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专利名称:从谷物面粉获得有价值产品,尤其是淀粉的方法
从谷物面粉获得有价值产品,尤其是淀粉的方法
技术领域:
本发明涉及一种从谷物面粉,尤其是从小麦面粉获得有价值产品,尤其是淀粉和/或蛋白质的方法。
图6展示一种从谷物面粉,尤其是从小麦面粉获得淀粉的方法。
按照该方法,将从禾杆和壳中脱出的谷粒输送至磨中,从而在磨中进一步加工(步骤100:磨/研磨)。
在磨中将谷物首先稍微润湿(进行温度、湿度处理),从而使谷粒的外壳裂开,并暴露出内部组分。由此产生的麸皮(壳)与仍粗糙的面粉筛分开并从该工艺中筛分出去。麸皮随后可以混入所形成的副产品,例如饲料(凝结的蛋白质和细纤维),或者为了获得能量而部分分解或直接燃烧。
接下来优选对面粉进行多次碾压阶段,直至达到面粉必要的细度,任选地采用中间篩分,从而除去其他不希望的组分,并确保实现所需的粒化和产率。在小麦面粉加工成面筋和淀粉及其副产品时,面粉通过存放而进行温度、湿度处理。对于进行温度、湿度处理,可选的措施例如是通风,流化或直接用氧气富集化。
研磨结束后,
-面粉浆(糊状物),其不含干面粉颗粒。接下来通过所谓的高压泵或孔板混合机向所述糊状物中输入机械能,从而有助于底物形成,即,使蛋白质级分交联和团聚成真正的湿面筋。接下来这样预处理的糊状物送达适度搅拌的釜中,在那里停留时间调节为0至30分钟(步骤101:开始揉和)。
在紧接着的工艺步骤中,直接先于在此有利使用的3-相-滗析器之前将该糊状物重新用定量水(淡水或工艺水),在所谓的U形管中以对流稀释。然后在3-相-滗析器(卧式离心机)中,在离心力的作用下,将该糊状物机械分离成三种不同的级分,更确切地说是重的A淀粉级分(滗析器的下游),蛋白质和B淀粉相(滗析器的喷嘴相)和戊聚糖级分(戊聚糖粘液性物质;半纤维素);(步骤102:相分离,优选三相分离)。关于本发明,可考虑使用其它分离方法,尤其是其它离心法。
小麦的蛋白质,也称为"谷朊"(面筋),由于其特殊的性能(粘弹性),因此是渴望得到的有价值产品,在食品工业(例如面包店;肉制品/肠制品)、飼料工业(例如渔场)和很多工业应用(粘合剂,纸张涂覆色料)方面可以很好地销售。
为了获得高价值的蛋白质,将滗析器的喷嘴相首先进行筛分(步骤201,202:筛分),以便使面筋与B淀粉分离。在该筛分阶段,细粒淀粉(B淀粉)和纤维与面筋分开。
作为A淀粉,在此尤其是含有含量低于40%的粒度小于lO)am的颗粒的淀粉,和作为B淀粉是粒状淀粉,在其级分中,颗粒直径小于10um的淀粉粒含量大于60%。产物B淀粉并非强制性地只由这样的颗粒组成,而是还可以含有一定量的其它组分,例如戊聚糖。
该筛分主要分2阶段进行。在以下工艺步骤中,将谷朊进行洗涤(步骤203:洗涤),以便除去还包含的其它"非蛋白质颗粒"以及不希望的溶解性组分,之后接着进行脱水(步骤204:蛋白质脱水)和干燥(步骤205:蛋白质干燥)。
由3相分离获得的A淀粉象蛋白质那样在独立线路中被进一步加工。
首先进行安全筛分(步骤301:A淀粉筛分),以便除去最小的面筋颗粒并回收。
之后进行另一筛分(步骤302:纤维筛分),其中,纤维组分与A淀粉分开。
为了进行浓缩和洗涤(步骤303:A淀粉浓缩)将A淀粉输送到喷嘴-盘式-分离器(立式离心机)中。
浓缩后接下来借助5至12阶段的水力旋流器设备或1至2阶段的2或3相分离器线路进行淀粉洗涤(步骤304:A淀粉洗涤),之后淀粉在另一处理步骤(步骤305:A淀粉脱水)中首先借助真空过滤器、脱水离心机或蓬析器来脱水,然后干燥(步骤306:A淀粉干燥)。
洗过的淀粉在干燥前也可以进行其它处理,例如化学和/或物理改性(这里没有画出)。
在3相分离器中进行浓缩(步骤303)的过程中,淀粉被分为两种不同的级分,一种为较重的粗粒淀粉级分(称为A淀粉)和一种较细级分。
细粒淀粉通过分离器的中间相排出,并与来自蛋白质篩分的筛分后细粒淀粉一起被输送到另一分离器(步骤402:回收分离器)。在该分离器中,可能被分级的粒状粗粒A淀粉被回收,并再输入A淀粉线路中,而在中间段取出的粒状小粒B淀粉在"B淀粉"线路中被进一步加工。
这样分开的B淀粉在该工艺流程中作为另一副产品得到,通过将其首先通过滗析器来脱水(步骤403:B淀粉脱水),接下来千燥(步骤404:B淀粉干燥)。
过量的工艺水,尤其是来自步骤402:淀粉回收或返回),以及任选来自另外的工艺步骤的其它过量工艺水优选汇合到一起(步骤501:工艺水处理)。
然后借助相分离(步骤502:2相分离)使液体与残留在工艺水中的固体分开,例如使其干燥并可以用作饲料(步骤504:饲料干燥)。
随上游排出的溶解的液态组分可以被运送到蒸发设备(步骤503:蒸发浓缩)中,在那里,液体流被进一步浓缩,之后进行进一步处理,例如以生物废水处理进行处理。汽化设备中剩余的浓缩物与来自研磨
的麸皮混合,并与来自2相分离的浓缩物一起混合并干燥(步骤504)。
在相分离502的工艺步骤中优选可使用滗析器、自清洁型分离器或3相分离器。
关于一般的技术背景还要提到现有技术。DE4125968Al公开了一种制备富含蛋白质和葡萄糖的淀粉水解产物的方法。DE19643961Al描述了一种从荚果的面粉获得蛋白质的应用和设备。DE10021229Al还公开了一种制备蛋白质制品的方法。
本发明的目的是对这些已知方法这样再开发,使得其经济性提高。本发明通过权利要求1的主题实现了该目的。有利的技术方案记载于从属权利要求中。
本发明提供一种从谷物面粉获得有价值产品,尤其是淀粉和/或蛋白质的方法,其中,,,尤其是离心分离成重的A淀粉级分,蛋白质和B淀粉级分(滗析器的喷嘴相)和戊聚糖级分,,由步骤ii的分离得到的至少一种级分制造生物气,将其用于产生能量,(步骤505)和相分离(步骤506),在此情况下由相分离的液相制造生物气。
按照优选的变化方案,蛋白质相在蛋白质加工的工艺步骤中被进
一步加工成蛋白质产品,A淀粉级分被进一步加工成A淀粉产品,并由B淀粉制造生物气。
此外适合的是,B淀粉与麸皮和来自三相分离(步骤102)的戊聚糖级分,皮加工成生物气。
包括液化和相分离在内,有利地在生物气设备的一个过程中进行,以及直接从淀粉生产时自然产生的多糖和寡糖获得能量。
与"常规的,,生物气设备的区别之处在于,在先的热处理和酶处理,以及随后的微生物很难利用的物质(例如蛋白质,磷蛋白,纤维素)的分离。
总之,可实现直至生物气生产结束的时间缩短。由于"分解"成小分子的糖,这使得易于被形成含碳的酸和乙酸的细菌利用,即,这些细菌可以快速代谢所提供的底物。
因此基于反应器中的荷栽,所需停留时间低,并且其因而只需要比较小的结构类型。在COD-货运方面达到良好的高价值。这样,就可以以简单方式经济地和技术上可控且有意义地将来自淀粉生产工艺的
一个或多个相或级分加工成生物气。
特别的优点在于,这样使用从获得蛋白质和淀粉得到的副产品,即用于直接生产能量。迄今为止,所有产品或直接出售或转化为其它产品(改性,糖化,获得乙醇)。所获得的能量又可以重新直接返回到设备中,一方面作为电能和/或另一方面作为热能
(热电联产机组
(Blockheizkraftwerk)、燃气发动机,燃气轮机)。
从甲烷阶段排出的水有利地可以在随后的膜系统中加以处理。在此情况下,所述膜负荷低,并得到高流量。从该膜设备获得的渗透物可以作为工艺水再返回到设备中。
生物气设备的背景可参见"Konstandt,."(1976).Engineering,Operationandeconomicsofmethanegasfermentation,Giittingen:Seminar:"Kleemann,M.&Meli(3,M.,,(1993),RegenerativeEnergiequellen,Zweite,全新修订版本Berlin:Springer,作为示例还要考虑上述内容的数据。另外还提及DE10327954Al,其描述了一种由生物质制备乙醇的方法。DE19829673Al建议,将来自油类作物果实加工和油菜籽油、向日葵油或橄榄油谷物加工的废水进行处理,将固体分离,并用于从该固体获得生物气。以下参考附图更详细地描述本发明。附图为
图1-5本发明方法多种变化方案的工艺流程图;和图6根据现有技术的方法。
类似于图6,首先可以在按照图6方式的步骤100至102,201至205和301至306中,或者在已经描述的工艺步骤中加工谷物或由此产生的面粉。
但是,与图6不同,根据图2至6的工艺变化方案,B淀粉在此工艺流程中不是直接作为产品获得,而是优选与来自步骤102(戊聚糖)的3相分离、纤维筛分(步骤302和任选401)A淀粉和任选B淀粉纤维筛分)的物流、过量的工艺水(步骤501:工艺水收集/处理)和来自步骤100的研磨的麸皮汇合在一起,并作为混合物进行所谓的液化(步骤5Q5)。
在液化(步骤505)中,如图1示例性画出,来自所述过程的多种物流汇合。
在此情况下,优选涉及来自步骤102的戊聚糖级分和过量工艺水,尤其是来自步骤402:淀粉回收或返回的工艺水以及任选来自其他工艺步骤的过量工艺水。
在液化505中,加入液化的流中的成分进行酶处理以及热处理,以便将剩余的大分子碳化合物(例如淀粉,纤维素,半纤维素)分解成更小的单元,并使剩余的蛋白凝结并析出。
为了分解大分子的碳水化合物和接下来糖化,加入不同的酶(例如纤维素酶(Genencor220);和SPEZYMEFRED(Genencor)),它们在不同的温度梯度(I:40°C-60°C,尤其是45°C-55'C,例如50°C和II:80X:至95。C,尤其是85。C至95r,例如90°C)起作用。在这种梯度式温度处理下,平行进行蛋白变性,并与细纤维和磷蛋白一起作为所谓的蛋白凝结物析出。
与该凝结物一起还析出磷化合物、硫化合物和氮化合物,它们在
微生物学上很难降解,并且经过较长时间才能降解。将这些物质分离掉对于生物气设备的良好效率是有利的,同样比如对于多糖和寡糖分解成小分子的化合物也是有利的。
另一优点是可以在膜过滤设备中将甲烷反应器剩余的废水良好地处理成工艺水,因为膜的阻塞危险更小。
在相分离(步骤506:相分离)(滗析器、自清洁的分离器或3相分离器)随后的处理步骤中,将这样产生的固体组分与液相分开。
所述固体是残留的固体组分,它们不受酶和加热的影响,以及凝结的蛋白质和磷蛋白(蛋白凝结物)。
这些脱水的物质可以进一步用作詞料、肥料或燃料(步骤507)。
同时,糖化溶液中的P化合物、N化合物和S化合物含量显著降低,这以有利的方式显著改善了后续的厌氧处理。
机械分离得到的溶解的、小分子的糖被送到酸化反应器中,在那里其被微生物学代谢成不同的含碳的酸和醇。该过程的反应例如通过假单孢杆菌属(尸,細o脂J,拔芽虞r"o"W^,#乙并#
10aa"o6ac277ws^和拟Vf霧虞(^acfero/f/es9发酵微生物实现。在优选的实施例中,在该处理步骤(步骤601:产酸反应(Acidogenese))的停留时间可以大致设为2天。
在产酸反应中形成的来自酸化阶段的代谢产物接下来在第二反应
器,所谓的甲烷反应器中,同样微生物学转化为乙酸,其中,例如微生物沃氏互养单胞菌(iy/"o/7力咖o/wfw7/eij参与该步骤(步骤602:产乙酸反应(Acetogenese);产曱坑反应(Methanogenese))。
所获得的乙酸然后被产曱烷菌(例如布氏甲烷杆菌)厌氧性代谢为甲烷和二氧化碳。该处理步骤的持续时间或停留时间约为10天,此时反应器实现约15-25kg/i^的C0D荷载量。
收集这样得到的气体混合物(生物气),并优选在热电联产机组(步骤603热电联产机组BHKW;产生能量6(M)中转化成能量,优选转化成热能和电能,例如通过燃气轮机或燃气发动机转化。
当在甲烷反应器中厌氧性发酵所述物质时,尚有少量残留物和液体剩余,必须再将它们从反应器中排出。为了使发酵时剩余的水可以再利用,在膜设备(步骤701:膜过滤)中进行处理。该设备可以由一个或多个,如两个或三个阶段组成。
例如可以只用唯一一个膜阶段(反渗透)来加工。
如果用两个膜阶段来加工,则可以在第一阶段(微滤/超滤)例如首先分离掉例如直径Mpm的颗粒。这样获得的渗透物然后在第2阶段通过反渗透尽可能去矿物化,从而又可以作为工艺水使用。
如果用三个膜阶段来加工,则可以在第一阶段(微滤/超滤)例如首先分离掉例如直径〉ljJffl的颗粒关于第一阶段的渗透物。可考虑具