen beschriebene Verfahren der Trockenvermahlung mit anschließender Verflüssigung/Verzuckerung erlaubt die Herstellung einer wässrigen Glukose mit einer erhöhten Zuckerkonzentration, ohne dass es einer Abtrennung der in der Stärkequelle enthaltenen nicht-löslichen Feststoffe bedarf. Der Einsatz einer so hergestellten Glukose führt jedoch in einigen Fällen zu einer Hemmung oder Verzögerung der Vermehrung der Mikroorganismen.

Wie bereits oben erläutert, enthält eine wässrige Glukose, die durch Verflüssigung/Verzuckerung des gesamten, aus einer durch Trockenvermahlung resultierend Mahlguts, herstellt wurde, neben den fermentierbaren Zuckerbestandteilen große Mengen an nicht-löslichen Feststoffen, die nicht fermentierbar sind. Bei Einsatz einer solchen wässrigen Glukose in einer Fermentation, sei es zur Herstellung von Bioethanol oder zur Herstellung von Feinchemikalien, werden diese Feststoffe durch das Fermentationsverfahren geschleust und erhöhen somit den Volumenstrom. Nach Abtren- nung des Fermentationsproduktes verbleiben sie als Feststoff, der entsorgt werden muss, oder allenthalben als Tierfutter verwendet werden kann. Da die nicht- fermentierbaren Bestandteile jedoch ihrerseits zum Teil Wertstoffe darstellen, wurde verschiedentlich berichtet, einen Teil oder alle diese Bestandteile vor der Fermentation abzutrennen.

So wurden verschiedendlich Verfahren beschrieben, bei denen der Glutenbestandteil des Mehl nach der Verflüssigung und vor der Verzuckerung abgetrennt wurde (siehe z.B. US 4,287,304 und CN 1 173541 ). Eigene Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass die Abtrennung der nicht-löslichen Bestandteile auf der Stufe der verflüssigten Stärke problematisch und aufwändig ist und mit Glukoseverlusten verbunden ist. Derartige Verfahren wurden nicht für Mehl aus Körnern von Triticeae-Pflanzen wie Weizen beschrieben.

Insbesondere in Europa sind jedoch neben Mais insbesondere auch Triticeae Pflanzen wie Weizen, Roggen und Triticale als Stärkequellen von Interesse. Bislang wurden jedoch mit Ausnahme der eingangs beschriebenen Verfahren zur Bioethanol- Herstellung nur solche Verfahren beschrieben, bei denen die Stärkebestandteile der Triticeae-Körner vorgereinigt wurden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer konzentrierten wässrigen Glukose mit einem Glukosegehalt von wenigstens 32 Gew.-%, insbesondere wenigstens oder oberhalb 35 Gew.-% aus Triticeae Körnern bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Insbe- sondere sollte die dabei erhaltene Glukose nicht nur zur Herstellung von Bioethanol, sondern vor allem auch zur Herstellung davon verschiedener Feinchemikalien geeignet sein. Das Verfahren sollte insbesondere eine Gewinnung des Koppelprodukts Gluten ohne große Glukoseverluste erlauben.

Diese und weitere Aufgaben werden durch das im Folgenden beschriebene Verfahren gelöst.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen

Glukoselösung mit einem Glukosegehalt von wenigstens 32 Gew.-% aus den Stärke- bestandteilen von Körnern von Triticeae-Pflanzen, umfassend die folgenden Schritte:

a) fraktionierendes, trockenes Vermählen der Körner, wobei man die Körner in eine Stärke enthaltende Endosperm-Fraktion (Mehl) und eine Kleie-Fraktion auftrennt; b) Überführen der Endosperm-Fraktion in eine wässrigen Suspension; c) Verflüssigen und enzymatisches Verzuckern der Stärkebestandteile der wässrigen Suspension unter Erhalt einer wässrigen Glukose, wobei die wässrige Suspension einen Stärkegehalt von wenigstens 30 Gew.-% aufweist; wobei man den in der Endosperm-Fraktion enthaltenen Glutenanteil aus der in Schritt c) erhaltenen wässrigen Glukose und/oder vor der Durchführung von Schritt c) aus der wässrigen Suspension der Endospermfraktion abreichert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden. Zum einen ist der apparative Aufwand, aber auch der Energieaufwand zur Herstellung einer wässrigen Glukoselösung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr viel geringer als nach dem konventionellen Verfahren. Zudem ist die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Glukose in besonderer Weise als Kohlenstoffquelle für fermenta- tive Verfahren zur Herstellung von Chemikalien geeignet. Ihre Eignung ist nicht nur deutlich besser als die einer Glukoselösung, die durch Verflüssigung/Verzuckerung des gesamten Mahlguts erhältlich ist, sondern führt im Vergleich mit reiner Glukose bzw. einer Glukose, die durch Verflüssigung und Verzuckerung gereinigter Stärke erhältlich ist, bei einer Reihe von Mikroorganismen zu einem besseren Wachstum der zur Fer- mentation eingesetzten Mikroorganismen und/oder zu höheren Ausbeuten, bezogen auf die eingesetzte Glukose. Zudem können durch das erfindungsgemäße Verfahren Glukoselösungen mit hoher Glukosekonzentration hergestellt werden. Die Viskositätseigenschaften einer erfindungsgemäß erhältlichen Glukose sind denjenigen einer Glukose, die durch Verflüssigung/Verzuckerung des gesamten Mahlguts hergestellt wurde, deutlich überlegen.

Unter den Begriffen "Kleie" oder "Schale" ist die harte äußere Hülle der Triticeae- Körner zu verstehen, das Perikarp (in der Regel < 10 Gew.-% des Korns). Bei "Kleiebestandteilen" bzw. "Schalenbestandteilen" handelt es sich um Bruchstücke bzw. Teile davon. Die "Kleie-Fraktion" bzw. "Schalenfraktion" besteht zu wesentlichen Anteilen aus der Kleie bzw. der Schale, kann aber auch andere Bestandteile des Korns, insbesondere Teile des Endosperms" enthalten.

Unter dem Bergiff "Endosperm" ist der primär stärkehaltige Teil der Triticeae-Körner zu verstehen (in der Regel 70 bis 85 Gew.-% des Korns). Die "Endosperm-Fraktion" besteht zu wesentlichen Teilen aus dem Endosperm, kann aber auch andere Bestandteile, z. B. Teile der Kleie, enthalten.

Unter dem Begriff "Gluten" versteht man die Proteinbestandteile der Triticeae-Körner. Dieser Proteinbestandteil liegt im wesentlichen im Endosperm vor. Der Protein-Anteil in den Triticeae-Körnern hängt naturgemäß von der Art und Varietät der jeweiligen Triti- ceae-Pflanze ab und liegt typischerweise im Bereich von 6 bis 13 Gew.-%, bezogen auf das Endosperm und bei etwa 8 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Korn.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glukoselösungen weisen eine charakteristische Zusammensetzung auf, die Glukoselösungen, welche auf ande- rem Wege hergestellt wurden, nicht aufweisen. Sie sind daher neu und ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Abreicherung des Glutenanteils der En- dosperm-Fraktion durchgeführt. Die Abreicherung kann sowohl vor der Durchführung von Schritt c), d.h. vor der Verflüssigung in Schritt c), als auch aus der in Schritt c) erhaltenen Glukose, d.h. nach der Verzuckerung in Schritt c), durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Abtrennung wenigstens einer TeN- menge des Glutens aus der in Schritt c) erhaltenen Glukose (als weiterer Schritt d)). Die aus der Glukose abgereicherte Glutenmenge beträgt vorzugsweise wenigstens 30 Gew.-%, insbesondere wenigstens 40 Gew.-%, z.B. 30 bis 100 Gew.-%, insbesondere 40 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an dem im erfindungsgemäßen Verfahren abgereicherten Gluten.

Es ist ebenfalls möglich, eine Abreicherung des Glutens vor der Durchführung von Schritt c), d.h. aus einer wässrigen Suspension der Endosperm-Fraktion vorzunehmen. Hierbei wird man in der Regel jedoch nur eine Teilmenge des Glutens der En- dospermfraktion, welche dem Schritt c) zugeführt wird, entfernen. Die vor Schritt c) abgereichterte Menge an Gluten wird in der Regel 70 Gew.-%, insbesondere 60 Gew.- %, bezogen auf die Gesamtmenge an dem im erfindungsgemäßen Verfahren abgereicherten Gluten, nicht überschreiten und beträgt z.B. 10 bis 70 Gew.%, insbesondere 20 bis 60 Gew.-% , bezogen auf die Gesamtmenge an dem im erfindungsgemäßen Verfahren abgereicherten Gluten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird daher eine teilweise Gluten-Abreicherung vor der Durchführung von Schritt c) und eine GIu- tenabreicherung aus der in Schritt c) erhaltenen wässrigen Glukose durchgeführt.

Die Glutenbestandteile, die im erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Abtrennung vor der Durchführung von Schritt c) anfallen, können als sog. Vital-Gluten genutzt und ver- marktet werden.

Die Glutenbestandteile, die im erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Abtrennung aus der Glukose anfallen, sind hingegen neu und zeichnen sich durch besondere Qualitäten aus, die sie von den in anderen Verfahren anfallenden Glutenbestandteilen unter- scheiden und sie für viele Anwendungen geeignet machen. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch den in Schritt d) anfallenden Gluten.

Schritt a):

In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Triticeae-Körner einer fraktionierenden, trockenen Vermahlung unterworfen. Die fraktionierende Vermahlung dient der Zerkleinerung der Triticeae-Körner und der Auftrennung des Korns in seine Be- standteile, nämlich Keimling, Endosperm und Schalenbestandteile (im Folgenden auch als Kleiebestandteile bezeichnet).

In der Regel handelt es sich bei den Körnern aus Triticeae-Pflanzen um Körner aus Weizen, Roggen oder Triticale oder um Gemische dieser Körner. Bevorzugt sind Körner aus Weizen, insbesondere solche aus weichen Weizensorten. Geeignet sind jedoch auch Hartweizensorten.

Erfindungsgemäß wird auf dieser Stufe die Hauptmenge, d. h. wenigstens 70 Gew.-%, insbesondere wenigstens 80 Gew.-% der in den Triticeae-Körnern enthaltenen Schalenbestandteile als faserreiche Kleie-Fraktion von den übrigen Bestandteilen des Korns, d. h. Endosperm, abgetrennt. Die Endosperm-Fraktion enthält im wesentlichen die Stärke- und Proteinbestandteile der Triticeae-Körner, sowie Restmengen der Kleie- Fraktion. Die Kleiefraktion wiederum enthält im Wesentlichen, d. h. wenigstens 60 Gew.-%, insbesondere wenigstens 80 Gew.-%, der in den Körnern enthaltenen Schalenbestandteile sowie bis zu 25 % der Endospermfraktion.

Vorzugsweise enthält die Endospermfraktion nach dem Abreichern nicht mehr als 20 Gew.-%, insbesondere nicht mehr als 10 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5 Gew.-%, speziell nicht mehr als 2 Gew.-% oder nicht mehr als 1 ,5 Gew.-% Kleiebestandteile (Rohfaser), bezogen auf die Gesamtmenge der von Wasser verschiedenen Bestandteile der Endospermfraktion, z.B. 0,1 bis 20 Gew.-%, häufig 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 5 Gew.% und besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-% oder 0,3 bis 1 ,5 Gew.-%.

Zur Vermeidung von Stärkeverlusten kann die Kleie-Fraktion einer weiteren Aufarbeitung zur Abtrennung der Endosperm-Bestandteile zugeführt werden, die in das erfindungsgemäße Verfahren zurückgeführt werden. Alternativ ist es möglich, die Kleie- Fraktion einer anderen Verwendung zuzuführen und der Verflüssigung/Verzuckerung in Schritt b) nur die Endosperm-Fraktion und gegebenenfalls geringe Mengen an Kleie, d. h. weniger als 20 Gew.-%, bezogen auf die in den Triticeae-Körnern enthaltenen Kleiebestandteile, zuzuführen.

Zur fraktionierenden, trockenen Vermahlung der Triticeae-Körner in Schritt a) können die Triticeae-Körner, so wie sie angeliefert werden, eingesetzt werden. Vorzugsweise setzt man jedoch gereinigte Triticeae-Körner ein. Bei der Reinigung werden sowohl grobteilige Verunreinigungen, beispielsweise Holzstücke, Pflanzenbestandteile wie Stängel oder Blätter, Steine, Glasscherben, Schrauben etc., als auch feinteilige Verunreinigung wie gebrochene Triticeae-Körner, Fremdsamen, kleine Steine, Sand von den Triticeae-Körnern abgetrennt. Die Abtrennung kann in an sich bekannter Weise, z. B. durch Sieben, Sichten oder Kombinationen dieser Maßnahmen erfolgen. In der Regel wird man hierbei so vorgehen, dass man zunächst grobe Partikel von den Triticeae- Körnern und den feinteiligen Verunreinigungen abtrennt und dann eine Abtrennung der feinteiligen Partikel von den Triticeae-Körnern vornimmt. Als grobteilige Partikel werden solche angesehen, deren Partikelgröße zumindest oberhalb einer Grenze von 15 bis 20 mm liegt. Als feinteilige Partikel werden solche Partikel angesehen, deren maximale Partikelgröße einen Wert von 1 ,5 bis 3,5 mm nicht überschreitet.

Da die feinteiligen Verunreinigungen neben Sand und Staubbestandteilen auch gebrochene Triticeae-Körner enthalten, ist es von Vorteil, wenn man die feinteiligen Verunreinigungen erneut einer Fraktionierung unterwirft. Hierzu trennt man die feinteiligen Verunreinigungen in eine erste Fraktion mit einer Maximalpartikelgröße von 0,5 bis 2,5 mm, die im Wesentlichen Sand und sonstiges staubiges Material enthält, und eine etwas grobteiligere Fraktion mit Partikelgrößen von mindestens 2,5 bis 3,5 mm, welche im Wesentlichen kleine oder gebrochene Triticeae-Körner enthält, auf. Die letztere Fraktion kann dem gereinigten Korn zur Reduzierung von Stärkeverlusten wieder zuge- führt werden. Die erste Fraktion kann der Kleie-Fraktion zugegeben werden, die sich bei der Fraktionierung ergibt.

Die so gereinigten Triticeae-Körner werden anschließend der fraktionierenden, trockenen Vermahlung unterworfen. Die fraktionierende Vermahlung erfolgt in an sich be- kannter Weise. In der Regel gliedert sich die trockene Vermahlung in eine erste Mahlstufe, bei der die Schale entfernt wird bzw. eine Auftrennung in eine Endosperm- Fraktion und eine Kleie-Fraktion vorgenommen wird, und eine zweite Mahlstufe, bei der die Endosperm-Fraktion auf die gewünschte Partikelgröße vermählen wird. Es versteht sich für den Fachmann, dass die Auftrennung in der Regel nicht vollständig ist sondern nur bis zur gewünschten Reinheit der Fraktionen durchgeführt wird, d. h. die Endosperm-Fraktion enthält nach der Abtrennung des Keimlings in der Regel noch bis zu 30 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 20 Gew.-%, der im Korn enthaltenen Schalenbestandteile.

In der ersten Stufe, die häufig auch als Dehulling oder Debranning bezeichnet wird, werden die Triticeae-Körner zerkleinert, z. B. durch Rollermühlen. Die erste Stufe kann als ein Mahlschritt (Mahlgang) durchgeführt werden und wird vorzugsweise in mehreren Mahlschritten durchgeführt. Im Anschluss an einen Mahlgang wird dann das Mahlgut in an sich bekannter Weise in eine Endosperm-Fraktion, eine Kleie-Fraktion aufge- trennt. Hierbei wird man in der Regel so vorgehen, dass man zunächst eine Auftrennung in eine Endosperm-Fraktion und in eine Kleie-Fraktion vornimmt, die noch einen Teil der Endosperm-Fraktion enthält. Die die Teile des Endosperms enthaltende abgetrennte Kleie-Fraktion wird in einem zweiten Mahlgang in ihre Bestandteile auftrennt. Da die Endosperm-Bestandteile des Mahlguts in der Regel kleinere Partikelgrößen aufweisen als die Partikel der Kleie-Fraktion des Mahlguts, kann die erste Auftrennung in einfacher Weise durch ein Sieb-Verfahren oder durch Sichten erfolgen. Selbstver- ständlich können die einzelnen Trennschritte Kombinationen dieser Maßnahmen umfassen.

Für Schritt a) hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Körner eine gewisse Feuch- te aufweisen, die in der Regel im Bereich von 10 bis 30 Gew.-%, häufig im Bereich von 10 bis 25 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 13 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Körner, liegt. Dementsprechend wird man Körner, welche nicht die gewünschte Feuchtigkeit aufweisen, vor oder während der trockenen Vermahlung mit einer geringen Wassermenge versetzen. Nach der Zugabe von Wasser wird der Weizen vor der Weiterverarbeitung, vorzugsweise über einen Zeitraum von 0,5 bis 36 h, gelagert, wodurch die auf der Oberfläche anhaftende Feuchtigkeit in das Innere des Korns, diffundieren kann. In der Regel führt man daher das Vermählen in Schritt a) in Gegenwart von 10 bis 30 Gew.-%, häufig 10 bis 25 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Masse der eingesetzten Triticeae-Körner, durch. Vorzugsweise beträgt die Menge an Wasser 13 bis 20 Gew.-% und insbesondere 14 bis 18 Gew.-%. Das Wasser wird vorzugsweise vor der ersten Mahlstufe zugesetzt, kann aber auch während der ersten Mahlstufe zugesetzt werden. Bei einer mehrstufigen Durchführung der ersten Mahlstufe kann zwischen den jeweiligen Mahlschritten noch einmal der Wassergehalt eingestellt werden. Das Wasser kann auch gegebenenfalls dampfförmig zugegeben werden. Durch Analyse der eingesetzten Triticeae-Körner, aber auch des auf der jeweiligen Stufe enthaltenen Mahlguts, kann der Fachmann den Wassergehalt leicht bestimmen und erforderliche Mengen an zusätzlichem Wasser leicht ermitteln.

In der zweiten Mahlstufe wird die Endosperm-Fraktion weiter zerkleinert. Hierbei kön- nen erneut in der zuvor beschriebenen Weise Faserbestandteile abgetrennt werden. Typisch sind 2 bis 4 stufige Verfahren. Die Mehrstufigkeit führt zu höheren Reinheiten der einzelnen Fraktionen und zu einer höheren Stärkeausbeute der Endosperm- Fraktion. Hierbei wird die Endosperm-Fraktion auf die für die Verflüssigung/Verzuckerung günstigste Teilchengröße eingestellt. Dieser Schritt wird häufig auch als Feinvermahlung bezeichnet. Bei der Feinvermahlung wird die Endosperm- Fraktion in der Regel auf einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,01 bis 1 ,5 mm und vorzugsweise auf eine Teilchengröße im Bereich von 0,025 bis 1 mm und speziell im Bereich von 0,05 bis 0,6 mm vermählen. Der mittlere Teilchendurchmesser ist massenbezogen und wird in einer dem Fachmann bekannten Weise vorzugsweise mittels Siebanalyse ermittelt. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens 80 Gew.-%, insbesondere wenigstens 90 Gew.-% und speziell wenigstens 95 Gew.-% der Partikel einen Durchmesser von nicht mehr als 0,4 mm aufweisen. Bei einer mehrstufigen Durchführung der Feinvermahlung erfolgt vorzugsweise nach jedem Mahlgang eine Auftrennung in Partikel, deren Größe oberhalb der gewünschten Maxi- malgröße liegt, und Partikel, deren Größe die gewünschte Obergrenze nicht überschreitet. Nur die zu großen Partikel werden dann einem weiteren Mahlgang zugeführt. In analoger Weise kann die Kleie-Fraktion zur Abtrennung des ihr anhaftenden En- dosperm-Anteils weiter zerkleinert werden, wobei eine Auftrennung in Endosperm- Bestandteile und Kleie-Bestandteile vorgenommen wird. Die hierbei anfallende En- dosperm-reiche Fraktion kann man in die Endosperm-Fraktion der ersten Mahlstufe zurückführen. Die Rückführung erfolgt vorzugweise vor oder während der Feinvermahlung.

Die so aufgetrennten Fraktionen weisen typischerweise die im Folgenden angegebenen Zusammensetzungen auf. Der Kleiebestandteil weist typischerweise die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengen (bezogen auf die Gesamttrockenmasse) auf:

Rohprotein: 8 bis 18 Gew.-%,

Stärke: 8 bis 20 Gew.-%,

Rohfasern: 25 bis 65 Gew.-%,

Rohfett: 2 bis 10 Gew.-%,

Rohasche: 3 bis 12 Gew.-%.

Die Feuchte der Kleie liegt typischer Weise zwischen 5 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 8 und 14 Gew.-%.

Die Endosperm-Fraktion weist typischerweise die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengen (bezogen auf die Gesamttrockenmasse) auf:

Rohprotein: 3 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, Stärke: 50 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 55 bis 85 Gew.-%,

Rohfasern: 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis

5 Gew.-%, speziell 0,3 bis 2 Gew.-% oder 0,3 bis 1 ,5 Gew.-%, Rohfett: 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 2 Gew.-%, Rohasche: 0 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 3 Gew.-%.

Die Feuchte des Endosperms liegt typischer Weise zwischen 5 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 8 und 14 Gew.-%.

Für die Kleie und die Endosperm-Fraktion sind nur die für Futtermittel relevanten Bestandteile angegeben, wie sie sich aus einer hierfür typischen Analytik ergeben. Dabei umfasst der für Rohprotein angegebene Wert den Gesamtstickstoff nach Kjeldahl multipliziert mit dem Faktor 6,25, also neben Proteinen z. B. auch weitere freie Aminosäuren, Nucleinsäuren wie auch anorganischen Stickstoff. Der für Rohfasern angegebene Wert umfasst als Hauptbestandteil die Cellulose und Hemicellulosen, es werden aber auch inkrustierende Substanzen wie Lignin erfasst. Von dem für Rohfett angegebenen Wert werden alle Stoffe erfasst, die sich wie z. B. Triglyceride, freie Fettsäuren und Phospolipide in Fettlösungsmitteln wie z. B. Petrolether oder Hexan lösen. Die Rohasche umfasst alle nicht-organischen Bestandteile, die nach Erhitzen auf 550 ⁰C über einen längeren Zeitraum verbleiben. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Mineralstoffe in Form von Oxiden und Salzen. Neben der separat analysierten Stärke wer- den Nicht-Stärke-Polysaccharide wie z. B. Pentosane von der gewählten Analytik nicht oder nur ungenau erfasst.

Die hier verwendeten Bezeichnungen Rohprotein, Rohfaserbestandteile, Rohfett und Rohasche sind dem Fachmann geläufig und beispielsweise in Naumann, C, Bassler, R., 1976. VDLUFA-Methodenbuch, Band 3, Die chemische Untersuchung von Futtermitteln (Loseblattsammlung mit Ergänzungen von 1983, 1988, 1993, 1997 und 2004), VDLUFA-Verlag, Darmstadt, Germany [Zusammenstellung aller in Deutschland zur Beurteilung von Futtermitteln relevanten Parameter/Methoden] definiert.

Schritt b)

Das so erhaltene Mahlgut, im Folgenden auch als Mehl bezeichnet, welches im Wesentlichen die Endosperm-Fraktion und damit die Stärkebestandteile enthält, wird anschließend in eine wässrige Suspension überführt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird man so vorgehen, dass man die Gesamtmenge des Mahlguts mit einer wässrigen Flüssigkeit, z. B. Frischwasser, rückgeführtem Prozesswasser, z. B. aus einer nachfolgenden Fermentation oder Eindampfung, oder mit einer Mischung dieser Flüssigkeiten vermischen, wobei man eine wässrige Suspension mit einem Stärkegehalt von wenigstens 30 Gew.-% erhält. Dieser Vorgang wird häufig auch als Anmaischen bezeichnet.

Die Menge an Mehl wird vorzugsweise so gewählt, dass die Suspension 30 bis 55 Gew.-%, bevorzugt 32 bis 50 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 35 bis 45 Gew.- % Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension (Maische), enthält. Da 1 kg Stärke in einer Verflüssigung/Verzuckerung in der Regel > 1 ,0 bis 1 ,1 kg Mono-, Di- und Oligosaccharide liefert, liegt dementsprechend die Gesamtkonzentration an Mono- Di-, und/oder Oligosacchariden in der erhaltenen Glukose nach der Verzuckerung bei wenigstens 320 g/kg, häufig im Bereich von > 320 bis 600 g/kg, vorzugsweise im Be- reich von 330 bis 500 g/kg, insbesondere im Bereich von 350 bis 495 g/kg und speziell 380 bis 495 g/kg. Hierbei macht Glukose in der Regel 80 Gew.-%, insbesondere wenigstens 90 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Mono-, Di- und/oder Oligosacchariden, aus.

Die Temperatur des eingesetzten Wassers wird in der Regel so gewählt, dass die Suspension eine Temperatur im Bereich von 30 bis 53 ⁰C, bevorzugt 40 bis 50 ⁰C und ganz besonders bevorzugt 44 bis 48 ⁰C aufweist. Eine Temperatur von 53 ⁰C sollte vorzugsweise nicht überschritten werden, um ein ungewünschtes Verkleistern der Stärke zu verhindern.

Die Herstellung der Mehlsuspension kann diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen, wobei man etwaige Mittel zur Einstellung des pH-Wertes wie Calciumhydroxid und/oder Schwefelsäure und das in Schritt c) benötigte verflüssigende Enzym vorher mit der wässrigen Flüssigkeit vermischt oder auch einzeln zur Mehl/Wasser-Mischung gegeben werden können. Die Reihenfolge der Zugabe ist dabei beliebig. Bei der diskontinuierlichen Herstellung der Mehlsuspension können alle Arten durchmischter Re- aktoren eingesetzt werden. Bei der kontinuierlichen Herstellung werden in der Regel langsam oder schnelllaufende kontinuierliche Mischer eingesetzt.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Abreicherung des Glutens im Anschluss an die Verzuckerung in Schritt c).

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird man eine Abreicherung des Glutens vor der Verzuckerung durchführen. Die Abreicherung erfolgt in der Regel nur in einer Teilmenge der in Schritt c) eingesetzten Endospermfraktion, so dass in Schritt c) Gluten zugegen ist und im Anschluss an Schritt c) eine weitere Glutenabreicherung vorgenommen wird.

Die Abreicherung des Glutens erfolgt in der Regel in Analogie zu den eingangs beschriebenen Verfahren, z.B. dem Batter-Verfahren oder dem Martin-Verfahren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird man i) eine Teilmenge der Endosperm-Fraktion, typischerweise 20 bis 70 %, insbesondere 30 bis 60 %, in eine verdünnte wässrige Suspension der Endospermfraktion mit einem Stärkegehalt von weniger als 30 Gew.-%, typischerweise 20 bis < 30 Gew.-%, z.B. 20 bis 28 Gew.-% überführen, ii) aus dieser Suspension die Glutenbestandteile abreichern, vorzugsweise bis zu einem Abreicherungsgrad von wenigstens 70 %, insbesondere wenigstens 80 % und speziell wenigstens 90 %, wobei man eine verdünnten wässrige Suspension der an Gluten abgereicherten Endosperm-Fraktion erhält, und iii) weiterer Endospermfraktion in der in Schritt ii) erhaltenen wässrigen Suspension suspendieren, so dass ein Stärkegehalt in der Suspension von wenigstens 30

Gew.-%, resultiert.

In Schritt i) wird man in der Regel so vorgehen, dass man die gewünschte Teilmenge zusammen mit etwa 0,8 bis 1 ,1 Gewichtsteilen einer wässrigen Flüssigkeit, z. B. Frischwasser, rückgeführtem Prozesswasser, z. B. aus einer nachfolgenden Fermentation oder Eindampfung, oder mit einer Mischung dieser Flüssigkeiten zu einem Teig verknetet. Dieser Teig enthält die Stärke und Gluten Bestandteile der Endosperm- Fraktion. Gegebenenfalls nach einer kurzen Ruhephase, die in der Regel 10 min bis 1 h betragen kann, wird der Teig in einer wässrigen Flüssigkeit, wie oben angegeben, suspendiert. Die Menge an Flüssigkeit beträgt typischerweise 1 ,7 bis 3 Gewichtsteile pro Gewichtsteil des Teigs. Aus der Suspension wird der Gluten-Bestandteil in der Re- gel durch Sieben weitgehend abgereichert bzw. entfernt. Gegebenenfalls kann sich eine Feinsiebung zur Entfernung von Faserbestandteilen anschließen.

Alternativ kann man die gewünschte Teilmenge zusammen mit etwa 0,4 bis 0,6 Gewichtsteilen einer wässrigen Flüssigkeit, z. B. Frischwasser, rückgeführtem Prozess- wasser, z. B. aus einer nachfolgenden Fermentation oder Eindampfung, oder mit einer Mischung dieser Flüssigkeiten zu einem Teig verkneten. Gegebenenfalls nach einer kurzen Ruhephase, die in der Regel 10 min bis 1 h betragen kann, wird aus dem Teig durch Behandlung mit einer wässrigen Flüssigkeit, wie oben angegeben, und unter Einwirkung mechanischer Energie, z.B. durch Verkneten, die an Gluten abgereicherte Stärkefraktion ausgespült. Gegebenenfalls kann sich eine Feinsiebung zur Entfernung von Restmengen an Gluten und Faserbestandteilen anschließen.

In beiden Fällen erhält man eine verdünnte, an Gluten abgereicherte wässrige Suspension der Endospermfraktion, die in der Regel einen Stärkegehalt von weniger als 30 gew.-%, typischersweise 20 bis 30 Gew.-% aufweist. Diese verdünnte Suspension wird anschließend durch Zugabe der in Schritt a) gewonnenen Endosperm-Fraktion (Mehl) vermischt, so dass eine wässrige Suspension der Endospermfraktion resultiert, die eine Stärkegehalt von wenigstens 30 Gew.-% aufweist. Die Menge an Mehl wird vorzugsweise so gewählt, dass die Suspension 30 bis 55 Gew.-%, bevorzugt 32 bis 50 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 35 bis 45 Gew.-% Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, beträgt.

Die Herstellung der Suspension in Schritt iii) kann in Analogie zur Herstellung der Mehlsuspension der 1. Ausführungsform erfolgen, wobei man etwaige Mittel zur Ein- Stellung des pH-Wertes wie Calciumhydroxid und/oder Schwefelsäure und das in

Schritt c) benötigte verflüssigende Enzym vorher mit der verdünnten wässrigen Suspension vermischt oder auch einzeln zur Mehl-Suspension gegeben werden können. Die Reihenfolge der Zugabe ist dabei beliebig.

Schritt c)

Die in Schritt b) hergestellte Suspension wird dann einer enzymatischen Verflüssigung und Verzuckerung unterworfen, wobei die Stärke-Bestandteile der Endosperm-Fraktion zu Glukose hydrolysiert werden. In einem ersten Schritt c.1 ) führt man eine Verflüssi- gung der Stärkebestandteile in der Suspension durch, wobei die Stärkebestandteile typischerweise zu Zuckerketten mit 4 bis 20 und insbesondere 8 bis 12 Glukoseeinheiten aufgeschlossen bzw. hydrolysiert wird. Dieser Schritt wird im Folgenden auch als Verflüssigung bezeichnet.

Die Verflüssigung kann in üblicher Weise durch Zusatz von Enzymen erfolgen. Verfah- ren hierzu sind aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt, z. B. aus dem eingangs zitierten "The Alcohol Textbook - A reference for the beverage, fuel and in- dustrial alcohol industries", Kapitel 2, S. 7 bis 23.

Zur Verflüssigung des Stärkeanteils im Mehl können grundsätzlich alle Stärke verflüs- sigenden Enzyme, insbesondere α-Amylasen (Enzymklasse EC 3.2.1.1 ), eingesetzt werden, beispielsweise α-Amylasen, die aus Bacillus lichenformis oder Bacillus stae- rothermophilus erhältlich sind, unter anderem solche, die zum Verflüssigen von durch Dry-Milling-Verfahren gewonnenen Materialien im Rahmen der Herstellung von Bio- ethanol verwendet werden. Die zum Verflüssigen geeigneten α-Amylasen sind auch kommerziell erhältlich, beispielsweise von Novozymes unter der Bezeichnung Terma- myl 120 L, Typ L; oder von Genencor unter der Bezeichnung Spezyme. Es kann auch eine Kombination verschiedener α-Amylasen zur Verflüssigung eingesetzt werden. Die Konzentration des Enzyms in der Maische, bezogen auf den Stärkegehalt, beträgt in der Regel 0,01 bis 0,4 Gew.-%, bevorzugt 0,02 bis 0,3 Gew.-%, häufig 0,03 bis 0,2 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 0,04 bis 0,1 Gew.-%.

Gegenbenenfalls wird zusätzlich noch eine Xylanase zugesetzt. Die Xylanase wird in der Regel in einer Menge von bis zu 2,0 Gew.-% (bezogen auf die eingesetzte Stärke), z.B. 0,01 bis 2 Gew.-%, häufig 0,02 bis 1 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew.-% ver- wendet. Derartige Enzyme, die beispielsweise unter der Bezeichnung Shearzyme® 500 L (Novozymes A/S) kommerziell erhältlich sind, reduzieren die Viskosität der Stärkesuspension während der Verflüssigung und Verzuckerung und die Viskosität der finalen Glukoselösung. Insbesondere bei technischer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind häufig nur geringe Mengen an Xylanase erforderlich, so dass die Menge an eingesetzter Xylanase in solchen Prozessen in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gew.-% und insbesondere 0,05 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Stärke eingesetzt werden kann.

Vorteilhafterweise wird man die Mengen an Stärke verflüssigendem Enzym und Mehl so wählen, dass die Viskosität während des Gelierungsvorgangs ausreichend reduziert ist, um eine effektive Durchmischung der Suspension, z. B. mittels Rühren, zu ermöglichen. Bevorzugt beträgt die Viskosität der Reaktionsmischung während des Gelierens maximal 20 Pas, besonders bevorzugt maximal 15 Pas und ganz besonders bevorzugt maximal 8 Pas. Die Messung der Viskosität erfolgt in der Regel mit einem Haake Viskosimeter, Type Roto Visko RV20 mit Messsystem M5 und Messeinrichtung MVDIN bei einer Temperatur von 50 ⁰C und einer Schergeschwindigkeit von 200 S"¹. Häufig führt man die Verflüssigung in Gegenwart wenigstens eines Calciumsalzes durch. Die Calciumkonzentration in der Maische wird dann durch Zugabe eines Calciumsalzes auf in der Regel 10 bis 200 ppm, bevorzugt 15 bis 100 ppm und ganz besonders bevorzugt auf 20 bis 60 ppm eingestellt. Die Anwesenheit von Calciumionen ist jedoch nicht zwingend, und es sind eine Reihe verflüssigender Enzyme für die Verflüssigung und Verzuckerung bekannt, die auch in Abwesenheit von Calcium gute Umsätze und Ausbeuten liefern, so dass in diesen Fällen auf den Zusatz von Calciumsal- zen verzichtet werden kann.

Für eine optimale Wirkung des Stärke verflüssigenden Enzyms wird die Verflüssigung vorzugsweise zumindest zeitweise im pH-Optimum des verflüssigenden Enzyms, häufig bei einem pH-Wert im schwach sauren Bereich, in der Regel im Bereich von 4,0 bis 7,0, vorzugsweise im Bereich von 5,0 bis 6,5, besonders bevorzugt im Bereich von 5,3 bis 6,0 durchgeführt. Üblicherweise wird vor oder zu Beginn der Verflüssigung eine pH- Einstellung vorgenommen; dieser pH-Wert wird in der Regel während der Verflüssigung kontrolliert und gegebenenfalls nachgestellt. Die Einstellung des pH-Werts erfolgt vorzugsweise mit verdünnten Mineralsäuren wie HCl, HNO3, H2SO4 oder H3PO4, mit organischen Säuren wie Essigsäure, mit Alkalimetallhydroxid wie NaOH oder KOH, oder Erdalkalimetallhydroxid wie Magnesiumhydroxid oder Calciumhydroxid. Vorzugs- weise erfolgt die pH-Stellung mit Calciumhydroxid und/oder Schwefelsäure.

Zur Verflüssigung wird die in Schritt b) hergestellte Suspension vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb der Gelierungstemperatur der Stärke erhitzt. In der Regel wird eine Temperatur im Bereich von 80 bis 120 ⁰C, bevorzugt von 90 bis 1 15 ⁰C und be- sonders bevorzugt im Bereich von 95 bis 110 ⁰C gewählt, wobei die Temperatur vorzugsweise mindestens 5 K, insbesondere 10 K und besonders bevorzugt mindestens 20 K, z. B. 10 bis 80 K, insbesondere 20 bis 60 K, oberhalb der Gelierungstemperatur (Verkleisterungstemperatur der Weizenstärke) liegt. Die Verflüssigung kann auch unterhalb der Verkleisterungstemperatur durchgeführt werden, z. B. unter Verwendung von den in WO 2004/113551 beschriebenen Enzyme bzw. Enzymkombinationen.

In einer bevorzugten Ausführungsform zur Verflüssigung des Stärkeanteils wird die Maische zunächst durch Einbringen von Direktdampf auf eine Temperatur oberhalb der Verkleisterungstemperatur der Stärke erhitzt. Typischerweise wird man auf eine Tem- peratur erhitzen, die wenigstens 10 K und insbesondere wenigstens 20 K, z. B. 10 bis 80 K, insbesondere 20 bis 60 K oberhalb der jeweiligen Verkleisterungstemperatur liegt. Vorzugsweise erhitzt man die Suspension auf Temperaturen im Bereich von 80 bis 120 ⁰C, insbesondere im Bereich von 90 bis 1 15 ⁰C und speziell im Bereich von 95 bis 1 10 ⁰C.

Bei dem zum Erhitzen eingesetzten Direktdampf handelt es sich typischerweise um überhitzen Wasserdampf, der eine Temperatur von wenigstens 105 ⁰C, insbesondere wenigstens 1 10 ⁰C, z. B. 110 bis 210 ⁰C, aufweist. Der Einsatz von Sattdampf ist aber ebenfalls möglich. Vorzugsweise wird der Dampf mit Überdruck in die Suspension eingebracht. Dementsprechend weist der Dampf vorzugsweise einen Druck von wenigstens 1 ,5 bar, z. B. 1 ,5 bis 16 bar, insbesondere 2 bis 12 bar auf.

Das Einbringen von Direktdampf in die Maische erfolgt in der Regel so, dass man den Dampf mit Überdruck, vorzugsweise einem Überdruck von 1 bis 10 oder 1 1 bar, insbesondere 1 ,5 bis 5 bar und vorzugsweise mit hoher Geschwindigkeit in die Suspension einträgt. Durch das Eintragen des Dampfes erhitzt sich die Suspension augenblicklich auf Temperaturen oberhalb 90 ⁰C, also auf Temperaturen oberhalb der Verkleiste- rungstemperatur.

Vorzugsweise erfolgt das Erhitzen mit Direktdampf in einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung, in welche man die Maische kontinuierlich mit einem bestimmten Förder- druck, der sich aus der Viskosität der Suspension, der Fördergeschwindigkeit und der Geometrie der Vorrichtung ergibt, einspeist und in die man im Bereich (bzw. der Zone) des Einspeisens der Suspension den heißen Dampf mit Überdruck, bezogen auf den Förderdruck, über eine regelbare Düse einspeist. Durch das Einspeisen des Dampfs mit Überdruck wird die Suspension nicht nur erhitzt, sondern es wird auch mechani- sehe Energie in das System eingetragen, welche eine weitere Durchmischung der

Mehlpartikel fördert, einen besonders gleichmäßigen Energieeintrag bewirkt und somit eine besonders gleichmäßige Verkleisterung der granulären Stärkepartikel im Mehl zur Folge hat. Typischerweise haben diese Vorrichtungen eine röhrenförmige Geometrie. Vorzugsweise erfolgt das Eintragen des Dampfes in Richtung der Längsachse der röh- renförmigen Vorrichtung. Die Suspension wird in der Regel in einem flachen Winkel zum Dampfstrom, der in der Regel 50° nicht überschreitet, zugeführt. Die regelbare Düse weist typischerweise eine konische Geometrie auf, die sich in Fließrichtung des Dampfs verjüngt. In dieser Düse ist eine Nadel oder ein auf einer in Längsrichtung verschiebbaren Stange angeordneter Kegel angeordnet. Nadel bzw. Kegel bildet mit dem Konus der Düse einen Spalt. Durch Verschieben der Nadel bzw. der Stange in Längsrichtung lässt sich die Größe des Spalts und damit die Querschnittsfläche der Düsenöffnung in einfacher Weise einstellen, wodurch man in einfacher Weise die Geschwindigkeit des Dampfeintrags regulieren kann.

Typischerweise weisen diese Vorrichtungen außerdem ein Vermischungsrohr auf, in welches die Suspension nach dem Dampfeintrag transportiert und aus der Vorrichtung ausgetragen wird. Dieses Vermischungsrohr ist üblicherweise in Richtung des Dampfeintrags angeordnet. Das Vermischungsrohr bildet typischerweise mit der Düse einen Spalt, durch den die Suspension transportiert wird. Durch diesen Spalt wirken beim Transport zusätzliche Scherkräfte auf die Suspension und erhöhen somit den mechanischen Energieeintrag in die Suspension. Das Vermischungsrohr kann in Längsrichtung verschiebbar angeordnet sein. Durch Verschieben des Vermischungsrohrs lässt sich in einfacher Weise die Größe der Spaltöffnung einstellen und damit das Druckgefälle in der Vorrichtung.

Derartige Vorrichtungen sind unter der Bezeichnung Jet-Kocher aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise die in "The Alcohol Textbook", Kapitel 2, loc. cit, Figur 13 dargestellte Vorrichtung und kommerziell erhältlich, beispielsweise unter der Bezeichnung HYDROHEATER® oder JetCooker® der Fa. Hydro Thermal Corp. Waukes- ha WI, USA.

Die mit Direktdampf erhitzte Maische wird in der Regel im Anschluss daran in eine Nachreaktionszone überführt, um das Gelieren der Stärkebestandteile fortzusetzen. Gleichzeitig beginnt das verflüssigende Enzym die Stärke zu hydrolysieren. In der Nachreaktionszone herrscht typischerweise Überdruck, typischerweise ein Absolutdruck im Bereich von 2 bis 8 bar. Die Temperaturen in der Nachreaktionszone liegen typischerweise im Bereich von 80 bis 120 ⁰C, insbesondere im Bereich von 90 bis 115 ⁰C. Die Verweilzeit in dieser Nachreaktionszone kann in Abhängigkeit von der Temperatur der Suspension im Bereich von 1 bis 30 min, häufig 2 bis 20 min, und insbesondere 5 bis 10 min, betragen. Die Nachreaktionszonen weisen typischerweise eine röhrenförmige oder säulenförmige Geometrie auf. In einer Ausführungsform weist die Nachreaktionszone die Geometrie einer senkrecht angeordneten Säule auf. Die

Suspension wird hierbei nach Verlassen der Vorrichtung zur Dampfbehandlung im oberen Bereich der Säule aufgebracht und im unteren Bereich entnommen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Nachreaktionszone eine röhrenförmige Geometrie auf.

Nach Verlassen der Nachreaktionszone wird die Suspension in der Regel abgekühlt und man führt dann eine zweite Verflüssigung durch. Diese Abkühlung kann durch Entspannung der unter Druck stehenden Lösung erfolgen. Vorzugsweise führt man die Entspannung als Flash-Verdampfung durch, um die Suspension abzukühlen, vorzugs- weise auf Temperaturen von maximal oder unterhalb 110 ⁰C, insbesondere von maximal oder unterhalb 105 ⁰C, z. B. im Bereich von 80 bis 1 10 ⁰C, bevorzugt 90 bis 105 ⁰C und ganz besonders bevorzugt 95 bis 100 ⁰C. In der Regel erfolgt dann eine Verflüssigung der so aufgeschlossenen Stärke in einem separaten Reaktionsgefäß. Gegebenenfalls kann es sinnvoll sein, statt Zugabe der gesamten Menge des verflüssi- genden Enzyms vor oder während des Erhitzens, eine Teilmenge davon nach Einstellung der Temperatur zur zweiten Verflüssigung zuzugeben. Diese Teilmenge kann 0 bis 80 %, bevorzugt 10 bis 60 % und ganz besonders bevorzugt 15 bis 40 % der Gesamtmenge an verflüssigendem Enzym betragen. Die zweite Verflüssigung kann über einen Zeitraum von 30 bis 240 min, bevorzugt 45 bis 180 min und ganz besonders be- vorzugt 60 bis 120 min, erfolgen. Die zweite Verflüssigung kann in einem kontinuierlichen Strömungsrohr, kontinuierlich in einer Rührkesselkaskade oder in diskontinuierlichen Rührkesseln erfolgen. Bei Verwendung von Rührkesseln ist es vorteilhaft, eine ausreichende Anzahl von Rührkessels vorzusehen, die es erlaubt, einzelne Rührkessel parallel zum laufenden Betrieb zu reinigen, ohne Kapazität zu verlieren.

Zum vollständigen Abbau der Stärke zu Dextrinen wird das Reaktionsgemisch so lange bei der eingestellten Temperatur gehalten oder gegebenenfalls weiter erhitzt, bis der Stärkenachweis mit Jod oder gegebenenfalls ein anderer Test zum Nachweis von Stärke negativ oder mindestens im Wesentlichen negativ ausfällt. Gegebenenfalls können hierbei noch eine oder mehrere weitere Teilmengen α-Amylase, z. B. im Bereich von 0,001 bis 0,5 Gew.-% und bevorzugt 0,002 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Ge- samtmenge der eingesetzten Stärkequelle, zu der Reaktionsmischung gegeben werden.

Anstelle des Erhitzens der Maische durch Direktdampf, kann man diese auch indirekt mit einem Heizmedium, z. B. Dampf, in so genannten "Wide Gap"-Wärmetauschern auf die gewünschte Temperatur erhitzen, wodurch eine Verdünnung der Mehlsuspension durch den eingetragenen Dampf vermieden wird. Auch hier wird in der Regel eine Nachreaktion und eine zweite Verflüssigung durchgeführt, wie für das Erhitzen mit Direktdampf beschrieben. Bezüglich der dabei ergriffenen Maßnahmen gilt das zuvor Gesagte in analoger Weise.

Auf diese Weise erhält man ein wässriges Stärkepartialhydrolysat, welches den verflüssigten Stärkeanteil aus dem Mehl, typischerweise Dextrine und gegebenenfalls weitere Oligosaccharide und Mono- oder Disaccharide, sowie zumindest einen Teil der Proteinbestandteile des Mehls enthält.

Nach abgeschlossener Verflüssigung der Stärke erfolgt eine Verzuckerung der in dem wässrigen Stärkepartialhydrolysat enthaltenen Dextrine, d. h. deren Abbau zu Glukose bzw. Saccharose. Die Verzuckerung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in an sich bekannter Weise durchgeführt werden.

Die Verzuckerung der Dextrine (d. h. Oligosaccharide) in der verflüssigten Stärkelösung erfolgt in der Regel auf enzymatischem Wege, d. h. mit Hilfe wenigstens eines die Dextrine verzuckernden Enzyms. Hierzu können grundsätzlich alle Glucoamylasen (Enzymklasse EC 3.2.1.3) eingesetzt werden, insbesondere Glucoamylasen, die aus Aspergilus gewonnen wurden und speziell solche, die zum Verzuckern von durch Dry- Milling-Verfahren gewonnenen Materialien im Rahmen der Herstellung von Bioethanol verwendet werden. Die zum Verzuckern geeigneten Glucoamylasen sind auch kommerziell erhältlich, beispielsweise von Novozymes unter der Bezeichnung Dextrozyme GA; oder von Genencor unter der Bezeichnung Optidex. Es kann auch eine Kombina- tion verschiedener Glucoamylasen verwendet werden. Das wenigstens eine verzuckernde Enzym, insbesondere wenigstens eine Glucoamy- lase, wird dem nach der Verflüssigung erhaltenen dextrinhaltigen Flüssigmedium üblicherweise in einer Menge von 0,001 bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt von 0,005 bis 3,0 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.%, speziell 0,05 bis 1 ,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Stärkequelle, zugesetzt.

In der Regel wird die verflüssigte Stärkelösung üblicherweise auf das Temperaturoptimum des verzuckernden Enzyms oder leicht darunter, z. B. auf 40 bis 70 ⁰C, bevorzugt 50 bis 65 ⁰C und insbesondere 60 bis 63 ⁰C abgekühlt bzw. temperiert und anschlie- ßend mit dem verzuckernden Enzym versetzt. Vorzugsweise wird das wässrige Stär- kepartialhydrolysat unmittelbar im Anschluss an die Verflüssigung einer Verzuckerung unterworfen. Das heiße wässrige Stärkepartialhydrolysat wird dann auf die oben genannten Temperaturen abgekühlt, bevor das verzuckernde Enzym zugegeben wird. Diese Abkühlung erfolgt vorteilhaft in einem Wärmetauscher, wobei die freiwerdende Energie zur Vorwärmung anderer Prozessströme genutzt werden kann.

Vorteilhafterweise erfolgt die Verzuckerung bei einem pH-Wert im optimalen Wirkungsbereich des eingesetzten Enzyms, vorzugsweise bei einem pH-Wert im Bereich von 3,0 bis 5,5, insbesondere im Bereich von 4,0 bis 5,0 und besonders bevorzugt im Be- reich von 4,2 bis 4,8. Vorzugsweise wird der pH-Wert vor Zugabe des verzuckernden Enzyms, insbesondere der Glucoamylase, auf den gewünschten Wert eingestellt.

Die Verzuckerung kann diskontinuierlich in Rührreaktoren oder kontinuierlich in einem Strömungsrohr oder besonders bevorzugt in einer Rührkesselkaskade erfolgen. Bei Verwendung von Rührkesseln ist es vorteilhaft, eine ausreichende Anzahl von Rührkesseln vorzusehen, die es erlaubt, einzelne Rührkessel parallel zum laufenden Betrieb zu reinigen, ohne Kapazität zu verlieren.

Nach Zugabe des verzuckernden Enzyms wird die dextrinhaltige Suspension vorzugs- weise für einen Zeitraum von z. B. 8 bis 72 h oder länger, sofern erforderlich, häufig 12 bis 60 h, bevorzugt 24 bis 54 h und besonders bevorzugt 36 bis 48 h bei der eingestellten Temperatur gehalten, wobei die Dextrine zu Mono- und Disacchariden verzuckert werden. Der Fortschritt der Verzuckerung kann mit dem Fachmann bekannten Methoden, z. B. HPLC, Enzymtests oder Glucose-Teststäbchen, verfolgt werden. Die Verzu- ckerung ist abgeschlossen, wenn die Konzentration der Monosaccharide nicht mehr wesentlich ansteigt oder wieder fällt.

Schritt d):

Durch die Verzuckerung erhält man eine wässrige Glukoselösung, die neben Glukose gegebenenfalls noch die nicht hydrolysierten Bestandteile des Mehls als Feststoffe in suspendierter Form enthält. Bei diesen Feststoffen handelt es sich in erster Linie um den Glutenanteil der Endospermfraktion.

Sofern nicht bereits vor der Durchführung von Schritt c) eine das Gluten vollständig angereichert wurde, führt man erfindungsgemäß im Anschluss an Schritt c) eine Anreicherung des Glutens aus der Glukose durch. Es ist auch möglich, und in vielen Fällen zweckmäßig, sowohl vor der Durchführung von Schritt c) als auch im Anschluss daran eine solche Abreicherung durchzuführen. Dabei wird in der Regel zunächst in einer Teilmenge des Glutens aus dem zu verzuckernden Stärkematerial abgereichten, bei- spielsweise indem man in einer Teilmenge der Endospermfraktion den Glutenbestand- teil weitgehend oder vollständig abreichert und diese, bezüglich des Glutens abgerei- cherte Teilmenge zusammen mit der Restmenge der Endospermfraktion aus Schritt a), die bezüglich des Glutenbestandteils nicht abgereichert ist, vereinigt, z.B. in eine Suspension überführt und dann Schritt c) und Schritt d) durchführt.

Zur Abreicherung des Glutens aus der Glukose wird man in der Regel so vorgehen, dass man die Gesamtmenge der in Schritt c) hergestellten, Gluten enthaltenden Glukoselösung einer Feststoffabtrennung unterwirft. Man kann jedoch auch nur einen Teilstrom der in Schritt b) hergestellten, Gluten enthaltenden Glukoselösung einer Fest- stoff abtrenn ung unterwerfen und die verbleibende, Gluten enthaltende Glukose einer anderen Verwendung zuführen, beispielsweise einer Bioethanol-Herstellung.

In der Regel erfolgt eine Abreicherung in dem Maße, dass wenigstens 70 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 85 Gew.-% und insbesondere wenigstens 90 Gew.-% oder gar wenigstens 95 Gew.-% der in der Glukoselösung enthaltenen Glutenbestandteile abgetrennt werden.

Die Abtrennung des Glutens und der gegebenenfalls vorhandenen Kleie kann auf jede bekannte der Fest-/Flüssig-T rennung erfolgen, wobei mechanische Verfahren wie Zentrifugation, Dekantierung und Filtration, einschließlich Kombinationen dieser Maßnahmen, bevorzugt sind.

Für die Abtrennung der Feststoffe aus der Glukoselösung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die der Abtrennung zugeführte Glukoselösung eine Temperatur im Bereich von 60 bis 100 ⁰C, insbesondere im Bereich von 70 bis 90 ⁰C und besonders bevorzugt im Bereich von 75 bis 85 ⁰C aufweist. Hierzu wird man in der Regel die in Schritt b) erhaltene Glukoselösung vor der Abreicherung der Feststoffbestandteile Gluten und Kleie auf die gewünschte Temperatur erwärmen. Das Erwärmen erfolgt vorteilhaft in einem Wärmetauscher, wobei die benötigte Energie zur Abkühlung anderer Prozessströme genutzt werden kann. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der pH-Wert der Glukoselösung vor dem Abreichern der Feststoffe auf einen Wert im Bereich von 4,0 bis 6,5, insbesondere im Bereich von 4,5 bis 6,0 und besonders bevorzugt im Bereich von 5,0 bis 5,5 eingestellt wird. Zur Einstellung des pH-Wertes kann jede beliebige Base, vor- zugsweise jedoch ein Alkalimetallhydroxid, z. B. Natronlauge, oder Ammoniak eingesetzt werden.

Bei der Abreicherung erhält man eine feststoffarme Glukoselösung und eine feststoffreiche Fraktion, welche den Gluten und gegebenenfalls Kleiebestandteile enthält und die einen geringeren Glukoseanteil als die feststoffarme Glukoselösung aufweist.

Die feststoffarme Glukoselösung kann noch geringe Mengen an ungelösten Feststoff enthalten, wobei die Menge in der Regel 15 Vol.-%, insbesondere 10 Vol.-% und speziell 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der wässrigen Glukoselösung, nicht überschreitet und häufig im Bereich von 0,001 bis 15 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 10 Vol.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 0,02 bis 5 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der wässrigen Glukoselösung, liegt. Die Bestimmung des ungelösten Feststoffes erfolgt durch Zentrifugation der Glukoselösung in graduierten Zentrifugenröhrchen bei 1650 g über 15 min und anschließendes Ablesen der Menge an ungelöstem Feststoff.

Zur Erzielung einer hohen Glukoseausbeute ist es von Vorteil, wenn man die bei der Fest-/Flüssig-T rennung erhaltene feststoffreiche Fraktion in Wasser resuspendiert und anschließend einer erneuten Fest-/Flüssig-T rennung unterzieht. Die Menge an Wasser liegt typischerweise im Bereich von 1 bis 15 l/kg suspendierter Feststoff, gerechnet als Trockensubstanz oder im Bereich von 1 bis 20 I pro I feuchtem, abgetrenntem Feststoff. Durch diese zweite Fest-/Flüssig-T rennung erhält man eine flüssige Phase, welche Teile der in der Feststoffphase der ersten Fest-/Flüssig-T rennung enthaltenen Glukose gelöst enthält. Die flüssige Phase wird dann der flüssigen Phase der ersten Fest-/Flüssig-T rennung zugeschlagen. Zur weiteren Erhöhung der Glukose-Ausbeute kann dieser Vorgang, d. h. das Resuspendieren des erhaltenen Feststoffs in Wasser und anschließende Fest-/Flüssig-T rennung ein- oder mehrfach wiederholt werden, wobei jeweils die erhaltenen wässrigen Glukoselösungen der in der ersten Fest-/Flüssig- Trennung erhaltenen Glukoselösung zugeschlagen werden.

Die Temperatur, bei der die zweite und die gegebenenfalls weiteren Fest-/Flüssig- Trennung(en) durchgeführt werden, liegt typischerweise im Bereich von 60 bis 100 ⁰C, vorzugsweise im Bereich von 70 bis 90 ⁰C und besonders bevorzugt im Bereich von 75 bis 85 ⁰C. Bezüglich des pH-Wertes gilt das zuvor für die erste Fest-/Flüssig- Trennung Gesagte. Das Wasser, welches zum Resuspendieren der feststoffreichen Fraktion der ersten und der weiteren Fest-/Flüssig-T rennungen verwendet wird, kann Frischwasser sein. Häufig wird man jedoch zum Resuspendieren die wässrige Glukoselösung einer späteren Fest-/FlüssigTrennung einsetzen, um die Verdünnung der zusammengeführten feststoffarmen Glukoselösungen der einzelnen Fest-/Flüssig-Trennungsstufen durch Frischwasser zu reduzieren und den Frischwasserbedarf insgesamt zu verringern. Beispielsweise wird man bei drei sukzessiven Fest-/Flüssig-T rennungen die Flüssigphase der dritten Fest-/Flüssig-T rennung zum Resuspendieren der Feststoffphase der zweiten Fest-/Flüssig-T rennung verwenden und die flüssige Phase der zweiten Fest- /Flüssig-T rennung zum Resuspendieren der feststoffreichen Phase der ersten Fest- /Flüssig-T rennung verwenden. Neben dem Frischwasser kann aber auch Prozesswasser eingesetzt werden, das z. B. bei der späteren Eindampfung der Glucose-Lösung als Kondensat anfällt, oder dass bei der Trocknung der Nebenprodukte (z. B. Gluten oder Biomasse) anfällt.

Zur weiteren Verringerung der Feststoffanteile in den so erhaltenen wässrigen Glukoselösungen kann es von Vorteil sein, diese einer so genannten Polierstufe zu unterwerfen, um weitere, darin enthaltene Feststoffe abzureichern. Die weitere Abreicherung kann auf jede bekannte Art der Fest-/Flüssig-T rennung erfolgen, wie beispielsweise Membranfiltration, einschließlich Mikrofiltration und Ultrafiltration, konventionelle Filtration, Flotation, Zentrifugieren, Dekantieren oder Separieren. Auch mehrstufige Ausführungsformen, die sich aus beliebiger Verschaltung der hier genannten Verfahren ergeben, sind denkbar.

Die feststoffarme Glukoselösung, welche nach Abreichern des Glutens und gegebenenfalls vorhandener Kleie aus der in Schritt b) erhaltenen wässrigen Glukose erhältlich ist, ist neu und eignet sich in besonderer Weise zur Herstellung von Chemikalien. Die wässrige Glukoselösung ist daher ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.

Unter dem Trockenmasseanteil bzw. Trockenmassegehalt versteht man die Gesamtmenge an gelösten und nicht-gelösten Feststoffen in der wässrigen Glukoselösung. Diese lassen sich durch Eindampfen der Glukoselösung in an sich bekannter Weise ermitteln. Hierzu wird eine bestimmte Menge der jeweiligen Glukoselösung im Tro- ckenschrank bei 80 ⁰C zur Trockne eingedampft. Auswiegen des Trockenrückstandes liefert den Trockenmassegehalt. Alternativ können Trockenwagen eingesetzt werden, wie sie beispielsweise von der Fa. PCE Deutschland, Meschede, zu diesem Zweck vertrieben werden.

Bezogen auf die in der wässrigen Glukoselösung enthaltenen Feststoffe, d.h. den Trockenmassegehalt, weist die wässrige Glukoselösung die folgenden charakteristischen Bestandteile auf: a) 80 bis 98 Gew.-%, vorzugsweise 93 bis 97 Gew.-% Zucker in Form von Glukose und gegebenenfalls Disacchariden wie Saccharose, Maltose und Isomaltose, b) 0,5 bis 7,0 Gew.-%, vorzugsweise 1 ,0 bis 4,0 Gew.-% Rohprotein, c) 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Rohfasern, d) 80 bis 1000 mg/kg, (0,008 bis 0,1 Gew.-%), vorzugsweise 100 bis 800 mg/kg freie Aminosäuren und e) 0,01 bis 1 ,0 Gew.-% Rohaschebestandteile.

Eine Glukoselösung mit einer derartigen Zusammensetzung ist neu und ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Daneben kann die Glukoselösung noch geringe Mengen an Öl/Fett aus dem Keimling enthalten. Die Hauptmenge etwaiger Öl/Fettbestandteile wird jedoch in der Regel zu- sammen mit dem Gluten in Schritt d) abgetrennt. Gleiches gilt für etwaige Kleiebestandteile, die vor der Durchführung von Schritt c) nicht abgetrennt wurden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das in Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens anfallende Gluten. Im erfindungsgemäßen Verfahren fällt er in einer Menge von 4 bis 40 Gew.-%, insbesondere 8 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse des eingesetzten Korns, an. Das Gluten weist in der Regel die folgende Bruttozusammensetzung auf, wobei die Angaben jeweils auf die Gesamttrockenmasse des Glutens bezogen sind.

a) 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere 20 bis 55 Gew.-% Rohprotein; b) 1 bis 65 Gew.-%, insbesondere 2 bis 60 Gew.-% Zuckerbestandteile; c) bis zu 20 Gew.-%, häufig 0,5 bis 10 Gew.-% Rohfett, Pflanzenfette und/oder Pflanzenöle; d) bis zu 20 Gew.-%, insbesondere 1 bis 12 Gew.-% Rohfaserbestandteile; und e) bis zu 15 Gew.-%, z. B. 0,1 bis 10 Gew.-%, davon verschiedene, feste Bestandteile, auch als Rohasche bezeichnet.

Bei dem in Schritt d) abgetrennten Gluten handelt es sich um einen feinteiligen Feststoff, der nach Abtrennung in der Regel eine Feuchte im Bereich von 50 bis 85 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 55 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des abgetrennten Glutens aufweisen. Das Gluten kann in an sich bekannter Weise zu einem feinteiligen, nicht staubenden bis leicht staubenden und nicht klebenden Pulver getrocknet werden. Die Feuchte liegt dann typischerweise unterhalb 50 Gew.-%, in der Regel unterhalb 30 Gew.-%, speziell unter 15 Gew.-%. Ein feuchtes Gluten mit mei- nem Trockenmasseanteil von 35 Gew.-%, bzw. einem Wassergehalt von 185 %, bezogen auf den trockenen Gluten, verhält sich wie ein Feststoff. Die mittlere Teilchengröße der Glutenpartikel (Gewichtsmittel, bestimmt durch Lichtstreuung oder durch Siebanalyse), liegt typischerweise im Bereich von 50 bis 600 μm und insbesondere im Bereich von 100 bis 500 μm.

Das erfindungsgemäße Gluten hat ein hohes Wasseraufnahmevermögen und ist in der Lage, bis zu 185 Gew.-% Wasser, bezogen auf sein Trockengewicht, zu absorbieren, ohne dabei klebrig zu werden. Es eignet sich daher in besonderer Weise als Formulierungshilfsmittel, insbesondere zur Herstellung von festen Formulierungen feuchter oder pastöser Stoffe, die ihrerseits zum Verkleben neigen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Gluten zur Formulierung einer Biomasse, wie sie bei einer Fermentation anfällt. Auf diese Weise erhält man ein nicht-klebriges, Biomasse und Gluten enthaltendes Produkt, das beispielsweise als Futtermittel oder Futtermittelbestandteil eingesetzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Gluten zeichnet sich zudem durch ein hohes Absorptionsvermögen für Öle und ölartige Substanzen, insbesondere für Pflanzenöle auf. Er eignet sich daher in besonderem Maße für die Herstellung fester Formulierungen hochwertiger Pflanzenöle oder Pflanzeölbestandteile oder Substanzen mit vergleichbaren Eigenschaften wie Tocopherole.

Durch Hydrolyse der im erfindungsgemäßen Gluten vorliegenden Proteine können lösliche Peptide erzeugt werden, die ggf. nach Abtrennung der nicht-hydrolysierten GIu- tenbestandteile beispielsweise in der Humanernährung eingesetzt werden können. Die Hydrolyse kann z.B. enzymatisch durch entsprechende Proteasen durchgeführt wer- den. Zur Abtrennung der nicht-hydrolysierten Proteinbestandteile können übliche Methoden der Fest-/Flüssig-T rennung wie z.B. Zentrifugations- oder Filtrationsverfahren, im speziellen Membranfiltrationsverfahren eingesetzt werden.

Die nach der/den Fest-/Flüssig-Trennung(en) erhaltene wässrige Glukose kann gege- benenfalls in einer ein- oder mehrstufigen Eindampfung auf die gewünschte Glukosekonzentration aufkonzentriert werden. Hierfür wird man die wässrige Glukoselösung bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 100 ⁰C, vorzugsweise im Bereich von 70 bis 95 ⁰C und besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 90 ⁰C, vorzugsweise unter Anlegen von vermindertem Druck, einengen. Vorzugsweise wird man das Einengen solan- ge betreiben, bis eine Glukosekonzentration von wenigstens 40 Gew.-%, insbesondere wenigstens 50 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 55 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 60 Gew.-%, zum Beispiel im Bereich von 40 bis 80 Gew.- %, bevorzugt im Bereich von 50 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 55 bis 70 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 65 Gew.-% erreicht wird.

Verwendung der Glukose zur Herstellung von organischen Substanzen Die so erhaltene Glukoselösung kann anschließend als Kohlenstoffquelle zur Herstellung von organischen Substanzen, d. h. Chemikalien, verwendet werden.

Der Begriff Chemikalien ist weit auszulegen und umfasst alle organischen Substanzen, d. h. sowohl definierte niedermolekulare Verbindungen, Oligomere, Polymere, einschließlich Enzyme, als auch Biomassen mit charakteristischen Eigenschaften wie z. B. Hefen oder Single Cell Proteine, die ausgehend von Glukose, hergestellt werden oder hergestellt werden können. Die Herstellung der organischen Substanz kann so- wohl durch Fermentation als auch auf nicht-fermentativem Wege erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet insbesondere Vorteile bei der Herstellung von Chemikalien, die von Ethanol verschieden sind, da hier in der Regel höhere Anforderungen an die Glukosequalität bestehen.

Beispiele für organische Substanzen die auf nicht-fermentativem Wege aus Glukose herstellbar sind, umfassen 5-Hydroxymethlyfurfural, Laevulinsäure, Glukonsäure, GIu- koronsäure, 2-Keto-Glukonsäure, Glutarsäure, Sorbitol, Isosorbid und Alkylpolygluko- side, Polyole wie Ethylenglycol, Propylenglycol und HFCS (High-Fructose-Corn Syrup).

Beispiele für organische Substanzen die auf fermentativem Wege aus Glukose herstellbar sind, sind beispielsweise

gegebenenfalls Hydroxylgruppen tragende Mono-, Di- und Tricarbonsäuren mit 2 bis 10 C-Atomen, z. B. Weinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, 3-Hydroxypropionsäure, Fumarsäure, Maleinsäure,

2,5-Furandicarbonsäure, Glutarsäure, Lävulinsäure, Gluconsäure, Aconitsäure und Diaminopimelinsäure und Zitronensäure; proteinogene und nicht-proteinogene Aminosäuren, z. B. Lysin, Glutamat, Methi- onin, Phenylalanin, Asparaginsäure, Tryptophan und Threonin; - Purinbasen und Pyrimidinbasen;

Nukleoside und Nukleotide, z. B. Nikotinamidadenindinukleotid (NAD) und Ade- nosin-5'-monophosphat (AMP);

Lipide, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren mit vorzugsweise 10 bis 22 C-Atomen, z. B. γ-Linolensäure, Dihomo-γ-linolensäure, Arachidonsäure, Eicosapentaensäu- re und Docosahexaensäure;

Diole mit 3 bis 10 C-Atomen, z. B. Propandiol und Butandiol; mehrwertige Alkohole mit 3 oder mehr Hydroxylgruppen, z. B. mit 3, 4, 5 oder 6

OH-Gruppen, z. B. Glycerin, Sorbitol, Manitol, Xylitol und Arabinitol; - langkettige Alkohole mit wenigstens 4 C-Atomen, z. B. mit 4 bis 22 C-Atomen, z. B. Butanol;

Kohlenhydrate, z. B. Hyaluronsäure und Trehalose; aliphatische Amine, insbesondere aliphatische Diamine mit 3 bis 10 C-Atomen wie 1 ,5-Pentandiamin; aromatische Verbindungen, z. B. aromatische Amine, Vanillin und Indigo;

Vitamine und Provitamine, z. B. Ascorbinsäure, Vitamin Bβ, Vitamin B12 und Ri- boflavin;

Cofaktoren und Nutrazeutika;

Proteine, z. B. Enzyme wie Amylasen, Pektinasen, saure, hybride oder neutrale

Zellulasen, Esterasen wie Lipasen, Pankreasen, Proteasen, Xylanasen und Oxi- doreduktasen wie Laccase, Katalase und Peroxidase, Glucanasen sowie Phyta- sen;

Hefen, z. B. Backhefen oder Brauereihefen;

Carotenoide, z. B. Lycopin, ß-Carotin, Astaxanthin, Zeaxanthin und Canthaxan- thin;

Ketone mit 3 bis 10 C-Atomen, z. B. Aceton und Acetoin; - Lactone, z. B. γ-Butyrolacton;

Polyhydroxyalkanoate, z. B. Polyhydroxyacetat;

Polylactide;

Polysaccharide, z. B. Glucan, Mannan, Galactan;

Polyisoprenoide; - Polyamide und

Cyclodextrine.

Der Begriff "Cofaktor" umfasst nicht-proteinartige Verbindungen, die für das Auftreten einer normalen Enzymaktivität nötig sind. Diese Verbindungen können organisch oder anorganisch sein; die erfindungsgemäßen Cofaktor-Moleküle sind vorzugsweise organisch. Beispiele solcher Moleküle sind NAD und Nikotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP); die Vorstufe dieser Cofaktoren ist Niacin.

Der Begriff "Nutrazeutikum" umfasst Nahrungsmittelzusätze, die bei Pflanzen und Tie- ren, insbesondere dem Menschen, gesundheitsfördernd sind. Beispiele solcher Moleküle sind Vitamine, Antioxidantien und bestimmte Lipide, z. B. mehrfach ungesättigte Fettsäuren.

Verwendung der Glukose in einer Fermentation

Ein bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäß erhältlichen Glukoselösung als Glukosequelle für die fermentative Herstellung einer organischen Substanz, wie oben definiert.

Dementsprechend ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Substanz durch Fermentation, umfassend die folgenden Schritte: i. Bereitstellung einer erfindungsgemäßen wässrigen Glukoselösung, z. B. durch Herstellung der Glukoselösung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und

ii. Zugabe der Glukoselösung zu einem Fermentationsmedium, das einen Mikroorganismus enthält, welcher zur Überproduktion der organischen Substanz befähigt.

Die Durchführung der Fermentation kann in der dem Fachmann bekannten üblichen Art und Weise erfolgen. Hierzu wird in man der Regel den jeweils gewünschten Mikroorganismus unter Verwendung einer erfindungsgemäß hergestellten wässrigen Glukose kultivieren.

Das Fermentationsverfahren kann sowohl diskontinuierlich (Batchfahrweise) als auch semikontinuierlich (Fed-Batch-Fahrweise, einschließlich Fedbatch mit Zwischenernten) betrieben werden, wobei die semikontinuierliche Fahrweise bevorzugt ist.

Beispielsweise wird man die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene wäss- rige Glukoselösung (im folgenden auch als erfindungsgemäße Glukose bezeichnet) - gegebenenfalls zusammen mit einer konventionellen Zuckerquelle sowie gegebenenfalls nach Verdünnen mit Wasser und Zugabe üblicher Medienbestandteile wie Puffer, Nährsalze, Stickstoffquellen wie Ammoniumsulfat, Harnstoff etc., komplexe Nährmedienbestandteile, enthaltend Aminosäuren, wie Hefeextrakte, Peptone, CSL und dergleichen, mit dem gewünschten Mikroorganismus inokulieren, und diesen unter Fer- mentationsbedingungen vermehren, bis die Mikroorganismenkonzentration den für die Fermentation gewünschten stationären Zustand erreicht. Hierbei wird die in der erfindungsgemäßen Glukoselösung enthaltenen Zucker verstoffwechselt und das gewünschte Wertprodukt gebildet (so genannte Batchfahrweise oder Batchphase).

Konventionellen Zuckerquelle im Sinne dieser Erfindung sind grundsätzlich alle verstoffwechselbare Mono-, Di- und/oder Oligosaccharide, die nicht durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden. Hierzu zählen sowohl die Reinform Mono-, Di- und/oder Oligosacchariden und deren Gemische sowie Zusammensetzungen, welche verstoffwechselbare Mono-, Di- und/oder Oligosaccharide in einer Konzentration von wenigstens 45 Gew.-% enthalten und welche typischerweise im Wesentlichen frei sind von in Wasser unlöslichen Feststoffen, z. B. eine Low Quality Molasse mit 45 und 50 Gew.-% Zucker.

Aufgrund des großen Anteils an freien Aminosäuren in der erfindungsgemäßen Gluko- se kann überraschenderweise auf den Zusatz sonstiger komplexer Nährmedienbestandteile verzieht bzw. ihre Menge drastisch reduziert werden, was ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Glukoselösung ist. Bei der Fed-Batch-Fahrweise wird man durch Zugabe der erfindungsgemäß erhältlichen Glukoselösung den Fermentationsprozess weiter fortführen. Hierbei reichert sich das vom Mikroorganismus überproduzierte Stoffwechselprodukt in der Fermentations- brühe an, wobei das Stoffwechselprodukt sowohl in den Zellen des Mikroorganismus als auch in der wässrigen Phase des Fermentationsmediums vorliegen kann.

Vorzugsweise wird man die Fermentation semikontinuierlich, d. h. als Fed-Batch durchführen. Dabei wird man so vorgehen, dass man den Mikroorganismus zunächst unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Glukose Lösung und/oder einer anderen Zuckerquelle vermehrt, bis die gewünschte Mikroorganismenkonzentration im Fermenter erreicht ist. Anschließend wird die erfindungsgemäße wässrige Glukoselösung, gegebenenfalls mit einer oder mehreren weiteren konventionellen Zuckerquellen, dem Fermenter zugeführt. Hierdurch wird der Fermentationsprozess aufrechterhalten und das vom Mikroorganismus überproduzierte Stoffwechselprodukt reichert sich in der Fermentationsbrühe an (s. o.). Insbesondere über die Zufuhrgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen wässrigen Glukose kann der Zuckergehalt in der Fermentationsbrühe reguliert werden. In der Regel wird man die Zufuhrgeschwindigkeit so einstellen, dass die Glukosekonzentration in der Fermentationsbrühe im Bereich von > 0 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% liegt und insbesondere einen Wert von 3 Gew.-% nicht überschreitet.

Die erfindungsgemäße Glukose kann vor der Fermentation gegebenenfalls sterilisiert werden, wobei man die kontaminierenden Mikroorganismen üblicherweise durch thermische abtötet. Hierzu heizt man die erfindungsgemäße Glukose üblicherweise auf Temperaturen oberhalb 80 ⁰C auf. Die Abtötung bzw. Lyse der Kontaminanten kann unmittelbar vor der Fermentation erfolgen. Hierzu wird die gesamte zuckerhaltige Flüssigmedium der Sterilisation zugeführt.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von organischen Verbindungen, die von Bioethanol verschieden sind, insbesondere organischen, vorzugsweise nicht-flüchtigen Verbindungen mit mindestens 3 C-Atomen oder mit mindestens 2 C-Atomen und mindestens 1 N-Atom. Diese Verbindungen weisen naturgemäß Wasserstoff und gegebenenfalls Sauerstoff und gegebenenfalls Phosphor und/oder Schwefel als weitere Atome auf. Hierbei werden unter nichtflüchtigen organischen Ver- bindungen solche Verbindungen verstanden, die sich auf destillativem Weg nicht un- zersetzt aus der Fermentationsbrühe gewinnen lassen. Diese Verbindungen weisen in der Regel einen Siedepunkt oberhalb des Siedepunktes von Wasser, häufig oberhalb 150 ⁰C und insbesondere oberhalb 200 ⁰C bei Normaldruck auf. In der Regel handelt es sich um Verbindungen, die bei Normalbedingungen (298 K, 101 ,3 kPa) in festem Zustand vorliegen. Es ist jedoch auch möglich, das erfindungsgemäße zuckerhaltige Flüssigmedium in einer Fermentation zur Herstellung nichtflüchtiger Stoffwechselpro- dukte einzusetzen, die bei Normaldruck einen Schmelzpunkt unterhalb des Siedepunktes von Wasser oder/und eine ölige Konsistenz aufweisen.

Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Enzymen, Aminosäuren, Vitaminen, Nukleotiden, Di-, Oligo- und Polysacchariden, aliphati- schen Mono- und Dicarbonsäuren mit 3 bis 10 C-Atomen, aliphatischen Hydroxycar- bonsäuren mit 3 bis 10 C-Atomen, Ketonen mit 3 bis 10 C-Atomen, Alkanolen mit 4 bis 10 C-Atomen und Alkandiolen mit 3 bis 10 und insbesondere 3 bis 8 C-Atomen und Aminen, insbesondere aliphatischen Diaminen mit 3 bis 10 C-Atomen.

Es versteht sich für den Fachmann, dass die derart auf fermentativem Weg hergestellten Verbindungen jeweils in der von den eingesetzten Mikroorganismen produzierten Enantiomerenform erhalten werden (sofern unterschiedliche Enantiomere existieren). So erhält man z. B. von den Aminosäuren in der Regel das jeweilige L-Enantiomer.

Die in der Fermentation eingesetzten Mikroorganismen richten sich in an sich bekannter Weise nach den jeweiligen Stoffwechselprodukten, wie unten im Einzelnen erläutert. Sie können natürlichen Ursprungs oder genetisch modifiziert sein. Beispiele für geeignete Mikroorganismen und Fermentationsverfahren sind z. B. in Tabelle A angegeben.

Tabelle A:

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die hergestellte organische Verbindung unter gegebenenfalls Hydroxylgruppen tragenden Mono-, Di- und Tricarbon- säuren mit 3 bis 10 C-Atomen, proteinogenen und nicht-proteinogenen Aminosäuren, Purinbasen, Pyrimidinbasen; Nukleosiden, Nukleotiden, Lipiden; gesättigten und ungesättigten Fettsäuren; Diolen mit 4 bis 10 C-Atomen, mehrwertigen Alkoholen mit 3 oder mehr Hydroxylgruppen, langkettigen Alkoholen mit wenigstens 4 C-Atomen, Kohlenhydraten, insbesondere Di, Oligo- und Polysacchariden, aromatischen Verbindungen, Vitaminen, Provitaminen, Cofaktoren, Nutrazeutika, Proteinen, Carotenoiden, Ketonen mit 3 bis 10 C-Atomen, Lactonen, Aminen, Biopolymeren und Cyclodextrinen ausgewählt.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft den Einsatz der erfindungsgemäß erhältlichen wässrigen Glukoselösung in einer fermentativen Herstellung von Enzymen, z.B. den vorgenannten Enzymen wie Phytasen, Xylanasen oder Gluca- nasen.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft den Einsatz der erfindungsgemäß erhältlichen wässrigen Glukoselösung in einer fermentativen Herstellung von Aminosäuren, z.B. den vorgenannten Aminosäuren wie Lysin, Methionin, Threonin oder Glutamat. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft den Einsatz der erfindungsgemäß erhältlichen wässrigen Glukoselösung in einer fermentativen Herstellung von Vitaminen, z.B. den vorgenannten Vitaminen wie Pantothensäure und Riboflavin, Vorläufern und Folgeprodukten davon.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen den Einsatz der erfindungsgemäß erhältlichen wässrigen Glukoselösung in einer fermentativen Herstellung von

- Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, insbesondere aliphatischen Mono- und Dicar- bonsäuren mit 2 bis 10 C-Atomen wie Essigsäure, Propionsäure, Fumarsäure und Bernsteinsäure; aliphatischen Hydroxycarbonsäuren mit 3 bis 10 C-Atomen wie Milchsäure; langkettigen Alkanolen wie zuvor genannt, insbesondere Alkanolen mit 4 bis 10 C-Atomen wie Butanol;

Diolen wie zuvor genannt, insbesondere Alkandiolen mit 3 bis 10 und insbesondere 3 bis 8 C-Atomen wie Propandiol;

Ketonen wie zuvor genannt, insbesondere Ketonen mit 3 bis 10 C-Atomen wie Aceton; - Aminen, insbesondere aliphatischen Diaminen mit 3 bis 10 C-Atomen wie 1 ,5-Diaminopentan;

Nukleotiden wie 5'-IMP und 5'-GMP, und

Kohlehydraten wie zuvor genannt, insbesondere Disacchariden wie Trehalose, Oligosacchariden und Polysacchariden wie Glucan.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Po- lyhydroxyalkanoate wie Poly-3-hydroxybutyrat und Copolyester mit anderen organischen Hydroxycarbonsäuren wie 3-Hydroxyvaleriansäure, 4-Hydroxybuttersäure und anderen, die in Steinbüchel (a. a. O.) beschrieben sind, z. B. auch langkettige (auch bezeichnet als längerkettige) Hydroxycarbonsäuren wie 3-Hydroxyoctansäure, 3-Hydroxydecansäure und 3-Hydroxytetradecansäure, sowie Mischungen davon. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in S. Y. Lee, Plastic Bacteria Progress and prospects for polyhydroxyalkanoate production in bacteria, Tibtech, Bd. 14, (1996), S. 431-438.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die in der Fermentation eingesetzten Mikroorganismen daher ausgewählt unter natürlichen oder rekombinanten Mikroorganis- men, die wenigstens eines der folgenden Stoffwechselprodukte überproduzieren:

Enzyme wie Phytase, Xylanase oder Glucanase; Aminosäuren wie Lysin, Threonin, Glutamat oder Methionin;

Vitamine wie Pantothensäure und Riboflavin; Vorläufer und/oder Folgeprodukte davon;

Disaccharide wie Trehalose; - Polysaccharide wie Glucan; aliphatische Mono- und Dicarbonsäuren mit 3 bis 10 C-Atomen wie Propionsäure, Fumarsäure und Bernsteinsäure; aliphatische Hydroxycarbonsäuren mit 3 bis 10 C-Atomen wie Milchsäure;

Polyhydroxyalkanoate wie Poly-3-hydroxybutyrat und Copolyester der 3-Hydroxybuttersäure;

Ketone mit 3 bis 10 C-Atomen wie Aceton;

Aminen, insbesondere aliphatischen Diaminen mit 3 bis 10 C-Atomen wie

1 ,5-Diaminopentan;

Alkanole mit 4 bis 10 C-Atomen wie Butanol; und Alkandiole mit 3 bis 8 C-Atomen wie Propandiol.

Geeignete Mikroorganismen sind üblicherweise ausgewählt unter den Gattungen Co- rynebacterium, Brevibacterium, Bacillus, Ashbya, Escherichia, Aspergillus, Alcaligenes, Actinobacillus, Anaerobiospirillum, Lactobacillus, Propionibacterium, Rhizopus, Clostri- dium, Schizophyllum und Sclerotium, insbesondere unter Stämmen von Corynebacte- rium glutamicum, Corynebacterium sp AJ-1526, Brevibacterium ammoniagenes, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Ashbya gossypii, Escherichia coli, Aspergillus niger, Aspergillus terreus, Aspergillus itaconicus, Alcaligenes latus, Anaerobiospirillum succi- niproducens, Actinobacillus succinogenes, Lactobacillus delbrückii, Lactobacillus leichmannii, Propionibacterium arabinosum, Propionibacterium schermanii, Propionibacterium freudenreichii, Clostridium propionicum, Clostridium formicoaceticum, Clostridium acetobutylicum, Rhizopus arrhizus, Rhizopus oryzae, Schizophyllum com- mune und Sclerotium roflsii.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation eingesetzten Mikroorganismus um einen Stamm aus der Gattung Corynebacterium, insbesondere um einen Stamm des Corynebacterium glutamicum. Insbesondere handelt es sich um einen Stamm der Gattung Corynebacterium, speziell des Corynebacterium glutamicum, welcher eine Aminosäure, speziell Lysin, Methionin oder Glutamat überproduziert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation eingesetzten Mikroorganismus um einen Stamm aus der Gattung Escherichia, insbesondere um einen Stamm des Escherichia coli. Insbesondere handelt es sich um einen Stamm der Gattung Escherichia, speziell des Escherichia coli, welcher eine Aminosäure, speziell Lysin, Methionin oder Threonin überproduziert. In einer speziellen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Lysin. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Pfefferle et al., a. a. O., und US 3,708,395. Prinzipiell kommen sowohl eine kontinuierliche als auch eine diskontinuierliche (Batch oder Fed-Batch) Betriebsweise in Betracht, bevorzugt ist die Fed-Batch Betriebsweise.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um

Methionin. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in WO 03/087386 und WO 03/100072. Im Falle der Lysin- herstellung wird hierzu aus der erfindungsgemäß erhaltenen Glukoselösung zusam- men mit Nährsalzen und komplexen Nährmedienbestandteilen, z. B. Melasse ein Medium für die Fermentation von Lysin hergestellt. Dieses Medium kann durch Dampf direkt oder indirekt sterilisiert werden. Nach Sterilisation wird das Medium in einer Fermentation zur Herstellung von Lysin mit üblichen Mikroorganismen, z. B. Corynebacte- rium glutamicum, eingesetzt. Nach Abschluss der Fermentation enthält die Fermentati- onsbrühe neben Lysin auch den Mikroorganismus (Biomasse), gelöste Bestandteile des Nährmediums und ggf. auch nicht-stärkehaltige feste Bestandteile der Stärkequelle, die durch die Fest-/Flüssig-T rennung (s. Kapitel 2.2.3) nicht komplett abgetrennt werden konnten. Die Gewinnung von Lysin kann in üblicher weise erfolgen und ist weiter unten näher erläutert.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Pan- tothensäure. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen be- schrieben wurden, z. B. in der WO 01/021772.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Ri- boflavin. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in WO 01/01 1052, DE 19840709, WO 98/29539, EP 1186664 und Fujioka, K.: New biotechnology for riboflavin (vitamin B2) and character of this ri- boflavin. Fragrance Journal (2003), 31 (3), 44-48.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Fu- marsäure. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Rhodes et al., Production of Fumaric Acid in 20-L Fermen- tors, Applied Microbiology, 1962, 10 (1 ), 9-15.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Milchsäure. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Narayanan et al., Electronic J. Biotechnol. 2004, 7, http://www.ejbiotechnology.info/content/vol7/issue2/full/7/pdf.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Bernsteinsäure. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Int. J. Syst. Bacteriol. 26, 498 - 504 (1976); EP 249773 (1987), Erf.: Lemme u. Datta; US 5,504,004 (1996), Erf.: Guettler, Jain u. Soni; Arch. Microbiol. 167, 332 - 342 (1997); Guettler MV, Rumler D, Jain MK., Actinobacillus succinogenes sp. nov., a novel succinic-acid-producing strain from the bovine rumen. Int J Syst Bacteriol. 1999 Jan; 49 Pt 1 :207-16; US 5,723,322, US 5,573,931 , US 5,521 ,075, WO99/06532, US 5,869,301 oder US 5,770,435.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Ita- consäure. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Kautola, H., Appl. Microb. Biotechnol., 1990, 33,7 und Willke et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 2001 , 56, 289.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um eine Phytase. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in der WO 98/55599.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um GIu- can. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Schilling et al.: Repression of oxalic acid biosynthesis in the unsterile scleroglucan productino process with Sclerotium rolfsii ATCC 15205, Bioprocess Engineering 22 (2000), 51-55 oder Rau et al.: Oxygen controlled batch cultivations of Schi- zophyllum commune for enhanced production of branched ß-1 ,3-glucans, Bioprocess Engineering 1 1 (1994), 161-165.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukte um Nukleotide wie 5'-IMP und 5'-GMP. Zur Durchführung der Fermentationen können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Sato et al., Accumulation of Guanosi- ne Polyphosphates by Brevibacterium ammoniagenes: Isolation and Identification of the Products. Agr. Biol. Chem. 40 (3), 1976, 465-474; Mori et al: A novel process of inosine 5'-monophosphate production using overexpressed guanosine/inosine kinase. Appl. Microbiol. Biotechnol. (1997) 48: 693-698, oder GB 01188885.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um Glutamat. Zur Durchführung der Fermentationen können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in E. Kimura, L-Glutamate Production, in: Handbook of Cory- nebacterium glutamicum, CRC press, Boca Raton, Fl, 439-464.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um 1 ,5-Diaminopentan. Zur Durchführung der Fermentationen können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoff- quellen beschrieben wurden, z. B. in JP 2004222569.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um 5-Keto-Glukonsäure. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedin- gungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Elfari, M. et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005, 66,668, und Herrmann U., et al., Appl. Microbial. Bioetchnol. 2004, 64, 86.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um

5-Keto-Glukonsäure. Zur Durchführung der Fermentation können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Elfari, M. et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005, 66,668, und Herrmann U., et al., Appl. Microbial. Bioetchnol. 2004, 64, 86.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei in der Fermentation von den Mikroorganismen produzierten Stoffwechselprodukt um 2,5-Diketo-Glukonsäure. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Roper, H., Starch-Starke 1990, 42, 342 oder Ze- Nc, B. et al., Chem. Biochem. Eng. Q. 2002, 16,7.

Aufarbeitung der Fermentation

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer organischen Substanz durch Fermentation resultiert eine Fermentationsbrühe, die neben dem gewünschten Stoffwechselprodukt im Wesentlichen die während der Fermentation erzeugte Biomasse und nicht verwertete Zucker, sowie nicht verwertete Puffer- und Nährsalze enthält. In der Regel schließt sich daher der Fermentation eine Weiterverarbeitung der Fermentationsbrühe an, um die das Wertprodukt, d.h. die durch das Fermentationsverfahren hergestellte organische Substanz zu gewinnen und in eine handhabbare bzw. handel- bare Form zu überführen sowie um die bei der Fermentation anfallenden Nebenprodukte wie Biomasse und die wässrigen Bestandteile zu entsorgen oder einer weiteren Verwertung zuzuführen.

Die Art der Aufarbeitung und die hierfür erforderlichen Schritte richten sich in an sich bekannter Weise nach den stofflichen Eigenschaften der Fermentationsbrühe und insbesondere nach der Art des hergestellten Stoffwechselprodukte.

Typischerweise weisen Aufarbeitungsverfahren einen oder mehrere der folgenden Schritte auf, die in beliebiger Reihenfolge und Ausprägung verschaltet werden können:

Deaktivierung des Mikroorganismus, z. B. durch Sterilisation in der oben beschriebenen Weise;

Abtrennung der Biomasse von der Fermentationsbrühe;

Isolation des nichtflüchtigen Stoffwechselproduktes aus der Fermentationsbrühe, die noch Biomasse enthält oder von der die Biomasse schon abgetrennt wurde;

Aufreinigung des gewünschten Stoffwechselproduktes;

Aufkonzentrierung des Stoffwechselproduktes;

Aufkonzentrierung der Biomasse.

Die Schritte müssen dabei nicht alle zwingender Bestandteil des Aufarbeitungsverfahrens sein. Beispielsweise kann auf eine zusätzliche Aufreinigung des oder der Stoffwechselprodukte verzichtet werden, wenn keine hohen Anforderungen an die Reinheit des Produktes gestellt werden.

Die Abtrennung der Biomasse aus der Fermentationsbrühe erfolgt nach üblichen Verfahren der Fest-Flüssig-Phasenseparation (z. B. beschrieben in Belter, P. A, Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology, John Wiley & Sons (1988), und Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl. auf CD-ROM, Wiley-VCH) und erfolgt in der Regel durch mechanische Verfahren, wie Dekantierung, Separation, Flotation, Zentrifugation, Sedimentation, Filtration oder Membranverfahren. Dabei sind auch mehrstufige Verschaltungen eines Verfahrens oder Kombinationen unterschied- licher Verfahren denkbar, wie z. B. Dekantierung und Separation. Des Weiteren kann auch Waschwasser eingesetzt werden, um die Ausbeute des nichtflüchtigen Stoffwechselproduktes bei der Biomassenabtrennung zu erhöhen. Bevorzugt werden die oben genannten Verfahren eingesetzt, wenn es sich bei dem Stoffwechselprodukt um einen Stoff handelt, der in Lösung in der Fermentationsbrühe vorliegt. Bei öligen oder festen Stoffwechselprodukten, ist eine mechanische Abtrennung mittels Dekantierung, Separation, Flotation, Zentrifugation, Sedimentation in der Regel dann sinnvoll, wenn es Dichteunterschiede zwischen der Biomasse und dem Stoffwechselprodukt gibt. Ansonsten kommen dann auch insbesondere chromatographische Verfahren, Destillationsverfahren oder Extraktionsverfahren in Betracht.

Die Isolierung oder Abreicherung des Wertprodukts aus der Fermentationsbrühe erfolgt in der Regel derart, dass man wenigstens ein Wertprodukt so aus der Fermentationsbrühe abreichert oder isoliert, dass der Gehalt dieses Wertprodukts in der verbleibenden Fermentationsbrühe höchstens 20 Gew.-%, insbesondere höchstens 10 Gew.-%, speziell höchstens 5 Gew.-% und ganz speziell höchstens 2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der verbleibenden Fermentationsbrühe, beträgt. Die Isolierung oder Abreicherung des Wertprodukts aus der Fermentationsbrühe kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen.

Zur Isolierung eines in der Fermentationsbrühe gelösten Wertprodukts wird man vorteilhafterweise so vorgehen, dass man zunächst die Biomasse und sonstige ungelöste Bestandteile aus der Fermentationsbrühe entfernt, z. B. mittels Zentrifugation oder Filtration, und anschließend das Wertprodukt aus der flüssigen Phase isoliert, z. B. durch Kristallisation, Fällung, Adsorption, Destillation, Chromatographie, Extraktion, lonen- austausch, Membranverfahren (bevorzugt Diffusionsdialyse, Elektrodialyse, Nanofiltra- tion). Alternativ kann das Wertprodukt auch direkt aus der Fermentationsbrühe isoliert werden, z. B. durch Einsatz chromatographischer Verfahren, Extraktionsverfahren, Membranverfahren, Adsorptionsverfahren und Destillation. Als chromatographisches Verfahren ist insbesondere die lonenaustauschchromatographie zu nennen, bei der das Wertprodukt selektiv auf der Chromatographiesäule isoliert werden kann.

Zur Abtrennung des Wertproduktes kann es sinnvoll sein, das Wertprodukt in einem ersten Schritt in der Fermentationsbrühe chemisch zu modifizieren, z. B. durch Veresterung oder Salzbildung, um dadurch die Abtrennbarkeit zu verbessern.

Die Kristallisation ist ein Verfahren, das sowohl eine Abtrennung des Wertproduktes aus der Fermentationsbrühe ermöglicht, als auch eine weitere Reinigung des Wertpro- duktes erlaubt. Es wird dann bevorzugt in Kombination mit einer mechanischen Abtrennung, wie bereits oben genannt, angewendet, in der die Kristalle von der Mutterlauge abgetrennt werden.

Im Falle flüchtiger oder öliger Verbindungen ist in der Regel eine Kontrolle der maximalen Temperaturen während der Aufarbeitung, insbesondere während der Trocknung erforderlich. Vorteilhaft können diese Verbindungen auch dadurch isoliert werden, dass man sie in quasi fester Form (pseudofester Form) auf Adsorbentien formuliert. Zu diesem Zweck geeignete Adsorbentien sind z. B. in der WO 2005/116228 der Anmelderin angegeben, beispielsweise Aktivkohlen, Aluminiumoxide, Kieselgele, Kieselsäure, Ton, Ruße, Zeolithe, anorganische Alkali- und Erdalkalimetallsalze wie Natrium-, Kalium-, Magnesium- und Calciumhydroxide, -carbonate, -Silikate, -sulfate, -phosphate, insbesondere Magnesium- und Calciumsalze, z. B. Mg(OH)2, MgCOß, MgSiO₄, CaSO₄, Ca- CO3, Erdalkalimetalloxide, z. B. MgO und CaO, andere anorganische Phosphate und Sulfate, z. B. ZnSO₄, Salze organischer Säuren, insbesondere deren Alkali- und Erdalkalimetallsalze und speziell deren Natrium- und Kaliumsalze, z. B. Natrium- und KaIi- umacetat, -formiat, -hydrogenformiate und -citrat, höhermolekulare organische Träger wie gegebenenfalls modifizierte Stärken, Cellulose, Lignin, die weiter unten im Zusammenhang mit der Produktformulierung genannten Trägermaterialien sowie der er- findungsgemäße Gluten. Beispiele für Wertprodukte, die vorteilhaft auf diese Weise isoliert werden können, sind γ-Linolensäure, Dihomo-γ-Linolensäure, Arachidonsäure, Eicosapentaensäure und Docosahexaensäure, weiterhin Propionsäure, Milchsäure, Propandiol, Butanol und Aceton. Auch diese Verbindungen in pseudofester Formulierung werden im Sinne der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige Stoffwechselpro- dukte bzw. Wertprodukte in fester Form verstanden.

Die oben genannten Verfahrensschritte der Aufarbeitung können teilweise den Einsatz von Zusatzstoffen erfordern (z. B. für die Regenerierung des Ionenaustauschers, das Lösungsmittel für die Extraktion usw.) und/oder es kann teilweise ein Nebenstoffstrom anfallen (z. B. Mutterlauge der Kristallisation, Eluat des Ionenaustauschers). Diese Nebenstoffströme, die teilweise noch das Wertprodukt, die Biomasse, nichtstärkehaltige feste Bestandteile des als Stärkequelle eingesetzten Weizen und Anteile der Zusatzstoffe enthalten können, können entweder weiter aufgearbeitet, teilweise zu irgendeinem Verfahrensschritt in dem Gesamtprozess zurückgeführt, entsorgt oder weiterverwertet werden.

Sämtliche oben genannten Ströme, bevorzugt die Biomassehaitigen Ströme, die Wert- produkthaltigen Ströme sowie die Produktströme enthalten unter Umständen hohe Wasserkonzentrationen (bedingt durch Fermentation oder Waschwasser in der Aufar- beitung) und können aufkonzentriert werden (Reduktion des Wassergehaltes). Dies kann thermisch, z. B. mittels Eindampfung, Trocknung oder mechanisch mittels Membranverfahren, Filtration usw. geschehen. Das Wasser kann entsorgt oder als Prozess- wasser zurückgeführt werden und z. B. zum Anmaischen der Endosperm-Fraktion oder zum Anmaischen des abgetrennten Festsstoffs bei der mehrstufigen Glutenabtrennung eingesetzt werden.

Eine weitere spezielle Ausführungsform betrifft ein Verfahren, bei dem man die flüchtigen Bestandteile der Fermentationsbrühe ohne vorherige Isolierung oder Abreicherung des Wertprodukts, und gegebenenfalls ohne vorherige Abtrennung der Biomasse weitgehend oder vollständig entfernt, wobei man eine feste Formulierung des Wertprodukts erhält. Eine genauere Beschreibung zur Durchführung eines solchen Verfahrens findet sich in der WO 2007/028804 der Anmelderin, auf die hiermit Bezug genommen wird.

Durch Zugabe von Formulierungshilfsmitteln wie Träger- und Coatingmaterialien, Bindemitteln sowie anderer Additive können die Eigenschaften des getrockneten und zusammen mit den festen Bestandteilen der Fermentation vorliegenden Wertprodukts in an sich bekannter Weise gezielt hinsichtlich verschiedener Parameter wie Wirkstoffgehalt, Korngröße, Partikelform, Neigung zum Stauben, Hygroskopizität, Stabilität, insbesondere Lagerstabilität, Farbe, Geruch, Fließverhalten, Agglomerationsneigung, elektrostatischer Aufladung, Licht- und Temperaturempfindlichkeit, mechanischer Stabilität und Redispergierbarkeit konfektioniert werden.

Zu den üblicherweise verwendeten Formulierungshilfsmitteln gehören z. B. Bindemittel, Trägermaterialien, Puderungs-/Fließhilfsmittel, ferner Farbpigmente, Biozide, Dispergiermittel, Antischaummittel, Viskositätsregulierende Mittel, Säuren, Laugen, Antioxi- dantien, Enzymstabilisatoren, Enzyminhibitoren, Adsorbate, Fette, Fettsäuren, Öle oder Mischungen hieraus. Derartige Formulierungshilfsmittel werden vorteilhaft insbesondere bei Anwendung von Formulierungs- und Trocknungsverfahren wie Sprüh-, Wirbelschicht- und Gefriertrocknung als Trocknungshilfsmittel eingesetzt. Wegen weiterer Details wird auf die WO 2007/028804 verwiesen.

Der Anteil an den vorgenannten Zusatzstoffen und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen wie Coatingmaterialien kann je nach den speziellen Erfordernissen des jeweiligen Wertprodukts sowie in Abhängigkeit von den Eigenschaften der eingesetzten Zusatzstoffe stark variieren und z. B. im Bereich von 0,1 bis 80 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des fertig formulierten Produkts bzw. Stoffgemischs, liegen.

Die Zugabe von Formulierungshilfsmitteln kann vor, während oder nach der Aufarbeitung der Fermentationsbrühe (auch als Produktformulierung oder Feststoffdesign bezeichnet) und insbesondere während der Trocknung erfolgen. Eine Zugabe von Formu- lierungshilfsmitteln vor Aufarbeitung der Fermentationsbrühe bzw. des Wertprodukts kann insbesondere vorteilhaft sein, um die Prozessierbarkeit der aufzuarbeitenden Stoffe bzw. Produkte zu verbessern. Die Formulierungshilfsmittel können sowohl dem in fester Form erhaltenen Wertprodukt als auch einer dieses Wertprodukt enthaltenden Lösung oder Suspension zugegeben werden, z. B. nach abgeschlossener Fermentation direkt zu der Fermentationsbrühe oder zu einer im Verlauf der Aufarbeitung erhaltenen Lösung oder Suspension vor dem abschließenden Trocknungsschritt.

So können die Hilfsstoffe z. B. in eine Suspension des Wertprodukts eingemischt werden; eine solche Suspension kann auch auf ein Trägermaterial gegeben werden, z. B. durch Aufsprühen oder Untermischen. Die Zugabe von Formulierungshilfsstoffen während der Trocknung kann z. B. eine Rolle spielen, wenn eine das Wertprodukt enthal- tende Lösung oder Suspension versprüht wird. Insbesondere nach der Trocknung erfolgt eine Zugabe von Formulierungshilfsmitteln z. B. beim Aufbringen von Überzügen bzw. Coatings/Coatingschichten auf getrocknete Partikel. Sowohl nach dem Trocknen als auch nach einem eventuellen Coatingschritt können dem Produkt weitere Hilfsmittel zugegeben werden.

Das Entfernen der flüchtigen Bestandteile aus der Fermentationsbrühe erfolgt in an sich bekannter Weise durch übliche Verfahren zur Abtrennung fester Phasen von flüssigen Phasen, einschließlich Filtrationsverfahren und Verfahren zum Verdampfen flüchtiger Bestandteile der flüssigen Phasen. Derartige Verfahren, die auch Schritte zur Grobreinigung der Wertstoffe sowie Schritte zur Konfektionierung umfassen können, werden z. B. in Belter, P. A, Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnolo- gy, John Wiley & Sons (1988), und Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl. auf CD-ROM, Wiley-VCH, beschrieben. Im Rahmen der Produktformulierung bzw. der Aufarbeitung nach abgeschlossener Fermentation anwendbare, dem Fachmann bekannte Verfahren, Apparaturen, Hilfsstoffe bzw. allgemeine und spezielle Ausführungsformen sind ferner in EP 1038 527, EP 0648 076, EP 835613, EP 0219 276, EP 0394 022, EP 0547 422, EP 1088 486, WO 98/55599, EP 0758 018 und WO 92/12645 beschrieben.

In einer ersten Variante dieser Ausführungsform wird man das in der Regel nichtflüchtige Wertprodukt, sofern es in der flüssigen Phase gelöst vorliegt, aus der flüssigen Phase in die feste Phase überführen, z. B. durch Kristallisation oder Fällung. Anschließend erfolgt eine Abtrennung der nichtflüchtigen festen Bestandteile einschließlich des Wertprodukts, z. B. mittels Zentrifugation, Dekantieren oder Filtration. In ähnlicher Wei- se kann man auch ölige Wertprodukte abtrennen, wobei man die jeweiligen öligen

Fermentationsprodukte durch Zusatz von Adsorbentien, z. B. Kieselsäure, Kieselgele, Lehm, Ton und Aktivkohle, in eine feste Form überführen kann.

In einer zweiten Variante dieser Ausführungsform werden die flüchtigen Bestandteile durch Verdampfen entfernt. Das Verdampfen kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Beispiele für geeignete Verfahren zum Verdampfen flüchtiger Bestandteile sind die Sprühtrocknung, Wirbelschichttrocknung bzw. -agglomeration, Gefriertrocknung, Strom- und Kontakttrocknern sowie Extrusionstrocknung. Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren mit formgebenden Verfahren wie Extrusion, Pelletierung oder Prilling kann vorgenommen werden. Bei diesen letztgenannten Verfahren werden vorzugsweise teilweise oder weitgehend vorgetrocknete wertprodukthaltige Stoffgemische eingesetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Entfernen der flüchtigen Bestandteile der Fermentationsbrühe ein Verfahren zur Sprühtrocknung oder ein Verfahren der Wirbelschichttrocknung, einschließlich der Wirbelschichtgranulierung. Hierzu wird die Fermentationsbrühe, gegebenenfalls nach einer Vorabtrennung zur Entfernung grober Feststoffpartikel, die keine oder nur geringe Anteile an nichtflüchtigem Wertprodukt enthalten, einer oder mehreren Sprüh- oder Wirbelschichttrocknungsapparaturen zugeführt. Der Transport bzw. die Zuführung der feststoffbeladenen Fermentationsbrühe erfolgt zweckmäßigerweise mittels üblicher Transportvorrichtungen für feststoffhaltige Flüssigkeiten, z. B. Pumpen wie Exzenterschneckenpumpen (z. B. der Fa. Delasco PCM) oder Hochdruckpumpen (z. B. der Fa. LEWA Herbert Ott GmbH).

Im speziellen Fall der Herstellung von Lysin umfasst das Aufarbeitungsverfahren in der Regel eine Abtrennung der Biomasse durch Separatoren. Die biomassehaltige Fraktion wird dann getrocknet, z.B. in Trommel- bzw. Röhrenbündeltrocknern. Gegebenenfalls wird vor der Trocknung ein Fermentationsrückstand der Vitamin B2-Fermentation, das so genannte "BFR" (Vitamin B2 Fermentation Residues) zur biomassehaltigen Fraktion zugemischt. Die feststoffarme Fraktion wird dann in der Regel angesäuert und über einen lonentauscher gefahren. Auf diesem lonentauscher wird das Lysin gebunden. Die Lysin-abgereicherte Fermentationsbrühe, die den lonentauscher verlässt, wird üblicherweise durch Verdampfen von Wasser aufkonzentriert, dabei auskristallisierte Feststoffe werden abgetrennt und getrocknet. Das dabei entstehende Produkt wird als "Fertilizer" bezeichnet und kann in den Prozess zurückgeführt oder als Düngemittel und für weitere Anwendungen eingesetzt werden. Die Mutterlauge der Kristallisation wird als sogenanntes "CMS" (Condensed Molasses Solubles) einer Weiterverarbeitung zugeführt. Das an den lonentauscher gebundene Lysin wird mit Ammoniakwasser elu- iert und durch Abdampfen von Wasser aufkonzentriert. Aus dieser aufkonzentrierten Brühe kann Lysin als freie Base in Form einer flüssigen Formulierung entnommen werden. Im nächsten Prozessschritt wird das Lysin durch Zugabe von Salzsäure als Lysin- Hydrochlorid auskristallisiert. Die Kristalle werden durch Zentrifugation abgetrennt und getrocknet. Die Mutterlauge der Kristallisation wird entweder zum Eluat des lonentau- schers zurückgeführt oder kann als Lysin in flüssiger Formulierung entnommen werden.

Als Alternative zur beschriebenen Aufarbeitung wird nach der Fermentation die Lysin- haltige Fermentationsbrühe direkt sprühgetrocknet. Optional kann der Fermentationsrückstand der Vitamin B2-Produktion zugegeben werden. Eine mögliche ein- oder mehrstufige Voreindampfung der Fermentationsbrühe kann zur Reduzierung von Energiekosten und Investition führen.

Verwendung der Glukose in einer nicht-fermentativen Umsetzung

Ein weiterer bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäß erhältlichen Glukoselösung als Glukosequelle für die nicht-fermentative Herstellung einer organischen Substanz, wie oben definiert.

Dementsprechend ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Substanz durch nicht-fermentative Umsetzung, umfassend die folgenden Schritte:

i. Bereitstellung einer erfindungsgemäßen wässrigen Glukoselösung, z. B. durch Herstellung der Glukoselösung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und

ii. Verwendung der Glukoselösung oder einer durch Einengen der erfindungsgemäßen Glukoselösung erhaltenen, im Wesentlichen wasserfreien Glukose (Wassergehalt < 10 Gew.-%) in einer nicht-fermentative Umsetzung zur Herstellung der gewünschten organischen Substanz.

Die Durchführung der nicht-fermentativen Umsetzung kann in der dem Fachmann bekannten üblichen Art und Weise erfolgen. Hierzu wird in man der Regel die erfindungsgemäß hergestellte wässrige Glukoselösung oder eine durch Einengen der erfindungs- gemäßen Glukoselösung erhaltene, im Wesentlichen wasserfreie Glukose gegebenenfalls unter Einsatz eines Katalysators umsetzen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um 5-Hydroxymethlyfurfural. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Cottier et al., Trends Heterocycl. Chem. 1991 , 2, 233; Lewkowski, J., Arkivoc 2001 , 2, 17; Küster, B.F.M. et al., Carbohydr. Res. 1977, 54, 159, EP 0230250, FR 2464260 oder DE 3601281.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um Laevulinsäure. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen be- schrieben wurden, z. B. in Horvat et al, Tetrahedron Lett. 1985, 26, 21 11 oder US 3258481. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um Glukonsäure. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen be- schrieben wurden, z. B. in Lichtenthaler, F.W., Acc. Chem. Res. 2002, 35, 728, Bes- son, M. et al., J. Catal. 1995, 152, 1 16 oder EP 233816.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um Glukoronsäure. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Corma, A. et al., Chemical Routes for the Transformation of Biomass into Chemicals., Chem. Rev. 2007, 107, 241 1-2502.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um 2-Keto-Glukonsäure. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in US 2002177198, WO 9915673 oder EP 867446.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um Glutarsäure. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen be- schrieben wurden, z. B. in Besson, M. et al., Red. Trav. Chim. Pys-Bas 1996, 115, 217 und Dirkx, J.M.H. et al., J. Catal. 1981 , 67, 1.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um Sorbitol. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Dechamp, N. et al., Catal. Today 1995, 24, 29 und Maran- hao, L.C. A. et al., Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 9624, WO 02100537, WO 02100539 und WO 2004052813.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um Isosorbid. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen be- schrieben wurden, z. B. in WO 9804540, WO 9200947 und US 4297290. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um Alkylpolyglukoside. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in US 5480979 und US 5698684.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der organischen Substanz, die auf nicht-fermentativem Weg aus Glukose herstellbar ist, um HFCS (High-Fructose-Corn-Syrup]. Zur Durchführung der Reaktion können hier analoge Bedingungen und Vorgehensweisen angewendet werden, wie sie für andere Kohlenstoffquellen beschrieben wurden, z. B. in Marshall et al., Enzymatic Conversion of d-Glucose to d-Fructose 1957, Science 125 (3249), 648 und US 4523960.

Formulierung der Nebenprodukte

Wie bereits oben erläutert fallen bei sowohl in den Schritten a) und c) des erfindungsgemäßen Verfahrens der Glukoseherstellung, aber auch bei der fermentativen Weiterverarbeitung der Glukose zu Wertprodukten eine Reihe von Stoffströmen als Nebenbzw. Koppelprodukte an. In der Regel handelt es sich dabei um einen oder mehrere der folgenden Stoffströme, vorzugsweise in den angegebenen Mengen:

staubiger Feinanteil der Kornreinigung, sofern anfallend, typischerweise in einer

Menge bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 3 Gew.-%;

Kleie, typischerweise in einer Menge bis 7 Gew.-%, z. B. 1 bis 6 Gew.-%; - Gluten, typischerweise in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, umfassend Vital- Gluten, typischerweise in einer Menge von 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 6 Gew.-%, und/oder Gluten aus der Glukose, typischerweise in einer Menge von 1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 10 Gew.-%, Biomasse, typischerweise in einer Menge von 1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% und gegebenenfalls Nebenstoffströme die in dem Aufarbeitungsverfahren des Wertproduktes anfallen können, sofern anfallend, typischerweise in einer Menge bis 100 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 20 Gew.-%,

wobei alle Gew.-%-Angaben auf die Gesamtmasse des zur Glukoseherstellung eingesetzten Korns bezogen sind.

Diese Stoffströme können getrennt verarbeitet oder einer Entsorgung zugeführt wer- den. Ebenfalls ist es möglich, diese Stoffströme im Rahmen einer Weiterverarbeitung in beliebiger Weise, d. h. teilweise oder vollständig in beliebiger Kombination miteinander zu vermischen (d. h. Zusammenbringen mindestens zweier Stoffströme). In der Regel erfolgt vor der Weiterverarbeitung eine Trocknung, wobei gegebenenfalls die miteinander zu vermischenden Stoffströme vor dem Vermischen oder nach dem Vermischen getrocknet werden. Häufig wird man so vorgehen, dass man die festen Partikel der zumindest teilweise von Wasser befreiten Stoffströme agglomeriert oder ge- meinsam mahlt.

Die Verfahrensschritte Trocknen, Agglomerieren und Mahlen können optional und in beliebiger Reihenfolge zum Mischen verschiedener Ströme durchgeführt und kombiniert werden. Vorzugsweise wird man so vorgehen, dass man beim Vermischen der Stoffströme ein Nebenprodukt erhält, das bevorzugt futtermitteltauglich ist und mindestens einen Anteil aus den Stoffströmen der Weizenverarbeitung (bzw. Zuckerherstellung) enthält und mindestens einen Bestandteil aus der Aufarbeitung der Fermentationsbrühe (Biomasse oder Nebenstoffströme) enthält. Gegebenenfalls kann man den so hergestellten Nebenprodukte Formulierungshilfsmittel, Wirkstoffe oder eine oder mehrere Biomassen oder einen oder mehrere Nebenstoffströme anderer Fermentationsverfahren zusetzen, wobei dieser Zusatz an jeder beliebigen Stelle des Verfahrens zerfolgen kann.

Die Restfeuchten dieser Nebenprodukte betragen im ungetrockneten Zustand 10 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 80 Gew.-%. Im getrockneten Zustand betragen die Restfeuchte der Nebenprodukte 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 18 Gew.-% und besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%.

Der mittlere Partikeldurchmesser des Feststoffanteils der Nebenprodukte liegt zwischen 50 μm und 8 mm, bevorzugt zwischen 100 μm und 5 mm und besonders bevorzugt zwischen 150 μm und 3 mm.

Handelt es sich bei einem Nebenprodukt aus einer Mischung verschiedener Feststoff- fraktionen, so wird man vor dem Vermischen die Partikelgrößenverteilungen der einzelnen Stoffströme, aus denen sich das Nebenprodukt zusammensetzt, in der Regel so wählen bzw. einstellen, dass die Entmischung der Stoffströme nicht auftritt oder zumindest gering bleibt. Dies ist in der Regel dann gewährleistet, wenn die zu vermischenden Stoffströme eine möglichst ähnliche Teilchengröße aufweisen, bzw. wenn der so genannte SPAN-Wert der Nebenproduktmischung kleiner als 4, bevorzugt kleiner als 3, besonders bevorzugt kleiner als 2 und insbesondere kleiner 1 ,8 ist. Hierbei ist der SPAN-Wert der Nebenproduktmischung definiert als

Der D₅O Wert ist dabei der gewichtsmittlere Partikeldurchmesser des Nebenproduktgemisches, d. h. bezogen auf die Masse gibt D₅o-Wert denjenigen Partikeldurchmesser an, den 50 Gew.-% der Partikel überschreiten bzw. 50 Gew.-% unterschreiten. Der D90- Wert ist derjenige Durchmesser, den 90 Gew.-% der Partikel unterschreiten bzw. 10 Gew.-% überschreiten. Der Dio-Wert ist derjenige Durchmesser, den 10 Gew.-% der Partikel unterschreiten bzw. 90 Gew.-% überschreiten. Der Spanwert bzw. die TeN- chendurchmesser und ihre Verteilung können in an sich bekannter Weise bestimmt werden, z. B. durch Siebanalyse oder durch Lichtstreuung.

Wird ein Nebenprodukt aus mindestens einem trockenen Stoffstrom und mindestens einem flüssigen Strom hergestellt, so können zum einen die flüssigen Stoffströme zu- nächst getrocknet werden und danach wie feste Stoffströme behandelt werden (s. o.). Für die Mischung dieser Stoffströme gilt das gleiche, wie für die Mischung der bereits ursprünglich trockenen Stoffströme. Zum anderen können aber auch die flüssigen und die trockenen Stoffströme vor einer Trocknung oder während der Trocknung miteinander gemischt werden. Dies hat den Vorteil, dass der in dem flüssigen oder suspensi- onsartigen Stoffstrom enthaltende Feststoff in die trockenen Stoffströme gut eingemischt und verteilt wird, oder der flüssige Stoffstrom als Coating auf die festen Bestandteile der trockenen Stoffströme aufgezogen wird oder die flüssigen Stoffströme genutzt werden, um die festen Partikel des trocknen Stoffstrom zu agglomerieren bzw. zu binden.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird der staubige Feinanteil verworfen und nicht mit in die Nebenprodukte eingemischt.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Kleie nicht mit in die Nebenprodukte eingemischt, sondern als eigenständiges Produkt verwendet.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Gluten nicht mit in die Nebenprodukte eingemischt, sondern als eigenständiges Produkt verwendet.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Biomasse nicht mit in die Nebenprodukte eingemischt, sondern als eigenständiges Produkt verwendet.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Nebenstoffströme nicht mit in die Nebenprodukte eingemischt, sondern als eigenständiges Produkt verwendet oder ver- worfen bzw. entsorgt.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Anteil oder die Gesamtmenge der anfallenden Kleie, beispielsweise 10 und 100 Gew.-%, bezogen auf Trockenmassegehalt der insgesamt anfallenden Kleie, mit mindestens einem Nebenstoff- ström, z. B. mit 10 bis 100 Gew.-%, bezogen auf den jeweiligen Nebenproduktstrom vermischt und getrocknet, um so ein kleiehaltiges Nebenprodukt zu erhalten. Optional kann die Kleie vor dem Vermischen vermählen werden, so dass mittlere Partikelgrößen von 150 bis 1400 μm, besonders bevorzugt 200 μm bis 800 μm eingestellt werden. Eine weitere Option besteht darin, vor oder nach der Mahlung einen Teil des anfallenden staubigen Feinanteils des Weizen, z. B. 10 bis 100 Gew.-%, der Kleie zuzugeben.

In einem Verfahren zur fermentativen Herstellung von Lysin fällt beispielsweise sirupartige Nebenstoffstrom CMS an, mit einem Trockenmasseanteil von 40 bis 90 Gew.-%, der mit der Kleie vermischt bzw. zusammengebracht werden kann, z. B. mittels Aufsprühung und dann gemeinsam getrocknet werden kann. Nach der Trocknung kann optional eine Zerkleinerung der eventuell entstandenen Agglomerate erfolgen. Die Zu- sammensetzung (bezogen auf die Trockenmasse) des auf diese Weise erhaltenen Nebenproduktes ist in der Regel wie folgt:

Rohprotein: 5 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%,

Stärke: 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, Rohfasern: 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 10 Gew.-%,

Rohfett: 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew%,

Rohasche: 0 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 7 Gew.-% und

Lysin: 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 5 Gew.-%.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Nebenprodukt A hergestellt, in dem jeweils 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt die Gesamtmenge des anfallenden Glutens sowie 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt die Gesamtmenge der anfallenden Biomasse miteinander vermischt werden. Optional kann dieses Nebenprodukt einen Anteil von 0 bis 100 % der anfallenden Kleie und 0 bis 100 % des Feinanteils enthalten.

Zur Herstellung dieses Nebenproduktes A sind folgende Verfahrensvarianten möglich.

In einer ersten Variante werden alle Ströme (Gluten, Biomasse und optional Kleie und /oder Feinanteil) gemischt und getrocknet. Gegebenenfalls kann das trockene Nebenprodukt oder der trockene Einsatzstoff Kleie auch noch vermählen werden, so dass eine mittlere Partikelgröße und eine Restfeuchte, wie oben beschrieben, eingestellt werden kann. In einer zweiten Variante werden nur die feuchten Ströme des Glutens und der Biomasse zunächst vermischt und dann gemeinsam getrocknet. Dies hat den Vorteil, dass die trockene Kleie nicht in unnötiger weise durch den Trockner gefahren werden muss. Nach der Trocknung der Komponenten, können entweder alle Ströme direkt vermischt werden oder zunächst die Einzelströme gemahlen und dann gemischt werden. Nach dem Mischen kann sich wiederum eine Vermahlung anschließen. Es kann eine mittlere Partikelgröße und eine Restfeuchte, wie oben beschrieben, eingestellt werden. In einer dritten Variante werden die beiden feuchten Ströme der Biomasse und des Glutens zunächst getrennt getrocknet. Dies kann den Vorteil haben, dass ungewünschte Zersetzungsreaktionen, wie z. B. eine Maillardreaktion zwischen Zucker- und Proteinkomponenten, die in den Strömen enthalten sein können, vermieden oder reduziert werden. Die trockenen Ströme des Glutens, der Biomasse und optional der Kleie können gegebenenfalls gemahlen und gemischt werden, oder es kann sich optional eine Mahlung an die Mischung anschließen. Es kann eine mittlere Partikelgröße und eine Restfeuchte, wie oben beschrieben, eingestellt werden. In einer vierten Variante wird wenigstens einem zu trocknenden Strom ein Anteil von 10 bis 100 % wenigstens eines anfallenden festen Stroms während oder vor der Trocknung zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass gewünschte Agglomerate gebildet werden können, sich das Fließverhalten des Produktes verbessert oder die Staubneigung des Produktes reduziert wird. So kann zum Beispiel das feucht anfallende Gluten (oder Anteile davon) mit Anteilen von Kleie (optional vermählen) oder Anteilen an Feinanteil oder beliebige Kombinationen daraus vor oder während dem Trocknen vermischt werden. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, die feucht anfallende Biomasse (oder Anteile davon) mit Anteilen von Kleie (optional vermählen) oder Anteilen an Feinanteil oder beliebige Kombinationen daraus vor oder während dem Trocknen zu vermischen.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird bei der Herstellung des Nebenprodukts A Biomasse aus der Lysinfermentation verwendet. Die Ströme Gluten und Biomasse werden in einer Menge von jeweils 50 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des jeweils anfallenden Stroms, verwendet und zu einem Nebenprodukt nach den oben beschriebenen Verfahren verarbeitet. Dieses Nebenprodukt ist neu und ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Die bevorzugte Zusammensetzung (bezogen auf die Trockenmasse) des Nebenproduktes ist wie folgt charakterisiert:

Rohprotein: 10 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, Gesamtzucker: 0,1 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 45 Gew.-%, Rohfasern: 0 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 7 Gew.-%,

Rohfett: 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, Rohasche: 0 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 7 Gew.-% und

Lysin: 0,1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 10 Gew.-%.

In einer weiteren Ausführungsform der Herstellung des Nebenprodukts A werden die Biomassen unterschiedlicher Fermentationen gemischt. So können die verschiedenen Biomassen auch wieder zunächst getrennt voneinander getrocknet werden oder gemischt und dann gemeinsam getrocknet werden. Die Biomassen können in einem beliebigen Mischungsverhältnis miteinander gemischt werden. Bevorzugt werden 30 bis 100 %, bevorzugt 50 bis 100 %, der anfallenden Biomasse einer jeweiligen Fermentation hier miteinander gemischt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird mindestens eine Biomasse eines weiteren Fermentationsprozesses einem beliebigen (oben beschriebenen) Nebenpro- dukt an beliebiger stelle des Herstellungsverfahrens zugegeben. In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich um ein Nebenprodukt, das sowohl Biomasse einer Lysinfermentation (sowie oben beschrieben) und Biomasse einer B2-Fermentation (BFR, sowie oben definiert) enthält. Bevorzugt werden 30 bis 100 %, bevorzugt 50 bis 100 %, der anfallenden Biomasse einer jeweiligen Fermentation hier miteinander gemischt. Gegebenenfalls enthält das Nebenprodukt Anteile von 50 bis 100 % des anfallenden Weizenkeimlings und/oder 50 bis 100 % des anfallenden Glutens und/oder 50 bis 100 % des anfallenden Kleie sowie 0 bis 100 % des anfallenden Feinanteils.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich um ein Nebenprodukt, das sowohl Biomasse aus einer Chemikalien-Fermentation, wie z. B. einer Lysinfermentation oder einer Glutamatfermentation, als auch Biomasse aus einer Bioethanolfermentation enthält.

Beim Vermischen der wenigstens 2 Biomassen handelt es sich in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung um Biomassen aus Fermentationen, die jeweils mit einem aus der erfindungsgemäßen Weizenstärkeverzuckerung gewonnen Glukosestrom betrieben werden. Hierbei kann man so vorgehen, dass es sich bei beiden Fermentationen um den gleichen Glukosestrom handelt. In einer anderen Ausführungs- form werden jeweils die aus erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Glukoseströme eingesetzt, jedoch handelt es sich um separat hergestellte Glukoseströme mit in der Regel unterschiedliche Reinheiten der Glucose. Die mindestens 2 Glucoseströme unterscheiden sich dabei typischerweise in der Konzentration der nicht-stärkehaltigen, festen Komponenten. Bezogen auf die Trockenmasse entsteht mindestens ein Strom mit einem hohen und ein Strom mit einem geringen Anteil an nicht-stärkehaltigen, festen Komponenten. Die unterschiedlichen Reinheiten der Glucoseströme können mittels Verfahren wie Dekantierung, Separation, Zentrifugation, Sedimentation, Filtration oder Membranverfahren erzeugt werden. Dabei sind auch mehrstufige Verschaltungen eines Verfahrens oder Kombinationen unterschiedlicher Verfahren denkbar, wie z. B. Dekantierung und Separation.

Die Fermentationen können aber auch auf unterschiedlichen Kohlehydrat-Quellen (C- Quellen) beruhen, wobei wenigstens eine C-Quelle eine Glukose ist, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.

Ein Nebenprodukt, das mindestens die Biomasse aus zwei verschiedenen Fermentationen enthält, kann auch mindestens 2 verschiedene Stoffwechselprodukte enthalten.

Analog zu dem oben beschriebenen Nebenprodukt A, enthaltend Gluten, Maiskeimling und Biomasse (optional Kleie) und dem dazugehörigen Herstellungsverfahren, können auch Nebenprodukte hergestellt werden, die als Trockenbestandteile nur Gluten und Biomasse (optional Kleie und/oder Formulierungshilfsmittel) enthalten. Die möglichen Herstellungsverfahren sind analog den oben genannten.

Alle Nebenprodukte können des weiteren Formulierungshilfsstoffe, Ballaststoffe, Füll- Stoffe oder weitere Wirkstoffe enthalten, die zu einem beliebigen Prozessschritt der Herstellung zugegeben werden.

Durch Zugabe von Formulierungshilfsmitteln wie Träger- und Coatingmaterialien, Bindemitteln sowie anderer Additive können die Eigenschaften des Nebenproduktes in an sich bekannter Weise gezielt hinsichtlich verschiedener Parameter wie Korngröße, Partikelform, Neigung zum Stauben, Hygroskopizität, Stabilität, insbesondere Lagerstabilität, Farbe, Geruch, Fließverhalten, Agglomerationsneigung, elektrostatischer Aufladung, Licht- und Temperaturempfindlichkeit, mechanischer Stabilität und Re- dispergierbarkeit konfektioniert werden.

Zu den üblicherweise verwendeten Formulierungshilfsmitteln gehören z. B. Bindemittel, Trägermaterialien, Puderungs-/Fließhilfsmittel, ferner Farbpigmente, Biozide, Dispergiermittel, Antischaummittel, Viskositätsregulierende Mittel, Säuren, Laugen, Antioxi- dantien, Enzymstabilisatoren, Enzyminhibitoren, Adsorbate, Fette, Fettsäuren, Öle oder Mischungen hieraus. Derartige Formulierungshilfsmittel werden vorteilhaft insbesondere bei Anwendung von Formulierungs- und Trocknungsverfahren wie Sprüh-, Wirbelschicht- und Gefriertrocknung als Trocknungshilfsmittel eingesetzt.

Beispiele für Bindemittel sind Kohlenhydrate, insbesondere Zucker wie Mono-, Di-, Oligo- und Polysaccharide, z. B. Dextrine, Trehalose, Glucose, Glucosesirup, Maltose, Saccharose, Fructose und Lactose; kolloidale Substanzen wie tierische Proteine, z. B. Gelatine, Casein, insbesondere Natriumcaseinat, pflanzliche Proteine, z. B. Sojaprotein, Erbsenprotein, Bohnenprotein, Lupin, Zein, Weizenprotein, Maisprotein und Reisprotein, synthetische Polymere, z. B. Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol und insbe- sondere die Kollidon-Marken der Fa. BASF, gegebenenfalls modifizierte Biopolymere, z. B. Lignin, Chitin, Chitosan, Polylactid und modifizierte Stärken, z. B. Octenylsuccina- tanhydrid (OSA); Gummen, z. B. Gummi acacia; Cellulosederivate, z. B. Methylcellulo- se, Ethylcellulose, (Hydroxyethyl)methylcellulose (HEMC), (Hydroxypro- pyl)methylcellulose (HPMC), Carboxymethylcellulose (CMC); Mehle, z. B. Mehl, Wei- zenmehl, Roggenmehl, Gerstenmehl und Reismehl.

Beispiele für Trägermaterialien sowie Ballast- oder Füllstoffe sind Kohlenhydrate, insbesondere die als Bindemittel vorgenannten Zucker sowie Stärken, z. B. aus Mais, Reis, Kartoffel, Weizen und Cassava; modifizierte Stärken, z. B. Octenylsuccinatan- hydrid; Cellulose und mikrokristalline Cellulose; anorganische Mineralien oder Lehm, z. B. Ton, Kohle, Kieselgur, Kieselsäure, Talg und Kaolin; Gries, z.B. Weizengries, Kleie, z. B. Weizenkleie, die als Bindemittel vorgenannten Mehle; Salze wie Metallsal- ze, insbesondere Alkali- und Erdalkalimetallsalze organischer Säuren, z. B. Mg-, Ca-, Zn-, Na-, K-citrat, -acetat, -formiat und hydrogenformiate, anorganische Salze, z. B. Mg-, Ca-, Zn-, Na-, K-sulfate, -carbonate, -Silikate oder phosphate; Erdalkalimetalloxide wie CaO und MgO; anorganische Pufferungsmittel wie Alkalimetallhydrogen- phosphate, insbesondere Natrium- und Kaliumhydrogenphosphate, z. B. K2HPO4, KH2PO4 und Na2HPO4; sowie allgemein die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Herstellung von Stoffwechselprodukten mit niedrigem Schmelzpunkt bzw. öliger Konsistenz genannten Adsorbentien. Weitere Füll- oder Ballaststoffe können auch fetthaltige Produkte sein, wie z. B. Sojamehl, Sojaschrot oder Mehle oder Schrote an Mais, Roggen, Weizen, Gerste oder Erbsen.

Beispiele für Puderungsmittel bzw. Fließhilfsmittel sind Kieselgur, Kieselsäure, z. B. die Sipernat-Marken der Fa. Degussa; Ton, Tonerde, Sepiolithe, Kenite, Montmorillonite, Zeolithe, Kohle, Talg und Kaolin; die als Trägermaterialien vorgenannten Stärken, mo- difizierten Stärken, anorganischen Salze, Salze organischer Säuren und Pufferungsmittel; Cellulose und mikrokristalline Cellulose.

Hinsichtlich sonstiger Additive seien als Beispiele genannt: Farbpigmente wie TiÜ2; Biozide; Dispergiermittel; Antischaummittel; Viskositätsregulierende Mittel; anorgani- sehe Säuren wie Phosphorsäuren, Salpetersäure, Salzsäure, Schwefelsäure; organische Säuren wie gesättigte und ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren, z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Maleinsäure und Fumarsäure; Laugen wie Alkalimetallhydroxide, z. B. NaOH und KOH; Antioxidantien; Enzymstabilisatoren; Enzyminhibitoren; Adsorbate; Fette; Fettsäuren und Öle.

Der Anteil an den vorgenannten Zusatzstoffen und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen wie Coatingmaterialien kann je nach den speziellen Erfordernissen des jeweili- gen Nebenprodukts sowie in Abhängigkeit von den Eigenschaften der eingesetzten Zusatzstoffe stark variieren und z. B. im Bereich von 0,1 bis 80 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des fertig formulierten Produkts bzw. Stoffgemischs, liegen.

Die Zugabe von Formulierungshilfsmitteln kann zu einem beliebigen Herstellungsschritt des Nebenproduktes, insbesondere während der gegebenenfalls erforderlichen Trocknung erfolgen. Die Formulierungshilfsmittel können sowohl dem in fester Form erhaltenen Nebenprodukt als auch einer dieses enthaltenden Lösung oder Suspension zugegeben werden. Insbesondere nach der Trocknung erfolgt eine Zugabe von Formulierungshilfsmitteln z. B. beim Aufbringen von Überzügen bzw. Coatings/Coatingschichten auf getrocknete Partikel. Sowohl nach dem Trocknen als auch nach einem eventuellen Coatingschritt können dem Produkt weitere Hilfsmittel zugegeben werden. Optional können neben dem jeweiligen Stoffwechselprodukt der Fermentation den Nebenprodukten noch weitere Wirkstoffe, vorzugsweise in der Futtermittelindustrie übliche Wirkstoffe an einem beliebigen Schritt des Herstellungsverfahrens zugegeben werden. Unter Wirkstoffen werden hier alle Vitamine, (vorzugsweise A, B1 , B2, B5, B6, C, D3 und E), Carotenoide, Enzyme (vorzugsweise Phytase, Xylanase, Glucanase, Amylase, Cellulase, Hemicellulase, Protease, Lipase, Pektinase, Phosphatasen), Pro- biotika (z. B. Enterococus ssp., Lactobacillus ssp. Bacillus ssp., Pediococus ssp.), Antibiotika; organische Säuren und Aminosäuren (Methionin, Lysin, ...). Die Wirkstoffe werden vorzugsweise einen Anteil von 0,001 bis 20 Gew%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 5 Gew% des Nebenproduktes ausmachen (bezogen auf die Trockenmasse).

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung, sind jedoch nicht einschränkend zu verstehen.

Die in den Beispielen verwendete Abkürzung TS steht für Trockensubstanz.

Die in den folgenden Beispielen 1 bis 4 beschriebenen Versuche zur Verflüssigung/Verzuckerung wurden in einem Laborrührkessel mit 0,75 L Arbeitsvolumen durchgeführt. Der Laborrührkessel wurde mit einem hufeisenförmigen Rührer durch- mischt. Aus dem Drehmoment und der Drehzahl des Rührermotors wurde die Viskosität im Rührkessel online bestimmt. Die Temperatur in dem Rührkessel wurde durch einen Pt100-Temperaturfühler gemessen und über ein externes Ölbad über einen Doppelmantel des Rührkessels eingestellt. Die pH-Messung erfolgte über eine Ag/AgCI-Elektrode. Die pH-Einstellung erfolgte mit 50%iger NaOH bzw. 50%iger H₂SO₄.

Beispiel 1 : Verflüssigen und Verzuckern eines Vollkornmehles

In den folgenden Versuchen wurde ein Weizen-Vollkornmehl eingesetzt. Das Weizen- Vollkornmehl wies folgende charakteristische Zusammensetzung auf:

• 1 1 ,2 Gew.-% Wasser

• 13 Gew.-% Rohprotein

• 1 ,8 Gew.-% Rohfett

• 2,1 Gew.-% Rohfaser » 1 ,7 Gew.-% Asche

• 70,2 Gew.-% stickstofffreie Extrakte (Kohlenhydrate)

Die mittlere Teilchengröße des Mehles betrug 54 μm.

Versuch 1 : Für einen Ansatz von 800 g im Laborrührkessel wurden 6,06 ml_ Shearzyme 500L (Novozymes A/S, Denmark; Xylanase mit 2,0 Gew.-% bezogen auf die eingesetzte TS des Mehles) und 0,288 mL Liquozyme SD CS (Novozymes A/S, Denmark; α-Amylase mit 0,1 Gew% bezogen auf die eingesetzte TS des Mehles) zusammen mit 386 g Was- ser im Rührkessel vorgelegt und auf 58°C vorgeheizt. Insgesamt wurden 414 g des beschriebenen Vollkornmehles in den Ansatz gegeben (46 Gew% Gesamt-TS-Gehalt), wobei die Zugabe in zwei Schritten erfolgte. In einem ersten Schritt wurden 293 g zugegeben. Nach Einstellung des pH-Wertes mit 50%iger H2SO4 auf pH 5,0 wurde die Suspension 1 h inkubiert. Nach Einstellung des pH-Wertes auf 5,5-5,8 mit 50%iger NaOH wurde dann auf 85°C erhitzt und die restliche Menge des Mehles wurde zugegeben. Anschließend wurde der Kesselinhalt 10 min auf 100⁰C erhitzt und dann wieder auf 85°C heruntergekühlt. Nach erneuter Kontrolle und Einstellung des pH-Wertes auf 5,5 - 5,8 wurden zusätzlich 0,288 mL Liquozyme SD CS zugegeben. Unter diesen Bedingungen wurde der Kesselinhalt solange gerührt, bis ein Jod-Stärke-Test ein negati- ves Ergebnis lieferte. Dann wurde der Reaktorinhalt auf 6O⁰C heruntergekühlt und der pH-Wert wurde durch 50%ige ^SCu auf pH 4,3 eingestellt. Durch Zugabe von 4,75 mL Dextrozyme GA (Novozyme A/S, Denmark; Glukoamylase mit 1 ,5 Gew% bezogen auf die eingesetzte TS des Mehles) wurde die Verzuckerung gestartet. Nach 2-stündiger Verzuckerung wurde der Reaktorinhalt zur Deaktivierung der Glukoamylase kurzzeitig auf 100⁰C erhitzt.

Entsprechend der zugegebenen Mengen waren 36 Gew.-% Stärke im Ansatz. In einer abschließenden Glukoseanalytik konnten 338 g/L Glukose bestimmt werden. Die mittlere Viskosität während der Verflüssigung betrug 0,22 Pa s, während der Verzuckerung 0,25 Pa s.

Versuch 2:

In einem weiteren Versuch wurden insgesamt 487 g Mehl in einem 800 g Ansatz in Analogie zu Versuch 1 umgesetzt. Der Stärkeanteil im Ansatz betrug bei einem Gesamt-TS-Gehalt von 54 Gew% damit 43 Gew%. Die Mengen der eingesetzten Enzyme wurden entsprechend des höheren TS-Gehaltes im Versuch angepasst. Bei analogem experimentellem Vorgehen wurde eine Glukosekonzentration von 342 g/L erreicht. Die mittlere Viskosität während der Verflüssigung betrug 1 ,31 Pa s, während der Verzucke- rung O,98 Pa s.

Beispiel 2: Verflüssigen und Verzuckern eines Weizenmehles ohne Kleie

In den folgenden Versuchen wurde ein durch fraktionierende trockene Vermahlung von Kleiebestandteile weitgehend befreites Weizenmehl eingesetzt. Das Weizenmehl wies folgende charakteristische Zusammensetzung auf: • 1 1 ,3 Gew.-% Wasser • 12 Gew.-% Rohprotein

• 1 ,2 Gew.-% Rohfett

• 0,8 Gew.-% Rohfaser

• 0,8 Gew.-% Asche

• 73,9 Gew.-% stickstofffreie Extrakte (Kohlenhydrate)

Die mittlere Teilchengröße des Mehles betrug 55 μm.

Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise wurden verschiedene Mengen dieses Mehles in jeweils 800 g Ansätzen verflüssigt und verzuckert. Die eingesetzten Mengen an Mehl, der daraus resultierende Stärkegehalt, die gemessene Glukosekonzentration sowie die gemessenen mittleren Viskositäten während der Verflüssigung und Verzuckerung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tab. 1 : Glukosekonzentration und Viskosität in Abhängigkeit des Gesamt- Trockensubstanz- und Stärke-Trockensubstanz-Gehaltes.

VF: Verflüssigung VZ: Verzuckerung

Beispiel 3: Verflüssigen und Verzuckern von Weizenstärke

In den folgenden Versuchen wurde eine Weizenstärke eingesetzt, zu deren Herstellung zunächst durch fraktionierende trockene Vermahlung von Weizenkörnern ein von Kleiebestandteile weitgehend befreites Weizenmehl hergestellt wurde, das anschließend in üblicher weise von Glutenbestandteilen befreiet und getrocknet wurde. Die Weizenstärke wies folgende charakteristische Zusammensetzung auf:

• 10,8 Gew.-% Wasser

• 0,9 Gew.-% Rohprotein

• 0,2 Gew.-% Rohfett

• 0,3 Gew.-% Rohfaser

• 0,3 Gew.-% Asche

• 87,5 Gew.-% stickstofffreie Extrakte (Kohlenhydrate)

Die mittlere Teilchengröße der Fraktion betrug 27 μm. Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise wurden verschiedene Mengen dieser Weizenstärke in jeweils 800 g Ansätzen verflüssigt und verzuckert. Die eingesetzten Mengen an Weizenstärke, der daraus resultierende Stärkegehalt in der Suspension, die gemessene Glukosekonzentration sowie die gemessenen mittleren Viskositäten während der Verflüssigung und Verzuckerung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tab. 2: Glukosekonzentration und Viskosität in Abhängigkeit des Gesamt- Trockensubstanz- und Stärke-Trockensubstanz-Gehaltes.

VF: Verflüssigung VZ: Verzuckerung

Beispiel 4: Verflüssigen und Verzuckern einer Mischung von Weizenmehl ohne Kleie und Weizenstärke

Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise wurden verschiedene Mischungen des Weizenmehls aus Beispiel 2 und der Weizenstärke aus Beispiel 3 in jeweils 800 g Ansätzen verflüssigt und verzuckert. Die eingesetzten Mengen an Weizenstärke, der daraus resultierende Stärkegehalt in der Suspension, die gemessene Glukosekonzentration sowie die gemessenen mittleren Viskositäten während der Verflüssigung und Verzuckerung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Entsprechend des in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehens wurden verschiedene Mischungen aus Weizenmehl ohne Kleie (siehe Beispiel 2) und Weizenstärke (siehe Beispiel 4) in jeweils 800 g Ansätzen verflüssigt und verzuckert. Die eingesetzten Mengen der beiden Stärkequellen, der daraus resultierende Gesamt-Trockensubstanz- und Stärkegehalt, die gemessene Glukosekonzentration sowie die gemessenen mittleren Viskositäten während der Verflüssigung und Verzuckerung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tab. 3: Glukosekonzentration und Viskosität in Abhängigkeit des Gesamt-Trockensubstanz- und Stärke-Trockensubstanz-Gehaltes.

WM: Weizenmehl ohne Kleie, WS: Weizenstärke VF: Verflüssigung VZ: Verzuckerung

Beispiel 5: Glutenabtrennung aus dem Weizenvollkornmehl-Hydrolysat aus Beispiel 1

Aus dem in Beispiel 1 , Versuch 1 hergestellten Weizenvollkornmehl-Hydrolysat mit 338 g/L Glukosekonzentration wurde die Feststofffraktion abgetrennt und zur Verringe- rung des Glukoseverlustes gewaschen. Hierzu wurden 10 g des Hydrolysates auf 40⁰C temperiert und der pH-Wert auf 4,3 eingestellt und dann auf einer Rotana 96 RSC Laborzentrifuge bei 1650 g über 15 min getrennt. Dabei bildeten sich 2,73 g Überstand mit einer Glukosekonzentration von 357 g/L und 7,27 g Pellet mit einer Glukosekonzentration von 307 g/L.

Das entstandene Pellet wurde dann mit 9,68 g deionisiertem Wasser resuspendiert und erneut zentrifugiert (25°C, 1650 g). Dabei bildete sich ein zweiter Überstand von 10,67 g mit einer Glukosekonzentration von 137 g/L und ein Pellet von 6,28 g mit einer Glukosekonzentration von 108 g/L.

Der resultierende Feststoff wurde getrocknet und analysiert, wobei sich folgende Zusammensetzung ergab:

• 7,7 Gew.-% Wasser

• 32,3 Gew.-% Rohprotein • 4,0 Gew.-% Rohfett

• 6,2 Gew.-% Rohfaser

• 1 ,4 Gew.-% Asche

• 48,4 Gew.-% stickstofffreie Extrakte (Kohlenhydrate)

Die resultierende Glukoselösung hatte bezogen auf Trockensubstanz die folgende Zusammensetzung:

• 93,4 Gew.-% Zucker

• 4,0 Gew.-% Rohprotein

• 0,1 Gew.-% Rohfasern • 0,03 Gew.-% freie Aminosäuren

• 1 ,0 Gew.-% Rohasche Beispiel 6: Glutenabtrennung aus dem Hydrolysat aus Beispiel 2

Aus dem in Beispiel 2, Versuch Nr. 1 hergestellten Weizenmehl-Hydrolysat mit 330 g/L Glukosekonzentration wurde die Feststofffraktion abgetrennt und zur Verringerung des Glukoseverlustes gewaschen. Hierzu wurden 10 g des Hydrolysates auf 40⁰C temperiert und der pH-Wert auf 4,3 eingestellt und dann auf einer Rotana 96 RSC Laborzentrifuge bei 1650 g über 15 min getrennt. Dabei bildeten sich 5,58 g Überstand mit einer Glukosekonzentration von 350 g/L und 4,41 g Pellet mit einer Glukosekonzentration von 304 g/L.

Das entstandene Pellet wurde dann mit 6,19 g deionisiertem Wasser resuspendiert und erneut zentrifugiert (25°C, 1650 g). Dabei bildete sich ein zweiter Überstand von 6,75 g mit einer Glukosekonzentration von 132 g/L und ein Pellet von 3,85 g mit einer Glukosekonzentration von 115 g/L.

• 8,8 Gew% Wasser • 38,5 Gew% Rohprotein

• 2,6 Gew% Rohfett

• 2,1 Gew% Rohfaser

• 0,8 Gew% Asche

• 47,2 Gew% stickstofffreie Extrakte (Kohlenhydrate)

• 94,1 Gew% Zucker

• 2,9 Gew% Rohprotein • 0,1 Gew% Rohfasern

• 0,02 Gew% freie Aminosäuren

• 0,5 Gew% Rohasche

Beispiel 7: Glutenabtrennung aus dem Hydrolysat aus Beispiel 4

Aus dem in Beispiel 4 Versuch Nr. 2 hergestellten Hydrolysat einer Weizenmehl/Weizenstärke-Mischung mit 404 g/L Glukosekonzentration wurde die Feststofffraktion abgetrennt und zur Verringerung des Glukoseverlustes gewaschen. Hierzu wurden 10 g des Hydrolysates auf 40⁰C temperiert und der pH-Wert auf 4,3 eingestellt und dann auf einer Rotana 96 RSC Laborzentrifuge bei 1650 g über 15 min getrennt. Dabei bildeten sich 5,01 g Überstand mit einer Glukosekonzentration von 411 ,5 g/L und 4,98 g Pellet mit einer Glukosekonzentration von 385 g/L. Das entstandene Pellet wurde dann mit 5,85 g deionisiertem Wasser resuspendiert und erneut zentrifugiert (25°C, 1650 g). Dabei bildete sich ein zweiter Überstand von 7,62 g mit einer Glukosekonzentration von 178 g/L und ein Pellet von 3,21 g mit einer Glukosekonzentration von 158 g/L.

• 6,4 Gew% Wasser • 28,3 Gew% Rohprotein

• 3,0 Gew% Rohfett

• 1 ,3 Gew% Rohfaser

• 1 ,5 Gew% Asche

• 59,5 Gew% stickstofffreie Extrakte (Kohlenhydrate)

• 94,3 Gew% Zucker

• 2,3 Gew% Rohprotein • 0,1 1 Gew% Rohfasern

• 0,01 Gew% freie Aminosäuren

• 0,3 Gew% Rohasche

Beispiel 8: Aufkonzentrieren der Hydrolysate

Entsprechend der Vorgehensweise in Beispiel 2 wurde durch Verflüssigen und Verzuckern des in Beispiel 2 eingesetzten Weizenmehls eine Hydrolysat erzeugt. Daraus wurde dann analog Beispiel 6 durch Zentrifugieren, Resuspendieren (Waschen) und erneutes Zentrifugieren der Feststoff abgetrennt. Durch Zusammenfassen des Über- Standes aus der ersten Feststoffabtrennung und nach dem Waschen wurden 575 g eine Lösung erzeugt, die 21 ,8 Gew% Glukose enthielt. Aus dieser Lösung wurden in einem Rotationsverdampfer bei 80⁰C und einem Druck zwischen 220 und 160 mbar 366 g Wasser abgedampft. Im Rotationsverdampfer verblieben 209 g einer 60%igen Glukoselösung. Unter den gewählten Bedingungen wurden keine Ablagerung auf der Innenseite des Rotationsverdampfers beobachtet. Die erzeugte Lösung hatte bei 60⁰C eine Viskosität von 0,4 Pa s (Haake RheoStressi , 100 S^"1 Scherrate). Die so aufkonzentrierte Glukoselösung wurde anschließend in einer Fermentation eingesetzt.

Beispiel 9: Verwendung der erzeugten Glukoselösungen in Fermentationen

Alle Fermentationen wurden mit einem genetisch modifizierten Stamm von Corynebac- terium glutamicum durchgeführt. Eine genaue Beschreibung zum Stamm ATCC13032 lysC^fbr findet sich in WO 2005/116228. Die Zellen wurden auf sterilen CM-Agarplatten (Medienzusammensetzung s. Tabelle 3, 20 min sterilisiert bei 121⁰C) über Nacht bei 30⁰C inkubiert und dann in 0,9%iger NaCI-Lösung resuspendiert. Aus dieser Suspension wurden dann entsprechende Volumina in Schüttelkolben angeimpft, so dass eine optische Dichte von 1 ,5 bei 610 nm erreicht wird.

Tab. 3: Zusammensetzung des CM-Agarmediums für 1 L Medium.

^*sterilfiltriert bei 120⁰C, 20 min

Die Schüttelkolbenversuche wurden in 100 mL Erlenmeyerkolben mit 10 mL Arbeitsvolumen durchgeführt. Die Schüttelversuche wurden für 48 h bei 30⁰C, 200 min^"1 und 80 % relative Luftfeuchtigkeit durchgeführt.

Die Zusammensetzung des Schüttelkolbenmediums ist in Tabelle 4 angegeben. Für das Kontrollmedium wurden alle Medienbestandteile außer der Vitaminlösung zusammen in 1 L Wasser gelöst. Man stellte den pH-Wert des Mediums mit Ammoniumhydroxid auf 7, 8 ein und sterilisierte anschließend bei 121 °C für 20 min. Die Vitaminlösung wurde nach der Sterilisation sterilfiltriert (0,2 μm) zugegeben. Bei Verwendung von Weizenmehlhydrolysaten wurde die Glukose in Tabelle 4 durch eine entsprechen- de Menge an Glukoselösung ersetzt. Die sonstigen Komponenten wurden in 600 mL Wasser gelöst, um eine 60 g Glucose entsprechende Menge Weizenmehlhydrolysat zugeben zu können. Zum Auffüllen des Mediums beim Einsatz von Weizenmehlhydrolysat wurde steriles Wasser verwendet.

Tab. 4: Zusammensetzung des Hauptmediums für 1 L Medium.

Entsprechend der Beispiele 1 , 2 und 4 zur Verflüssigung und Verzuckerung sowie den Beispielen 5 bis 7 zur Glutenabtrennung wurden Glukose-Lösungen mit den folgenden Glukosekonzentrationen hergestellt:

Glukoselösung 1 : 251 g/L Hydrolysat aus Beispiel 2, Versuch Nr. 1 , Glutenabreiche- rung analog Beispiel 6.

Glukoselösung 2: 186 g/L Hydrolysat aus Beispiel 1 , Versuch Nr. 1 , Glutenabreiche- rung analog Beispiel 5.

Glukoselösung 3: 266 g/L Hydrolysat aus Beispiel 4, Versuch Nr. 2, Glutenabreiche- rung analog Beispiel 7.

In Doppelversuchen ergaben sich jeweils Lysinkonzentrationen von 8,08 g/L (Kontrolle, reine Glukose), 8,48 g/L (Glukoselösung 2), 8,36 g/L (Glukoselösung 1 ) und 10,75 g/L (Glukoselösung 3).

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Glukoselösung mit einem Glukosegehalt von wenigstens 32 Gew.-% aus den Stärkebestandteilen von Körnern von Triticeae-Pflanzen, umfassend die folgenden Schritte: a) fraktionierendes, trockenes Vermählen der Körner, wobei man die Körner in eine Stärke enthaltende Endosperm-Fraktion (Mehl) und eine Kleie- Fraktion auftrennt; b) Überführen der Endosperm-Fraktion in eine wässrigen Suspension; und c) Verflüssigen und enzymatisches Verzuckern der Stärkebestandteile der wässrigen Suspension unter Erhalt einer wässrigen Glukose, wobei die wässrige Suspension einen Stärkegehalt von wenigstens 30 Gew.-% aufweist; und wobei man den in der Endosperm-Fraktion enthaltenen Glutenanteil aus der in Schritt c) erhaltenen wässrigen Glukose und/oder vor der Durchführung von

Schritt c) aus der wässrigen Suspension der Endospermfraktion abreichert.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei man das Vermählen in Schritt a) in Gegenwart von 10 bis 30 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Masse eingesetzter Körner, durchführt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man in Schritt a) die Endosperm-Fraktion auf eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,01 bis 1 ,0 mm vermahlt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man das Gluten zu wenigstens 70 %, bezogen auf die gesamten, in der eingesetzten Endosperm- Fraktion enthaltenen Glutenbestandteile abtrennt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man wenigstens einen Teil des Glutenanteils der Endosperm-Fraktion aus der in Schritt c) erhaltenen wässrigen Glukose abreichert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man einen Teil des Glutenanteils der Endosperm-Fraktion vor der Durchfürchführung von Schritt c) abreichert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Abreicherung des Glutens vor der Durchführung von Schritt c) die folgenden Teilschritte umfasst: i) Überführen eines Teils der Endosperm-Fraktion in eine verdünnte wässrige

Suspension der Endospermfraktion mit einem Stärkegehalt von weniger als 30 Gew.-%; ii) Abreichern des Glutens aus der wässrigen Suspension der Endospermfrak- tion unter Erhalt der verdünnten wässrigen Suspension der an Gluten ab- gereicherten Endosperm-Fraktion und iii) Suspendieren der Restmenge der Endospermfraktion in der in Schritt ii) er- haltenen wässrigen Suspension, so dass ein Stärkegehalt in der Suspension von wenigstens 30 Gew.-% resultiert.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei man Restmenge des Glutenanteils der Endosperm-Fraktion aus der in Schritt c) erhaltenen wässrigen Glukose abrei- chert.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man die Abreiche- rung des Glutens so vornimmt, dass die erhaltene Glukoselösung weniger als

10 Vol.-% Feststoffe enthält.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den Körnern von Triticeae-Pflanzen um Weizenkörner handelt.

1 1. Glukoselösung, erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Glukoselösung nach Anspruch 1 1 , enthaltend, bezogen auf den Trockenmassegehalt, a) 80 bis 98 Gew.-% Zucker in Form von Glukose und gegebenenfalls Disac- chariden, b) 0,5 bis 7,0 Gew.-% Rohprotein, c) 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Rohfasern, d) 0,008 bis 0,1 Gew.-% freie Aminosäuren und e) 0,01 bis 1 ,0 Gew.-% Rohaschebestandteile.

13. Glukoselösung nach Anspruch 11 oder 12 mit einer Glukosekonzentration von wenigstens 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Glukoselösung.

14. Verwendung einer Glukoselösung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 als Kohlenstoffquelle für die Herstellung einer organischen Substanz.

15. Verwendung nach Anspruch 14 als Glukosequelle für die fermentative Herstellung einer organischen Substanz.

16. Verfahren zur Herstellung einer organischen Substanz durch Fermentation, umfassend die folgenden Schritte: i. Bereitstellung einer Glukoselösung durch ein Verfahren gemäß einem der

Ansprüche 1 bis 10 und ii. Zugabe der Glukoselösung zu einem Fermentationsmedium, das einen

Mikroorganismus enthält, welcher zur Überproduktion der organischen Substanz befähigt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei organische Substanz unter gegebenenfalls Hydroxylgruppen tragenden Mono-, Di- und Tricarbonsäuren mit 3 bis 10 C-Atomen, proteinogenen und nicht-proteinogenen Aminosäuren, Purinbasen, Pyrimidinbasen; Nukleosiden, Nukleotiden, Lipiden, gesättigten und ungesättigten Fettsäuren, Diolen mit 4 bis 10 C-Atomen, mehrwertigen Alkoholen mit 3 oder mehr Hydroxylgruppen, langkettigen Alkoholen mit wenigstens 4 C-Atomen, Kohlenhydraten, aromatischen Verbindungen, Vitaminen, Provitaminen, Cofaktoren, Nutrazeutika, Proteinen, Hefen, Carotenoiden, Ketonen mit 3 bis 10 C-Atomen, Lactonen, Polyhydroxyalkanoaten, Polylactiden, Polysacchariden, Polyisoprenoi- den, Polyamiden und Cyclodextrinen ausgewählt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz eine Aminosäure ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Aminosäure unter Lysin, Methionin, Threonin und Glutamat ausgewählt ist.

20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz unter Vitaminen und Provitaminen ausgewählt ist.

21. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz unter aliphatischen Mono-, Di- und Tricarbonsäuren mit 2 bis 10 C-Atomen ausgewählt ist.

22. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz unter aliphatischen Hydroxycarbonsäuren mit 3 bis 10 C-Atomen ausgewählt ist.

23. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz unter Alkandiolen mit 3 bis 10 C-Atomen ausgewählt ist.

24. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz unter aliphatischen Ketonen mit 3 bis 10 C-Atomen ausgewählt ist.

25. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz unter aliphatischen Diaminen mit 3 bis 10 C-Atomen ausgewählt ist.

26. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die organische Substanz unter Nucleotiden ausgewählt ist.

27. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Substanz unter Disacchari- den, Oligosacchariden und Polysacchariden ausgewählt ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, wobei man die aus dem Mikroorganismus resultierende Biomasse von der überproduzierten organischen Substanz aus dem Fermentationsprodukt abtrennt, und wobei man eine Biomasse enthaltende Zusammensetzung erhält.

29. Gluten, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durch Abreicherung des Glutens aus der Glukoselösung.

30. Gluten nach Anspruch 29, das die folgenden Bestandteile enthält a) 25 bis 55 Gew.-% Protein aus Triticeae Körnern; b) 5 bis 45 Gew.-% Zucker; c) 0,5 bis 8 Gew.-% Pflanzenfette und/oder -öle; d) bis zu 10 Gew.-% Rohfaserbestandteile; und e) bis zu 15 Gew.-% davon verschiedene feste Bestandteile. wobei die Mengenangaben auf die Trockenmasse des Glutens bezogen sind.

31. Gluten nach Anspruch 29 oder 30 in Form eines Pulvers.

32. Gluten nach Anspruch 31 , wobei die Pulverteilchen des Glutens eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 50 bis 900 μm aufweisen.

33. Verwendung eines Glutens gemäß einem der Ansprüche 29 bis 32 als Formulierungshilfsmittel.

34. Verwendung nach Anspruch 33 zur Formulierung von bei einer Fermentation anfallenden Biomasse.

35. Verwendung eines Glutens gemäß einem der Ansprüche 29 bis 32 als Futtermit- telbestandteil.

36. Futtermittelzusammensetzung, bestehend im Wesentlichen aus der bei einer Fermentation anfallenden Biomasse und Gluten nach einem der Ansprüche 29 bis 32.