HU179800B - Process for the mechanical digestion of green plant raw materials - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás zöld növényi nyersanyag mechanikai feltárására, főleg a zöld növényi nyersanyag sejtjeiben és szöveteiben levő fehérjetartalmú komponensek minél teljesebb szabaddá tételére.

Ismeretes, hogy a zöld növényi nyersanyag szárítással való tartósítása egyrészt a növényi sejtekben és szövetekben levő biológiailag értékes, de hőérzékeny és gyorsan elbomló anyagok részleges vagy teljes elvesztésével jár, másrészt energiaszükséglete is fokozott.

A növényi fehérje kinyerését célzó eljárásokban a betakarított zöld növényi nyersanyagot, például lucernát vagy betakarítás után rögtön préselik vagy két, egymástól különálló gépegységben őrlik, és préselik és maximális sejtfeltárással a lehető legnagyobb lényeredékre, illetve fehérjemennyiség kinyerésére törekednek.

A Chemical Abstracts Vol. 88 20786f referátuma szerint friss lucernából és csomós ebírből csigás présben zöldlevet préselnek, majd ebből gőzbevezetéssel 80 °C-on a fehérjéket koagulálják. Az elkülönített ún. barnalevet a préspogácsához adják és a masszát megszárítják. A csigás présben elérhető lényeredék azonban alacsony, a fehérjék egy része a préspogácsában marad, így csak rostos takarmányként értékesíthető.

A Chemical Abstracts Vol. 83. 11563f referátuma szerint ehető, fehér fehérjefrakció kinyerése végett az előző eljáráshoz hasonlóan a zöld levet, amelyet a lucernából préseléssel állítottak elő, frakcionálják, először a nagyobb klorofilltartalmú kloroplaszt-frakciót, majd ennek szupercentrifugán való elválasztása után a kapott léből 80 °C-on egy klorofillmentes citoplazmás fehérjefrakciót állítanak elő és ezt centrifugálással elválasztják. A 2 038 258. számú német szövetségi köztársaságbeli közrebocsátási irat szerint gyakorlatilag rostmentes, 5 nagy biológiai értékű extraktumot állítanak elő rostból vagy lucernából a durván aprított zöld növényi anyag többszöri préselésével, először kisnyomású, majd magasnyomású présen. A présmaradékot — az egyes préselési műveletek között — extraktlével vagy vízzel ned10 vesítik és újból préselik. A préslevet a fehérje kinyerésére hőkezelik, majd a fehérjecsapadék mellől elkülönített extraktleveket fermentálják a bennelevő fehérjetartalom dúsítására és élesztőfehérje előállítására.

Az ismert eljárásokban a zöld növényi anyag mecha15 nikai előkészítésére a préselés előtt kevés gondot fordítottak, illetve nagy mechanikai energiaráfordítással törekedtek a minél nagyobb lényeredékre. A préselt lé feldolgozására másfelől számos eljárást dolgoztak ki, amelyekben a préselt lében levő eredeti fehérjét minél 20 teljesebb mértékben kívánták elválasztani és használati értékét megnövelni.

A zöld növényi nyersanyag mechanikai feltárására kísérleteket folytattak kalapácsos malmokkal vagy kalapácsos törőkkel. Ezek a berendezések, amelyek száraz, 25 szilárdanyagok, például ércek, szén, kőzetek, durva törésére vagy finom aprítására szolgálnak, használatosak kemény, száraz szemestermények, például szárított kukorica finom aprítására is. Az aprítandó anyagot ütő-, nyomó-, zúzó- és metsző-nyíró hatások érik.

A gyakorlat bebizonyította, hogy szemesterményeket

-1179800 csak légszáraz, vagy maximálisan 6—8% nedvességtartalomra szárított állapotban lehet a kalapácsmalmokban aprítani. A nagyobb nedvességtartalmú aprítandó anyag ugyanis főként a nyíróhatás miatt elkenődik és rátapad a kalapácsokra. 5

Zöld növények mechanikai feltárása esetén a pépesítettségi fok az ismert berendezéseknél nehezen szabályozható, mivel magát az aprítottsági fokot is nehezen, vagy egyáltalán nem lehet szabályozni. A kalapácsmalmok alkalmazásának legnagyobb hátránya az, hogy a 10 zöld növényi anyag aprítása közben felmelegszik és a felmelegedés következtében a zöld növényi anyagban levő fehérjék kicsapódnak, aminek következtében a préslében kinyerhető fehérjetartalom csökken.

Rostos anyagok feltárásánál kísérleteket folytattak 15 dezintegrátorok alkalmazásával is. A dezintegrátorok közül a koptató-, a vágó-, az ütő- és a rostásmalmok műveletét egyesítő Rietz dezintegrátorok használatosak. A Rietz dezintegrátor előnye, hogy a szita a kalapácsok szerkezeti kialakítása következtében állandóan tisztán 20 tartható, és ezáltal az őrlés egyenletesebbé tehető. Nagy nedvességtartalmú zöld növényi anyag aprítása esetében azonban a Rietz dezintegrátor kalapácsai nem képesek a szita felületét tisztán tartani. További hátrányt jelent az is, hogy a dezintegrátor perforált kosár részén áthala- 25 dó zöld növényi anyag gyakran felmelegszik, és fehérjetartalma kicsapódik. Különösen jelentkezik ez akkor, ha az őrletlen anyagot újból visszavezetik az őrlőtérbe. A fehérjeveszteség mellett ilyen esetben az energia felhasználás is lényegesen megnő. Végezetül hátrányt jelent 30 az is, hogy ezeknél a berendezéseknél nincs meg a lehetőség, hogy a zöld növénynek pépesítettségi fokát szabályozni lehetne.

A zöld növényi rostok feltárására alkalmazták az ún. Owens-féle dezintegrátort. A gyorsan forgó rögzített 35 kalapácsos rendszer alkalmas az anyagok tangenciális irányú eltávolítására, ennek következtében a levegő szállítására használt energia mértéke fokozódik. Bizonyos esetekben az Owens-féle dezintegrátor egyáltalában nem alkalmazható, mivel a túlságosan nagy energiaszük- 40 séglet miatt üzemeltetése gazdaságtalan.

A növények rosttartalma, a növényi rostokban és szövetekben levő fehérjetartalom változik a növényfajtától, sőt ugyanazon növényfajtán belül a növény érettségi fokától függően is. A rost- és fehérjetartalom ingadozása 45 miatt a mechanikai feltáró eljárással és berendezéssel szemben azt a követelményt támasztják a gyakorlatban, hogy a sejtfeltárás foka, a pépesítettség mértéke szabályozható legyen, annak érdekében, hogy adott növényi szárazanyagtartalom esetén a rost- és fehérjetartalom 50 mellett maximális fehérjekihozatal biztosítható legyen.

Ismeretes az, hogy a különböző növények szárazanyagtartalma, fehérjetartalma és rosttartalma a zöldbimbós állapot, a virágzás kezdete, a teljes virágzás és a virágzás utáni állapottól függően változik. Lucerna 55 esetében a szárazanyagtartalom 20—24%, a fehérjetartalom 26,7—21,2%, a rosttartalom 28,5—30,7% között, a szudáni fű esetében a szárazanyagtartalom 15,1— 26,7%, a fehérjetartalom 19,2—13,1%, a rosttartalom 26,8—31,0% között ingadozik. Ez azt jelenti, hogy a fe- 60 hérjetartalom a vegetatív állapot kezdetén a legmagasabb, majd nagyobb mértékben csökken a virágzás után, a rosttartalom változása pedig ellenkező irányú, vagyis az érettségi fok előrehaladásától függően emelkedik. 65

A zöld növényi anyagból a fehérje kinyerése függ az aprított, pépesített anyag további feldolgozásától is. A pépesített zöld növényi anyag préselését rendszerint szalagpréseken alacsony 1—2 atmoszféra nyomáson, vékony préslepény vastagság mellett végzik. Gyakran a szalagpréseket barázdált felülettel látják el. A tapasztalat szerint a nagyon vastag szűrőréteg kialakulása miatt a kloroplasztok a préslepényben visszamaradnak, ami préselési veszteséget okoz és a lehetséges fehérjehozamot csökkenti.

Az aprítás és a préselés egyesítését is megkísérelték a zöld növényi anyag feldolgozásánál, például a cukornád feldolgozásánál alkalmazott hengeres őrlőberendezések, illetve hengerprések segítségével. Ilyen feldolgozás mellett azonban a fehérje nagyobb része a rostos anyagban visszamarad és az a présléből nem nyerhető ki.

A találmány célkitűzése elsősorban az, hogy a rendelkezésre álló növényi nyersanyag és az abban található kinyerhető fehérje főtömege folyadékfázissá legyen átalakítható és ezáltal jelentős energiamegtakarítás jelentkezzen a rosttermék szárításánál. Fontos célkitűzés továbbá a feltárt sej tnedvekből maximális fehérjetartalom kinyerése és a préslében levő fehérjétől elkülönített rostanyag takarmányként való hasznosítása kérődző állatok részére.

Azt találtuk, hogy a célkitűzések megvalósítása döntő mértékben függ a zöld növényi anyag aprításától és további feldolgozásától. Az aprítás során ugyanis két alapvető feltételt kell biztosítani. Az egyik az aprítási folyamat kivitelezése minél alacsonyabb hőmérsékleten maximális sejtfeltárási hatással. A másik feltétel megfelelő szerkezeti tulajdonságú feltárt anyag előállítása, amely lehetővé teszi mind a kipréselt lé hozamának növelését, mind a rostanyag főtömegét tartalmazó préspogácsa további hasznosítását.

A hőkímélő aprítás és a maximális sejtfeltárás ellentétesnek látszó követelményeit növényi anyag feldolgozásánál a találmány szerint sikerült megvalósítani.

A találmány szerinti eljárás zöld növényi nyersanyag mechanikai feltárására mechanikai aprítás és az aprított termék préselésével azzal jellemezhető, hogy legfeljebb 35% szárazanyagtartalmú zöld növényi anyagot — célszerűen betakarításkori friss 40—50 mm szálhosszúságra szecskázott állapotban — a növényi sejtek és szövetek egymást követő kevert foszlatás, roncsolás, koptatás és zúzás, dörzsölő-metsző forgácsolás, ütés és enyhe préselés műveletek kombinációjával mechanikailag 35 °C alatti hőmérsékleten feltárjuk, miközben a feltárandó anyagot legfeljebb 3—8 mm közötti, célszerűen a teljes rostfrakció súlyára számítva 35—40%-ban 15—30 mm szálhosszúságra daraboljuk, a pépesített növényi anyagot ezután környezeti hőmérsékleten célszerűen csigás P'ésben kipréseljük.

A feltárandó zöld növényi anyaghoz feltárás előtt, előnyösen vizes oldat alakjában felületaktív anyagot adunk, amely a hő hatására koagulálható fehérjefrakció kiválását gátolja. A zöld növényi anyag szárazanyagtartalmára számítva 240—600 ppm mennyiségű 8— 18 I ILB tartományba eső felületaktív anyagot alkalmazunk [HLB érték meghatározása lásd Griffin, W. C. J. Soc. Cosmetics. Chemistry, 7, 311 (1949)]. A felületaktív anyag jellege szerint célszerűen habzásgátíó tulajdonságú, így a polioxietilén-szorbitánmonolaurát, polioxietilén-szorbitánmonosztearát vagy propilénglikol-monolaurát kerülhet felhasználásra.

-2179800

A zöld növényi sejtek kevert foszlatás, roncsolás, koptatás és más, ütés és enyhe préseléssel történő feltárását a V₃ lajstromszámú (TA—1488 alapszámú) magyar szabadalmi leírásban ismertetett berendezésben végezzük. Csigás présként előnyösen ikercsigás prést 5 alkalmazunk. Az ikercsigás prés jó hatásfokú üzemeltetésének előfeltétele, hogy az aprított feltárt növényi pép megfelelő szerkezetű legyen. A tapasztalatok szerint a prés üzemeltetésének előfeltétele, hogy az aprított feltárt növényi pép megfelelő szerkezetű legyen. 10 A tapasztalatok szerint a prés üzemeltetése maximális léhozam elérésével csak akkor lehetséges, ha a rostok szerkezete megfelelő, ez a préselési effektus csigás présben való optimális kivitelezését elősegíti.

A találmány szerinti eljárással a felhasznált adalékanyagok finoman egyenletesen eloszthatók. A felületaktív anyagok adott esetben habzásgátló tulajdonsága rendkívül előnyös, mivel a fehérje koagulálás utáni csapadék elválasztásánál gátolja a levegőtartalmú pelyhes 20 csapadék kialakulását, amelyeknek elválasztása műszakilag nehezen megoldható. A habtörő képesség annál jobban érvényesül, minél egyenletesebben sikerül a zöld növényi anyagban külön keverési energia befektetése nélkül a felületaktív anyagot eloszlatni. Az egyenletes 25 eloszlatás lehetővé teszi egyébként a felületaktív anyag mennyiségének csökkentését is. Ezek a felületaktív anyagok habzásgátló tulajdonságuk mellett — tapasztalatunk szerint — késleltetik a hő hatására koagulálható fehérje-csapadék kiválását, főként meggátolják a 30 citoplazmás fehérjefrakció leválását még olyan esetekben is, ha a feltárási folyamat közben előre nem látható körülmények folytán hőmérséklet-emelkedés következik be.

A találmány szerinti feltárási eljárás előnyeit röviden 35 az alábbiakban foglaljuk össze:

1. Alkalmazásával lehetővé válik a különböző fajtájú növények rost- vagy fehérjetartalomtól független egyenletes feldolgozása a maximális fehérje kihozatallal. 40

2. A zöld növényi anyagok pépesítettségi foka az alkalmazott préstől függően szabályozható.

3. A pépesített termékből készült rostfrakció szálhosz- szúsága folytán rendkívül alkalmas takarmányként való felhasználásra. 45

4. A zöld növényi anyag feltárása és préselése folytán a kapott rostfrakció szárítása jóval kevesebb hőenergia befektetését igényli, mint az ismert eljárásokban.

5. Az eljárás kivitelezése, létesítési költsége alacsony, az üzemeltetési költségek sem számottevőek, mivel a fel- 50 dolgozott anyag homogén összetétele beállítható.

A találmány szerinti feltáró eljárás jobb hatásfokát az ismert Rietz és Owens dezintegrátorban kivitelezett eljáráshoz képest kísérletekben vizsgáltuk. A kísérlet- 55 ben az adott növényi nyersanyagból kiindulva a préslé hozamot, illetve annak koagulálható fehérjetartalmát választottuk mértékadónak. A friss lucernaőrleményt a kísérlet szerint Rietz vagy Owens dezintegrátorban végül a találmány szerinti eljárással aprítottuk, a pépesített 60 növényi anyagot Stord 39—24 típusú ikercsigás présen (gyártómű Stord Bartz, Bergen, Norvégia) kipréseltük, majd a kapott préslé mennyiségét és annak szárazanyagtartalmát mértük. A kísérletek eredményeit az alábbi táblázatban foglaljuk össze: 65

	Préslé mennyisége kg/t	Préslé szárazanyagtatartalma g/1	82°-on koagulálhatú fehérje g szárazanyag/I
Rietz	501	104	31
Owens	416	112	27
Találmány
szerinti	590	128	58

A táblázatból megállapítható, hogy a legnagyobb préslé mennyiség és ennek megfelelően a préslé legmagasabb szárazanyagtartalma a találmány szerint érhető el. Feltételezéseink szerint ebben fontos szerepet játszik a zöld növényi anyag sejtjeinek és szöveteinek feltárása, a pépesítettségi fok, valamint az a körülmény, hogy a mechanikai feltárás során a feltárandó anyag nem melegszik fel számottevő mértékben, illetve a helyi túlmelegedéssel szemben a felületaktív anyagok alkalmazása kellő oltalmat biztosít.

Az előzővel hasonló kísérletet végeztünk ún. Cosstal Bermuda fű (Cynodon dactylon) felhasználásával. A növényi nyersanyag szárazanyagtartalma 30% körüli. A nyersanyag Rietz dezintegrátorral egyáltalában nem dolgozható fel, mivel a betáplálás kezdetén a berendezés eltömődik és nem üzemeltethető'.

Owens dezintegrátort felhasználva és a feltárt anyagot Stord présen kipréselve (3 fordulat/min) a présteljesítmény 378 kg/h, a préslé hozam 47,1%, a présmaradék nedvességtartalma 62,0%.

Az előbbi növényi nyersanyag a találmány szerinti eljárással feldolgozva és Stord présen kipréselve az alábbi adatoknak megfelelően dolgozható fel:

Présteljesítmény (3 fordulat/min)

A préslé hozama

A présmaradék nedvességtartalma

486 kg/h

52,2%

57,8%

Ezekből az adatokból is megállapítható, hogy megnövelt teljesítmény mellett a préslé-hozam növekszik. Ennek megfelelően pedig a présmaradék nedvességtartalma számottevő mértékben csökken, ami a rostfrakció szárításánál számottevő hőenergia megtakarítást tesz lehetővé.

Szabadalmi igénypontok

Claims (5)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás zöld növényi nyersanyag mechanikai feltárására aprítás és az aprított termék préselése útján, azzal jellemezve, hogy 35% körüli szárazanyagtartalmú zöld növényi anyagot — célszerűen betakarításkori friss 40—50 mm szálhosszúságra szecskázott állapotban — a növényi sejtek és szövetek egymást követő kevert foszlatás, roncsolás, koptatás és zúzás, dörzsölő-metsző forgácsolás, ütés és enyhe préselési műveletek kombinációjával mechanikailag 35 °C alatti hőmérsékleten feltárjuk, és a sejtnedveket a lehető legteljesebb mértékben szabaddá tesszük, a feltárt anyag rostfrakcióját legfeljebb 3—8 mm közötti, célszerűen pedig a teljes rostfrakció súlyára számítva 35—40%-ban 15—30 mm szálhoszszúságra daraboljuk, adott esetben felületaktív anyagot adunk hozzá, majd az így pépesített növényi nyersanyagot környezeti hőmérsékleten — célszerűen csigás présen — kipréseljük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a zöld növényi anyaghoz feltárás előtt célszerűen vizes oldat alakjában olyan felületaktív anyagot adunk, amely hő hatására koagulálható fehérjefrakció kiválását gátolja.
3. 3. Az 1. és 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a zöld növényi anyag szárazanyagtartalmára számítva 240—600 ppm mennyisé gű, 8—18 HLB értéktartományba eső felületaktív anyagot alkalmazunk.
4. 4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy habzásgátló
5. 5 tulajdonságú felületaktív anyagot alkalmazunk.

   5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy felületaktív anyagként polioxietilén-szorbitán-monosztearátot vagy propilén-glikol-monolaurátot alkalmazunk.

   A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója

   84.594.66-4 Alföldi Nyomda, Debrecen — Felelős vezető: Benkő István igazgató