NO139461B - Fremgangsmaate til fordampning av opploesningsmiddel fra proteinholdig materiale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fordampning av oppløsningsmiddel fra proteinholdig materiale.

Formålet med oppfinnelsen er å komme frem til en mulighet , for å fjerne resterende oppløsningsmiddel fra et proteinmateriale som er blitt ekstrahert med et oppløsningsmiddel eller som inneholder et oppløsningsmiddel, eventuelt etter- en mekanisk separering av overskudd oppløsningsmiddel, til meget lave restmengder uten derved å oppvarme proteinmateriale slik at man får en varmedenatur-ering og derved tap av viktige funksjonelle egenskaper i protein-' materialet, slik som koagulerbarhet, svellbarhet, vann- og olje--bindende evne.

Et annet formål med oppfinnelsen er å oppnå et koaguler-bart og svellbart oppløsningsmiddelfrigjort protein, slik som animalsk, protein fra fisk eller vegetabilsk protein fra soyabønner "og raps. .Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å oppnå en metode for fjerning av oppløsningsmiddel fra et proteinmateriale selv om dette skulle ha vært varmedenaturert ved en forutgående behandling, uten at sluttproduktets farge påvirkes i nevneverdig grad.

Det er tidligere kjent at man ved hjelp av direkte damp og derved en oppvarming av proteinmaterialet til temperaturer nær 100°C, kan oppnå en utstrakt fjerning av oppløsningsmidlet, men ettersom proteinene er utsatt for innvirkning av varme over dets denatureringspunkt, vil man imidlertid få den ulempe at proteinet fullstendig taper sine funksjonelle egenskaper slik som koagulerbarhet og vannbindende evne.

Det således behandlede proteinmaterialet gir etter tørking en "sandaktig" følelse når det spises og gjør det uegnet og.i de fleste tilfeller ubrukbart som additiv til vann inneholdende matvarer slik som fisk og kjøttprodukter.

Ved å behandle proteinmaterialet med direkte damp har man fått en fargeforandring og dette er naturligvis en stor ulempe når proteinmaterialet tilsettes til lyse matvarer.

Man har nå overraskende funnet at det ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er mulig å eliminere de ovenstående ulemper samtidig som man oppnår en utstrakt fordampning av oppløsnings-middel. Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveie-bragt en fremgangsmåte til fordampning av oppløsningsmiddel fra proteinholdig materiale, slik som fiskeprotein, ekstrahert med opp-løsningsmiddel, hvorved proteinmaterialet behandles med luft, og denne fremgangsmåte ér kjennetegnet ved at proteinmaterialet.behandles med luft inneholdende vann med en vannmetning på minst 50% ved en temperatur mellom 40 og 90°C, slik at tilstrekkelig energi tilsettes for fordampning av oppløsningsmidlet samtidig som vann kondenseres fra luften og erstatter den mengde oppløsnings-middel som fordampes.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen foretas behandlingen av ikke-denaturert protein under anvendelse av luft inneholdende vann'hvor luften har en temperatur på 40-70°C, hensiktsmessig 45-65°C, og fortrinnsvis i*5-55°C.

Tfølge en ytterligere utførelse av oppfinnelsen behandles proteinmaterialet med luft inneholdende vann i en mengde på 1,0-

5, 0 m^ pr. kg behandlet protein, fortrinnsvis 2,0-3,0 pr. kg. behandlet protein.

Ifølge en ytterligere utførelse av oppfinnelsen er luften inneholdende vann mettet til minst 50%, hensiktsmessig 70%, og fortrinnsvis 100% :-.

Ifølge en videre utførelse av oppfinnelsen utføres behandlingen av proteinmaterialet kontinuerlig i en vertikal kolonne ved hjelp av luft inneholdende vann i motstrøm til strømmen av. materiale, idet kolonnen oppvarmes indirekte til en temperatur som er under temperaturen til den luft som innføres, hensiktsmessig i området 10-30°C, og fortrinnsvis 10-.15°C, og hvorved luften inneholdende vann på egnet måte fordeles til forskjellige nivåer i kolonnen.

Videre er det foretrukket at temperaturen til luften inneholdende-'vann og som innføres i den øvre delen av kolonnen, overskrider' temperaturen til den luft inneholdende vann som innføres i kolonnens nedre del, hvorved luften som innføres i den øvre del innføres i en slik mengde og ved en slik temperatur at temperaturen på materialet i denne del av kolonnen ved fordampning av oppløsnings-middel har vesentlig samme temperatur som materialet i kolonnens nedre del.

Proteinmaterialet inneholdende oppløsningsmiddel er slikt proteinmateriale hvortil man-har tilsatt oppløsningsmiddel for preserveringsformål eller som inneholder oppløsningsmiddel etter en ektraksjon. Oppløsningsmidler benyttet for ekstraksjon er vanligvis isopropanol, n-butanol, sek-butanol, isobutanol, etanol, etylacetat, aceton, klorerte hydrokarboner og heksan. Disse opp-løsningsmidler anvendes alene eller i kombinasjon.

Proteinmaterialet kan være av animalsk eller vegetabilsk opprinnelse slik som protein fra slakteavfall, fisk, krepsdyr,

eller fra pattedyr som lever i vann, eller protein fra soyabønner og raps eller protein fra dyrking av mikroorganismer på hydrokarboner.

Proteinmaterialet som er behandlet ved en temperatur

over denatureringspunktet for proteinet, vanligvis 6.0-70°C, vil hurtig tape sine funksjonelle egenskaper, dvs. blant annet dets evne til å absorbere og binde vann. Denne egenskap er meget verdi-full og nødvendig når tilsetningen av proteinet som et erstatnings-

protein i produkter av animalsk opprinnelse, slik som kjøttfarse, pølser og fisk, for å bibeholde teksturen og bindeevnen til disse matvarer. Ved anvendelse av større mengder denaturert protein oppnås ingen binding, men produktene faller derimot, fra.hverandre.'. Denaturert protein har videre en sandaktig karakter hvilket leder til en "grov" smak ved spising. Når de funksjonelle egenskaper er tilstede i proteinet eksisterer ikke denne sandaktige karakter og prdduktene får en naturlig smak.

Oppfinnelsen skal i■det følgende beskrives mer i detalj under henvisning til de nedenstående eksempler.

Eksempel 1

I en kolonne for avdamping av oppløsningsmiddel og forsynt med en rører i form av en skrue med avbrudd langs sin periferi og med en diameter på 100 mm og en høyde på 200 mm, ble det innført oppløsningsmiddelekstrahert fiskemateriale i en mengde på 200 g. Sammensetningen av proteinmaterialet var 61, 5% tørrstoff, 25,5% isopropanol og 13, 0% vann.'.. 1 bunnen- av evaporatoren ble luftholdig vann innført i en mengde på 2,0 m^ pr. time under effektiv omrøring.

Vannet som var mettet med luft ble oppnådd ved innføring av luft i bunnen på en lukket beholder inneholdende vann av en viss temperatur hvoretter luften ble innført direkte ved bunnen av evaporatoren.

Forsøket -ble utført under anvendelse av vann mettet med luft ved fire forskjellige temperaturer. Fordampningskapasiteten ■ er derved direkte avhengig av den mengde energi som tilsettes og reguleres derved innen et visst apparaturvolum av mengden og temperaturen av vannet mettet med luft. Ifølge en tabell over egenskapene til fuktet luft er varmeinnhold.et i vann mettet med luft beregnet pr. kg luft ved 40°C 29,6 kcal/kg, mens energiinn-holdet i luft ved en temperatur på 50, 60 , 70, 80 og 9'0°C er 65,3, 1.09, 190, 363 og 912 kcal/kg, respektivt.

I nedenstående tabelll er angitt tørrstoff'(DS) og resterende isopropanol (IPA) i materialet etter forskjellige tidspunkter. Evaporatorkolonnen, som var forsynt med en kappe, hadde en temperatur som var 10°C under den til vannet mettet med luft.

Som det fremgår fra de ovenstående resultater oppnås

en omfattende avdampning av oppløsningsmidlet meget hurtig, og etter 60 minutter eller tidligere har-denne avdampning nådd så langt at bare 20-270 ppm er tilbake i det fuktige materialet.

Ved den etterfølgende tørking er denne rest ytterligere redusert

og er båre 10-30 ppm i det tørre materiale. Avdampningen kan. derfor avbrytes allerede etter 1"5 minutter under anvendelse av

■luft med en temperatur .på 50, 60 og 70°C, eller etter 30 minutter under anvendelse av luft med en temperatur på 4o°C, idet materialet som da oppnås inneholder 20-40 ppm isopropanol etter tørking, hvilket er meget lavt. Tørkingen utføres ved 35°C ved hjelp av blåsing med tørr luft.

15 minutters blåsing med luft mettet med vann ifølge

det ovenstående, tilsvarer en luftméngde på' 2,5 nr pr. kg proteinmateriale .

Eksempel 2

En oppløsningsmiddel-inndampning ble .foretatt ifølge eksempel 1 under anvendelse av umalte og malte produkter, og under anvendelse av luft mettet med vann ved en temperatur på 50°C. Temperaturen i .evaporatorens kappe.var 40°C. Det umalte produkt hadde en partikkelstørrelse ifølge .fordelingen: 18% <5"3 mm,

13% <3->2 mm og 69% <2 mm. Det malte materiale hadde-en partikkel-.størrelse på <2 mm. Det"oppnådde resultat er-gitt. i nedenstående tabell 2. Mengden av proteinmaterialet■innført i kolonnen var.

400 g inneholdende 68, 7% tørrstoff, 15, 8% ;isopropanol og 15,5? vann.

Som det fremgår fra tabellen oppnås et tilfredsstillende resultat også med det umalte produkt hvilket viser at ekstrahert fiskemateriale ikke behøver å bli ytterligere oppdelt før inndampning. Forskjellene som vises i resterende mengder oppløsningsmiddel er slik at man oppnår en større likhet ved slutlig tørking av materialet.

Produktene som oppnås ifølge eksemplene 1 og 2 hadde

sine funksjonelle egenskaper i behold og viste god svellbarhet i vann med unntagelse at forsøket ved 70°C lufttemperatur hvor det ble observert en viss begynnende koagulering.

Eksempel 3

I en vertikal kolonne forsynt med en rører i form av én periferisk, avbrutt skrue og med en diameter på 300 mm,'ble det innført et oppløsningsmiddelekstrahert fiskeproteinmateriale til en høyde på 3200 mm. Røreren ble rotert med en hastighet på. 15 omdr./min. Kolonnen som var forsynt med en kappe hadde en temperatur i kappen på 40°C.

Det innførte proteinmaterialet i. kolonnen besto av sild ekstrahert med isopropanol inneholdende 55-, 6%. tørr stoff, 38,2% isopropanol og 6,2% vann. Temperatur, i materialet ved ' innføringen var 20°C. Veid forsøket ble det benyttet kontinuerlig inndampning med en mengde på 18 kg/time av proteinmateriale. Høyden av materiale i kolonnen ble holdt konstant. Forsøket ble delt i to på hverandre følgende deler, nemlig 1) behanlding med vann mettet med luft oppnådd slik som angitt i eksempel 1 og ved en temperatur på 55o C og i en mengde på-60 m^^/time innført ved bunnen av kolonnen, og 2) etter 145 minutter; behandling under anvendelse- av vann mettet med luft ved en temperatur på 55°C og i en mengde på 30 m ^7 ti me innført ved bunnen på kolonnen og ved benyttelse av vann mettet med luft ved en temperatur på 80°C og i en mengde på 30 m^/time innført ved den øvre delen av kolonnen. De oppnådde resultater er angitt i nedenstående tabell..

Som det fremgår fra tabell 3 oppnås et bedre resultat ved en kontinuerlig prosess dersom vann mettet med luft også innføres ved den øvre delen av det pakkede materiale, hvorved denne luft har en temperatur som overskrider temperaturen ved bunnen av avdampningskolonnen, idet temperaturen på materialet i den øvre delen imidlertid ikke overskrider temperaturen i den vannmettede luft i den nedre delen av kolonnen, ifølge tabell 3A nedenfor.

Kapasiteten til kolonnen kan således utnyttes fullstendig ved å fordele den innførte luft inneholdende vann ved forskjellige nivåer i kolonnen, hvorved luften i den øvre del av kolonnen kan gis en temperatur som er høyere enn den til luft.som innføres i den nedre delen, idet temperaturen ved behandling av' ikke-denaturert protein imidlertid ikke bør overskride materialets denatureringspunkt. Luftens temperatur og mengde bør således-velges slik at temperaturen i materialet i den øvre delen ikke overskrider temperaturen i den vannmettede luft■i den nedre delen av kolonnen. Ved fordeling ved forskjellige nivåer kan den tilsatte energi økes , hvilket, naturligvis gir høyere kapasitet.

Eksempel 4

Effekten av den sluttlige.tørking og den resterende mengde oppløsningsmiddel i et materiale som.er underkastet avdampning med vannmettet luft .ifølge'oppfinnelsen og i et direkte tørket materiale, som ikke ér underkastet avdampning, er angitt i tabell 4 nedenfor. I tabellen angis forskjellige materialer, med forskjellige mengder tørrstoff-og isopropanol før og etter tørking

■etter avdampning med vannmettet -luf t, samt et båsemateriale.som ikke er underkastet■avdampning, men direkte tørket. Tørkingen ble utført ved 35°C under anvendelse av blåsende luft..

Som det fremgår fra tabell- 4 oppnås et meget forbedret resultat ved den sluttlige tørking dersom materialet først bar blitt avdampet under anvendelse av vannmettet luft.

Eksempel 5

Betydningen av vannet i inndampningsluften er åpenbar på grunnlag av nedenstående forsøk, hvor 20-0 g forsdksmateriale med 65,1% tørrstpff,.. 25,8% isopropanol og- 9,1% vann ble behandlet med vannmettet luft og med' luft som ikke var mettet med vann

(maks. 35% relativ fuktighet) i en mengde på"2.m^/time- i løpet av 45 minutter og med en avdampningstemperatur i luften på 30, 4-0,".■50 og 60°C. Kappetemperaturen ble ved hvert'forsøk holdt 1Q°C under temperaturen til luft inneholdende vann. Resultatet etter 45

minutter er gitt' i nedenstående tabell 5> y" :

Resultatene viser en betydelig forskjell mellom de forskjellige inndampningsmetoder, idet den andre-metoden må anses for mer eller mindre en tørkemetode..

Eksempel 6

.Det ble utført en rekke forsøk .for å,vi se verdien av prosessen for forskjellige oppløsningsmidler og materialer. I tabell 6A angis resultatene fra et inndampnings-forsøk på présskakf.-

mel fra sardinella ekstrahert med isopropanol og med 65, 1% tørr-stoff, 25, 8% isopropanol og 9, 1% vann. 350% forsøksmateriale ble behandlet méd vannmettet luft med en inngangstemperatur på 50°C og

.i en mengde på 2 m^/time i en kolonne forsynt med en kappe hvor kåppetemperaturen var 40°C.

Det samme forsøk ble utført under anvendelse av presskake-mel ekstrahert med sek-butanol, idet det ekstraherte materiale inneholdt 56,8% tørrstoff, 18,7% sek-butanol og 24,5% vann.-Resultatene er gitt i nedenstående tabell.

Det samme forsøk ble foretatt på presskake-mel ekstrahert med héksan, idet det ekstraherte materiale inneholdt 70,4% tørrstoff, 21,5% heksan og 8,1% vann. De oppnådde resultater er angitt i nedenstående tabell.

Det samme forsøk ble foretatt på soyabønner ekstrahert med heksan, idet det ekstraherte materiale inneholdt 79,5% tørr-stoff, 11,4% heksan og 9,1% vann. De oppnådde resultater er angitt i nedenstående tabell.

Resultatene viser at valg av oppløsningsmiddel eller valg av materiale ikke har noe innvirkning på inndampningseffekten, men man oppnår tilfredsstillende resultater med forskjellige, typer oppløsningsmiddel og materiale.

Eksempel 7

Det ble foretatt et forsøk for å vise effekten av mengden av vann som var tilstede i luften inneholdende vann. Således ble isopropanol avdampet slik som angitt i tabell 6A med den forskjell at luft ved en temperatur på 50°C og mettet til 100%", ble oppvarmet-til 60°C før innføring i fordampningskolonnen, og derved ble graden av metning senket til 57%. Resultatet fra inndampningen fremgår fra nedenstående tabell.

Når utløpsgasstemperaturen har øket akkurat 1°C (kfr. tabell 6A ovenfor) sammenlignet med inndampningen under anvendelse av vannmettet luft ved 50°C, indikerer dette at overskudd varme i den ikke-vannmettede luft er forbrukt under passasjen gjennom det pakkede materiale. Dette fremgår også fra en noe hurtigere innda.mpning av resterende isopropanol ved begynnelsen av inndamp-ningsforløpet og en noe lavere kondensasjon av vann i produktet.-Kravet for en effektiv inndampning er at tilstrekkelig energi tilsettes for å fordampe oppløsningsmidlet samtidig som en.viss mengde vann må konsentrere i materiale som utveksling for det fordampede oppløsningsmiddel. Dersom disse krav oppfylles kan lavtemperatur-inndampningen utføres innen vide grenser for den relative fuktighet i luften, men det er åpenbart at luft som har en maksimal øvre temperaturgrense har den høyeste inndampningskapasitet med 100% relativ fuktighet, dvs. vannmettet luft.

Materialene som inndampes ifølge foreliggende oppfinnelse og hvilke materialer på forhånd er behandlet slik at de ikke er . denaturert, har deres funksjonelle egenskaper i behold etter inndampning, f.eks. vann-svellbarheten.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til fordampning av oppløsningsmiddel fra proteinholdig materiale, slik som fiskeprotein, ekstrahert-med oppløsningsmiddel, hvorved proteinmaterialet behandles med" luft, karakterisert ved at proteinmaterialet .behandles med luft inneholdende vann med en vannmetning på minst 50% ved en temperatur mellom 40 og,90°C, slik at tilstrekkelig energi tilsettes for fordampning av oppløsningsmidlet samtidig som vann kondenseres fra luften og erstatter den mengde.opp-løsningsmiddel som fordampes.

2. Fremgangsmåte -ifølge krav 1, karakterisert ved at ikke-denaturert proteinmateriale behandles med luft inneholdende vann og med en temperatur på 40-70°C, fortrinns-, vis <'45-65°C, og særlig. 45-55°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at proteinmaterialet oppvarmes med' luft i en'mengde på.

1,0-5,0 m pr. kg behandlet proteinmateriale.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at proteinmaterialet behandles med luft i en mengde på 2,0-3,0 m^ pr. kg behandlet proteinmateriale.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den vannholdige luft har en vannmetning på minst 70%.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at den vannholdige luft har en vannmetning på minst 100%.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1^karakterisert ved at behandlingen av proteinmaterialet utføres kontinuerlig i en vertikal kolonne ved,hjelp av luft inneholdende vann i mot-strøm til materialstrømmen, idet kolonnen oppvarmes indirekte ■ til en temperatur som er under temperaturen til den innførte luft.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at kolonnen oppvarmes til en temperatur som er lO-30°C under temperaturen til den innførte luft, fortrinnsvis 10-15°C.