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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PROCESSING PLANT REMAINS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/113922
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and to a system for processing plant remains, in particular shells of seeds and nuts, even more in particular shells of cocoa beans, shells of grain seeds, and rice remains. The method comprises the following steps: (i) providing plant remains having a shell portion of at least 20 wt%; and (ii) at least partially hydrolyzing constituents of the plant remains, in particular at least partially hydrolyzing and/or fermenting a carbohydrate, a fat, and/or a protein. A liquid phase having dissolved constituents and a solid phase can subsequently be separated. The solid portion can be used as dietary fiber and the liquid phase can be used as feed for a biogas plant.

Inventors:
LOHMUELLER TOBIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/052137
Publication Date:
August 08, 2013
Filing Date:
February 04, 2013
Export Citation:
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Assignee:
BUEHLER BARTH GMBH (DE)
International Classes:
A23G1/00; A23L1/308; A23L2/52; A23L7/10; A23L7/104; A23L7/152; A23L25/00
Foreign References:
EP2022335A12009-02-11
US5622738A1997-04-22
EP1886578A12008-02-13
EP2174555A12010-04-14
EP0068229A11983-01-05
EP1733624A12006-12-20
US4156030A1979-05-22
US4532147A1985-07-30
EP2174557A12010-04-14
EP0328019A21989-08-16
Other References:
See also references of EP 2809172A1
Attorney, Agent or Firm:
WILMING, Martin et al. (CH)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen, insbesondere zur Erzeugung von diätischen Fasern und/oder von Ausgangsstoffen für eine Biogasanlage,

gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte

(i) Bereitstellen von pflanzlichen Rückständen mit einem Schalenanteil von mindestens 20 Gew.-%, insbesondere mindes¬ tens 30 Gew.-%, weiter insbesondere mindestens 50 Gew.-%, weiter insbesondere 90 Gew.-%,

(ii) zumindest teilweise Fermentation, von Bestandteilen der pflanzlichen Rückstände, insbesondere zumindest teilweise Fermentation, von einem Kohlenhydrat, einem Zucker, einem Fett und/oder einem Protein.

2. Verfahren insbesondere gemäss Anspruch 1, zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen, insbesondere zur Erzeugung von diätischen Fasern und/oder von Ausgangsstoffen für eine Biogasanlage,

gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte

(i) Bereitstellen von pflanzlichen Rückständen mit einem Schalenanteil von mindestens 20 Gew.-%, insbesondere mindes¬ tens 30 Gew.-%, weiter insbesondere mindestens 50 Gew.-%, weiter insbesondere 90 Gew.-%,

(ii) zumindest teilweise Hydrolyse, insbesondere Fermentati¬ on, von Bestandteilen der pflanzlichen Rückstände, insbesondere zumindest teilweise Hydrolyse, insbesondere Fermentati- on, von einem Kohlenhydrat, einem Zucker, einem Fett

und/oder einem Protein.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, dass während Schritt (ii)

der Fettanteil der festen Phase um mindestens 70%, bezogen auf den Fettanteil der pflanzlichen Rückstände, reduziert wird und/oder

das Gewichts-Verhältnis von wasserunlöslichen zu wasserlös¬ lichen Bestandteilen der festen Phase um mindestens 20 %, bezogen auf das Verhältnis bei den pflanzlichen Rückständen, erhöht wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt

Trennung von flüssiger Phase mit gelösten Bestandteilen und fester Phase.

5. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

für Schritt (ii) eine Suspension der pflanzlichen Rückstände in einem Lösungsmittel, insbesondere Wasser, hergestellt wird, insbesondere mit einem Anteil von bis zu 40 Gew.-% Trockenmasse .

6. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

Schritt (ii) in einem Tank bei einer Temperatur zwischen 25°C und 55°C, insbesondere zwischen 25°C und 40°C oder zwi¬ schen 50°C und 55°C, stattfindet.

7. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (ii) enzymatisch, insbesondere unter Zusatz von En¬ zymen, stattfindet.

8. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

Schritt (ii) bei einem pH-Wert zwischen 3.0 und 6.5, bevor¬ zugt zwischen 3.5 und 5.5 stattfindet, insbesondere dass Schritt (ii) unter dem Zusatz einer Säure oder einer Base erfolgt, wobei insbesondere der pH-Wert während Schritt (ii) absinkt .

9. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

für Schritt (ii) Mikroorganismen, insbesondere ein Inokulum, zugesetzt werden.

10. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phase gewaschen, steri¬ lisiert und/oder getrocknet wird.

11. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Phase als energiereiche Flüssigkeit in eine Biogasanlage überführt wird.

12. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren entstehendes Biogas in eine Biogasverwertungseinrichtung überführt wird.

13. Verwendung des festen Anteils aus dem Verfahrensprodukt des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1-12 als diätische Fa¬ ser .

14. Verwendung des flüssigen Anteils aus dem Verfahrensprodukt des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1-12 als Beschi¬ ckung für eine Biogasanlage, insbesondere für die Stromer¬ zeugung .

15. Verwendung des flüssigen Anteils aus dem Verfahrensprodukt des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1-12 als Zusatz¬ stoff für einen Energydrink.

16. Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen, insbesondere gemäss den Ansprüchen 1-12, mit den fol¬ genden Schritten

(i) Erzeugung von Biogas in einer Biogasanlage aus zumindest einem Teil der pflanzlichen Rückstände,

(ii) Verwendung von zumindest einem Teil des Biogases zur Bereitstellung von Energie bei der Herstellung und/oder der Verarbeitung eines Produktes, bei welcher pflanzliche Rück¬ stände übrig bleiben, die ihrerseits zumindest teilweise in dem Verfahren verarbeitet werden.

17. Anlage zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen, insbesondere gemäss Anspruch 16, umfassend

eine Produktionsvorrichtung, insbesondere einen Röster oder einen Röster und einen Hydrolysetank oder einen Röster und einen Fermentationsreaktor,

einen Biogastank, eine Zufuhreinrichtung, über welche zumindest ein Teil von pflanzlichen Rückständen aus der Produktionsvorrichtung in den Biogastank überführbar ist und

eine Biogasverwertungseinrichtung, bei welcher aus dem im Biogastank gewonnen Biogas Energie zum Betreiben der Produktionseinrichtung gewinnbar ist.

Diätische Faser, gewonnen aus pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen, insbesondere in einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-12,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Faser einen Fettanteil von kleiner als 5 Gew.-%, insbesondere kleiner als 2.5 Gew.-%, aufweist und/oder ein Gewichts-Verhältnis von wasserunlöslichen zu wasserlöslichen Nahrungsfasern von grösser als 6.5 aufweist.

Description:
Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen, insbesondere von Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere von Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen.

Aus dem Stand der Technik sind viele Vorschläge bekannt, Nah- rungs- und Genussmitteln unverdauliche Ballaststoffe wie Kleie, Carboxylmethylzellulose, pektingeschichtete Zellulose, Lignin, Hemizellulosen, Pentosanen, Gummi und Pektine zuzusetzen.

Auch Nahrungsfasern aus Kakaoschalen und anderen Pflanzenbestandteilen wie Getreideschalen, Rückstände von Reiskörnern, Keimen und/oder Nüssen wurden, z. B. wegen ihres Zellulosegehalts, als möglicher Nahrungsbestandteil erkannt.

Als Kakaoschale wird die äussere Umhüllung der Kakaobohnen be ¬ zeichnet, auch Testa genannt. Nach der Ernte werden die Kakao ¬ früchte im Schnitt sechs Tage fermentiert, wobei sich das

Fruchtfleisch von den Bohnen löst und die Bohnen ihren gewünschten Geschmack und die braune Färbung entwickeln. Anschliessend werden die Bohnen getrocknet, gereinigt und geröstet. Die Scha ¬ len der Bohnen werden gebrochen und von den Bohnen getrennt.

Die Kakaoschalen werden in der Regel als Abfallprodukt betrachtet. Die Kakaoschalen enthalten allerdings auch wertvolle Inhaltsstoffe wie z. B. Polyphenole (1 bis 2 %) , Alkaloide wie Theobromin (1 bis 2 %) , Vitamine wie Vitamin D, Minerale, Amino ¬ säuren und lösliche wie unlösliche diätische Fasern. Die Kakao ¬ schalen enthalten immer noch bis zu 6 % Fett. Die Verwendung von Kakaoschalen in Nahrungsmitteln ist vielerorts gesetzlich beschränkt. Zwar ist seit der Umsetzung der EU- Richtlinie 2000/36/EG (2000) z. B. in Deutschland keine Höchst ¬ menge mehr definiert, dennoch sind Hersteller und Verbraucher noch immer an einer Überwachung des Schalenanteils interessiert, da diese gesundheitsgefährdende Stoffe wie Pestizide, Mikroorga ¬ nismen, Mykotoxine, freie Fettsäuren (FFA) und Schwermetalle enthalten können, und die Schalen Schäden an den Walzenstühlen verursachen können.

Insbesondere Kakaoschalenfasern haben ausserdem zumeist schwellende bzw. gelifizierende Eigenschaften. Sie können Fett sowie Wasser binden und somit die Viskosität der Mischung beeinflus ¬ sen, der sie zugesetzt sind. Die Kakaoschalenfasern sind daher bislang nur für die Verwendung in wenigen bestimmten Nahrungsmitteln geeignet. Die Verwendung von Kakaoschalenfasern in einem gesäuerten Lebensmittelprodukt wie z. B. einem Käse ist bei ¬ spielsweise in EP 2 174 555 gezeigt.

Es ist zudem bekannt, Kakaoschalen in aromatischen Getränken, Kakaoprodukten, Mulch, Dünger und Tiernahrung zu verwenden.

Die Gewinnung von Nahrungsfasern aus Kakaoschalen ist beispielsweise in EP 0 068 229 gezeigt, wobei die Schalen der Kakaobohnen einer Nassreinigung unterworfen, getrocknet und gemahlen werden. Das fein gemahlene Endprodukt soll Nahrungs- und Genussmitteln zur Verbesserung der verdauungsfordernden Eigenschaften zugesetzt werden.

Die mechanische Zerkleinerung von Kakaobohnenschalen ist aus EP 1 733 624 bekannt. Die Druckschrift zeigt ein Verfahren zum Mahlen von Kakaoschalen, wobei die Kakaoschalen in einer Wirbelverarbeitungsvorrichtung, auch „jet-mill" genannt, in der einge- führten Luft mitgerissen und vermählen werden. Andere Verfahren wie die Zermahlung in einer Windsichtermühle sind ebenfalls mög ¬ lich, führen aber zu einem höheren Verschleiss.

Die Verwendung von Kakaoschalenextrakten ist ebenfalls bekannt. Ein Lebensmittelfarbstoff kann beispielsweise gemäss

US 4,156,030 durch die Extraktion mit einer sauren Ethanollösung gewonnen werden.

Pigmente können gemäss US 4,532,147 auch mit Hilfe eines wässri- gen Alkohols extrahiert werden.

Ein Schokoladengeschmacksstoff kann durch die Behandlung von Ka ¬ kaoschalen mit einem alkalisierenden Agens zur Verfügung gestellt werden, wie in EP 2 174 557 gezeigt wird.

Die bekannten Behandlungsmethoden von Schokoladenschalen zum Bereitstellen von Nahrungsmittelzusätzen modifizieren vor allem das Umfeld der Kakaoschalenfasern, lassen die Zusammensetzung aber im Wesentlichen unverändert. Ein gezieltes Abtrennen von unerwünschten Bestandteilen findet nicht statt. Insbesondere beinhalten die für schwellenede bzw. gelifizierenden Eigenschaften verantwortlichen Schleime Proteine und Zucker, die mit herkömmlichen Technologien, wie Alkalisierung und oder Wasserbehandlung nicht entfernt werden.

Des Weiteren ist aus EP 0 328 019 ein Verfahren bekannt, mit welchem aus hochwertigen Ausgangsstoffen diätische Kakaonahrungsfasern für die Herstellung von nahrungsfaserreichen Schokoladenprodukten bereitgestellt werden.

Dazu wird ein Kakaopulver mit geringem Fettgehalt oder ein

Presskuchen (Kakaoliquor, dem die Kakaobutter entzogen ist) en- zymatisch behandelt, die beim Abbau der Stärke anfallenden Stärkeabbauprodukte separiert und der feste Rückstand gewaschen und getrocknet .

Bei dem herkömmlichen Herstellungsprozess von Schokolade fallen ca. 15-20 % (Gewicht) Abfall an Kakaoschalen an.

Ähnlich verhält es sich mit den Rückständen anderer pflanzlicher Nahrungsmittel wie den Schalen von anderen Samen und Nüssen, etwa von Reis, Getreide, Bohnen und Keimen. Diese fallen ebenfalls bei dem herkömmlichen Produktionsprozess in beträchtlicher Menge an. Sie enthalten in der Regel Fette, die oxidieren und sind so ¬ mit nicht für den Verzehr geeignet.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Methode zur Weiterverar ¬ beitung der pflanzlichen Rückstände vorzustellen, mit welcher die Nachteile des bekannten überwunden werden und ein wertiges Endprodukt zur Verfügung gestellt wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1. Das Verfahren dient zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere von Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen. Die pflanzlichen Rückstände werden durch das erfindungsgemässe Verfahren veredelt. Insbesondere werden mit dem Verfahren diäti ¬ schen Fasern und/oder Ausgangsstoffe für eine Biogasanlage er ¬ zeugt .

Unter diätischen Fasern werden hier unverdauliche, für Nahrungsmittel geeignete Ballaststoffe verstanden. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst die Verfahrensschritte (i) Bereitstellen von pflanzlichen Rückständen mit einem Schalenanteil von mindestens 5 Gew.-%, insbesondere 20 Gew . ~6 , wei ter insbesondere mindestens 50 Gew.-%, weiter insbesondere min ¬ destens Gew. -90 %, (ii) zumindest teilweise Hydrolyse, insbeson ¬ dere zumindest teilweise Fermentation, von Bestandteilen der pflanzlichen Rückstände, insbesondere zumindest teilweise Hydro ¬ lyse von einem Kohlenhydrat, einem Fett und/oder einem Protein und (iii) insbesondere Trennung von flüssiger Phase mit gelösten Bestandteilen und fester Phase.

Bevorzugt geht mit der Hydrolyse eine Fermentation einher, bei welcher in einem insbesondere anaeroben Prozess CO 2 , CH 4 , NH 3 und/oder ein anderes Gas (bspw. N 2 , 0 2 , H 2 S, H 2 ) ent ¬ steht/entstehen. In der vorliegenden Anmeldung wird daher unter Hydrolyse stets Hydrolyse oder Hydrolyse und gleichzeitige Fer ¬ mentation verstanden.

Alternativ wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, wobei (i) pflanzlichen Rückständen mit einem Schalenanteil von mindestens 5 Gew.-%, insbesondere 20 Gew.-%, weiter insbesondere min ¬ destens 50 Gew.-%, weiter insbesondere mindestens Gew. -90 % be ¬ reitgestellt werden, und (ii) zumindest teilweise Fermentation, von Bestandteilen der pflanzlichen Rückstände, insbesondere zumindest teilweise Hydrolyse von einem Kohlenhydrat, einem Fett und/oder einem Protein stattfindet. Anschliessend kann eine Trennung von flüssiger Phase mit gelösten Bestandteilen und fester Phase erfolgen.

Die erfindungsgemässen Verfahren gehen über ein blosses Waschen der Rückstände hinaus; insbesondere einfolgt eine Fermentation unter bakteriellem Wachstum. In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält das erfindungsge- mässe Verfahren ein Verfahrensschritt, bei dem überprüft wird, ob tatsächlich eine Fermentation stattgefunden hat. Zum Beispiel wird ermittelt, ob Gas entstanden ist, insbesondere ob CO 2 , CH 4 und/oder NH 3 entstanden ist. Dazu kann beispielsweise gemessen werden, ob der Gasdruck während des Prozesses ansteigt, ob be ¬ stimmte Gase/Gasmengen entstehen, zum Beispiel CO 2 , CH 4 , NH 3 und/oder wie sich der O 2 -Partialdruck in der flüssigen Phase ändert. Zusätzlich oder alternativ kann die optische Dichte (OD 600 ) der flüssigen Phase gemessen werden. Diese ist eine Mass für das Vorhandensein von Mikroorganismen.

Alternativ oder gleichzeitig kann eine Nachweisreaktion für die festzustellenden Gase durchgeführt werden.

Unter Hydrolyse wird im vorliegenden Verfahren insbesondere ein Prozess verstanden, bei welchen mindestens 3 Gew.-%, bevorzugt 5 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 30 Gew.-% der Proteine, Fette und/oder Kohlenhydrate der pflanzlichen Rückstände abgebaut werden.

Ebenso werden durch das erfindungsgemässe Verfahren Schleime ab ¬ gebaut, die stark wasserbindend sind. So enthalten Kakaoschalen Schleime, die über 400 % des Eigengewichts an Wasser aufnehmen können, die sich störend auf die Eigenschaft, z.B. die Rheolo ¬ gie, eines Endprodukts auswirken würden.

Ausgangsmaterial für das Verfahren sind pflanzliche Rückstände, die in der Regel als Abfall bei einem herkömmlichen Herstel- lungsprozess anfallen, wie zum Beispiel vor oder nach dem Rösten von den Kakaobohnen abgetrennte Samenschalen, auch Kakaoschalen genannt, Rückstände von Reiskörnern, Maiskörnern, Kaffeebohnen, Weizen- oder anderen Getreidekörnern. Da sich im herkömmlichen Herstellungsprozess die wertigen Be ¬ standteile von den Rückständen nicht komplett trennen lassen, enthält auch der Abfallanteil stets einen gewissen Prozentsatz des wertigen Anteils, also des Kerns, des Fruchtfleisches, des Keims oder der Bohne. Dieser Anteil kann zum Beispiel bei Beginn oder am Ende einer Herstellungscharge auch grösser sein. Erfin- dungsgemäss enthalten die pflanzlichen Rückstände einen Schalenanteil von mindestens 20 Gew.-%, insbesondere mindestens 50 Gew.-%, weiter insbesondere mindestens 90 Gew.-%.

Bei der Hydrolyse erfolgt eine Aufspaltung von chemischen Bestandteilen durch die Anlagerung eines Wassermoleküls. Bei der Fermentation erfolgt eine Abbau von organischen Materialien, z.B. Zuckern, Proteinen, Fetten und Schleimen, bzw. einen Zersetzung in kleinere Bestandteile, wie kurzkettige Zucker, freie Aminosäuren, CO 2 und Wasser.

In einer wässrigen Lösung gehen zum einen die ohnehin löslichen Bestanteile der pflanzlichen Rückstände in Lösung, zudem aber auch jene Bestandteile, die erst durch die Hydrolyse zu lösli ¬ chen Bestandteile werden.

In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemässen Verfahr- nes wird während Schritt (ii) der Fettanteil der festen Phase um mindestens 70% reduziert, im Vergleich zu dem Fettanteil der pflanzlichen Rückständen, die in Schritt (i) zur Verfügung gestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich wird das Verhältnis von wasserunlös ¬ lichen zu wasserlöslichen Bestandteilen der festen Phase um mindestens 20 % erhöht, im Vergleich zu dem Verhältnis bei den pflanzlichen Rückständen, die in Schritt (i) zur Verfügung gestellt werden.

Die in Lösung gegangenen Bestandteile werden bevorzugt bei der anschliessenden Trennung von flüssiger und fester Phase von dem Rückstand separiert.

Die Trennung erfolgt bevorzugt durch Filtration, durch Zentrifu- gieren, durch Dekantieren und/oder durch Trocknung.

Vorzugsweise wird die Suspension mit einem Schneckenförderer, einem Extruder oder Expeller über ein Lochblech geführt, wobei ein Grossteil der Flüssigkeit abläuft. Anschliessend wird die Masse unter Druck verdichtet, wobei ein Restfeuchtegehalt von etwa 12 Gew.-% erreicht wird.

Nachfolgend kann die Masse unter Erwärmung und/oder Trockenluft ¬ zufuhr getrocknet werden, sodass ein Restfeuchtegehalt von 3-4 Gew.-% übrig bleibt. Die resultierende Masse kann weiter verar ¬ beitet werden, sie ist beispielsweise leicht vermahlbar.

Die feste Phase weist signifikant geringere Anteile von wasser ¬ löslichen Salzen auf, weniger Proteine, weniger Fette und weniger Zellulose als die pflanzlichen Rückstände, die Ausgangsstoff für die Hydrolyse waren. Zudem ist der Anteil an Schleimen verringert. Die feste Phase besteht im Wesentlichen aus wasserun ¬ löslichen, also weitgehend unverdaulichen Fasern. Die relativ geschmacksneutrale, im Falle von Kakaoschalen braune feste Phase kann als Nahrungsfaser eingesetzt werden. Die feste Phase ist praktisch nicht mehr gelifizierend und zeigt verbesserte Vermah ¬ lungseigenschaften. Die Produkthaltbarkeit ist erhöht, da die für spontane Verrottung und Oxidation verantwortlichen Grund- Stoffe in dem erfindungsgemässen Verfahren bereits abgebaut werden .

Ebenso können Schadstoffe, wie Pestizide und Myotoxine durch Fermentation signifikant reduziert werden. Da bei Schritt (ii) ein saures Medium entsteht, können auch Schwermetalle besser ge ¬ löst und ausgewaschen werden.

Durch Zugabe von Nährstoffen lässt sich mit der Hydrolyse und dem nachfolgenden Abtrennen der wasserlöslichen Bestandteile ein Verhältnis der Makronährstoffe (C:N:P:S, d. h. das Mengenver ¬ hältnis von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel) von 500:15:5:3 herstellen, das C:N Verhältnis liegt bevorzugt zwi ¬ schen 10 und 45.

Bevorzugt wird für die Hydrolyse und/oder Fermentation eine Sus ¬ pension der pflanzlichen Rückstände in einem Lösungsmittel, insbesondere Wasser hergestellt, insbesondere mit einem Anteil von bis zu 40 Gew.-% Trockenmasse.

Die Hydrolyse und/oder Fermentation erfolgt bevorzugt in einem abschliessbaren, temperierbaren und druckbeaufschlagbaren Tank. Typischerweise kann 100-300 m 3 Suspension in einem Tank verarbei ¬ tet werden.

Die Suspension wird bevorzugt bei mittlerer Rührgeschwindigkeit vermischt, sodass eine möglichst homogene Vermischung bewirkt wird. Das Rühren sorgt für einen ausreichenden Stoffaustausch und verhindert eine Sedimentation. Je länger dem Hydrolyse- und/oder Fermentationsprozess Zeit gegeben wird, desto geringer kann die Rührgeschwindigkeit sein. Je schneller der Prozess er ¬ folgen soll, umso höher muss die Rührgeschwindigkeit sein. Die Hydrolyse und/oder Fermentation wird durch geeignete Tempe ¬ ratur- und Druckbedingungen begünstigt. Vorteilhafterweise fin ¬ det die Hydrolyse und/oder Fermentation in einem Tank bei einer Temperatur zwischen 25 und 40 °C, insbesondere zwischen 30 und 38 °C, und bei Umgebungsdruck statt.

Alternativ findet die Hydrolyse, insbesondere die Fermentation, bei einer Temperatur zwischen 45 und 60 °C, insbesondere zwischen 50 und 55 °C, und bei Umgebungsdruck statt.

Die Hydrolyse und/oder Fermentation erfordert typischerweise ei ¬ ne Dauer von bis zu 7 Tagen, bevorzugt von bis zu 5 Tagen, wei ¬ ter bevorzugt von bis zu 1-2 Tagen, insbesondere von mindestens 3 Stunden.

Die Hydrolyse und/oder Fermentation wird des Weiteren begünstigt durch den Zusatz von Enzymen, insbesondere von Hydrolasen wie Lipasen, Amylasen und Proteasen. Enzyme sorgen insbesondere für die katalytische Hydrolyse von Biomolekülen, also Sacchariden, Proteinen und Fetten, die in ihre Bausteine zerlegt werden.

Bevorzugt findet die Hydrolyse und/oder Fermentation daher enzy- matisch statt.

Die meisten Hydrolysen und/oder Fermentationen laufen effektiver und schneller, wenn die Reaktion in einem sauren oder basischen Medium erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Hydrolyse und/oder Fermentation unter dem Zusatz einer Säure, insbesondere einer organischen Säure wie Es ¬ sigsäure oder Ameisensäure oder einer Base, insbesondere eines Phosphatpuffers, eines Carbonatpuffers , NaOH oder KOH.

Dabei wird insbesondere ein pH-Wert zwischen 3.0 und 6.5, bevor ¬ zugt zwischen 3.5 und 5.5 eingestellt.

Typischerweise fällt der pH-Wert während der Hydrolyse und/oder der Fermentation von einem Wert von ca. 7 auf etwa 3.5.

Die Hydrolyse und/oder Fermentation kann auch unter Einwirkung von Mirkoorganismen ablaufen. Dazu kann einerseits die vorhandene Flora des zu hydrolysierenden Materials verwendet werden oder es werden gezielt zur Hydrolyse fähige Mikroorganismen zuge ¬ setzt. Bevorzugt werden für die Hydrolyse in dem erfindungsge- mässen Verfahren Mikroorganismen, insbesondere ein Impfbakterium für Kompost, zugesetzt, insbesondere in der Menge 1/10000, be ¬ vorzugt 1/1000 (Bakteriumslösung zu Suspension).

Ein Teil der Verfahrensprodukts, insbesondere ein Teil der flüs ¬ sigen Phase, kann als Inokulum für die Verarbeitung von weiteren Ausgangsstoffen verwendet werden.

Um die feste Phase für den Einsatz in der Herstellung von Nahrungsmitteln vorzubereiten, wird in einem nachfolgenden Schritt vorteilhafterweise der Feststoffanteil gewaschen, sterilisiert und/oder getrocknet.

Die Debakterisierung kann in einem Röster erfolgen, in welchem die thermische Behandlung gleichzeitig für eine Sterilisation und für eine Trocknung sorgt.

Bevorzugt wird der Feststoffanteil zusätzlich gemahlen. Dies kann vor dem Waschen, Trocknen und Debakterisieren, vor dem Trocknen oder sogar vor dem Waschen geschehen. Der Feststoffanteil kann ausserdem zusätzlich gefärbt werden, beispielsweise durch Alkalisierung .

Feste Phase, die aus der Hydrolyse und/oder Fermentation von Ka ¬ kaoschalen gewonnen wird, also nahrungsfaserreiches Kakaomaterial, ist geeignet zur Ergänzung bei der Herstellung von Schokoladen, Compounds und/oder Fillings (z. B. dunkler Schokolade und besonders für geformte Schokolade und Kuvertüre) , Kakaogeträn ¬ ken, Konfektriegeln, Schokoladenaufstrich und Backwaren.

Es ist bekannt, dass Zellulose bei einem pH-Wert von 7.5, der für die Methanbildung optimal ist, kaum abgebaut werden kann. Daher wird faserhaltige Biomasse in der Regel zunächst hydroly- siert und fermentiert und schliesslich wird die Biogasvergährung eingeleitet .

Der flüssigen Phase, die bei dem erfindungsgemässen Verfahren entsteht, ist bereits ein Grossteil der nicht abbaubaren Fasern, insbesondere Zellulose, entzogen. Die flüssige Phase enthält vorwiegend Inhaltsstoffe in einer für die Methan bildenden Bakterien umsetzbaren Form. Sie kann daher direkt zur Biogaserzeugung eingesetzt werden.

Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemässe Verfahren daher als weiteren Verfahrensschritt, dass die flüssige Phase als e- nergiereiche Flüssigkeit in eine Biogasanlage überführt wird.

Die Aufgabe wird ausserdem gelöst durch eine Verwendung des fes ¬ ten Anteils aus dem Verfahrensprodukt des Verfahrens wie oben beschrieben als diätische Faser. Die Aufgabe wird ausserdem gelöst durch eine Verwendung des flüssigen Anteils aus dem Verfahrensprodukt des Verfahrens wie oben beschrieben als Beschickung für eine Biogasanlage, insbesondere für die Stromerzeugung.

Bei der Biogasentwicklung nutzen Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen (unter Luftausschluss ) die in Kohlenhydraten, Zuckern, Fetten und Proteinen gespeicherte chemische Energie für ihren Stoffwechsel. Die Biogasgewinnung untergliedert sich in vier Stufen:

In der Hydrolysephase spalten fermentative Bakterien polymere Verbindungen wie Proteine, Fette und Kohlenhydrate mithilfe von Enzymen in einfachere Bestandteile (Monomere) wie z. B. Amino ¬ säuren, Glukose und Fettsäure. Hieran sind in der Regel anaerobe Bakterien beteiligt.

In der säurebildenden Phase erfolgt eine Vergärung und Säurebil ¬ dung. Die gelösten Stoffe werden durch fermentative Bakterien zu organischen Säuren (Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure) , nie ¬ deren Alkoholen, Aldehyden, Wasserstoff, Kohlendioxid und ande ¬ ren Gasen wie Ammoniak und Schwefelwasserstoff abgebaut. Dieser Vorgang erfolgt, bis die Bakterien durch ihre eigenen Abbauprodukte in ihrem Abbauprozess gehemmt werden (niedriger pH-Wert) .

Die dritte, so genannte acetogene Phase bildet das Bindeglied zwischen der Vergärung (Versäuerung) und der Methanbildung. Hier werden die Bestandteile durch acetogene Bakterien so aufberei ¬ tet, dass methanogene Bakterien diese in Methan umwandeln können. Die Reaktion verläuft endotherm, es muss also Wärme zuge ¬ führt werden. In der vierten Phase, der Methanogenese wird die Essigsäure durch extrem Sauerstoffempfindliche methanogene Bakterien zu Me ¬ than, Kohlendioxid und Wasser gespalten. Das Wasser wird während der Kondensation dem Biogasgemisch entnommen.

30 % der bekannten methanogenen Bakterienarten nutzen Wasserstoff und Kohlendioxid für ihren Stoffwechsel und sorgen so durch die Umsetzung des Wasserstoffs mit dem zuvor gebildeten Kohlendioxid für einen niedrigen Wasserstoffpartialdruck . Dieser ist für die Existenz der Essigsäurebakterien unerlässlich, obwohl sie selber Wasserstoff produzieren. Die methanogenen Bakterien und die acetogenen Bakterien leben somit in Symbiose.

Das entstandene Gas wird nach einer Zwischenpufferung in einem Gasspeicher in aller Regel in einem Blockheizkraftwerk zur Produktion von Strom und/oder Wärme verwendet. Alternativ kann das entstandene Gas direkt zur Verbrennung in einem thermischen Pro- zess genutzt werden, beispielsweise bei der Beheizung eines Rös ¬ ters .

Der zu erwartende Gasertrag in der Biogasanlage beträgt pro Ton ¬ ne Kakaoschalen zwischen 460 und 500 Normkubikmeter (460-500 Nm 3 /t) mit einer Methankonzentration bis zu 60% ± 5 %.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ausserdem ge ¬ löst durch eine Verwendung des flüssigen Anteils aus dem Verfahrensprodukt des Verfahrens wie oben beschrieben als Grund- oder Zusatzstoff für ein Nahrungsmittel, insbesondere einen Ener- gydrink .

Die flüssige Phase enthält leicht verdauliche Bestandteile. Sie kann nach einer Sterilisation sofort als Grundstoff oder Ergän- zungsmittel für ein Nahrungsmittel, insbesondere ein Kraftfutter für Tiere oder ein Energiegetränk verwendet werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ausserdem ge ¬ löst durch ein Verfahren, insbesondere wie oben beschrieben, zur Verarbeitung von pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen, wobei aus zumindest einem Teil der pflanzlichen Rückstände in einer Biogasanlage Biogas erzeugt wird und zumindest ein Teil des Biogases zur Bereitstellung von Energie bei der Herstellung und/oder der Verarbeitung eines Produktes verwendet wird, bei welcher pflanzliche Rückstände übrig bleiben, die ihrerseits in dem Verfahren verarbeitet werden.

Bevorzugt wird das Biogas direkt in einem thermischen Verbren- nungsprozess genutzt, bevorzugt in einem Röster.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird bei der Herstellung und/oder der Verarbeitung des Produktes, z. B. beim Rösten von Kakaobohnen bzw. beim Herstellen von Kakaonibs, ausser der durch das Biogas der pflanzlichen Rückstände bereitge ¬ stellten Energie keine weitere Energie zugeführt.

Das Verfahren ist somit ein autonomes Verfahren zum Verarbeiten eines pflanzlichen Produkts, insbesondere von Kakaobohnen.

Das erfindungsgemässe Verfahren findet in einer Anlage statt, die

eine Produktionsvorrichtung, insbesondere einen Röster oder einen Röster und einen Hydrolysetank oder einen Röster und einen Fermentationsreaktor,

einen Biogastank, eine Zufuhreinrichtung, über welche zumindest ein Teil von pflanzlichen Rückständen aus der Produktionsvorrichtung in den Biogastank überführbar ist, und

eine Biogasverwertungseinrichtung, bei welcher aus dem im Biogastank gewonnen Biogas Energie zum Betreiben der Produktionseinrichtung gewinnbar ist,

umfasst .

Optional ist eine Rückführeinrichtung für einen Teil der in den Biogastank gebrachten pflanzlichen Rückstände in die Produktionsvorrichtung vorgesehen.

Die Produktionsvorrichtung und der Biogastank sind bevorzugt räumlich nah beieinander, sodass als Zuführeinrichtung eine

Rohrleitung oder eine Band verwendet werden kann.

Bei der Biogasverwertungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Stromerzeugungsvorrichtung handeln oder um einen Brenner, je nachdem, in welcher Form die Energie bei der Produktion benötigt wird. Die Biogasverwertungseinrichtung kann in die Produktionsvorrichtung integriert sein, zum Beispiel in Form eines Brenners als Teil eines Rösters.

Die pflanzlichen Rückstände, die beispielsweise in dem Röster anfallen, können zunächst, insbesondere wie weiter oben be ¬ schrieben, in einem Hydrolysetank einer Hydrolyse, bzw. in einem Fermentationsreaktor einer Fermentation, unterzogen werden. Anschliessend wird aus der flüssigen Phase in dem Biogastank Bio ¬ gas gewonnen.

Alternativ kann bereits während der Hydrolyse bzw. der Fermenta ¬ tion Biogas entstehen, das bevorzugt in der Biogasverwertungs ¬ einrichtung verwertet wird. Dazu können der Hydrolysetank bzw. der Fermentationsreaktor und der Biogastank eine räumliche Einheit bilden oder der Hydrolyse ¬ tank bzw. der Fermentationsreaktor ist gleichzeitig als Biogastank ausgebildet.

Die Aufgabe wird ausserdem gelöst durch eine diätische Faser, gewonnen aus pflanzlichen Rückständen, insbesondere Schalen von Samen und Nüssen, weiter insbesondere Schalen von Kakaobohnen, Schalen von Getreidesaat und Reisrückständen, Rückständen von ölhaltigen Keimen und Nüssen, insbesondere in einem Verfahren wie oben beschrieben, wobei die Faser einen Fettanteil von kleiner als 5 Gew.-%, insbesondere kleiner als 2.5 Gew.-% aufweist und/oder ein Gewichts-Verhältnis von wasserunlöslichen zu wasserlöslichen Nahrungsfasern von grösser als 6.5 aufweist.

Ausführungsbeispiel :

150 kg Kakaoschalen mit einem Gehalt von etwa 1.5 ± 1 Gew.-% Fett, 4.5 ± 2.5 Gew.-% Wasser, 11 ± 6 Gew.-% Proteinen, 23 ± 7 Gew.-% Cellulose und Pentosane sowie 8 ± 3 Gew.-% Asche werden in 500 1 Regenwasser in einem Hydrolysetank mit 3 m 3 Volumen suspendiert. Je nachdem, wie die Kakaoschalen gewonnen wurden und wie viel Fruchtanteil noch enthalten ist, kann der Fettgehalt auch wesentlich höher sein, z.B. bis zu 7 Gew.-%.

Die Suspension wird bei einer Temperatur von etwa 25 °C oder bei 42 °C gehalten. Die Mischung wird alle vier Stunden eine Minute lang kräftig gerührt.

Nach einer Inkubationszeit von 24 Stunden werden Feststoffe und Flüssigkeit mittels eines Lochblechs unter Ausschluss von Sauer ¬ stoff getrennt, wobei der flüssige Anteil zunächst in einen Puf- fertank, der ebenfalls ein Volumen von 3 m aufweist, geleitet wird .

Die feste Fraktion wird in der Sonne bis zu einem Restfeuchtege ¬ halt von 12 Gew.-% getrocknet. Danach wird der Feststoff pasteu ¬ risiert und thermisch getrocknet, bis er eine Restfeuchte von kleiner als 5 Gew.-% hat.

Danach erfolgt eine Vermahlung auf eine Pulverkorngrösse, bei welcher 99.5 % der Körner einen Durchmesser von kleiner als 75 μιη haben.

Das feste Endprodukt ist ein nahrungsfaserreiches Kakao- Material. Dieses nahrungsfaserreiche Kakaomaterial ist besonders geeignet zur Ergänzung bei der Herstellung von Schokoladencom- pounds und so genannten Fillings (z. B. Pralinen-, Konfekt- und/oder Brotfüllungen), Kakaogetränken, Konfektriegeln, Schokoladenaufstrich und Backwaren.

Durch die Behandlung ist der Fettanteil um 70 % reduziert wor ¬ den. Das Verhältnis von wasserunlöslichen zu wasserlöslichen Nahrungsfasern beträgt für den Ausgangsstoff etwa 5.5 und ist für das Endprodukt grösser als 19.

Die flüssige Phase wird in einen dritten Biogastank geleitet, der 40 m 3 Volumen fasst und in dem sich 30 m 3 Flüssigkeit befinden. Überschüssige Flüssigkeit wird dann wieder in den ersten Tank geleitet, in welchen wiederum frische Kakaoschalen zugefügt werden und die Hydrolyse beginnt. Auf diese Weise entsteht ein geschlossener Flüssigkeitskreiskauf, was insbesondere für Anla ¬ gen in Ländern mit wenig Regenwasser vorteilhaft ist. Alternativ kann für die Hydrolyse stets frisches Regenwasser verwendet wer ¬ den . Die Temperatur im Biogastank beträgt ca. 38-40 °C oder 38-42 °C. Es entsteht einen Biogasdruck von 2-5 bar.

Der Biogasertrag ergibt sich pro Tonne Ausgangsmasse Kakaoschale (o DM, „organic dry matter") zu 485 Normkubikmeter (485 Nm 3 /t o DM ± 10%) mit einer Methankonzentration von 60 % (± 5 %) .

Der Biogasertrag reicht aus, um einen Röster für Kakaobohnen zu betreiben, in dem die Ausgangsmenge an Kakaoschalen anfällt.