Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mehl aus Roggen und Tritikalen zur weiteren Verwendung, wobei das Mehl vorzugsweise in Non-Food Applikationen, beispielsweise zur biotechnologischen Herstellung von Ethanol verwendet werden kann. Ebenso kann das Mehl zur Erzeugung von Nahrungsergänzungsmitteln verwendet werden.

Auf Grund der weltweit zunehmenden Bedeutung von schnell nachwachsenden Rohstoffen bei der Suche nach ökologisch verträglichen Alternativen für Rohstoffe, vorzugsweise für so genannte Non-Food Applikationen, gewinnen Roggen und Tritikal-Züchtungen aus Roggen und Weizen mehr und mehr an Beachtung. Beispielsweise können auf der Basis von Roggenmehl thermoplastisch verformbare Werkstoffe für das Spritzgießen hergestellt werden. Auch können diese Mehle zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden. Ebenso sind Biopolymere auf Roggenmehlbasis bekannt, welche durch Gelatinierung und Plastifizierung mit natürlichen Alkoholen hergestellt werden. Diese Biopolymere sollen dabei ähnliche Eigenschaften wie etablierte Polyethylen- oder Polypropylen- Kunststoffe aufweisen.

Roggen und Tritikal-Züchtungen bieten den großen Vorteil auch auf Nährstoff armen, sandigen Böden zu gedeihen, auf denen im Gegensatz dazu andere Getreidesorten nicht oder nur mit hohem Aufwand kultivierbar sind.

Trotz dieser vorteilhaften Anspruchslosigkeit beim Anbau von Roggen und Tritikalen und der Vielzahl der Verwendungsmöglichkeiten konnte sich eine großindustrielle Nutzung für die obigen Verwendungsmöglichkeiten bisher nicht durchsetzen. Dieses liegt beispielsweise daran, dass einer wirtschaftlichen Bereitstellung von Roggen- und Tritikalmehl bzw. der darin überwiegend enthaltenden Stärke eine zu niedrige Ausbeute im Bereitstellungsprozess

entgegensteht bzw. das herkömmlich, beispielsweise zur Brotherstellung, hergestellte Mehl nicht für die eingangs beschriebenen Verwendungen geeignet ist.

So ergeben sich bei der Herstellung der gewünschten Mehle einerseits dadurch Probleme, dass je nach der Art des Vermahlens die in Roggen und Tritikalen bestehende zähe und klebrige Komstruktur oftmals keine klare Abtrennung der Schalenbestandteile zulässt.

Andererseits ergeben sich auch bei der Verwendung von herkömmlich hergestellten Roggen- und Tritikalmehlen in den beschriebenen Non-Food- Applikation Probleme. So weisen beide Getreidesorten größere Mengen an unerwünschten Kornbestandteilen auf, die zur Schleimbildung oder durch Aufquellen zu hohen Viskositäten in den einzelnen nachgeschalteten Verweπdungsprozessen führen. Zu diesen unerwünschten Bestandteilen gehören insbesondere Ballaststoffe, wie Zellulose, welche sich zum größten Teil in den Schalen befinden, sowie Fruktane, Mineralstoffe und Proteine. Die genannten Probleme treten dann besonders stark auf, wenn Prozesswässer in den nachfolgenden Verwendungen benötigt werden, wie dieses beispielsweise bei der Verwendung der Mehle zur biotechnologischen Herstellung von Ethanol in Fermentem der Fall ist.

Die auftretenden Probleme müssen dann durch einen erhöhten apparativen Aufwand, beispielsweise stärkere Pumpsysteme, und/oder durch eine erhöhte Zugabe von Prozesswässern ausgeglichen werden. Gerade Letzteres führt jedoch auch zu erhöhten Folgekosten, da diese Prozesswässer wieder abgetrennt und gereinigt werden müssen. Üblicherweise werden Ballaststoffe, welche starke Quelleigenschaften haben, wie Zellulose, Hemizellulose und Lignin, daher vor der Ethanolherstellung beispielsweise mit Zellulose spaltenden Enzyme in weiteren Verfahrensschritten behandelt. Allerdings sind diese Enzyme sehr teuer und die entsprechenden Verfahrensschritte energie- und zeitaufwändig. Derartige Maßnahmen führen weiter zu Verteuerung des Herstellungsprozesses.

Um die Ausbeute an Ethanol bei seiner biotechnologischen Herstellung zu erhöhen, beschreiben Wang et al. („Grain pearling and very high gravity (VHG) fermentation ..." (1999) Process Biochemistry, 34: 421-28), dass es für die Herstellung vorteilhaft ist, wenn die Roggen- und Tritikalkörner zuvor geschält werden, wobei die Schalenbestandteile teilweise entfernt werden. Dadurch wird der Stärkeanteil im geschälten Korn prozentual erhöht. Hierzu wird vorgeschlagen, die Körner zunächst zu befeuchten, wobei letztlich einen Wassergehalt von 12,5 Prozent im Korn eingestellt wird. Anschließend werden die Körner in einer Schälmühle 3 - 5 Mal geschliffen. Dabei wird jeweils eine feine Fraktion abgetrennt und die geschälten Kerne erneut geschält, wobei bei jedem Schälgang der Verlust an Stärke zunimmt. Die geschälten Kerne werden dann abschließend in einer Mühle gemahlen. Vor der Verwendung der Mehle zur Ethanolproduktion werden diese in Wasser dispergiert und die Dispersion mit Enzymen zur Zellulose- Spaltung und anderen Zusatzstoffen behandelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, die bekannten Nachteile bei der Herstellung von Roggen- und Tritikalmehl zu vermeiden. Dabei soll mit dem Verfahren Roggen- und Tritikalmehl hergestellt werden, welches bei ihrer Verwendung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile von Roggen- und Tritikalmehl minimiert. Insbesondere soll das Herstellungsverfahren zur Abreicherung von unerwünschten Stoffen in den Roggen- und Tritikalmehlen dienen, wobei ein nur geringer Verlust an Stärke zulässig sein soll, wobei gleichzeitig ein mengenmäßig hoher Durchsatz an Roggen und Tritikalen möglich sein soll. Das Verfahren soll preiswert und schonend sein. Das mit dem Verfahren hergestellte Mehl soll sich insbesondere zur Verwendung in Non-Food-Applikation eignen, ganz besonders sollen die Mehle für die biotechnologische Herstellung von Ethanol geeignet sein, wobei der Aufwand für vorbereitende Verfahrensschritte, wie eine enzymatische Zellulosespaltung vor der Ethanolherstellung, auf ein Mindestmaß reduziert werden soll. Ebenso sollen die Mehle zur Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln geeignet sein.

Gelöst werden diese Probleme durch das Verfahren zur Herstellung von Mehlen aus Roggen und Tritikalen nach Anspruch 1 sowie durch die Verwendung der hergestellten Mehle nach den Ansprüchen 11 und 12.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist preiswert und dient zur Herstellung von Mehl aus Roggen- und/oder Tritikalkörnem. Vorzugsweise werden Roggen oder Tritikale verarbeitet. Dabei ist es nicht erforderlich bei den verwendeten Körnern einen bestimmten Wassergehalt voreinzustellen. Mit dem Verfahren können bei einem hohen mengenmäßigen Durchsatz griesartige Mehle besonders schonend hergestellt werden, ohne dass dabei die Stärkekörner oder der Keimling beschädigt werden, wobei die Korn-Bestandteile in der Korn-Matrix gebunden bleiben. Dadurch wird ein Verkleben und Verklumpen von Mehlpartikeln untereinander und/oder mit Schalenbestandteilen vermieden wird. Außerdem werden beim Einbringen der erfindungsgemäß hergestellten Mehle in wässrige Lösungen zu hohe Viskositäten vermieden.

Durch die schonende Vermahlung bleibt die Schalenstruktur weitest gehend erhalten, wodurch sie im nach hinein absiebbar vorliegt. Das Verfahren dient dabei insbesondere zum Abreichem unerwünschter Bestandteile des Roggen oder der Tritikale, wie Fruktane, Minerale, Proteine und Ballaststoffen, wobei der Verlust an Stärke minimal ist.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mehle eigenen sich vorzugsweise zur weiteren Verwendung in Non-Food-Applikationen. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung der griesartigen Mehle, d.h. Mehle, welche nicht zu fein gemahlen wurden, bei der biotechnologischen Herstellung von Ethanol, wobei der Zusatz von Spaltenzymen, beispielsweise teure Zellulose spaltenden Enzymen, zur Verringerung der unerwünschten Bestandteile vor der eigentlichen Ethanolherstellung, auf Grund der hohen Abreichung von unerwünschter Bestandteile auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Ebenso können die Mehle auch zur Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln verwendet werden. Beispielsweise kann durch bekannte Verfahren Gluten von Stärke in einer wässrigen Lösung nun leichter abgetrennt werden, da die zuvor störenden Ballaststoffe zum großen Teil durch das Herstellungsverfahren entfernt wurden.

So ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, bei einer Ausschleusung eines kleinen Anteils von vorzugsweise 10 - 20 Gew.-% bezogen auf den eingesetzten Rohstoff einen Großteil der unerwünschten Bestandteile zu reduzieren, wobei eine Stärkeverlust nur im Bereich von zirka 3 bis 6 Gew.-% auftritt. Dabei können Ausbeuten von 80 - 90 Gew.-%, beispielsweise 85 Gew.-%, bezogen auf den eingesetzten Rohstoff erzielt werden. Eine Übersicht über die ungefähre prozentuale Abreichung bezogen auf den eingesetzten Rohstoff bei einer Ausschleusung von zirka 15 Gew.-% ist in Tab. 1 wiedergegeben.

Das Verfahren kombiniert in erfinderischer Weise einen Schälschritt mit einem oder mehreren Vermahlschritteπ, wobei jeweils unerwünschte Bestandteile des Rohstoffes, der Roggen- und/oder Tritikalkörner, ausgeschleust werden. Dadurch ist es möglich, die unerwünschten Bestandteile effektiv und schonend abzureichem.

Durch das Schälen, welches vorzugsweise in einer Schälmühle durchgeführt wird, werden am Korn vorsichtig Abschälungen im Bereich von 7,5 - 11 ,5 Gew.-% der eingesetzten Körner durchgeführt. Der Anteil der Abschälungen richtet sich dabei insbesondere nach der Roggenart, den durchschnittlichen Korngrößen, dem Feuchtegehalt und dem Stärkegehalt des Roggens. Im Schälschritt werden zunächst grob, jedoch noch nicht ausreichend unerwünschte Bestandteile abgereichert, welche in den Schalenfasern des Korn überwiegend enthalten sind. Nach dem Schälen werden die Abschälungen, das so genannte Schleifmehl, von den abgeschälten Körnern abgetrennt und verworfen.

Die verbleibenden, geschälten Körner werden einer Mühle zugeführt und zu Mehl vermählen. Hier beginnt eine zweite Abreicherung der unerwünschten Bestandteile, wobei nun neben denen in den Schalenfasern befindlichen Bestandteilen zusätzlich auch solche erfasst werden, welche sich beispielsweise in der Aleuronschicht befinden. Beim Vermählen entsteht ein Mehl mit

Mehlpartikel, welche verschiedene Partikelgrößen aufweisen. Zum Vermählen können verschiedene Mühlen, beispielsweise Hammermühlen, verwendet werden. Vorzugsweise werden Walzenstuhlmühlen verwendet.

Aus dem entstandenen Mehl wird nun eine grobe Mehlfraktion abgetrennt, wobei diese grobe Mehlfraktion vorzugsweise Mehlpartikel mit einer Partikelgröße im Bereich von 1.000 μm und größer enthält. Diese grobe Mehlfraktion enthält wiederum unerwünschte Bestandteile.

Zum Abtrennen der groben Mehlfraktion können bekannte Trennverfahren verwendet werden, beispielsweise Bürsten und/oder Siebverfahren. Vorzugsweise werden so genannte Plansichter mit Sieben, welche entsprechenden Maschenweiten aufweisen, zum Abtrennen der groben Fraktion verwendet.

Die nach dem Abtrennen der groben Fraktion verbleibende Mehlfraktion kann der Mühle entnommen und beispielsweise für die Ethanolherstellung verwendet werden.

Je nach dem, auf weiche Art und Weise im ersten Vermahlschritt der Rohstoff gemahlt wurde, kann die grobe Fraktion neben den unerwünschten Bestandteilen auch noch größere Mengen an Stärke enthalten. Daher werden vorzugsweise weitere Verfahrensschritte nach dem ersten Vermahlschritt durchgeführt. Hierbei wird die zuvor abgetrennte grobe Mehlfraktion erneut vorsichtig in der Mühle vermählen, wobei wiederum Mehl erhalten wird, welches Mehlpartikel mit verschiedenen Partikelgrößen enthält.

Aus dem entstandenen Mehl wird wiederum eine grobe Mehlfraktion abgetrennt, welche Mehlpartikel mit einer Partikelgröße im Bereich von 1.000 μm und größer aufweist. Die verbleibende Mehlfraktion kann wieder entnommen und mit der zuvor entnommenen verbliebenen Mehlfraktion vereint werden. Dadurch kann die Ausbeute an Stärke durch Rückgewinnung der Stärke aus der groben Mehlfraktion erhöht werden, wobei darauf zu achten ist, dass die unerwünschten Bestandteile durch eine zu starke Zerkleinerung der sie enthaltenen Mehlpartikel nicht ebenfalls zurück in das verbleibende Mehl gelangen.

Das erneute Vermählen der groben Mehlfraktion mit anschließender Abtrennung einer verbleibenden groben Mehlfraktion jeweils unter Gewinnung einer verbleibenden Mehlfraktion für die nachfolgende Verwendung kann mehrfach wiederholt werden. Vorzugsweise werden insgesamt drei bis sechs, besonders bevorzugt fünf Vermahlschritte durchgeführt. Idealerweise nimmt der Anteil der Stärke in der groben Mehlfraktion mit jedem Vermahlschritt ab, wobei die unerwünschten Bestandteile in der groben Mehlfraktion verbleiben und dort angereichert werden.

Die nach jedem Vermahlschritt verbliebenen Mehlfraktionen können miteinander vereint werden.

Die nach dem letzten Vermahlschritt abgetrennte grobe Mehlfraktion wird verworfen. Sie enthält überwiegend unerwünschte Bestandteile. Ihr Anteil bezogen auf das eingesetzte Rohprodukt liegt im Bereich von 3 - 7,5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 3 - 4 Gew.-%.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden jeweils beim Abtrennen der groben Mehlfraktion durch entsprechendes Anpassen der Siebverfahren zusätzlich auch Mehlpartikel abgetrennt, welche eine Partikelgröße im Bereich von 700 - 999 μm aufweisen. Dadurch weisen die jeweils verbleibenden Mehlfraktionen zur weiteren Verwendung Mehlpartikelgrößen im Bereich bis zirka 699 μm auf. Kleinere Partikelgrößen bieten dabei den Vorteil, dass bei Verwendung der Mehle für die Ethanolherstellung die eingesetzten Amylasen zur Spaltung der Stärkemoleküle besser arbeiten können.

Werden mehrere Vermahlschritte, beispielsweise fünf Vermahlschritte, durchgeführt und die jeweils verbleibenden Mehlfraktionen nach Abtrennen der groben Mehlfraktion (Plansichter mit Maschenweiten >700 μm) vereint, kann die resultierende Mehlfraktion beispielsweise folgende Partikelgrößenverteilung aufweisen:

Wird zum Vermählen eine Walzenstuhlmühle verwendet, werden in dieser vorzugsweise paarweise angeordnete Mahlwalzen eingesetzt, wobei die paarweise angeordnete Mahlwalzen bezüglich ihres Drehsinns zueinander entgegengesetzt laufend sind.

Werden mehrere Vermahlschritte durchgeführt, können bei jedem oder bei ausgewählten Vermahlschritten die Mahlparameter geändert werden. Vorzugsweise können folgende Mahlparameter unabhängig von einander geändert werden: Mahlspalt, Geschwindigkeit der einzelnen Mahlwalzen und der Walzentyp.

Vorzugsweise werden mit steigender Anzahl der Vermahlschritte der jeweils groben Mehlfraktion einer oder mehrere der folgende Parameter in folgender Art und Weise geändert: Verkleinern des Mahlspalts, Erhöhen der Geschwindigkeit mindestens einer der gegeneinander laufende Mahlwalzen und/oder Ändern des Walzentyps, beispielsweise durch Erhöhen der Riffelnanzahl oder der Ausrichtung der Riffeln zweier Walzen zueinander.

Vorzugsweise können Mahlspalte im Bereich von 100 - 700 μm verwendet werden. Bei einer Sequenz von fünf Vermahlschritten können mit steigender Zahl der Vermahlschritte beispielsweise folgende Einstellungen vorgenommen werden: 1. Schritt - 600 μm, 2. Schritt - 350 μm, 3. Schritt - 300 μm, 4. Schritt - 250 μm, 5. Schritt - 100 μm.

Vorzugsweise können Walzen mit einer Riffelnanzahl im Bereich von 3 - 15 Riffeln/cm verwendet werden. Bei einer Sequenz von fünf Vermahlschritten können mit steigender Zahl der Vermahlschritte beispielsweise folgende Einstellungen vorgenommen werden: 1. Schritt - 5 Riffeln/cm, 2. Schritt - 5 Riffeln/cm, 3. Schritt - 10 Riffeln/cm, 4. Schritt - 10 Riffeln/cm, 5. Schritt - 10 Riffeln/cm.

Die Walzen können mit verschiedenen Geschwindigkeiten gedreht werden. Das Verhältnis i der Geschwindigkeiten der Walzen zueinander liegt vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 - 3,5. Besonders bevorzugt wird die Geschwindigkeit einer Walze während der Vermahlschritte konstant gehalten, während die Geschwindigkeit der anderen Walze variiert wird. Beispielsweise können bei einer Sequenz von fünf Vermahlschritten mit steigender Zahl der Vermahlschritte beispielsweise folgende Einstellungen vorgenommen werden: 1. Schritt - i = vi / v2 = 1 ,95; 2. Schritt - i = vi / v2 = 1 ,95; 3. Schritt - i = vi / v2 = 1 ,95; 4. Schritt - i = vi / v2 = 2,40; 5. Schritt - i = v1 / v2 = 3,08.

Werden zum Abtrennen der groben Mehlfraktion Plansichter verwendet, weisen diese vorzugsweise Maschenweiten im Bereich von 700 μm und größer oder 1.000 μm und größer auf.

In einer besonderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren als einleitender Verfahrensschritt mit der biotechnologischen Herstellung von Ethanol gekoppelt sein, wobei die hergestellten Mehlfraktionen einem Fermenter zugeführt und darin mit Hefe, Wasser und anderen Zusätzen umgesetzt werden.

Das folgende erfindungsgemäße Verfahrensbeispiel dient zur näheren Erläuterung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden mit Hilfe einer Schälmühle und einer Walzenstuhlmühle 100 kg Roggen verarbeitet. Dazu wurden ein Schälschritt und fünf Vermahlschritte durchgeführt, wobei das Schleifmehl nach dem Schälschritt verworfen wurde. Danach wurde der geschälte Roggen in die Walzenstuhlmühle überführt und vermählen. Die groben Mehlfraktionen wurden jeweils mit Plansichtern (Maschenweite >710 μm) abgetrennt und wiederholt vermählen. Die jeweils verbleibenden Mehlfraktionen wurden gesammelt und hinsichtlich ihrer Partikelgrößenverteilung untersucht. Die letzte grobe Mehlfraktion wurde verworfen.

Daraus ergibt sich folgende Mengenbilanz mit entsprechenden Partikelgrößenverteilungen:

Schälen von 100 kg Roggen: 10 kg Schleifmehl abgetrennt

1. Vermählen von 90 kg Roggen: 14.7 kg verbleibende Mehlfraktion 48,7% 400-710μm 20,5% 250- 400 μm

30.8 % <250 μm

2. Vermählen von 75,3 kg Roggen: 24,0 kg verbleibende Mehlfraktion mit ≥710μm 67,4% 400-710μm 13,7% 250- 400 μm 18,9% <250μm

3. Vermählen von 51 ,3 kg Roggen: 26,8 kg verbleibende Mehlfraktion mit >710μm 70,9% 400-710μm 14,6% 250- 400 μm 14,5% ≤250μm

4. Vermählen von 24,5 kg Roggen: 14,4 kg verbleibende Mehlfraktion mit ≥710μm 57,7% 400-710μm 21,8% 250- 400 μm 20,5% ≤250μm

5. Vermählen von 10,1 kg Roggen: 6,0 kg verbleibende Mehlfraktion mit >710μm 46,2% 400-710/vm 25,6 % 250- 400 μm 28,2 % <250 μm

4,1 kg abgetrennte Grobfraktion wurden verworfen.

Das resultierende Endprodukt, welches die nach jedem Vermahlschritt verbleibenden Fraktionen in sich vereint, hatte folgende Partikelgrößenverteilung:

Für die einzelnen Vermahlschritte wurden folgende Mahlparameter an der Walzenstuhlmühle eingestellt:

1.Walzenstuhl-Vermahlschritt nach der Schälung: Mahlspalt: 600 μm-Spalt, Walze mit 5 Riffeln/cm Walzengeschwindigkeiten: i = vi / v2 = 1,95

2.Walzenstuhl-Vermahlschritt mit folgenden Einstellungen: Mahlspalt: 350 //m-Spalt, Walze mit 5 Riffeln/cm Walzengeschwindigkeiten: i = vi / v2 = 1 ,95

3.Walzenstuhl-Vermahlschritt mit folgenden Einstellungen: Mahlspalt: 300 //m-Spalt, Walze mit 10 Riffeln/cm Walzengeschwindigkeiten: i = vi / v2 = 1 ,95

4.Walzenstuhl-Vermahlschritt mit folgenden Einstellungen: Mahlspalt: 250 μm-Spalt, Walze mit 10 Riffeln/cm Walzengeschwindigkeiten: i = vi / v2 = 2,40

5.Walzenstuhl-Vermahlschritt mit folgenden Einstellungen: Mahlspalt: 150 μm-Spalt, Walze mit 10 Riffeln/cm Walzengeschwindigkeiten: i = vi / v2 = 3,08