Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2177
Main Title: Gewinnung eines wasserlöslichen Ballaststoffkonzentrates aus dem Prozesswasser einer Weizenstärkefabrik und Betrachtung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
Translated Title: Production of a water-soluble dietary fibre concentrate from the process water of a wheat starch factory and view of the economy of the procedure
Author(s): Roick, Thomas
Advisor(s): Meuser, Friedrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Zielsetzung dieser Arbeit war die Gewinnung von diätetisch wirksamen löslichen Ballaststoffen (wasserlösliches Arabinoxylan) aus dem Prozesswasser der Weizenstärkeindustrie und die komplexe Aufarbeitung sowie wirtschaftliche Verwertung aller bei der Verarbeitung anfallenden Stoffströme und Produkte. Das dazu entwickelte und favorisierte Verfahren zur Verarbeitung des Prozesswassers besteht im ersten Prozessschritt in der größtmöglichen mechanischen Abtrennung der sedimentierbaren Mehlinhaltsstoffe im Zentrifugalfeld von Separatoren oder Dekantern. Das mittels Separatoren geklärte Prozesswasser wird nach Zugabe von α-Amylase mit einem Jet-Kocher aufgekocht, anschließend zentrifugal separiert. Das so thermisch behandelte und geklärte Prozesswasser wird mit Glucoamylase verzuckert. Das verzuckerte Prozesswasser wird mit einem Tellerseparator zentrifugiert, um die während der Verzuckerung koagulierten und flokkulierten Protein-Lipid-Bestandteile zu separieren. Dabei werden von den in dieser Prozessstufe vorhandenen Lipiden und Proteinen mehr als 90% (Lipide) bzw. ca. 50% (Proteine) aus dem Prozesswasser entfernt. Das so aufbereitete Prozesswasser wird ultrafiltriert. Die Ultrafiltration des geklärten Prozesswassers erfolgt mit industriellen Membranfiltern aus Polyethersulfon mit einer Trenngrenze von 100.000 Dalton. Die Zugabe von Protease während der Ultrafiltration erhöht die Filtrations-geschwindigkeit und senkt den Proteingehalt des Endproduktes. Das Retentat wird pasteurisiert und bis auf 25-30% TS durch Eindampfen konzentriert. Das glucosereiche Permeat wird ebenfalls eingedampft (>50% TS). Das Permeat-konzentrat erfüllt die an ein Fermentationssubstrat für die Backhefeindustrie zu stellenden Anforderungen. Die Brüdenkondensate aus der Retentat- und Permeatkonzentration können in den Prozess der Stärkegewinnung zurückgeführt werden. Aus dem Retentatkonzentrat wird mittels ethanolischer Fällung ein wasserlösliches Arabinoxylan präzipitiert, das mit einem Ultrarotor zu einem fasrigen Ballaststoff mahlgetrocknet wird. Das in der Abluft der Arabinoxylantrocknung befindliche Ethanol wird mit einem entsprechend ausgestatteten Ultrarotor-System zurückgewonnen. Das aus der Ethanol-aufarbeitung anfallende glucose- und proteinhaltige Konzentrat kann als Vinasseersatz zur Pelletierung von Futtermitteln genutzt werden. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für das entwickelte Verfahren basiert auf der Annahme einer Verarbeitung von 20t Prozesswasser/h und einer Ausbeute an wasserlöslichem Arabinoxylan-Ballaststoffkonzentrat von 100 kg TS/h. Das Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt, dass eine technische Realisierung des Verfahrens weitere Optimierungen des Verfahrens im Hinblick auf Ausbeutesteigerungen insbesondere im Bereich des Hauptprodukts erfordert, um die Wirtschaftlichkeit sicherzustellen. Die Umsetzung eines solchen Verfahrens ist ein erstrebenswertes Ziel, weil durch den Einsatz des zurückgewonnenen Wassers rund ein Drittel des eingesetzten Frischwassers in der Stärkefabrik verbleibt.
Objective of this work was the production of dietetic effective soluble fibre (water-soluble Arabinoxylan) from the process water of the wheat starch industry and the complex processing as well as economic utilization of all material streams and products resulting from the processing. The first step of the procedure for the processing of the process water, favored developed in addition of the highest possible mechanical separation of the flour contents materials in the centrifugal field of separators or decanters. The process water, clarified by separators, is boiled up with a jet digester after addition of α-Amylase and afterwards separated centrifugally. The so thermally treated and clarified process water is saccharified with Glucoamylase. The saccharified process water is centrifuged with a self-desludging centrifuges, in order to separate the Protein-Lipid components which are coagulated and flocculated during the saccharification step. More than 90% (Lipids) of the existing Lipid and approx. 50% protein from the process water will be removed. The in such a way prepared process water is ultrafiltrated. The ultrafiltration of the clarified process water was done with industrial membrane filters from Polyethersulfon with a cut-off point from 100.000 Dalton. The addition of Protease during the ultrafiltration increases the filtration speed and lowers the protein content of the final product. The Retentat is pasteurized and concentrated up to 25-30% TS by evaporation. The glucose-rich Permeat is evaporated likewise (>50% TS). The Permeat concentrate fulfills the requirements of the fermentation substrate for the yeast industry. The vapor condensates from the Retentat and Permeat concentration can be led back into the process of the starch production. From the Retentat concentrate by means of ethanolic precipitation a water-soluble Arabinoxylan is precipitated, filtered out, dried and ground with an Ultrarotor to a dietetic effective soluble fibre. Ethanol in the exhausted air of the Arabinoxylan drying can be recovers with an accordingly equipped Ultrarotor system. The concentrate resulting from the ethanol processing contains glucose and protein and can be used as Vinasse to pelletizing of animal feeds. View of economy for the developed procedure is based on the processing of 20t process water/h and a yield at water-soluble Arabinoxylan dietary fibre concentrate of 100 kg of TS/h. The result of view of economy shows that a technical realization of the procedure requires further optimizations of the procedure regarding yield increases in particular within the range of the main product, in order to guarantee economy. The conversion of such a procedure is a worthwhile goal, because by the employment of the recovered water a third of the assigned fresh water remains approximately in the starch factory.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-22065
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2474
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2177
Exam Date: 27-Feb-2009
Issue Date: 15-Jun-2009
Date Available: 15-Jun-2009
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Arabinoxylan
Ballaststoffkonzentrat
Prozesswasseraufarbeitung
Weizenstärkeprozess
Arabinoxylan
Dietary fiber
Wheat starch process
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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