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Patent Searching and Data


Title:
EXTRACTION OF CONSTITUENTS FROM SUGAR BEET CHIPS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/123967
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and system for improved production and extraction of constituents from sugar beet (Beta vulgaris).

Inventors:
JOCHEN ARNOLD (DE)
FRENZEL STEFAN (DE)
MICHELBERGER THOMAS (DE)
SCHEUER TIMO (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/004769
Publication Date:
December 29, 2005
Filing Date:
May 03, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SUEDZUCKER AG (DE)
JOCHEN ARNOLD (DE)
FRENZEL STEFAN (DE)
MICHELBERGER THOMAS (DE)
SCHEUER TIMO (DE)
International Classes:
C13B5/06; A23N1/00; A23N1/02; C13B10/02; C13B10/08; C13B10/12; C13B10/14; C13B20/02; C13B20/18; (IPC1-7): C13D1/08; A23N1/02
Domestic Patent References:
WO1999064634A11999-12-16
Foreign References:
Other References:
HOFFMANN J: "Wie kommt der Zucker aus der Rübe", IDW, 13 December 2002 (2002-12-13), XP002276912
DATABASE COMPENDEX [online] ENGINEERING INFORMATION, INC., NEW YORK, NY, US; 2002, XP002337397, Database accession no. E2002116885133
None
Attorney, Agent or Firm:
SCHRELL, Andreas et al. (Leitzstrasse 45, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Extraktion von Inhaltsstoffen aus Zuckerrüben umfassend die Schritte
(a) Zerkleinerung der Zuckerrüben zu Rübenschnitzeln in einer Vorrichtung zur Zerkleinerung von Rüben in Rü¬ benschnitzel unter Erhalt eines Schnitzel-Saft- Gemisches, anschließend
(b) Zugabe von Rohsaft oder Wasser zu dem erhaltenen Schnitzel-Saft-Gemisch zum Erhalt eines aufbereiteten Schnitzel-Saft-Gemisches mit einer Leitfähigkeit von 2,6 mS/cm bis 10 mS/cm und
(c) Einstellen einer Rübenschnitzelschüttdichte von 400 kg/m3 bis 800 kg/m3 in dem aufbereiteten Schnitzel- Saft-Gemisch in einer Elektroporationsvorrichtung, an- schließend
(d) Durchführen einer Elektroporation des in Schritt (c) er¬ haltenen aufbereiteten Schnitzel-Saft-Gemisches und anschließend
(e) Extraktion des erhaltenen elektroporierten Schnitzel- Saft-Gemisches in einem Extraktor.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Leitfähigkeit in Schritt (b) auf 2,6 mS/cm bis 6,0 mS/cm eingestellt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schüttdichte in Schritt (c) auf 450 kg/m3 bis 700 kg/m3 eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) und/oder im Anschluss an Schritt (d) dem Schnitzel- Saft-Gemisch Hilfsstoffe, bevorzugt Kalk und/oder Kalkmilch, zuge¬ führt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt (e) bei einer Temperatur von 0 bis 650C, vorzugsweise von 45 bis 600C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt (e) eine alkalische Extraktion ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in Schritt (b) zugeführte Rohsaft ein alkalisierter Rohsaft ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aufbereitete Schnitzel-Saft-Gemisch vor der Elektroporation auf eine Temperatur von 5°C bis 400C, vorzugsweise 100C bis 400C, eingestellt wird.
9. Anlage zur Extraktion und Gewinnung von Inhaltsstoffen aus Rübenschnitzeln, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend mindestens eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von Rüben in Rübenschnitzel (1), mindestens eine sich daran anschlie¬ ßende Vorrichtung zum Transport des erhaltenen Schnitzel-Saft- Gemisches (3), mindestens eine sich daran anschließende Vorrich¬ tung zur Elektroporation (5) des Schnitzel-Saft-Gemisches, mindes- tens eine sich daran anschließende Vorrichtung zur Weiterleitung des elektroporierten Schnitzel-Saft-Gemisches (7) und mindestens eine sich daran anschließende Vorrichtung zur Extraktion des e- lektroporierten Schnitzel-Saft-Gemisches (9).
10. Anlage nach Anspruch 9, wobei die Anlage eine Vorrichtung zum Einspeisen von Rohsaft, insbesondere alkalisierten Rohsaft aufweist.
11. Anlage nach Anspruch 10, wobei die Anlage zum Einspeisen von Rohsaft (15) so ausgebildet ist, dass sie zur Einspeisung von Rohsaft entweder in die Vorrichtung zum Transport des Schnitzel- Saft-Gemisches (3) oder in die Vorrichtung zur Elektroporation (5) geeignet ist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei diese min¬ destens eine Dosiervorrichtung zur Dosierung von Hilfsstoffen auf¬ weist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Vor¬ richtung zur Elektroporation (5) als Schachtreaktor ausgeführt ist.
Description:
Beschreibung

Extraktion von Inhaltsstoffen aus Rübenschnitzeln

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Extraktion und anschließenden Gewinnung von Inhaltsstoffen aus Zuckerrüben (Beta vulgaris) beziehungsweise Zuckerrübenschnit¬ zeln.

Aus einer Vielzahl verschiedenartigen biologischen Materials, insbe¬ sondere pflanzlicher Rohstoffe wie agrikultureil gewonnener Früchte, werden bekanntermaßen mit mechanischen und/oder thermischen Verfahren wertvolle Inhaltsstoffe gewonnen. Um diese Inhaltsstoffe aus dem biologischen Material abtrennen zu können, müssen in je¬ dem Fall die Membranen des Zellmaterials, insbesondere der Pflan¬ zenzelle, geöffnet werden. Dies geschieht in der Regel durch me¬ chanische Krafteinwirkungen wie Schneiden, Reiben, Walzen etc. Andere Verfahren zum Aufschluss der Zellmembranen des biologi¬ schen Materials sind der thermische Zellaufschluss, wobei die Zell¬ membranen durch den Temperatureinfluss denaturiert werden, oder die Kombination von thermischen Verfahren und mechanischen Ver¬ fahren. Nach dem Aufschlussprozess werden die löslichen Inhalts- Stoffe des biologischen Materials abgepresst, mit Lösungsmittel, meist Wasser, extrahiert oder im Falle nicht löslicher Stoffe ausge¬ schwemmt.

Solche Verfahren zur Gewinnung von Inhaltsstoffen aus biologi¬ schem Material sind besonders relevant für die Zuckerindustrie, da in Mitteleuropa bekanntermaßen zur Gewinnung von Zucker (Saccha¬ rose) Zuckerrüben (Beta vulgaris) in solchen Verfahren verarbeitet werden müssen, um daraus den Zucker zu gewinnen. Herkömmlich- erweise werden dabei die gewaschenen Rüben in konventionellen Schneidmaschinen geschnitzelt und die erhaltenen Schnitzel in einer Schnitzelmaische mit heißem Wasser bei cirka 70 bis 75°C über- brüht. Dabei werden die Rübenzellen thermisch denaturiert, das heißt die Zellwände werden aufgeschlossen und dadurch durchläs¬ sig für Saccharosemoleküle. In einem anschließenden Extraktions- prozess, üblicherweise mittels Gegenstromextraktion, wird bei Tem¬ peraturen von cirka 68 bis 700C ein saccharosehaltiger Extrakt (Roh- saft) gewonnen.

Um eine effektive Extraktion zu ermöglichen, muss bekanntermaßen ein erheblicher Anteil an Fremdwasser (Kondensat) zugesetzt wer¬ den. Zur Optimierung des Extraktionsvorgangs und zur Verminde¬ rung des Restgehalts an Zucker in den extrahierten Schnitzeln wird in den bekannten Verfahren in Bezug auf die Schnitzelmenge übli¬ cherweise cirka 105% bis 110% Rohsaft abgezogen. Der Abzug be¬ rechnet sich aus dem Verhältnis der Extraktmenge zur eingesetzten Rübenmenge. Anschließend kann eine Saftreinigung des Extrakts durchgeführt werden.

Neben der für die Extraktion benötigten erheblichen Menge an Fremdwasser ist die Verarbeitung von biologischem Material zur Gewinnung der Inhaltsstoffe auch ein stark energieaufwändiges Ver¬ fahren. Insbesondere der thermische Aufschluss des biologischen Materials bei üblichen Temperaturen von über 700C verlangt hohen Energieeintrag. Aber auch für den nachfolgenden Extraktionsschritt muss ein erheblicher Anteil an Fremdwasser auf Temperaturen über 700C erhitzt und im weiteren Prozessverlauf wieder aufwändig ver¬ dampft werden. Es besteht daher aus dem Stand der Technik das Bedürfnis, biologisches Material, insbesondere Zuckerrüben bezie¬ hungsweise Zuckerrübenzellen, mit geringem Energieverbrauch auf¬ zuschließen und durch Anwendung eines geeigneten nachgeschalte¬ ten Verfahrens die Wasser- und Energiemenge für die Gewinnung der Inhaltsstoffe aus dem biologischen Material zu reduzieren.

Technisches Problem der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbes¬ sertes Verfahren zur Extraktion und anschließenden Gewinnung von Inhaltsstoffen aus biologischem Material, nämlich Rübenschnitzeln, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des verbesserten Verfah- rens bereitzustellen, wobei sich das verbesserte Verfahren insbe¬ sondere durch eine hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit bei gleich¬ zeitig geringem Verbrauch von Ressourcen wie Energie und Wasser auszeichnet.

Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrunde liegende technische Problem durch ein Verfahren zur Extraktion und optionalen anschlie¬ ßenden Gewinnung von Inhaltsstoffen aus Zuckerrüben umfassend die Schritte:

(a) Zerkleinerung der Zuckerrüben zu Rübenschnitzeln in einer Vorrichtung zur Zerkleinerung von Rüben in Rübenschnitzel unter Erhalt eines Schnitzel-Saft-Gemisches, anschließend

(b) Zugabe von Rohsaft oder Wasser zu dem erhaltenen Schnit¬ zel-Saft-Gemisch zum Erhalt eines aufbereiteten Schnitzel-Saft- Gemisches mit einer Leitfähigkeit von 2,6 mS/cm bis 10 mS/cm und

(c) Einstellen einer Rübenschnitzelschüttdichte von 400 kg/m3 bis 800 kg/m3 in dem aufbereiteten Schnitzel-Saft-Gemisch in einer E- lektroporationsvorrichtung, anschließend (d) Durchführen einer Elektroporation des in Schritt (c) er¬ haltenen aufbereiteten Schnitzel-Saft-Gemisches und anschließend

(e) Extraktion des erhaltenen elektroporierten Schnitzel-Saft- Gemisches in einem Extraktor

und optional die Gewinnung oder Isolation von Inhaltsstoffen aus dem Extrakt des elektroporierten Schnitzel-Saft-Gemisches. Das technische Problem der vorliegenden Erfindung wird auch durch eine Anlage zur Extraktion und Gewinnung von Inhaltstoffen aus Rüben¬ schnitzeln gelöst, umfassend mindestens eine Vorrichtung zur Zer- kleinerung von Rüben in Rübenschnitzel, mindestens eine sich dar¬ an anschließende Vorrichtung zum Transport des erhaltenen Schnit¬ zel-Saft-Gemisches, mindestens eine sich daran anschließende Vor¬ richtung zur Elektroporation des Schnitzel-Saft-Gemisches, mindes¬ tens eine sich daran anschließende Vorrichtung zur Weiterleitung des elektroporierten Schnitzel-Saft-Gemisches und mindestens eine sich daran anschließende Vorrichtung zur Extraktion des Schnitzel- Saft-Gemisches.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, bei der für die Elektropora¬ tion ein Medium vergleichsweise hoher Leitfähigkeit eingesetzt wird, ist unter anderem überraschend insofern, als das üblicherweise ge¬ meinhin davon ausgegangen wurde, dass der Aufbau eines für die Elektroporation notwendigen starken elektrischen Feldes geringe Leitfähigkeiten in der Schnitzel-Saft-Suspensionslösung voraussetzt. Da bei der Elektroporation von Schnitzeln in kurzer Zeit aufgrund von Stoffübergängen, zum Beispiel Zucker und Salze, vom Schnitzel in die Suspension hohe Leitfähigkeiten auftreten, musste davon aus¬ gegangen werden, dass größere Mengen Frischwasser in den Reak- tor nachgespeist werden müssen, um diesem Anstieg der Leitfähig¬ keit entgegenwirken zu können. Erfindungsgemäß konnte gezeigt werden, dass die Elektroporation von Schnitzeln, insbesondere bei Einstellung einer hohen Schüttdichte der Schnitzel, der Elektropora- tion von Rüben überlegen ist. Darüber hinaus ermöglicht es die E- lektroporation von Schnitzeln im Gegensatz zur Elektroporation von den erheblich größeren kompakteren und temperatur-trägeren Rü¬ ben das zu elektroporiende Gut, nämlich die Schnitzel, vor der E- lektroporaiton anzuwärmen. Die in der Regel in der Erntezeit kalten Rüben dagegen sind mit einem vertretbaren Energieaufwand nicht zu erwärmen. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, die Elektro¬ poration der Schnitzel in der angegebenen Weise durchzuführen, ermöglicht es daher, dass Elektroporationsgut vorab anzuwärmen, zum Beispiel auf Temperaturen von 5 bis 400C, vorzugsweise 10 bis 400C, sodass anschließend aufgrund der höheren Temperaturen des Elektroporationsguts eine effizientere Elektroporation durchgeführt werden kann, beziehungsweise eine Elektroporation bei geringeren Feldstärken ermöglicht wird. Die genannte Erwärmung des Elektro¬ porationsguts ist erfindungsgemäß allein bei Schnitzeln, nicht dage- gen bei Rüben möglich und führt zu einer entsprechenden Reduzie¬ rung der Feldstärken. Die Erfindung stellt daher ein besonders effi¬ zientes und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung.

Die Erfindung sieht vor, dass in einem ersten Verfahrensschritt Zu¬ ckerrüben zu Rübenschnitzeln zerkleinert werden. Rübenschnitzel im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind zerteilte bezie¬ hungsweise in Scheiben geschnittene Rüben. Die Erfindung sieht vor, dass Zuckerrüben, zum Beispiel in einer Schneidmaschine, zu Rübenschnitzeln verarbeitet werden, wobei ein Schnitzel-Saft- Gemisch gebildet wird, welches die zerschnittenen Rüben sowie austretenden Zellsaft umfasst.

Dem Schnitzel-Saft-Gemisch wird ein Medium, zum Beispiel Wasser, vorzugsweise Rohsaft, insbesondere alkalisierter Rohsaft, zum Bei- spiel aus einer alkalischen Rübenextraktion, insbesondere alkali¬ schen Rübenschnitzelextraktion hinzugegeben, wobei ein aufbereite¬ tes (auch als Medium-haltig bezeichnet) Schnitzel-Saft-Gemisch er¬ halten wird, welche eine Leitfähigkeit von 2,6 mS/cm bis 10,0 mS/cm aufweist. In diesem Medium-haltigen Schnitzel-Saft-Gemisch, wel- ches sich bevorzugt in einer Vorrichtung zur Elektroporation befindet, wird gleichzeitig oder unmittelbar anschließend eine Schüttdichte an Rübenschnitzeln von 400 kg/m3 bis 800 kg/m3 eingestellt, wobei er¬ findungsgemäß bevorzugt in dem mit dieser Rübenschnitzelschütt- dichte eingestellten aufbereiteten Schnitzel-Saft-Gemisch keine oder nur sehr geringe Lufteinschlüsse vorhanden sind. Die erfindungsge¬ mäß eingesetzte Schüttdichte kann vorzugsweise durch einen durch zum Beispiel in einem Einfallschacht durch angestautes Schnitzel¬ material aufgebauten Vordruck bewirkt werden. Der Einsatz des Me¬ dium-haltigen Schnitzel-Saft-Gemisches unter Beachtung der vorge- nannten Schnitzelschüttdichte ermöglicht die anschließende luftein- schlussfreie Durchführung einer Elektroporation in energetisch güns¬ tiger Weise. Das elektroporierte Schnitzel-Saft-Gemisch, dass heisst also das einer Elektroporation ausgesetzte Schnitzel-Saft-Gemisch, wird anschließend zur Extraktion in einen Extraktor weitergeleitet und anschließend können dann in üblichen Verfahrensschritten Inhalts¬ stoffe wie Zucker gewonnen werden, zum Beispiel im Wege der Verdampfungs- und/oder Kühlungskristallisation. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein vorgenanntes Verfahren, wobei die Zugabe des Mediums und die Einstellung der Leitfähigkeit in Schritt (b) auch in Schritt (c) erfol¬ gen können, also Schritte (b) und (c) zusammenfallen. Ebenso kann Schritt (c) zeitlich vor Schritt (b) durchgeführt werden. In einer be¬ sonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leit¬ fähigkeit in Schritt (b) und/ oder (c) auf 2,6 mS/cm bis 6,0 mS/cm eingestellt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die in Schritt (c) eingestellte Schüttdichte auf 450 kg/m3 bis 700 kg/m3 eingestellt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schnitzel oder das Schnitzel-Saft-Gemisch oder das aufbereitete Schnitzel-Saft-Gemisch vor der Elektroporation auf eine gegenüber den geernteten Rüben erhöhte Temperatur aufgewärmt wird, insbe¬ sondere 5 bis 4O0C, vorzugsweise 10 bis 400C, besonders bevorzugt 15 bis 35°C.

Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Elektroporation von Rü¬ benschnitzeln werden besonders vorteilhaft die Zellen des biologi- sehen Materials, also der Rübenschnitzel, unter Einsatz von Hoch¬ spannungsimpulsen geöffnet. Deshalb ist eine thermische öffnung dieser Zellen für eine nachgeschaltete Extraktion nicht notwendig.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter „biologischem Material" Rübenschnitzel (Beta vulgaris) verstanden.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter Ex¬ traktion ein Trennverfahren zum Herauslösen von bestimmten Be- standteilen, insbesondere Inhaltsstoffen, aus festen oder flüssigen Substanzemischen, insbesondere biologischem Material, mit Hilfe geeigneter Lösungsmittel, wobei zwischen dem Lösungsmittel und dem gelösten Stoff, das heißt dem Inhaltsstoff des biologischen Ma- terials, keine chemischen Reaktionen stattfinden. Bei der Gewinnung von wasserlöslichen Inhaltsstoffen wie Saccharose, Inulin, Stärke aus biologischem Material wird bevorzugt Wasser als Extraktionsmit¬ tel eingesetzt, beispielsweise bei der Gewinnung von Zucker aus Zuckerrübenschnitzeln. In einer Variante können zusätzlich oder ausschließlich fettlösliche Inhaltsstoffe durch die Verwendung von überwiegend unpolaren und/oder organischen Lösungsmitteln aus dem biologischen Material gewonnen werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Schritt (d) des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens, nämlich die Elektroporation des biologischen Materials, in einem leitfähigen Medium, nämlich in einem sich wäh¬ rend der in Schritt (a) erfolgenden Rübenzerkleinerung bildenden Schnitzel-Saft-Gemisch beziehungsweise -Suspension, gegebenen¬ falls unter Zugabe von Wasser oder Rohsaft, bevorzugt jedoch unter Zugabe von alkalisiertem Rohsaft, durchgeführt, wobei das biologi- sehe Material einem Hochspannungsfeld ausgesetzt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Hochspannungsfeld in an sich bekannter Weise, beispielsweise über spannungsführende Elektroden, durch Anlegen einer Spannung, insbesondere einer Hochspannung, über das biologische Material erzeugt wird. Bevorzugt werden impulsför- mige Hochspannungsverläufe eingesetzt, aber auch periodische Wechselfelder und Gleichspannungsfelder sind vorgesehen. Die Feldstärke beträgt vorzugsweise 0,1 bis 20 kV/cm, vorzugsweise etwa 1 bis 5 kV/cm, insbesondere 2 bis 4 kV/cm. In einer besonders bevorzugten Variante ist die Leitfähigkeit des Mediums, worin sich das biologische Material befindet, so an die Leitfähigkeit des biologi¬ schen Materials angepasst, dass ein optimaler Feldlinienverlauf in¬ nerhalb des biologischen Materials zu erreicht wird, vorzugsweise beträgt die Leitfähigkeit circa 2,6 bis 10,0 mS/cm, insbesondere 2,6 bis 6,0 mS/cm.

Ohne auf die Theorie beschränkt zu sein, wird, da durch die Elektro- poration bereits eine öffnung der Zellen stattgefunden hat, die An¬ forderung an die nachfolgende Extraktion wesentlich reduziert, so dass die Extraktion des biologischen Materials bei gegenüber übli- chen Verfahren signifikant niedrigen Temperaturen stattfinden kann. Das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren zeichnet sich daher auch dadurch aus, dass der Extraktionsschritt (e) bei einer im Vers¬ gleich zum Stand der Technik wesentlich erniedrigten Temperatur, das heißt einer Temperatur von 0 bis 65°C, insbesondere 10 bis 65°C, vorzugsweise von 45 bis 600C, insbesondere 46 bis 600C, durchgeführt wird. Selbstverständlich kann die Extraktionstemperatur an die Erfordernisse des biologischen Materials angepasst werden und auch noch wesentlich niedriger oder höher liegen, soweit eine Extraktion noch durchgeführt werden kann. Aufgrund der Verringe- rung der Extraktionstemperatur wird das biologische Material, näm¬ lich die Rübenschnitzel, schonender behandelt als bei dem her¬ kömmlichen Verfahren der thermischen Denaturierung. Dadurch er¬ gibt sich erfindungsgemäß vorteilhaft eine Erhöhung der Abpress- barkweit des biologischen Materials, beispielsweise die Rüben- schnitze!, um cirka 2%-Punkte an %TS (TS = Trockensubstanz).

Erfindungsgemäß ist auch in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der gereinigte Extrakt, insbesondere der Dünnsaft I und II, an- schließend in einer mehrstufigen Verdampfungsanlage auf cirka 70 % Trockensubstanzgehalt eingedickt wird.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird aus dem aus der Extraktion erfin¬ dungsgemäß behandelter Zuckerrübenschnitzel erhaltenen Extrakt und/oder Dünnsaft in einer mehrstufigen Kristallisationsanlage der Zucker gewonnen. Das extrahierte biologische Material, insbesonde¬ re die extrahierten Rübenschnitzel, werden anschließend noch me¬ chanisch entwässert und beispielsweise mit Melasse vermischt und bevorzugt nach der thermischen Trocknung als Futtermittel, insbe- sondere als Futtermittelpellets, vermarktet.

In einer bevorzugten Variante findet die Extraktion in Schritt (e) als alkalische Extraktion statt, insbesondere unter Verwendung von Al- kalisierungsmitteln wie Kalkmilch und/oder Branntkalk. Unter „alka¬ lisch" wird in diesem Zusammenhang der pH-Wert eines wässrigen Mediums von ca. pH 7 bis ca. pH 14 (bei 200C) verstanden. In einer bevorzugten Variante wird die alkalische Extraktion bei pH 7,5 bis pH 11 , insbesondere bei circa pH 10, beispielsweise pH 10,2 durchge¬ führt.

Bei einer alkalischen Extraktion können chemische Reaktionen mit dem biologischen Material nicht in allen Fällen ausgeschlossen wer¬ den, insbesondere kann ein Anteil hochmolekularem Calciumpektat gebildet werden. Bei bekannten Extraktionstemperaturen von circa 70 bis 750C sind diese unerwünschten chemischen Reaktionen der alkalischen Extraktion so heftig, dass zum Teil große Mengen an Calciumpektat gebildet werden, welches die Filtration des gewonne¬ nen, vorzugsweise durch Saftreinigung gereinigten Extraktes, we¬ sentlich erschwert, so dass ein solches Verfahren, nicht in die Praxis umgesetzt werden kann. Demgegenüber vermindert die erfindungs¬ gemäß bevorzugte alkalische Extraktion, welche bei niederen Tem¬ peraturen durch geführt wird, die Bildung dieser hochmolekularen Verbindungen, wodurch bei der Filtration des gereinigten Extraktes, insbesondere des bei der Zuckerrübenextraktion durch Saftreinigung erhaltenen Dünnsafts I und/oder Dünnsafts II, ein Filtrationskoeffi¬ zient von weniger als 1 mm/g erreicht wird.

Der Eintrag der Alkalität in das biologische Material, also zu den Rü¬ benschnitzeln, beispielsweise in Form von Kalkmilch, Calciumhydro- xid, Calciumsaccharat oder Branntkalk, findet bevorzugt bereits un¬ mittelbar nach der Elektroporation (Schritt (d)) statt, zum Beispiel in einem Zwischenbunker, vor der weiteren Verarbeitung des biologi¬ schen Materials. In einer weiteren Variante wird die Alkalität ummit¬ telbar vor der Durchführung der Extraktion (Schritt (e)) eingebracht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Alka- lisierung des biologischen Materials, also der Rübenschnitzel, durch Zugabe des Alkalisierungsmittels direkt in die Schneidmaschine, dass heisst die Vorrichtung zur Zerkleinerung der Rüben, also in Schritt (a), oder/und anschließend in Schritt (b) und/oder in Schritt (c). Dies hat den Vorteil einer Teildesinfektion des biologischen Ma¬ terials.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Alkalität in Form wässriger Lö¬ sungen in das biologische Material eingebracht, bevorzugt aufge¬ sprüht. In einer weiteren Variante wird zum Zwecke des Eintrags der Alkalität auf das biologische Material mindestens ein alkalischer Stoff, insbesondere Kalk wie Branntkalk, als Feststoff, bevorzugt in Pulverform, in das Verfahren eingebracht. Durch den Eintrag der Alkalität auf das biologische Material wird eine Verminderung des Infektionsrisikos des biologischen Materials und die Erhöhung der mikrobiologischen Stabilität des biologischen Ma¬ terials und des abgetrennten Zellsafts während der Verarbeitung er- reicht. Die mikrobiologische Stabilität liegt dabei bei circa 10 KBE/ml.

In einer weiteren bevorzugten Variante wird im erfindungsgemäßen Verfahren, zum Beispiel in Schritt (a), (b), (c), (d) und/oder (e) dem biologischen Material mindestens ein Hilfsstoff zugeführt. Im Zu- sammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Hilfsstoff' eine Zusammensetzung oder chemische Reinsubstanz verstanden, welche im gewonnenen Inhaltsstoff, bevorzugt dem ge¬ wonnenen Lebensmittel, keinerlei Funktion innehat. Dies sind Be¬ triebsstoffe wie Kondensat, aber auch Prozesswasser, Lösemittel, Desinfektionsmittel wie Formaldehyd oder Schaumdämpfungsmittel. Bevorzugt sind dies auch Flockungshilfsmittel wie kationische oder anionische Flockungshilfsmittel, Substanzen für den Eintrag von Al¬ kalität und/oder von Calciumionen wie Kalkmilch, Branntkalk, Calci- umhydroxid, Calciumsaccharat, Calciumsulfat und andere Calcium- salze und/oder Aluminiumsalze. Der erfindungsgemäß bevorzugt zugeführte mindestens eine Hilfsstoff wird normalerweise in Form einer Lösung in das biologische Material eingebracht, bevorzugt auf¬ gesprüht. In einer weiteren Variante wird der mindestens eine Hilfs¬ stoff als Feststoff, bevorzugt in Pulverform, eingebracht.

Besonders vorteilhaft werden durch die erfindungsgemäße Elektro- poration des biologischen Materials in Schritt (d) die Zellwände der Rübenzellen geöffnet, was den Eintrag von Alkalität und/oder Calci¬ umionen in das biologische Material erleichtert. Insbesondere durch die erfindungsgemäß bevorzugte Kombination von Elektroporation in Schritt (d) und der, insbesondere alkalischen, Extraktion in Schritt (e) kommt es zu einer weiteren Steigerung der Entwässerbarkeit des biologischen Materials nach Abschluss des erfindungsgemäßen Ver- fahrens, beispielsweise durch Abpressen um bis zu cirka 8%-Punkte Trockensubstanzgehalt (%TS).

Bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Erhöhung der Abpressbarkeit von extrahiertem biologischem Material, insbesondere von Zuckerrübenschnitzeln, und damit des bei der Abpressung erreichbaren Trockensubstanzan¬ teils, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine E- lektroporation des biologischem Materials, insbesondere von Zucker¬ rübenschnitzeln gemäß der vorstehend ausgeführten Verfahrens¬ schritte (b), (c) und (d), und in einem weiteren Schritt eine alkalische Extraktion des elektroporierten biologischen Materials, insbesondere elektroporierter Zuckerrübenschnitzel durchgeführt wird und an¬ schließend extrahiertes biologisches Material mit erhöhter Abpress¬ barkeit erhalten wird.

Ein weiterer bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zum Erhalt von extrahiertem biologischem Material, insbesondere von extrahierten Zuckerrübenschnitzeln, mit hohem Trockensubstanzanteil, vorzugsweise von circa 38% TS, um¬ fassend die Schritte

(a) Zerkleinerung der Zuckerrüben zu Rübenschnitzeln in einer Vorrichtung zur Zerkleinerung von Rüben in Rübenschnitzel unter Erhalt eines Schnitzel-Saft-Gemisches, anschließend (b) Zugabe von Rohsaft oder Wasser zu dem erhaltenen Schnit¬ zel-Saft-Gemisch zum Erhalt eines aufbereiteten Schnitzel-Saft- Gemisches mit einer Leitfähigkeit von 2,6 mS/cm bis 10 mS/cm und gleichzeitig oder anschließend

(c) Einstellen einer Rübenschnitzelschüttdichte von 400 kg/m3 bis 800 kg/m3 in dem aufbereiteten Schnitzel-Saft-Gemisch in einer E- lektroporationsvorrichtung, anschließend

(d) Durchführen einer Elektroporation des in Schritt (c) erhaltenen aufbereiteten Schnitzel-Saft-Gemisches und anschließend

(e) Extraktion des erhaltenen elektroporierten Schnitzel-Saft- Gemisches in einem Extraktor,

wobei in einem nachfolgenden Schritt das elektroporierte biologische Material, insbesondere elektroporierte Zuckerrübenschnitzel, vor¬ zugsweise in an sich bekannter Weise abgepresst werden und an- schließend extrahiertes biologisches Material mit erhöhtem Trocken¬ substanzgehalt erhalten wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb auch eine Anla¬ ge zur Extraktion und Gewinnung von Inhaltsstoffen aus biologi¬ schem Material, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wird. Erfindungsgemäß weist diese Anlage zur Extraktion und Gewinnung von Inhaltsstoffen aus Rübenschnitzeln mindestens eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von Rüben in Rü¬ benschnitzel, mindestens eine sich daran anschließende Vorrichtung zum Transport des erhaltenen Schnitzel-Saft-Gemisches, mindes- tens eine sich daran anschließende Vorrichtung zur Elektroporation des Schnitzel-Saft-Gemisches, mindestens eine sich daran an- schließende Vorrichtung zur Weiterleitung des elektroporierten Schnitzel-Saft-Gemisches und mindestens eine sich daran anschlie¬ ßende Vorrichtung zur Extraktion des Schnitzel-Saft-Gemisches auf. Die Erfindung betrifft in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine vorgenannte Anlage, wobei diese Anlage auch eine Vorrichtung zum Einspeisen von Rohsaft, insbesondere alkalisierten Rohsaft aufweist. In besonders bevorzugter Ausführungsform ist diese Vor¬ richtung zum Einspeisen von Rohsaft als Leitung zwischen Extraktor, also der Vorrichtung zur Extraktion des Schnitzel-Saft-Gemisches, und der Elektroporationsvorrichtung ausgebildet. Es kann auch vor¬ gesehen sein, dass die Vorrichtung zum Einspeisen von Rohsaft, insbesondere alkalisiertem Rohsaft, als Leitung zwischen Extraktor und Vorrichtung zur Zerkleinerung der Zuckerrüben oder anschlie¬ ßender Transportvorrichtung für das erhaltene Schnitzel-Saft- Gemisch ausgeführt wird.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Extraktion und anschließenden Gewinnung von Inhaltsstoffen aus Rübenschnitzeln ist durch einen besonders geringen Bauaufwand gegenüber einem Reaktor zur E- lektroporation von Rüben gekennzeichnet. Der Bauaufwand für die Elektroporation von Rüben ist beträchtlich, da insbesondere der vor¬ handene Rübenbunker angehoben werden muss, der Elektroporati- onsreaktor zwischen Rübenbunker und Schneidmaschine zu montie¬ ren ist, und separate Vorlagebunker für jede Schneidmaschine auf¬ gebaut werden müssen sowie der Transport der elektroporierten und geschnittenen Schnitzel über Schnecken zur Maische (Vorrichtung zur Extraktion) erfolgen muss. Erfindungsgemäß ist demgegenüber vorgesehen, dass die Elektroporation von Schnitzeln durch Integrati¬ on des Elektroporationsreaktors zwischen Schnitzelband und Schnit¬ zelmaische erfolgt. In einer besonders bevorzugten Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Einbau des Elektroporationsreaktor in den üblichen Einfallschacht vom Schnitzelband zur Schnitzelmaische erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zerkleinerung der Rüben zu Rübenschnitzeln ein Schnitzelwerk, das heißt eine Schneidmaschine, vorzugsweise eine Trommelschneidmaschine, welche im Transportweg der Rüben an¬ geordnet ist. In einer Variante ist das Schnitzelwerk mit einem Zwi¬ schenbunker zur Aufnahme der Rüben versehen, welches primär durch die übereinanderstapelung des biologischen Materials die nö¬ tige Druckvorlage für dessen Zerkleinerung bereitstellt.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist der Extraktor ein Turmextraktor. In einer Variante ist der Extraktor ein Trogschnecken-Extraktor wie ein DDS-Extraktor. In einer weiteren Variante ist der Extraktor ein Trommelzellenextraktor wie eine RT-Trommel.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung ist zusätzlich mindestens eine Dosiervorrichtung zum Ein¬ trag von Hilfsstoffen und/oder Alkalität vorgesehen. Diese Dosiervor¬ richtung enthält in einer Variante mindestens eine Spülleitung mit mindestens einem damit verbundenen Düsenkopf für das Sprühen von Lösungen von Hilfsstoffen und/oder alkalisierenden Mitteln wie Kalkmilch auf das biologische Material. In einer weiteren Variante ist die mindestens eine Dosiervorrichtung eine Vorrichtung, die dem Eintrag von Feststoffen, vorzugsweise pulverförmigen Medien dient, insbesondere ist dies ein pneumatischer Dosierer und/oder ein Spi¬ ralförderer. Vorzugsweise ist die Dosiervorrichtung in einem Dosierbereich der Transportvorrichtung für das Schnitzel-Saft-Gemisch angeordnet. In einer Variante ist die Dosiervorrichtung in einem Dosierbereich des Zwischenbunkers angeordnet. In einer weiteren Variante ist die Do- siervorrichtung in einem Dosierbereich des Maischebehälters, also vor oder an dem Extraktor angeordnet. In diesem Zusammenhang wird unter einem „Dosierbereich" derjenige umgrenzte Raum ver¬ standen, wovon über die gewählte Dosiervorrichtung das Dosiergut, das heißt die vorgenannten Hilfsstoffe, alkalisierenden Mittel etc., in beziehungsweise auf das biologische Material gebracht werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Un¬ teransprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die Figur näher erläu- tert: Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzug¬ ten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert:

Beispiel:

Alkalische Extraktion von elektroporiertem Rübenmaterial

Aus einem Zwischenbunker für Rüben (11) werden Rüben in eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von Rüben zu Rübenschnitzeln (1) überführt. Das während der Zerkleinerung gebildete Schnitzel-Saft- Gemisch wird durch eine Vorrichtung zum Transport des erhaltenen Schnitzel-Saft-Gemisches (3) (Schnitzelband), einem Einfallschacht (13) zugeführt, in den eine Vorrichtung zur Elektroporation (5) integ- riert ist. Das elektroporierte Schnitzel-Saft-Gemisch verläset die Vor¬ richtung zur Elektroporation (5) und gelangt über eine Vorrichtung zur Weiterleitung des elektroporierten Schnitzel-Saft-Gemisches (7) in eine Vorrichtung zur Extraktion des Schnitzel-Saft-Gemisches (9). Aus der Ableitung dieser Vorrichtung (9) führt eine Leitung (15) zur Einspeisung von aus der Vorrichtung zur Extraktion (9) erhaltenem alkalisierten Rohsaft in die Vorrichtung zur Elektroporation (5) bezie¬ hungsweise in den Einfallschacht (13), in den die Elektroporations- vorrichtung integriert ist.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise stellt sich wie folgt dar:

Unmittelbar geerntete oder gelagerte Zuckerrüben werden gewa¬ schen, gegebenenfalls auf etwa 12°C erwärmt und anschließend, eventuell auch in grob geschnitzelter Form, in einen Zwischenbunker (11) unmittelbar über der Schneidmaschine (1) befördert, gelangen von dort aus in das Schneidwerk (1), werden zu Schnitzeln zerklei¬ nert und gelangen dann über einen übergabeschacht in eine Vor¬ richtung zum Transport des dabei erhaltenen Schnitzel-Saft- Gemisches (3). In den Zwischenbunker wird zur Minderung der mik¬ robiologischen Aktivitäten Kalkmilch dosiert.

Die Vorrichtung zum Transport des erhaltenen Schnitzel-Saft- Gemisches (3), auch als Schnitzelband bezeichnet, befördert dieses Gemisch zu dem Einfallschacht (13), in dem die Vorrichtung zur E- lektroporation (5) integriert ist. In der Vorrichtung zur Elektroporation wird durch Zudosierung von alkalisiertem Rohsaft aus der Leitung (15), die in den Einfallschacht (13) mündet und alkalisierten Rohsaft aus der Vorrichtung zur Extraktion (9) zuführt, ein lufteinschluss- freies Medium-haltiges Schnitzel-Saft-Gemisch mit einer Leitfähigkeit von 5 mS/cm bereitgestellt. Der Einfallschacht (13) ist in seiner Höhe so ausgeführt, dass in dem Elektroporationsreaktor (5) eine Schütt¬ dichte von 520 kg/m3 erreicht wird, wobei in dem so komprimierten Schnitzel-Saft-Gemisch keine Lufteinschlüsse oder -blasen mehr vorhanden sind. In der Vorrichtung zur Elektroporation werden nun Hochspannungspulse von 3 bis 4 kV/cm eingesetzt, wobei die Zell¬ wände in an sich bekannter Weise aufgeschlossen werden.

Die anschließend über die Vorrichtung zur Weiterleitung (7) trans¬ portierten Rübenschnitzel und -saft werden, gegebenenfalls über einen nicht gesondert dargestellten Maischenbehälter, einer Gegen- stromextraktionsanlage (9) zugeführt, in dieser extrahiert und der Extrakt aufgefangen. Die Temperatur der Extraktion beträgt von 46 bis 600C; bevorzugt wird eine Temperatur deutlich über 46°C, maxi¬ mal aber 600C, gewählt. Der Extraktor ist ein Turmextraktor, ein Trogschnecken-Extraktor beziehungsweise ein Trommelzellen- Extraktor. Im Extraktor werden die Schnitzel im Gegenstrom zum Extraktionsmittel, nämlich Frischwasser, extrahiert.

Im Anschluss daran wird eine nicht dargestellte Kalkmilch- Kohlensäure-Saftreinigung durchgeführt. Das gereinigte Extrakt (Dünnsaft I und II) wird konventionell weiterverarbeitet; das heißt nach der Eindickung des Safts zu einem Sirup wird in Kristallisatoren durch weitere Verdampfung und sukzessive Kristallisation der Zucker gewonnen. Der abgetrennte Calciumcarbonatschlamm wird konven¬ tionell über nicht dargestellte Filterpressen entwässert und als Dün- gemittel, sog. Carbokalk, vermarktet.

Dem erhaltenen Zellsaft wird nach vorangegangener Alkalisierung ein Flockungshilfsmittel zudosiert. Der Transportsaft wird dann ei- nem konventionellen statischen Dekanteur zugeführt. Der Unterlauf des Dekanteurs wird abgezogen und in die Vorkalkungsanlage der parallel durchgeführten Aufarbeitung von Extrakt zugeführt. Der Klar¬ lauf des Dekanteurs hingegen wird seiner weiteren Verwertung zuge- führt, welche die Vereinigung mit Dünnsaft aus der Aufarbeitung des Extraktes umfasst. Parallel dazu wird das anfallende Extrakt einer konventionellen Saftreinigung unterzogen.

Die extrahierten Schnitzel werden in nicht dargestellte Spindelpres¬ sen abgepresst. Das abgepresste Presswasser wird in den Extraktor zurückgeführt. Die Pressschnitzel werden konventionell thermisch entwässert, das heißt in Niedertemperaturtrocknern, Hochtempera¬ turtrocknern beziehungsweise Verdampfungstrocknern.