PL175099B1

PL175099B1 - Sposób obróbki ziemniaczanej wody sokowej

Info

Publication number: PL175099B1
Application number: PL93304723A
Authority: PL
Inventors: Hans S. Olsen
Original assignee: Novo Nordisk As
Priority date: 1992-02-06
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1998-11-30
Also published as: US5573795A; CA2129672A1; EP0637210A1; CN1045156C; CN1079111A; DE69310509T2; EP0637210B1; DK14192D0; WO1993015616A1; DE69310509D1

Abstract

1. Sposób obróbki ziemniaczanej wody sokowej, znamienny tym, ze ziemniaczana wode sokowa poddaje sie obróbce cieplnej, która prowadzi sie w temperaturze do co naj- mniej 125°C w czasie co najmniej 3 minut, po czym ziemniaczana wode sokowa po obrób- ce cieplnej schladza sie do temperatury, w której enzymy sa stosunkowo stabilne, naste- pnie poddaje sie obróbce enzymatycznej pro- teinaza, i w koncu zateza sie do uzyskania stabilnosci mikrobiologicznej. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek obejmuje sposób obróbki ziemniaczanej wody sokowej (ścieków z przerobu ziemniaków). Ziemniaczana woda sokowa jest pewną frakcją, która powstaje podczas wytwarzania skrobi ziemniaczanej. Rozdrobnione, czyste kawałki ziemniaków najpierw wprowadza się do dekantatora, supematant z niego jest ziemniaczanąwodą sokową; pozostałość wprowadza się do wirówki' filtracyjnej, w której uzyskuje się dwie frakcje, tj. frakcję skrobi ziemniaczanej i frakcję wycierki ziemniaczanej. Roczna światowa produkcja skrobi ziemniaczanej wynosi co najmniej około 10⁶ ton, a odpowiadająca objętość ziemniaczanej wody sokowej wynosi co najmniej około 4 x 106, z zawartością suchej masy co najmniej 10⁵ ton.

Zanim zostały wydane surowe przepisy dotyczące ochrony środowiska, ziemniaczaną wodę sokową wylewano po prostu do systemu kanalizacyjnego lub rozpylano na pola. Inna wcześniej sza próba rozwiązania problemu obejmującego wykorzystywanie ziemniaczanej wody sokowej w sposób możliwy do zaakceptowania dla środowiska i ekonomicznie uzasadniony polegała na wykorzystaniu koagulatorów cieplnych z późniejszym odzyskiwaniem nierozpuszcza175 099 lnej części frakcji białkowej przez odwirowanie w postaci zatężonego osadu białkowego. W niektórych fabrykach przetwarzających ziemniaki przeprowadzono także próby stosowania ultrafiltracji ziemniaczanej wody sokowej. Ponieważ około 50% całej ilości białka ziemniaków stanowią białka niskocząsteczkowe i niezdolne do koagulacji, wspomniane metody pozostawiają składniki białka niewytrącalnego i białka niskocząsteczkowego w roztworze. A zatem, te niepożądane produkty będą obecne w ściekach, które będą musiały podlegać obróbce w fabrykach przetwarzających ścieki lub utylizacji innymi sposobami. Po wprowadzeniu w wielu krajach przepisów dotyczących ochrony środowiska, konieczne stało się oczyszczanie ziemniaczanej wody sokowej, tak skutecznie jak to jest możliwe, przed jej wprowadzeniem do systemu kanalizacyjnego. Była to kosztowna procedura, a producent skrobi ziemniaczanej nie odnosił żadnej korzyści z tego wydatku, o ile nie mógł wytworzyć wartościowych produktów. Sugerowano zatężanie ziemniaczanej wody sokowej w celu stosowaniajej jako paszy dla zwierząt; jednakże, ponieważ ziemniaczanej wody sokowej bez oddzielenia białka nie można zatężyć bardziej niż do poziomu odpowiadającego około 25% suchej masy na skutek bardzo znacznego wzrostu lepkości, a ten procent był uważany za zbyt niski dojej praktycznego wykorzystaniajako paszy dla zwierząt, sugestia ta nigdy nie doprowadziła do ekonomicznie uzasadnionego wykorzystywania ziemniaczanej wody sokowej.

A zatem, celem wynalazkujest dostarczenie sposobu obróbki ziemniaczanej wody sokowej, która umożliwi ekonomicznie uzasadnione wykorzystywanie ziemniaczanej wody sokowej.

Dla sposobu obróbki ziemniaczanej wody sokowej według wynalazku charakterystyczne jest, że ziemniaczaną wodę sokową poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze co najmniej 125°C w ciągu co najmniej 3 minut, po czym poddaną obróbce cieplnej wodę sokową schładza się do temperatury, w której enzymy sąstosunkowo stabilne, następnie poddaje się obróbce enzymatycznej proteinazą, a ostatecznie zatęża do uzyskania stabilności mikrobiologicznej. Zatężony produkt końcowy jest albo zatężonym płynem o zawartości suchej masy 70% w/w lub większej, albo materiałem w postaci cząstek, takim jak proszek lub granulat.

Nie podano żadnej górnej granicy trwania obróbki cieplnej ;jednakże, znanym faktem jest to, że obróbka cieplna trwająca powyżej pewnej wartości krytycznej dla tego układu, w zależności od np. pH, rzędu wielkości około 10 minut, spowoduje wzrost niepożądanej reakcji pomiędzy białkami i cukrami (kompozycja Maillarda), które obniżać będąwartość odżywcząproduktu końcowego, który jest zatężony do poziomu zapewniającego stabilność mikrobiologiczną.

Nieoczekiwanie, stwierdzono, że ziemniaczaną wodę sokową, którą poddaje się obróbce według wynalazku, można zatężać do co najmniej 50% zawartości suchej masy, zanim lepkość koncentratu wzrośnie tak bardzo, że występuje gęstnienie i zestalanie, i że tak poddawaną obróbce ziemniaczanąwodę sokowąmożna stosować w ekonomicznie uzasadniony sposóbjako stabilną mikrobiologicznie paszę. Nieoczekiwanie stwierdzono także, że w celu uzyskania pożądanego wyniku trzeba przeprowadzić zarówno obróbkę cieplnąjak i enzymatyczną.

Później w tym opisie przedstawiono udokumentowanie faktu, że sposób według wynalazku umożliwia bardziej ekonomicznie uzasadnione wykorzystywanie ziemniaczanej wody sokowej niż najpowszechniejszy uprzednio stosowany sposób obróbki ziemniaczanej wody sokowej.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku ziemniaczanąwodę sokowązatęża się wstępnie, albo bezpośrednio przed obróbką cieplną lub bezpośrednio po obróbce cieplnej. Bezpośrednio przed obróbką cieplną oznacza pomiędzy obróbką cieplną a dekantacją, a bezpośrednio po obróbce cieplnej oznacza pomiędzy obróbką cieplną a reakcją enzymatyczną. Zatężanie wstępne można przeprowadzić przez odparowanie lub osmozę. W ten sposób otrzymuje się mniejszą objętość płynu podczas hydrolizy enzymatycznej, co jest zaletą z inwestycyjnego punktu widzenia. W ten sposób można także stosować mniejszą dawkę enzymu, a zatem można uzyskać korzystniejszy ekonomicznie proces.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku ogrzewanie prowadzi się w podgrzewaczu strumieniowym. Jest to dogodny i skuteczny sposób przeprowadzania ogrzewania. Proces ogrzewania strumieniowegojest specjalnąobróbką cieplną, w której uzyskuje się efektywne ścinanie i ogrzewanie bezpośrednio parą z ciągłym przepływem przez przewód łączący.

175 099

Typowym komercjalnym podgrzewaczem strumieniowym, który można stosować w sposobie według wynalazku jest Hydroheater®.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku ziemniaczaną wodę sokową ogrzewa się do temperatury co najmniej 130°C w ciągu co najmniej 3 minut, korzystnie w ciągu co najmniej 5 minut. W ten sposób problemy z lepkością redukuje się bardzo skutecznie.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku wodę sokowąpo obróbce cieplnej schładza się do temperatury pomiędzy 60°C a 45°C. W ten sposób zapewnia się, że obróbka enzymatyczna będzie przeprowadzona z powodzeniem.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku enzymatyczna obróbka ziemniaczanej wody sokowej obejmuje także obróbkę enzymem degradującym skrobię. Tą drogą można uzyskać nawet niższą lepkość po reakcji enzymatycznej.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku enzymatyczna obróbka ziemniaczanej wody sokowej obejmuje także obróbkę enzymem degradującym ściany komórkowe. Tą drogą można uzyskać nawet niższą lepkość po reakcji enzymatycznej.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku proteaząjest proteaza obojętna lub zasadowa, a obróbkę enzymatyczną przeprowadza się w stałym pH, w lub blisko optimum aktywności enzymu. Przykładami enzymów obojętnych lub zasadowych są Neutrase®, Alcalase®, Savinase® i Esperase®. Tą drogą uzyskuje się skuteczną degradację białek ziemniaka.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku enzymem degradującym ściany komórkowe jest preparat SPS-azy, a proteaząjest proteaza Alcalase®. Stwierdzono, że taki wybór enzymu degradującego ściany komórkowe i proteinazy jest efektywny pod względem degradacji enzymatycznej.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku obróbkę enzymatyczną przeprowadza się kolejno i z doprowadzaniem pH w celu uzyskania optymalnych aktywności enzymów. W ten sposób wykorzystanie aktywności enzymatycznych jest optymalne.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku czas reakcji enzymatycznej wynosi pomiędzy 1a 6 godzinami, korzystnie pomiędzy 2 a 3 godzinami. Jeśli czas reakcji wynosi powyżej 6 godzin, wzrasta ryzyko gnicia, a jeśli czas reakcji jest krótszy niż 1 godzina, koszt koniecznej ilości enzymów będzie nadmiernie wysoki.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku enzymu lub enzymów nie inaktywuje się całkowicie pod koniec obróbki enzymatycznej. W ten sposób degradację enzymatyczną można kontynuować podczas zatężania poddawanej obróbce ziemniaczanej wody sokowej, i na skutek coraz wyższego stężenia suchej masy podczas zatężania stabilność enzymów, a zatem pożądana degradacja jest wysoka.

W preferowanym rozwiązaniu sposobu według wynalazku zatężony materiał suszy rozpyłowo. Jest to najbardziej dogodne dla transportu i stosowania jako paszy.

Części przykładu I, które opisują sposób bez dodawania jakiegokolwiek enzymu lub bez ogrzewania strumieniowego, należy uważać za porównania leżące poza zakresem wynalazku.

W przykładach I i II, które wykazująwyłącznie wpływ enzymu(ów) nie przeprowadzano końcowego zatężania do uzyskania stabilności mikrobiologicznej; w przykładach ΓΠ i IV przeprowadzono końcowe zatężanie do uzyskania stabilności mikrobiologicznej. Przykład IV przeprowadzono wyłącznie w urządzeniu próbnym. Przykład V przeprowadzono w celu zilustrowania wpływu różnych proteaz zasadowych.

Przykład I.

500 litrów ziemniaczanej wody sokowej (1,30% suchej masy, 0,76% N x 6,25) odwirowano w wirówce usuwającej substancje stałe typu Westfalia SC 35 w celu usunięcia pozostałości skrobi. Supematant odparowano do objętości około 400 litrów (celem było uzyskanie 10% suchej masy) na wyparce ze spływającą warstwą cieczy (Niro Atomizer, typ FF 200).

Wytworzony w ten sposób koncentrat ogrzewano strumieniowo w podgrzewaczu strumieniowym Hydroheate® w temperaturze 130°C i z sekcją utrzymującą, którą można nastawić na czas obróbki 1 minuta, 2 minuty i 5 minut. Ogrzany produkt schładzano w sposób ciągły stosując płytowy wymiennik ciepła do temperatury 50°C. Próbki tego wstępnie odparowanego i ogrzewa175 099 nego w podgrzewaczu strumieniowym koncentratu ziemniaczanej wody sokowej (PJPFWC) stosowano w następujących testach laboratoryjnych z proteazą Alcalase® lub z enzymem degradującym ściany komórkowe SP-311+ Alcalase®. Odwołuje się tu do H. Sejr Olsen: Aqueous extraction of oil from seeds. In report EUR 11583 EN, Agriculture, Agriculture refineries - A bridge from farm to industry, pod redakcją L. Munch i F. Rexen, sponsorowany przez Commision of the European Comminities (SP-311) oraz opisu produktu Novo Enzyme Process division B 318b-GB (Alcalase®). SP-311 jest płynnym preparatem o aktywności SPS-azy 50,00 SPSU/g płynnego preparatu.

Testy laboratoryjne:

800 g PJPFWC przeniesiono do zbiornika reakcyjnego z mieszadłem o objętości 1 litra, termostatowano w temperaturze 50°C i doprowadzono do pH = 4,50 stosując 6 N HCl do obróbki SP-311 i do pH = 8,0 stosując 4 N NaOH do obróbki Alcalase®. Podczas obróbki Alcalase® utrzymywano stałe pH na poziomie równym 8,0 wykorzystując pH-stat. Odzyskano ilość zastosowanego 4 N NaOH. Obróbkę SP-311 prowadzono w ciągu 24 godzin, a obróbkę Alcalase® prowadzono do 150 minut. W oparciu o odzyskane ilości zastosowanego do hydrolizy białka 4 N NaOH wykreślono krzywą dla Sh% (SH = stopień hydrolizy) w funkcji czasu. Wartość SH obliczono według następującego wzoru:

SH = αχή.ο,

ZxR xMB x 100% gdzie

Z = zużycie zasady w ml R_z = stężenie równoważnikowe zasady MB = masa białka (N x 6,25) w gramach α = stopień dysocjacji h_tot=całkowita liczba wiązań peptydowych najednostkę masy białka (tu zastosowano wartość 8 gramorównoważników na kilogram białka).

Obróbka sama Alcalase® fbez obróbki SP-3m

Wpływ czasu ogrzewania w podgrzewaczu strumieniowym na przebieg hydrolizy białka ziemniaków widoczny jest z następujących danych:

Wpływ ogrzewania strumieniowego i obróbki proteinaza ziemniaczanej wody sokowej

Enzym: Alcalase® 2.4 L, dawka, %E/B = 2,00 (E jest masą preparatu enzymatycznego, B jest masą substratu, w przypadku białka (N x 6,25) pH-stat, pH 8,00; 4 N NaOH. Temperatura T = 50°C Temperatura ogrzewania strumieniowego 130°C

Czas trwania ogrzewania
strumieniowego (minuty)	0	1	2	5
% N x 6,25	6,35	4,32	4,31	4,24
Czas reakcji (minuty)	ml NaOH	ml NaOH	ml NaOH	ml NaOH
0	0,00	0,00	0,00	0,00
15	0,30	0,30	0,40	0,60
30	0,40	0,60	0,70	1,20
45	0,45	0,70	0,85	1,75
60	0,50	0,80	1,05	2,20
75	0,53	0,80	1,10	2,60

175 099

Czas trwania ogrzewania
strumieniowego (minuty)	0	1	2	5
% N x 6,25	6,35	4,32	4,31	4,24
Czas reakcji (minuty)	SH%	SH%	SH%	SH%
0	0,00	0,00	0,00	0,00
15	0,26	0,38	0,51	0,78
30	0,35	0,77	0,90	1,57
45	0,39	0,90	1,09	2,28
60	0,44	1,02	1,35	2,87
75	0,46	1,02	1,41	3,39

Dane te dalej zilustrowano na fig. 1, z której widoczne jest, że obróbka w ciągu 5 minut wywiera największy wpływ na hydrolizę białkowej części ziemniaczanej wody sokowej.

Obróbka Alcalase® i SP-311

Wpływ ogrzewania strumieniowego odparowanej w urządzeniu próbnym ziemniaczanej wody sokowej.

Enzym 1: SP-311, dawka, %E/S: 1,60 (Sjest suchą masą)

Enzym 2: Alcalase® 2,4 L, dawka, %E/B = 2,00 Warunki reakcji:

Enzym 1: pH = 4,5, T = 50°C, czas reakcji: 24 godziny Enzym 2: pH-stat, pH = 8,00,4 N NaOH, temperatura = 50°C Temperatura ogrzewania strumieniowego 130°C z czasem trwania 5 minut.

Enzym	Brak	Enzym 1+2	Enzym 2
N x 6,25	6,35	4,23	4,23
Czas reakcji (minuty)	SH%	SH%	SH%
0	0,00	0,00	0,00
15	0,30	0,70	0,45
30	0,38	1,25	0,70
45	0,45	1,65	0,95
60	0,50	2,00	1,15
75	0,53	2,28	1,35
90		2,50	1,55
105		2,70	1,80
120		2,90	2,00
135		3,00	2,15
150		3,10

Enzym	Brak	Enzym 1+2	Enzym 2
N x 6,25	6,35	4,23	4,23
Czas reakcji (minuty)	ml NaOH	ml NaOH	ml NaOH
0	0,00	0,00	0,00
15	0,26	0,92	0,59
30	0,33	1,63	0,92
45	0,39	2,16	1,24
60	0,44	2,62	1,50

175 099 cd. ze strony 6

75	0,46	2,98	1,77
90		3,27	2,03
105		3,53	2,35
120		3,79	2,62
135		3,92	2,81
150		4,05

Dane te zilustrowano dalej na fig. 2, z której widoczne jest, że ogrzewanie strumieniowe oraz obróbka SP-311 i Alcalase® wywierają największy wpływ na hydrolizę białkowej części ziemniaczanej wody sokowej.

Przykład II.

500 litrów ziemniaczanej wody sokowej (1,30% suchej masy, 0,76% N x 6,25) odwirowano w wirówce usuwającej substancje stałe typu Westfalia SC 35 w celu usunięcia pozostałości skrobi. Supematant odparowano do objętości około 400 litrów (celem było uzyskanie 10% suchej masy) na wyparce ze spływającą warstwą cieczy (Niro Atomizer, typ FF 150).

Koncentrat ogrzewano strumieniowo w temperaturze 130°C w ciągu 5 minut wykorzystując Hydroheater® z sekcjąutrzymującą, a następnie nieprzerwanie schładzano do temperatury 50°C stosując płytowy wymiennik ciepła. Próbki tego wstępnie odparowanego i ogrzewanego strumieniowo ziemniaczanej wody sokowej (PJPFWC) stosowano w następujących testach laboratoryjnych w celu wyselekcjonowania efektywnego układu enzymatycznego.

Testy laboratoryjne:

800 g PJPFWC przeniesiono do naczynia reakcyjnego z mieszadłem o objętości 1 litra, termostatowano w temperaturze 50°C i doprowadzono do pH = 4,50 stosując 6 N HCl do obróbki SP-311 lub SP-348 (preparat doświadczalny celulazy Humicola insolens, patrz Bio-Feed Plus B 402c-GB) i do pH = 8,0 stosując 4 N NaOH do obróbki Alcalase®. Podczas obróbki Alcalase® utrzymywano stałe pH równe 8,0 wykorzystując pH-stat. Obróbkę SP-311 lub SP-348 prowadzono w ciągu 24 godzin, a obróbkę Alcalase® prowadzono w ciągu 2 godzin. Po obróbce enzymatycznej część mieszaniny reakcyjnej odwirowano przy 3000 xG(G = przyspieszenie ziemskie) w ciągu 30 minut. Zmierzono masę supematantu. Pobrano próbki przed wirowaniem mieszaniny reakcyjnej i supematantu do analizy całkowitej suchej masy (SM) i azotu (oznaczany metodą Kjeldahla). Stężenie białka obliczano jako N x 6,25.

Wpływ obróbki enzymatycznej przedstawiono w tabelach poniżej:

Dane dla mieszaniny reakcyjnej:

Enzymy

SP-311 Alcalase® Mieszanina reakcyjna

2,4 L

%SM	% białka	masa (g)	% suchej masy	% białka
0	0	110,4	10,02	4,51
1,6	0	111,6	9,48	4,35
1,6	0	109,2	9,35	4,22
0	2	111,0	10,02	4,51
1,6	2	117,2	9,35	4,22
			B/SM średnio	0,45
SP-311	Alcalase®
	2,4 L
% SM	% białka
1,6	0	143,5	9,76	4,42
1,6	2	144,1	9,76	4,42

175 099

Dane z supernatantów:

Enzymy	Supematanty	Wskaźniki
SP-311	Alcalase®	masa	% suchej	%	%	%	%
%SM	2.4 L % białka	(g)	masy	białka	szlamu	cih	cip
0	0	91,88	8,11	2,99	16,8	80,9	66,3
1,6	0	92,8	7,94	3,10	16,8	83,8	71,3
1,6	0	86,3	7,95	3,10	21,0	85,0	73,5
0	2	95,7	8,75	3,45	13,8	87,3	76,6
1,6 SP-348 % SM	2 Alcalase® 2.4 L % białka	104,4	9,23	3,78	11,2	98,7	89,6
1,6	0	114,4	6,37	3,00	20,3	65,3	68,0
1,6	2	123,0	7,33	3,38	14,6	75,1	76,4

Wymieniona we wskaźnikach zawartość szlamujest aktualną zawartością osadu mierzoną w mieszaninie reakcyjnej.

Obliczone wskaźniki są otrzymanymi z wirowania wskaźnikami obliczanymi w następujący sposób:

Dla suchej masy:

HC cih = —— x 100%

H gdzie HC = % suchej masy w supematancie i

H -% suchej masy w mieszaninie reakcyjnej

Dla białka:

PC cip = — x 100%

P gdzie PC = % białka w supematancie

P = % białka w mieszaninie reakcyjnej.

Jak wynika ze wskaźników, rozpuszczalność wzrosła do najwyższych wartości, gdy stosowano zarówno SP-311, jak i Alcalase®. SP-348 nie powodowała tak wysokiej rozpuszczalności ani suchej masy, ani białka, jak SP-311. Także procent zawartości szlamu był najniższy, gdy stosowano zarówno SP-311, jak i Alcalase®.

Przykład III.

Próba w urządzeniu próbnym: PP-958

1500 litrów ziemniaczanej wody sokowej ogrzewano strumieniowo w temperaturze 130°C stosując podgrzewacz strumieniowy Hydroheater® (300 litrów/godzinę z komorąutrzymującą o objętości 25 litrów). Tym samym czas trwania wynosił będzie 5 minut. Po ogrzewaniu strumieniowym produkt natychmiast schładzano do temperatury 50°C i utrzymywano w ciągu 30 minut. Następnie podwyższono pH do 8,0 14,4 litrami 5,10 N NaOH.

Hydrolizę Alcalase® przeprowadzono przy dawce 0,5% suchej masy (E/S = 0,5%). Hydrolizę prowadzono do SH = 10%, stosując kontrolę pH-statem. Podczas reakcji mierzono lepkość, % szlamu i °Brixa.

Równolegle z powyższą hydrolizą przeprowadzono również hydrolizy w laboratorium. Reakcje te, które zostaną opisane szczegółowo później w tym przykładzie prowadzono bez pH-statu, ale zamiast tego mierząc osmolalność.

Następnie dnia rano hydrolizat z urządzenia próbnego odparowano na wyparce ze spływającą warstwącieczy Niro FF-200. Podczas zatężenia pobrano próbki do pomiaru lepkości wykorzystując układ pomiarowy Hake MV DIN.

175 099

Dane z urządzenia próbnego:

Enzym 1: brak, dawka, %E/S: 0,00

Enzym 2: Alcalase® 2.4 L, dawka, %E/S: 0,05 dawka, %E/B: 1,05. Temperatura ogrzewania strumieniowego: 130°C z czasem trwania 5 minut. Reakcja enzymatyczna:

Tabela 1

Pomiary SH

% N x 6,25	1,85
% suchej masy	3,86
Czas reakcji	SH %
(godziny)	(pH-stat)
0,00	0,00
0,25	0,41
0,50	0,61
1,00	1,22
19,00	2,64

Pomiary lepkości podczas odparowywania

Tabela 2

Dane dotyczące suchej masy i lepkości podczas odparowywania

KONCENTRAT	Lepkość	Pomiary lepkości
litry	°Brixa	°Brixa (obl.)	mPa*s	Szybkość 1	Szybkość 4
1250	3,8	3,8	1,25	1,50	0,00
780		6,1	1,25	1,50	0,00
550		8,6	1,25	1,50	0,00
360		13,2	1,67	2,00	0,00
250	30,1	19,0	4,18	3,00	0,50
200	32,6	23,8	5,85	4,00	0,75
150	33,7	31,7	7,52	5,00	1,00
100	45,1	47,5	27,56	17,00	4,00
50	55,6	95,0	303,11	155,00	52,00

Dane laboratoryjne

Ogrzewanie strumieniowe: temperatura 130°C z czasem trwania 5 minut. Próba I:

Enzym 1: brak, dawka, %E/S: 0,00

Enzym 2: Alcalase® 2,4 L, dawka, %E/S: 0,50 dawka, %E/B: 1,05 Enzym 1: brak reakcji

Enzym 2: pH-stat, pH = 8,50, 4,0 N NaOH, temperatura = 50°C.

Dane o reakcji enzymatycznej:

Tabela 3 Pomiar SH

% N x 6,25	1,85
% suchej masy	3,86
Czas reakcji	SH %
(minuty)	(pH-stat)
390	6,08

175 099

Próba II:

Enzym 1: Viscozyme® 120 L (opis produktu B 456a-GB z Novo Nordisk A/S), dawka, %E/S: 0,50

Enzym 2: Alcalase® 2.4 L, dawka, %E/S: 0,50 dawka, %E/B: 1,05 Enzym 1: pH = 4,81, temperatura 50°C, czas reakcji 1 godzina Enzym 2: pH-stat, pH = 8,50, 4,0 N NaOH, temperatura 50°C.

Tabela 4 Pomiar SH

% N x 6,25	1,85
% suchej masy	3,86
Czas reakcji	SH %
(godziny)	(pH-stat)
2,40	7,18

Porównanie tabel 3 i 4 wykazuje, że łączne użycie proteazy i enzymu degradującego ściany komórkowe wywołuje wyższy SH niż użycie tylko proteazy.

Przykład IV.

Przykład ten przeprowadzono w urządzeniu próbnym.

1500 litrów ziemniaczanej wody sokowej ogrzewano strumieniowo w temperaturze 130°C wykorzystując podgrzewacz strumieniowy Hydroheater'® (300 litrów/godzinę z komorą utrzymującą o objętości 25 litrów). Czas trwania wynosi 5 minut. Natychmiast po ogrzewaniu strumieniowym produkt schładzano do temperatury 50°C i utrzymywano w ciągu 30 minut. Mierzono pH i doprowadzono je do pH równego 4,5, jeśli było wyższe od pH równego 5. Dodawano 375 g Viscozyme® 120 L (równoważne 0,5% suchej masy). Reakcję prowadzono w ciągu 1 godziny. Następnie pH podwyższono do wartości 8,00 stosując 18,6 litrów 5,10 N NaOH. Hydrolizę Alcalase® 2.4 L prowadzono stosując dawkę 0,5% suchej masy (E/S = 0,5%). Także w tym przypadku dodawano 375 g Viscozyme® 120 L. Hydrolizę prowadzono do SH = 10%, stosując kontrolę pH-statem. Podczas reakcji mierzono lepkość, % szlamu i °Brixa. Następnego dnia rano hydrolizat odparowywano na wyparce ze spływającą warstwą cieczy Niro FF-200. Podczas zatężania pobierano próbki w celu pomiaru lepkości wykorzystując układ pomiarowy Hake MV DIN.

Enzym 1: Viscozyme® 120 L, dawka, %E/S: 0,50

Enzym 2: Alcalase® 2.4 L, dawka, %E/S: 0,50 dawka, %E/B: 1,05

Parametry reakcji:

Enzym 1: pH = 4,95, temperatura 50°C, czas reakcji: 1 godzina

Enzym 2: pH-stat, pH = 8,00, 5,1 NaOH, temperatura 50°C

Tabela 5 Pomiary SH

% N x 6,25	1,85	1,85
% suchej masy	3,86	3,86
Czas reakcji	SH %	SH %
(godziny)	(pH-stat)	(osmometr)
1,00	0,14	0,00
2,00	0,49	0,00
2,50	0,81	7,44
2,67	0,94	7,44
18,50	4,07	20,30

175 099

Pomiary lepkości podczas odparowywania

Tabela 6

Dane dotyczące suchej masy i lepkości podczas odparowywania

KONCENTRAT	Lepkość	Pomiary lepkości
litry	°Brixa	°Brixa (obi.)	mPa * s	Szybkość 1	Szybkość 4
1200	8,0	8,0	9	11	0
1000	9,5	9,6	6	7	0
950	10,0	10,1	8	10	0
800	12,1	12,0	9	11	0
600	16,5	16,0	8	10	0
500	19,2	19,2	10	12	0
400	20,8	24,0	10	12	0
300	30,8	32,0	16	15	1
200	41,0	48,0	16	15	1
150	-	64,0	23	20	2
100	54,1	96,0	33	28	3
80	62,1	120,0	144	65	27
60	61,1	160,0	144	64	27

W wyniku obróbki Viscozyme® 120 L stwierdzono niższą lepkość w zatężonym hydrolizacie. W ten sposób możliwe było zatężenie do wyższej zawartości suchej masy zanim na przewodach wyparki pojawi się zanieczyszczenie.

Przykład V.

Przykład ten przeprowadzono w urządzeniu próbnym w celu zilustrowania wpływu różnych proteaz zasadowych.

Poniżej przedstawiono następujący plan i schemat:

Woda soRowa

Odparowanie do oRoio 10/ suchej masy

Ogrzewanie strumieniowe 155°/5 minut

Schładzanie

K aOH-doprowadź an e PH (pH - β)

ReaRcja enzymatyczna (Esperase ® )

ReaRcja enzymatyczna (SavlnaseQy )

ReaRcja enzymatyczna (Alcalase ® )

Odparowanie

175 099

Procedura

Do 785 litrów wody sokowej o 6,0° Brixa dodano 350 ml czynnika przeciwpieniącego PP-2000. Mieszaninę odparowano pod zmniejszonym ciśnieniem na wyparce ze spływającą warstwą cieczy (Niro Atomizer typ FF 200). Temperatura produktu przed wprowadzeniem do wyparki Roberta wynosiła 35-40°C, a temperatura produktu opuszczającego ją wynosiła 60-65°C. Po 90 minutach zebrano 427 litrów kondensatu i 358 litrów koncentratu o 11,6° Brixa.

Koncentrat ogrzewano strumieniowo w Hydroheater® w temperaturze 135°C z czasem trwania 5 minut. Po przejściu przez sekcję utrzymującąprodukt schłodzono do temperatury 50°C stosując płytowy wymiennik ciepła. Stosując ten sposób wytworzono 324 kg wstępnie zatężonego i ogrzewanego strumieniowo materiału. Koncentrat analizowano pod względem suchej masy (9,7% suchej masy). Trzy porcje, z których każda składała się z 108 kg tego poddanego obróbce cieplnej koncentratu doprowadzono do pH = 8,5 stosując 5 NNaOH. Po obróbce cieplnej i nastawieniu pH koncentrat poddano obróbce enzymatycznej odpowiednio 0,5% proteazami zasadowymi Esperase® 8.0 L typu A, Savinase® 8.0 L lub Alcalase® 2.4 L. Podczas każdej hydrolizy pobierano w różnych czasach próbki i 10 ml mieszaniny reakcyjnej odwirowano przy 4200 obrotach na minutę w wirówce laboratoryjnej. Supematant analizowano pod względem pH, osmolalności, °Brixa i % szlamu.

Po 240 minutach reakcji każdą z hydrolizowanych mieszanin odparowywano przy temperaturze produktu 45-60°C na wyparce LUWA do momentu, kiedy lepkość koncentratu wzrosła do wartości, przy której zużycie mocy przez rotor wyparki LUWA było 3 - 4-krotnie wyższe niż przy początku odparowywania.

Dane dla trzech prób przedstawiono w poniższych trzech tabelach:

Enzym: Esperase 8.0 L typ A.

Czas, minuty	PH	°Brixa	Wzrost osmolalności	% szlamu
1	8,48	9,7	2	17
10	8,45	9,7	8	16
30	8,41	9,8	17	16
60	8,39	10,1	17	15
90	8,36	10,1	25	14
120	8,30	10,3	24	14
150		10,4	25	14
180		10,9	35	13
210		10,6	34	14
240	8,22	10,7	33	14

Koncentrat: 21 kg o 53,2° Brixa.

Enzym: Savinase 8.0 L

Czas, minuty	PH	°Brixa	Wzrost osmolalności	% szlamu
0	8,50	9,6	0	18
1	8,48	9,7	6	18
10	8,46	9,7	1	17
30	8,38	9,9	9	17
60	8,32	9,9	18	17
90		10,0	16	17
120		10,2	21	15
150		10,3	22	15
180		10,3	17	15
210		10,4	23	15
240	8,05	10,5	19	15

Koncentrat: 13 kg o 56,9° Brixa.

175 099

Enzym: Alcalase

2.4 L

Czas, minuty	PH	°Brixa	Wzrost osmolalności	% szlamu
1	8,52	9,6	0	18
10	8,46	9,8	-4	18
30	8,41	9,9	-7	17
60	8,32	10,3	9	17
90	8,24	10,5	10	17
120	8,20	10,6	6	17
150	8,14	10,9	38	16
180	8,10	11,0	31	16
210	8,05	11,2	38	14
240	8,02	11,3	68	14

Koncentrat: 14 kg o 65,0 °Brixa.

Nawet biorąc pod uwagę fakt, że występowała pewna nieścisłość w określaniu osmolalności w próbie z Alcalase® 2.4 L, można wyciągnąć wniosek, że próba ta wykazała skuteczniejsząw porównaniu z dwiema innymi proteazami zasadowymi degradację składników ziemniaczanej wody sokowej.

Dokumentacja wyższości ekonomicznej

Opisuje się tu typowe rozwiązanie sposobu według wynalazku ze szczególnym zwróceniem uwagi na jego aspekty ekonomiczne. Dla porównania opisuje się również uprzednio stosowany, typowy odpowiadający sposób, także ze szczególnym zwróceniem uwagi na jego aspekty ekonomiczne.

Rozwiązanie sposobu według wynalazku przeprowadza sięjak pokazano na poniżej podanym schemacie.

Ziemniaczana woda sokowa

Odparowanie do około 1OZ suchej masy

Ogrzewanie strumieniowe l35°c/5 minut

Schłodzanie

Doprowadzenie pH (pH = 5,5)

Viscozyme ® - Reakcja enzymatyczna 1

Doprowadzenie pH (pH = 8,0)

Alcalase® - Reakcja enzymatyczna 2

Odparowanie

175 099

Bardziej szczegółowo to rozwiązanie sposobu według wynalazku przeprowadza się w następujący sposób.

1. Ziemniaczaną wodę sokową odparowuje się do około 10° Brixa stosując temperatury odparowywania 45-60°C. Odparowanie przeprowadzi się jako proces szarżowy z recyrkulacjąw wyparce. Podczas odparowywania śledzi się jako funkcję czasu wydajność (ilość kondensatu/minutę), temperaturę i °Brixa w retentacie.

2. Koncentrat poddaje się ogrzewaniu strumieniowemu w temperaturze 135°C w ciągu 5 minut. Pobiera się próbki do określenia osmolalności, °Brixa i ilości szlamu przed i po ogrzewaniu strumieniowym. Całkowitą, ilość suchej masy określa się w szybkiej suszarce.

3. Mieszaninę reakcyjną termostatuje się w temperaturze 50°C. Wartość pH doprowadza się do 4,5-5,0. Jeśli wynosi ono powyżej 5,0 do doprowadzenia stosuje się kwas fosforowy.

4. Teraz dodaje się Viscozyme®, w dawce 0,50% Viscozyme® w oparciu o suchą masę. Reakcję śledzi się na podstawie próbek z wirowania do określania °Brixa, osmolalności i objętości szlamu. Gdy wartości parametrów ustalą się (po około 2 godzinach), reakcję zatrzymuje się przez doprowadzenie pH do 8,0 stosując NaOH.

5. Teraz prowadzi się hydrolizę bez pH-statu stosując 0,5% Alcalase® 2.4 L, w oparciu o suchąmasę. Reakcję tę również śledzi się na podstawie próbek z wirowania do określania °Brixa, osmolalności i objętość szlamu. Gdy wartości parametrów ustalą się, sposób kontynuuje się jak wskazano poniżej, bez inaktywacji.

6. Materiał odparowuje się do około 50° Brixa. Podczas odparowywania pobiera się w różnych czasach próbki z przewodu z koncentratem w celu określenia osmolalności, °Brixa, pH i objętość szlamu.

Jeśli wskazane powyżej rozwiązanie sposobu według wynalazku opiera się na przerobie 50 ton ziemniaków/godzinę, co odpowiada 105 000 ton ziemniaków/rok, to będzie powstawać ziemniaczana woda sokowa odpowiadająca około 56 m³/godzinę lub 117 000 m³/rok o zawartości suchej masy 3,5%.

Jeśli tę ilość ziemniaczanej wody sokowej trzeba by wylewać do kanalizacji (sposób stosowany uprzednio), jej obróbka w oczyszczalniach biologicznych kosztowałaby około 16-18 koron duńskich/m3 lub około 2 106 000 koron duńskich/rok.

Ekonomiczne aspekty w odniesieniu do wskazanego powyżej odpowiadającego rozwiązania sposobu według wynalazku wynikają z poniższej listy pozycji.

korony duńskie

Środki chemiczne Czynniki przeciwpieniące, 25 ton	75 000
Perełki NaOH, 170 ton	850 000
Enzymy Viscozyme®, 12,5 tony	1 500 000
Alcalase®, 12,5 ton	1 250 000
Energia do odparowywania	1 100 000
Płace	750 000
Wkład i rezerwa na obniżenie wartości inwestycji 6 mio. koron duńskich	1 200 000
Wydatki całkowite	6 725 000
Oczekiwany przychód ze sprzedaży odparowanego koncentratu (8 200 ton o cenie 1,5 koron duńskich/kg)	12 300 000
Zysk obliczony w stosunku do sposobu uprzednio stosowanego	6 681 000

Okazuje się zatem, że sposób według wynalazku wykazuje przewagę ekonomiczną w porównaniu ze stosowanymi uprzednio.

175 099

Nie ogrzewana strumieniowo _ę_ Ogrzewana strumieniowo w temperaturze 130°C, w

Claims

1. Sposób obróbki ziemniaczanej wody sokowej, znamienny tym, że ziemniaczaną wodę sokowąpoddaje się obróbce cieplnej, którąprowadzi się w temperaturze do co najmniej 125°C w czasie co najmniej 3 minut, po czym ziemniaczanąwodę sokowąpo obróbce cieplnej schładza się do temperatury, w której enzymy sąstosunkowo stabilne, następnie poddaje się obróbce enzymatycznej proteinazą, i w końcu zatęża się do uzyskania stabilności mikrobiologicznej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ziemniaczaną wodę sokową zatęża się wstępnie, albo bezpośrednio przed obróbką cieplną albo bezpośrednio po obróbce cieplnej.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę cieplną prowadzi się w podgrzewaczu strumieniowym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ziemniaczaną wodę sokowąpoddaje się obróbce cieplnej, którąprowadzi się w temperaturze do co najmniej 130°C w czasie co najmniej 3 minut, zwłaszcza w ciągu co najmniej 5 minut.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ziemniaczaną wodę sokowąpo obróbce schładza się do temperatury pomiędzy 60°C a 45°C.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbka enzymatyczna ziemniaczanej wody sokowej obejmuje także obróbkę enzymem degradującym skrobię.

7. Sposób według -zastrz. 1, znamienny tym, że obróbka enzymatyczna ziemniaczanej wody sokowej obejmuje także obróbkę enzymem degradującym ściany komórkowe.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proteaząjest proteaza obojętna lub zasadowa, a obróbkę enzymatyczną prowadzi się w stałym pH lub w pH o wartości bliskiej optimum aktywności enzymu.

9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że enzymem degradującym ściany komórkowe jest preparat SPS-azy, a proteaząjest proteaza Alcalase®.

10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że obróbkę enzymatyczną prowadzi się kolejno i z regulowaniem pH dla otrzymania optymalnych aktywności enzymów.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas reakcji enzymatycznej wynosi od 1 do 6 godzin, zwłaszcza od 2 do 3 godzin.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że enzymu lub enzymów nie inaktywuje się w pełni pod koniec obróbki enzymatycznej.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zatężony materiał suszy się rozpyłowo.