Die Erfindung betrifft die Abtrennung und Gewinnung von Bestandteilen aus pflanzlichem Rohmaterial.

Pflanzen sind, wie die meisten Organismen, aus Zellen aufgebaut. Dabei besteht eine Pflanzenzelle aus einer Lipidmembran mit einem im Allgemeinen wässrigen Inhalt, dem Cytosol, das die verschiedenen Zellorganellen (auf ähnliche Weise von Lipidmembranen umgeben) wie Zellkern, Mitochondrien, das endoplasmatische Retikulum und Chloroplasten enthält, und aus dem Zellskelett, das aus Mikrofilamenten und Mikroröhrchen aufgebaut ist, die der Zelle eine innere Struktur verleihen. Weiterhin sind in einer Pflanzenzelle Vakuolen enthalten, die eine wichtige Rolle dabei spielen, die Pflanzenzelle unter einer Spannung zu halten, sie halten den Zellturgor aufrecht.

Die Bestandteile einer Pflanzenzelle können grob in Wasser, das bei weitem den größten Teil einer lebenden Zelle ausmacht, Bestandteile wie Salze, (Vorläufer von) Lipide(n), Kohlenhydrate(n), Aminosäuren und Nucleotide(n), Makromoleküle wie Stärke, Proteine und Nucleinsäuren und eine Vielzahl anderer Moleküle, einschließlich Vitaminen und Farbstoffen wie Chlorophyll, Carotin und Xanthophyll, eingeteilt werden.

Eine Pflanzenzelle ist im Allgemeinen von einer Zellwand umgeben, die dem Pflanzengewebe Festigkeit und Struktur verleiht. Die Zellwand ist hauptsächlich aus (Hemi-)Cellulose und anderen Kohlenhydratpolymeren, die zu Fasern aggregiert sind, aufgebaut. Holzpflanzen enthalten weiterhin einen großen Anteil Lignin, einem Polymer, das aus Phenolen und aromatischen Monomeren zusammengesetzt ist.

Das Pflanzengewebe ist aus Pflanzenzellen aufgebaut, die alle, wenn sie leben, grundsätzlich die zuvor gegebene Definition erfüllen. Dabei kann ein wichtiger Unterschied zwischen relativ festem Gewebe, das praktisch keine Chloroplasten oder andere Plastide enthaltenden Zellen umfasst, und dem relativ weichen Gewebe, das dies im Allgemeinen tut, getroffen werden. Gewebe, das im Allgemeinen keine Chloroplasten enthaltenden Zellen umfasst, ist beispielsweise die Epidermis bzw. das Hautgewebe einer Pflanze, das Kollenchym und Sklerenchym bzw. Stroma einer Pflanze und die Leitbündel bzw. das Leitgewebe, das die wichtigen Transportgefäße (Holzgefäße und Siebröhren) der Pflanze umfasst. Wenn ein Teil einer Pflanze stark verholzt ist, so stirbt im Allgemeinen mit der Zeit die Mehrheit der Zellen im verholzten Teil ab, und es bleiben nur Rückstände des Zellinhaltes übrig. Insbesondere gehen das Cytosol und die darin vorhandenen Organellen verloren, wobei aber die Leitbündel, die Haut und das Stroma, die im Allgemeinen der Pflanze Form und Struktur verleihen, im Allgemeinen vorhanden bleiben, wenn die Pflanze abgestorben ist. Charakteristischerweise umfassen diese relativ festen Gewebe (insbesondere Leitbündel, Sklerenchym und Epidermis) keine bis fast keine Chloroplasten enthaltenden Zellen, während ein großer Teil (mindestens die an der Luft befindlichen Blätter- und Stängelteile der Pflanzen) des relativ weichen Gewebes, das auch Chlorenchym genannt wird, hauptsächlich aus nur Chloroplasten enthaltenden Parenchymzellen aufgebaut ist, in welchen die Photosynthese stattfindet.

Es ist seit langem bekannt, durch mechanische Verfahren verschiedene Bestandteile aus pflanzlichen Rohmaterialien zur weiteren Verwendung, beispielsweise für die menschliche Ernährung oder Tierfutter zu gewinnen. Oftmals werden Pflanzen lediglich zerkleinert oder zerschnitzelt, um sie für den Verzehr geeignet zu machen, beispielsweise wird Mais für Futter zerschnitzelt.

Jedoch sind insbesondere die Bestandteile, die im Pflanzenzellcytosol vorhanden sind, gut für die Ernährung von Mensch oder Tier geeignet, da sie aufbauende Stoffe für die entsprechenden Bestandteile sein können, die in tierischen Zellen vorgefunden werden.

Beispielsweise werden Futterpflanzen wie Gras, Luzerne und andere frisch und grün geerntete Pflanzen, oftmals als gesamte Pflanze, insbesondere die Blatt- und/oder Stängelteile, wobei sie in den meisten Fällen keine Wurzeln enthalten, für eine Gewinnung von beispielsweise (tierischen) Nahrungsbestandteilen mechanisch verarbeitet. Solche pflanzlichen Rohmaterialien werden im Allgemeinen durch Pressen von (vorzugsweise zerschnitzeltem oder anders zerkleinertem) Blatt- und/oder Stängelmaterial gewonnen, wobei ein Teil des Pflanzenmaterials als Presssaft erhalten wird, während das restliche gepresste Material als Presskuchen bezeichnet wird.

Die durch das Pressen ausgeübten Druckkräfte resultieren im Allgemeinen im Öffnen (Zerplatzen oder Zerbersten) der Pflanzenzellen im Material, sodass das wässrige, aber lebensmittelkomponentenreiche Cytosol, möglicherweise mit Rückständen der Organellen und der die Zelle umgebenden Lipidmembran, aus der Zelle als Presssaft freigesetzt wird. Dieser Presssaft wird im Allgemeinen weiter verarbeitet, beispielsweise durch Sieben, wonach beispielsweise das Protein im Saft durch Koagulieren durch beispielsweise eine Säure- und/oder Wärmebehandlung gewonnen wird. Der Presssaft kann auch durch (Ultra- oder Membran-)Filtration, Trocknen, Vergären oder andere dem Fachmann bekannte Verfahren weiterverarbeitet werden. Proteinreiche oder anderweitig hochwertige Nährstoffe für den menschlichen und tierischen Verzehr, aber auch Farbstoffe wie Carotin (Provitamin A) können auf diese Weise aus dem Cytosol gewonnen werden.

Der resultierende, relativ trockene Presskuchen wird im Allgemeinen als weniger nährstoffhaltig angesehen; er enthält relativ intakte Faserbündel, die aus (nicht direkt) verdaubaren Cellulosefasern zusammengesetzt sind, anhaftenden Presssaft und restliche Pflanzenzellen, die durch das Pressen nicht zugänglich waren. Insbesondere diese restlichen Pflanzenzellen mit nicht gewonnenem Cytosol verleihen dem Presskuchen, der im Allgemeinen getrocknet und pelletiert oder anderweitig als relativ geringwertige Ballastkomponente von Viehfutter, insbesondere für Wiederkäuer, verwendet wird, Futterwert.

Für den mechanischen Aufschluss von beispielsweise Luzerne oder Gras wird herkömmlicherweise ein Verfahren angewendet, das auf der Zerteilung von pflanzlichem Rohmaterial durch Hammermühlen mit anschließendem Quetschen des zerteilten Rohmaterials (hier als Faserbrei bezeichnet) unter Verwendung von Schnecken- oder Bandpressen basiert. Dadurch wird der Faserbrei in eine Presskuchenfraktion und eine Presssaftfraktion aufgetrennt. Dabei wird die Saftfraktion als die Fraktion betrachtet, in welcher die industriell gewinnbaren Substanzen des Pflanzenmaterials enthalten sind. Hammermühlen bestehen typischerweise aus einer Welle, an welcher frei bewegliche Elemente befestigt sind, die bei der Umdrehung der Welle in Berührung mit dem pflanzlichen Rohmaterial gebracht werden und dieses durch Stoßkräfte zerteilen. Dieser zerteilende Effekt der Hammermühlen ist relativ groß, wenn das pflanzliche Material einen guten Turgor besitzt, d. h., wenn die Pflanzenzellen unter einer mechanischen Spannung stehen. In diesem Fall bewirkt die Stoßkraft, dass das Gewebe aufplatzt und die Zellinhaltsbestandteile mit dem Gewebefluid freigesetzt werden. Ist der Turgor niedrig, bewirken die Schläge auf das Pflanzenmaterial, dass dieses zusammengepresst wird. Das Gewebe bleibt dann mehr oder weniger intakt und das Ergebnis besteht darin, dass der Zellinhalt in einem viel geringeren Maß zugänglich wird. Dies hat erhebliche Konsequenzen auf die Gewinnbarkeit von insbesondere den Zellinhaltsbestandteilen, die in der pflanzlichen Biomasse nur teilweise in gelöster Form und zu einem anderen Teil in Form eines festen, ungelösten Stoffs vorliegen. Dies trifft unter anderem auf pflanzliche Proteine, aber auch auf Lipide und Farbstoffe zu. Auch sind (beispielsweise aus US 5 464 160) Hammermühlen bekannt, in welchen relativ trockenes Material in zwei Fraktionen aufgeteilt wird, wobei aber der wertvolle Saftstrom mit dem proteinreichen Cytosol vernachlässigt wird. Dementsprechend sind diese Arten von Mühlen nicht geeignet, um frisches, relativ nasses Material zu verarbeiten und schließlich eine relativ feuchte Faserfraktion zu erzeugen.

In den bisher beschriebenen Verfahren zum Pressen von Pflanzenmaterial, das wenigstens Blatt- und/oder Stängelteile enthält, ist es allgemein von Bedeutung, dass das Material verarbeitet wird, während es noch so frisch wie möglich ist, kurz nach der Ernte. Nur dann stehen die Pflanzenzellen noch ausreichend unter einer mechanischen Spannung, dass sie in der Lage sind, unter Druck zu zerplatzen oder zu zerbersten, sodass das Cytosol freigesetzt wird. Wenn nach der Ernte schon ein gewisser Zeitraum vergangen ist, bevor die Pflanzenteile gepresst werden, sind diese bereits zu einem gewissen Maße ausgetrocknet, wodurch die Pflanzenzellen einen großen Teil des notwendigen Turgors verloren haben und zu "schlapp" sind, um unter Druck aufzuplatzen oder zu zerbersten. Demgemäß erfolgt bei einem Material, das nicht frisch ist, die Presssaftgewinnung mit einer geringeren Effizienz. Dasselbe trifft auf Material zu, das von Pflanzen stammt, die unmittelbar vor der Ernte schon einen großen Teil des Turgors in ihren Pflanzenzellen durch Austrocknung und/oder Reifung verloren haben. Im Allgemeinen sind solche Pflanzen nicht mehr (vollständig) grün, sondern haben eine braune oder gelbe Färbung angenommen. Verholzte Pflanzenteile sind für die weiter oben beschriebenen Verfahren unbrauchbar, da die meisten Zellen abgestorben sind oder jedenfalls nur eine sehr kleine Cytosolfraktion haben und deshalb nicht zur Gewinnung eines hochwertigen Nahrungsmittels beitragen.

Im Allgemeinen wird das Pflanzenmaterial in eine Presskuchenfraktion und eine Presssaftfraktion getrennt. Charakteristisch für dieses Verfahren ist die nur teilweise Extraktion (zusammen mit dem Presssaft) der Zellinhaltsbestandteile (Vakuolinhalt und Cytoplasma mit darin vorhandenen Zellorganellen wie Chloroplasten und Zellkernen), wobei die Zellwände im Wesentlichen vollständig im Presskuchen zusammen mit dem Rückstand des Zellinhalts zurückbleiben. Im Presskuchen befindet sich das Gewebe, das auch im Rohmaterial enthalten ist, und auch ein Teil des Zellinhalts. Die Färbung des frischen Presskuchens ist vorwiegend grün, da die Chloroplasten mit dem in ihnen enthaltenen Chlorophyll (Blattgrün) nur teilweise mit dem Presssaft entfernt worden sind. Das Pflanzenmaterial ist nur teilweise bis hinunter auf das Gewebeniveau zerteilt worden; dies bedeutet, dass immer noch erkennbare Fragmente von Blättern und Stängeln zusätzlich zu dem einzelnen Gewebe wie isolierten Leitbündeln vorhanden sind.

Der Presssaft besteht im Wesentlichen aus dem wässrigen Zellinhalt: dem Vakuoleninhalt und dem Cytoplasma mit den darin vorhandenen Zellorganellen wie Chloroplasten in intakter oder zerteilter Form, wobei die Zellwandbestandteile im Wesentlichen fehlen, da sie im Presskuchen verbleiben.

Demzufolge unterliegt die Gewinnbarkeit von proteinischen und anderen teilweise löslichen Substanzen im herkömmlichen Fraktionierverfahren starken Schwankungen, die vom Charakter der pflanzlichen Biomasse, insbesondere vom Vorhandensein des Turgors, abhängen, was sich typischerweise in Unterschieden in der Trocksubstanz ausdrückt.

Das herkömmliche Fraktionierverfahren hat als Konsequenz, dass nach dem Quetschen des Faserbreis nur ein Teil der Zellinhaltsbestandteile sich im Saftstrom wiederfindet und ein anderer Teil im Presskuchen zurückbleibt. Demgemäß enthält der Presskuchen immer noch zusätzlich zum größeren Teil der Zellwände einen Teil der Zellinhaltbestandteile und wird dadurch als Futter eingesetzt.

Die bisher zur Verfügung stehenden Verfahren zum Trennen von wertvollen von weniger wertvollen Bestandteilen aus dem Pflanzenmaterial sind deshalb relativ stark vom Turgor der im Pflanzenmaterial vorhandenen Zellen abhängig, was die Anwendung dieser Verfahren auf relatives frisches und grünes Material beschränkt. Oftmals enthält der resultierende Presskuchen, auch wenn frisches und/oder grünes Material eingesetzt wird, immer noch große Anteile an nicht aufgeschlossenen Pflanzenzellen mit wertvollem Cytosol darin, während für den Presskuchen nur ein niedriger Preis erzielt werden kann, da er nur als relativ wenig nährstoffhaltiger Bestandteil für Viehfutter geeignet ist. Zur Gewinnung hochwertiger Bestandteile aus Blatt- und/oder Stängelteilen besteht ein Bedarf an besseren Verfahren, welche die Pflanzenzelle mit einer höheren Effizienz als die bisherigen Verfahren aufschließen können, die Cytosolfraktion zur Gewinnung zugänglicher machen können und bessere Vermarktungsmöglichkeiten für das Fasern enthaltende Restmaterial bieten. Deshalb liegt der Erfindung diese Aufgabe zugrunde.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Isolieren von Bestandteilen von pflanzlichem Material wie Blatt- und/oder Stängelteilen bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Material wenigstens teilweise zerfasert und anschließend in eine Faserfraktion und einen Saftstrom derart aufgetrennt wird, dass die Faserfraktion hauptsächlich relativ feste Gewebe wie Epidermis, Sklerenchym und Leitbündel und der Saftstrom hauptsächlich weiche Gewebe wie Parenchym und Cytosol umfasst. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Abtrennen eines Saftstroms bereitgestellt, der insbesondere Parenchym mit Chloroplasten umfasst.

Erfindungsgemäß wird ein neues Fraktionierverfahren bereitgestellt, das aus mindestens zwei Stufen besteht: einer ersten Stufe, in welcher das Pflanzenmaterial durch die Wirkung von Scherkräften zerfasert wird, und einer zweiten Stufe, in welcher die Faserfraktion vom Rest getrennt wird. Dabei bedeutet die Fraktionierung pflanzlicher Biomasse die Auftrennung in eine Anzahl von Fraktionen. Durch die Fraktionierung von Biomasse werden neue Produktströme gebildet, die andere Verwendungsmöglichkeiten haben als das Rohmaterial selbst. Demzufolge repräsentieren diese neuen Produktströme zusammen oftmals einen höheren Wert als die ursprüngliche Biomasse. Erfindungsgemäß wird ein neues Verfahren bereitgestellt, das auf der Zerfaserung und anschließenden Faserentfernung pflanzlicher Biomasse beruht.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Abtrennung von Bestandteilen aus pflanzlichem Material bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Material wenigstens teilweise mechanisch zerfasert und anschließend in eine Faserfraktion und einen Saftstrom aufgetrennt wird, wobei die Faserfraktion (siehe beispielsweise die 1 und 2, auch zum Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren) hauptsächlich das relativ feste Gewebe wie Epidermis, Sklerenchym und Leitbündel umfasst, und der Saftstrom (siehe beispielsweise die 6 und 7, auch zum Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren) hauptsächlich weiches Gewebe wie Parenchym und Cytosol enthält. Dabei wird die mechanische Zerfaserung beispielsweise durch Behandlung des Materials in einem Mischer durchgeführt. Vorzugsweise wird, sicher, wenn die Anwendung im Industriemaßstab erwünscht ist, die Zerfaserung erfindungsgemäß in einem Apparat wie einem (Druck-)Refiner mit Mahlscheiben, wie er in der Zellstoff- und Papierindustrie eingesetzt wird, oder in einem Apparat mit äquivalenter Wirkung durchgeführt, in welchem das pflanzliche Material zerfasert werden kann, um die Auftrennung in eine Faserfraktion, die hauptsächlich relativ festes Gewebe wie Epidermis, Sklerenchym und Leitbündel umfasst, und in den Saftstrom, der hauptsächlich weiches Gewebe wie Parenchym und Cytosol umfasst, zu ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar auf alle Fasern enthaltenden pflanzlichen Materialien, die sowohl von kultivierten Pflanzen (Kulturpflanzen) und Wildpflanzen als auch Kreuzungen zwischen kultivierten Pflanzen untereinander oder mit wilden Pflanzen stammen. Beispiele dafür sind: pflanzliche Biomasse, die von Kulturwiesen, aber auch von natürlichem Boden und vom Straßenrand stammt, Futterpflanzen wie Futtergras und -mais, Luzerne, Klee und andere Schmetterlingsblütler, Faserpflanzen wie Flachs und Hanf und Sprossen von Kulturpflanzen, die normalerweise nur wegen ihres Samens, ihrer Früchte oder ihrer Knollen angebaut werden, wie Getreide, Rüben, Nüsse, Bohnen, Kartoffeln, Möhren, Maniok und Süßkartoffeln.

Bei der Zerfaserung wird das Gefäßgewebe mit dem Sklerenchym und der Epidermis (zusammen die Faserfraktion) mechanisch von dem anderen Gewebe getrennt, das im Wesentlichen das Parenchym ist. Dieses Parenchymgewebe wird gleichzeitig zugänglich, und die Zellinhaltbestandteile davon werden dadurch im Wesentlichen vollständig erhältlich. Die Zerfaserung kann in Refinern durchgeführt werden, wie sie in der Zellstoff- und Papierindustrie zur Zerfaserung von Holz und Holzschliff verwendet werden. Die Raffination oder Zerfaserung findet typischerweise unter Zusatz von Feuchtigkeit zum Pflanzenmaterial statt. Das Ergebnis ist ein Brei aus zerfasertem Material, von welchem die Fasern entfernt werden können. Die Faserfraktion (Faserstrom), die so gewonnen wird, ist aufgrund ihres Charakters und ihrer Zusammensetzung unter anderem für folgende Verwendungszwecke geeignet: als Ausgangsstoff für Papier und Pappe (Pappe, Pappkarton und Karton), die Herstellung von Fasermaterialien (poröse Holzfaserplatten, Hartfaserplatten, Spanplatten, MDF-, HDF- und MDF/HDF-Formteile) und Verbundmaterialien, feuchtigkeitsabsorbierenden Materialien wie Windeln und Damenbinden und Kultivierungsmedien (Blumentopferde und Substrate), als Mulch (Schutz vor Erosion, Unkraut und Pflanzenkrankheiten), als die Erde verbessernder Zusatzstoff oder als Brennstoff.

Bei der Faserentfernung wird die freigesetzte Faser beispielsweise durch Sieben von den anderen Pflanzenbestandteilen abgetrennt. Sie kann durch Waschen und Sieben weiter gereinigt werden, und es können so viele wie mögliche nichtfaserige Bestandteile aus dem Waschwasser gewonnen werden. Der von Fasern befreite Brei besteht dann aus einem Gemisch aus zugesetztem Wasser, Gewebefluid, Zellinhaltsbestandteilen und fein verteilten Zellwänden, die vom Parenchymgewebe stammen. Aus dem von Fasern befreiten Brei oder dem Saftstrom können Inhaltssubstanzen in mehr oder weniger reiner Form wie Proteine, Peptide und Aminosäuren, Enzyme, Farbstoffe, Lipide, Fettsäuren, Stärke, lösliche Zucker und (Zellwand-)Kohlenhydrate für die Verwendung in Viehfutter und für die menschliche Ernährung oder als Substrate für die Gärung gewonnen werden, oder es können durch Aufkonzentrierung Futter- oder Lebensmittelprodukte mit hohem Nährwert als Ergebnis der Entfernung der unverdaulichen oder schlecht verdaulichen Faserfraktion erzeugt werden. Der von Fasern befreite Brei kann weiter in anschließenden Stufen fraktioniert werden. Dabei besteht eine Möglichkeit beispielsweise in der Abtrennung aller festen Teile durch Zentrifugieren, dem gegebenenfalls eine Koagulierungsstufe durch Erwärmen, Ansäuern oder dergleichen vorhergehen kann. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Umwandlung der Parenchymzellwände in lösliche Zucker unter Verwendung von die Zellwände angreifenden Enzymen (beispielsweise Pektinasen und Cellulasen) und somit darin, sie zur Fraktion der gelösten Substanzen im von Fasern befreiten Brei zuzusetzen.

Charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Aufteilung auf Gewebeebene in eine Faserfraktion, die das relativ feste Gewebe (Leitbündel, Sklerenchym und Epidermis) enthält, und eine von Fasern befreite Fraktion, die das relativ weiche Gewebe (Parenchym) mit seinem Inhalt enthält. Kurz zusammengefasst besteht der Unterschied zwischen dem herkömmlichen und dem neuen Verfahren in der Extraktion von Gewebefluid (herkömmlich) und Gewebefraktionierung (neues Verfahren).

Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Eine solche Vorrichtung ist durch Mittel gekennzeichnet, die für die erfindungsgemäße Zerfaserung geeignet sind, wodurch das relativ feste Gefäßgewebe mit beispielsweise dem Sklerenchym und der Epidermis (zusammen die Faserfraktion) mechanisch von dem anderen Gewebe abgetrennt wird, das im Wesentlichen das Parenchym ist. Dieses Parenchymgewebe wird gleichzeitig zugänglich und dessen Zellinhaltsbestandteile im Wesentlichen vollständig erhältlich. Dabei ist "Zerfaserung" hierin so zu verstehen, dass das Pflanzenmaterial solchen Kräften ausgesetzt wird, dass das relativ feste Gewebe praktisch vollständig von dem relativ weichen Gewebe getrennt wird. Im Ergebnis der Kräfte, welche diese Zerfaserung bewirken, wird der überwiegende Teil, wenn nicht alle Pflanzenzellen zugänglich, sodass das Cytosol freigesetzt wird. Dieses enthält als Saftstrom im Allgemeinen auch Rückstände der Organellen, der die Zelle umgebenden Lipidmembran und der Parenchymzellwände, die relativ leicht von den Faserbestandteilen durch Sieben oder ein anderes dem Fachmann bekanntes Trennungsmittel abgetrennt werden können.

Der erste erfindungsgemäße Vorteil besteht darin, dass die Effizienz des Verfahrens nicht vom Turgor der im Material vorhandenen Pflanzenzellen abhängig ist, sodass die Pflanzenzellen mit größerer Effizienz als bei den weiter oben beschriebenen herkömmlichen Pressverfahren zugänglich werden.

Der zweite erfindungsgemäße Vorteil besteht darin, dass zwei Produktströme bereitgestellt werden, die als solche sehr rein sind. Dabei enthält der erste, die Faserfraktion, hauptsächlich Cellulose und Hemicellulose, die im Wesentlichen aus den Elementen C, H und O bestehen (die den Vorteil einer sauberen Verbrennung bieten), und der zweite alle wertvollen und komplexen Inhaltssubstanzen, die im Parenchym und im Cytosol vorgefunden werden und welche sich relativ leicht weiter abtrennen lassen.

Die zwei Produktströme können voneinander durch beispielsweise Sieben getrennt werden. Andere Trennverfahren, die kein Sieben sind, lassen sich auch anwenden, beispielsweise Zentrifugieren, Verarbeiten im (Hydro-)Zyklon und Zentrifugensieben, Dekantieren oder Absetzenlassen oder Kombinationen dieser Verfahren. Bei der Faserentfernung wird die freigesetzte Faser von den anderen Pflanzenbestandteilen durch beispielsweise Sieben abgetrennt. Durch Waschen und Sieben kann die Faser weiter gereinigt werden und können so viele nichtfaserige Bestandteile wie möglich mit dem Waschwasser gewonnen werden. Der von Fasern befreite Brei besteht dann aus einem Gemisch aus dem zugesetzten Wasser, Gewebefluid, Zellinhaltsbestandteilen und fein verteilten Zellwänden, die vom Parenchymgewebe stammen.

Der erste erfindungsgemäße Produktstrom ist ein (im Allgemeinen für die Ernährung wertvoller) Saftstrom, der aus einer wässrigen Lösung/Suspension mit praktisch allen hochwertigen Bestandteilen oder Nährstoffen aus dem pflanzlichen Material (beispielsweise Zucker, Fructose-Oligosaccharide, Proteine, Lipide und Farbstoffe) besteht. Durch Entfernung der (für die Ernährung weniger wertvollen) Faserbestandteile wird (bezogen auf die Trockensubstanz) dieser relativ wertvolle Produktstrom gebildet, aus welchem die verschiedenen Bestandteile relativ einfach isoliert werden können. Das von Fasern befreite Produkt oder der Saftstrom besteht im Wesentlichen aus Parenchym, teilweise als intakte Zellen, teilweise als zerteiltes Zellmaterial. Die Färbung des von Fasern befreiten Produkts ist typischerweise grün aufgrund des Vorhandenseins von intakten oder zerteilten Chloroplasten und mitunter braungrün durch ein Braunwerden während der Fraktionierung. Makroskopisch ist es eine Flüssigkeit. Mikroskopisch sind hauptsächlich intakte und zerteilte Parenchymzellen und Zellorganellen wie Chloroplasten in dieser Flüssigkeit sichtbar.

Der zweite erfindungsgemäße Produktstrom, die Faserfraktion, besteht aus relativ hartem Gewebe. Dieses besteht typischerweise aus Leitbündeln, Sklerenchym und der Epidermis. Dabei fehlt der Zellinhalt von diesem Gewebe oder ist praktisch vollständig während des Fraktionierens und Waschens entfernt worden. Demzufolge besteht die Faser vorwiegend aus Zellwandbestandteilen. In einer reinen Faserzubereitung fehlen Chloroplasten praktisch vollständig. Die Färbung der gewaschenen Fasern variiert typischerweise von Weiß bis Gelb oder Hellbraun. Mitunter kann sich ein Hellgrün bilden als Ergebnis der Imprägnierung mit Chlorophyll während des Gewinnungsvorgangs. Makroskopisch hat die Faserfraktion eine Faserstruktur, hauptsächlich durch den Filamentcharakter der Leitbündel. Mikroskopisch sind auch außer den Filamentstrukturen der Leitbündel und dem Sklerenchym typischerweise Teile von Epidermisgewebe, die aus eine Zellschicht dicken Lage bestehen, zu erkennen. Die Leitbündel werden von einigen Zellen aufgebaut, einschließlich dem Holzteil und Siebröhren. In Abhängigkeit vom Zerfaserungsgrad kommen auch aus einer Zelle bestehende Fasern vor und weiterhin Rückstände von Zellwänden und (spiralförmigen, vernetzten oder ringförmigen) Zellwandverdickungen. Typisch für die Epidermislagen ist das Vorhandensein von Mikroporen und kieselsäurehaltigen Zähnen oder Haaren.

Der erfindungsgemäße Faserstrom besteht im Wesentlichen ausschließlich aus einem nassen festen Faserstrom (hauptsächlich Cellulose und Hemicellulose), der im Wesentlichen keinen Nährwert hat, da diese Fraktion nicht direkt und mikrobiologisch nur zu einem geringen Umfang verdaubar ist. Jedoch ermöglicht die fehlende Verdaubarkeit die Verwendung des Faserstroms zu Non-Food-Zwecken, im Gegensatz zu beispielsweise dem Presskuchen, der aus den weiter oben beschriebenen herkömmlichen Pressverfahren stammt und im Wesentlichen nur für Futterzwecke verwendbar ist und bald verrotten würde, wenn aus ihm kein Futter hergestellt und er nicht gefressen oder er weiter konserviert werden würde.

So wird beispielsweise erfindungsgemäß die Verwendung der Faserfraktion zur Energiegewinnung bereitgestellt. Die Faserfraktion enthält hauptsächlich die Kohlenhydrate Cellulose und Hemicellulose (die hauptsächlich aus den Elementen C, H und O bestehen), die leicht verbrennbar sind und deshalb mit hoher Effizienz in beispielsweise einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage in nützliche Energie umgewandelt werden können und von welchen erwartet werden kann, dass sie bei der Verbrennung nur wenige oder keine schädlichen Emissionen abgeben. Die Verarbeitung von Pflanzenmaterial entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit anschließender Verwendung der resultierenden Faserfraktion als Brennstoff wird zur Senkung der CO₂-Emission beitragen, da sie ein nichtfossiler Brennstoff ist. Auch ist die Verbrennung der Faserfraktion als solche für die Umwelt günstiger, da die Faserfraktion kaum, wenn überhaupt, mit Salzrückständen (wie K-, Na-, Cl- und P-Verbindungen) und Proteinrückständen (die S- und N-Verbindung enthalten) verunreinigt ist, die normalerweise in getrockneten Pflanzen vorkommen. Diese Salz- und Proteinreste, die aus dem Cytosol stammen, sind zusammen mit dem Saftstrom von der Faserfraktion abgetrennt worden. Die Verbrennung der Faserfraktion (in welcher sich hauptsächlich C-, H- und O-Verbindungen befinden, die durch die Verbrennung in H₂O und CO₂ umgewandelt werden) wird deshalb eine viel geringere Umweltbelastung verursachen als die Verbrennung von anderem Pflanzenmaterial, in welchem diese Salz- und Proteinrückstände noch vorhanden sind. Dabei trägt die Proteinverbrennung insbesondere zur Emission von Schwefel- und Stickstoffverbindungen wie Schwefel- und Stickoxiden und tragen die nicht verbrennbaren Salzrückstände zur Erhöhung des Aschevolumens bei. Nach Verbrennung der erfindungsgemäßen Faserfraktion sind die Emission von beispielsweise Schwefel- und Stickoxiden und das Aschevolumen mit darin enthaltenen Salzrückständen viel geringer.

Da das Fasermaterial organischen Ursprungs ist, ist es auch beispielsweise als Torfersatz in beispielsweise Blumentopferde oder Gärtnereisubstraten verwendbar.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Pflanzenmaterial in einem solchen Maße zerfasert, dass es beispielsweise hauptsächlich aus Elementarfasern besteht, sodass die so erhaltene Faserkomponente oder der so erhaltene Faserstrom beispielsweise für eine Weiterverarbeitung zu Pappe und/oder Papier geeignet ist oder als (natürliche) Faser in Verbundwerkstoffen zusammen mit und in zu verstärkenden (Kunst-)Harzen verwendet werden kann.

Beispiele für Pflanzenmaterial, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden kann, sind bekannte (Futter-)Kulturpflanzen wie Gräser (Getreide wie Weizen, Roggen und Mais eingeschlossen), Luzerne und Hanf, aber auch Ernterückstände von Kulturpflanzen, deren Blatt- und/oder Stängelteile normalerweise nicht verarbeitet werden, wie Kartoffel- oder (Zucker-) Rübensprossen, die im Allgemeinen nach der Ernte auf dem Feld zurückbleiben, oder Kulturpflanzen, die im Allgemeinen nicht zu Saft verarbeitet werden oder so nur in einem begrenzten Umfang verarbeitet werden, wie Spinat, Salat und Gras. Die hohe Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens macht die Verarbeitung solchen Pflanzenmaterials profitabel.

Der Saftstrom aus entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitetem Pflanzenmaterial wird, beispielsweise durch Sieben, weiterverarbeitet, wonach beispielsweise Protein, Peptide, Aminosäuren und andere Bestandteile oder Inhaltssubstanzen im Saft durch beispielsweise Koagulieren durch beispielsweise Säure- und/oder Wärmebehandlung gewonnen werden. Der Saftstrom kann auch durch (Ultra- oder Membran-)Filtration, Trocknung, Gärung oder andere dem Fachmann bekannte Verfahren weiterverarbeitet werden. Proteinreiche oder anderweitig hochwertige Nährstoffe für den menschlichen und tierischen Verzehr, aber auch Farbstoffe wie Carotin (Provitamin A) können auf diese Weise aus dem Cytosol und auch von den Blatt- und/oder Stängelteilen gewonnen werden.

Als für die Verarbeitung durch das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur Pflanzenmaterial, das zu Kulturpflanzen im strengen Sinne des Wortes gehört, sondern auch an Straßen oder Autobahnen wachsendes Gras oder Gemische von Gräsern mit anderen in der freien Natur wachsenden Wildpflanzen geeignet.

Erfindungsgemäß wird ferner bereitgestellt ein Verfahren zum Abtrennen von Bestandteilen aus Pflanzenmaterial, das vor einem relativ langen Zeitraum geerntet wurde und bereits, wenigstens teilweise, ausgetrocknet ist, oder welches nicht länger als frisch und grün bezeichnet werden kann, sondern, beispielsweise durch Reifung, einen mehr holzigen und/oder trockenen Charakter angenommen hat. Ein solches Material ist nicht für die Verarbeitung durch ein Pressverfahren geeignet, lässt sich jedoch jetzt außergewöhnlich gut verarbeiten, da die Höhe des Turgors in der Pflanzenzelle, die aufgeschlossen werden soll, nicht mehr von Bedeutung ist, wenn ein erfindungsgemäßes Verfahren angewendet wird.

Erfindungsgemäß wird ein Refiner oder eine Vorrichtung mit vergleichbarer Wirkung und die Verwendung einer solchen Vorrichtung bereitgestellt, beispielsweise zum Abtrennen von Bestandteilen aus pflanzlichem Material, das (noch) keine oder nur eine geringe Verholzung aufweist, und in welchem das Parenchym vorhanden ist. Dieses Parenchym mit dem darin vorhandenen Cytosol ist die Grundlage des erfindungsgemäßen Saftstroms. Ein Refiner wird im Allgemeinen verwendet, um Holzspäne zu Fasern zu zerkleinern, um Faserbrei für die Produktion von Papier und/oder Pappe herzustellen. Erfindungsgemäß wird die Verarbeitung einer Kulturpflanze, die aus einer großen Vielfalt von Kulturpflanzen ausgewählt ist, die herkömmlicherweise in einem Refiner nicht zu verarbeiten sind, in einem Refiner bereitgestellt. Refiner werden im Allgemeinen nicht für frisches und/oder grünes Material verwendet, da Holz hauptsächlich aus abgestorbenem oder lignifiziertem Gewebe besteht, aus welchem der größte Teil des Parenchyms mit den Chloroplasten verschwunden ist. Dem Fachmann sind verschiedene Typen von Refinern bekannt. Diese sind beispielsweise Refiner mit kegelstumpfförmigen oder flachen Scheiben. Erfindungsgemäß wird die Verwendung von beiden Typen und/oder gleichwertigen Vorrichtungen, beispielsweise von konvexen/konkaven Verbundmahlscheiben, in einem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt.

Die Erfindung wird anschließend im experimentellen Teil der Beschreibung näher erläutert.

Die Erfindung wurde experimentell mit dem herkömmlichen Verfahren verglichen. Dies wurde im Labor und im Industriemaßstab durchgeführt. Es erfolgte auf der Grundlage, dass der Charakter der Faserfraktion bewertet und die Gewinnbarkeit von Inhaltssubstanzen in den zwei Verfahren verglichen werden kann. Die anschließend mitgeteilten Ergebnisse zeigen den Unterschied in der Gewinnbarkeit von Protein und anderen Inhaltssubstanzen.

In Versuchen im Labormaßstab wurde das herkömmliche Verfahren zum Mahlen und Pressen mit Faserbrei in einem Tecator Homogenizer und Quetschen des Faserbreis unter Verwendung einer angepassten Zug-Druck-Bank von Lloyd Instruments simuliert. Sie war mit einem Becher mit perforiertem Bodenblech (Fläche 50 cm ²) versehen, in welchem 100 g frischer Faserbrei 15 Minuten lang mit einem Druck von bis zu 10 bar gepresst wurde. Ausgangsmaterial und Presssaft wurden auf Stickstoffgehalt analysiert und die Gewinnbarkeit von Protein wurde als der Anteil Rohprotein (Stickstoffmenge, multipliziert mit 6,25) im Saft, angegeben als Prozentsatz der Rohproteinmenge im Ausgangsmaterial, berechnet.

Im größeren Maßstab wurde eine Hammermühle des Typs Jenz A30 verwendet, um Gras zu zerkleinern, und der so erhaltene Grasfaserbrei wurde in einer Vetter-Schraubenpresse mit einem Kompressionsverhältnis von 1 : 7,65 und einer Perforierung der Zylinderwand von 0,7 mm gequetscht. Indem das Pflanzenmaterial die Hammermühle einmal oder mehrmals durchlief, konnte das Material in mehr oder weniger großem Umfang zerteilt werden.

Bei den versuchen im Labormaßstab wurde das neue Verfahren simuliert, indem frisches Gras in einer Schneidmaschine fein zerkleinert wurde, anschließend 30 g der feingeschnittenen Grasstücke mit 400 ml Wasser vermischt wurden und das Ganze in einem Mischer (Braun-Mischer) 10 Minuten lang zerfasert, der Brei aus dem Mischer durch ein 850-Mikrometer-Sieb gesiebt und die abgesiebte Faserfraktion gewaschen und getrocknet wurde. Die Fasern wurden auf Stickstoff-, Asche- und Zellwandgehalt analysiert und somit die Zusammensetzung des von Fasern befreiten Breis berechnet. Der Faseranteil wurde als die Menge Trockensubstanz in der Faserfraktion als Prozentsatz der Menge Trockensubstanz im Ausgangsmaterial ermittelt. Die Gewinnbarkeit des Proteins wurde als der Anteil Rohprotein im von Fasern befreiten Brei berechnet, angegeben als Prozentanteil der Menge an Rohprotein im Ausgangsmaterial.

Das neue Verfahren wurde auch mit einem Sprout-Waldron-12-Zoll-Druckrefiner mit Mahlscheiben Typ D2A505 getestet. Die Raffination oder Zerfaserung von frischem Gras wurde unter Atmosphärenbedingungen mit einem Scheibenabstand von 0,04 mm mit Wasserzusatz bis auf eine Konsistenz von etwa 2% Trockensubstanz durchgeführt. Die Fasern wurden dann durch ein Sieb mit 140-Mikrometer-Sieböffnungen gesiebt.

Das neue Verfahren wurde auch im halbtechnischen Maßstab unter Verwendung eines Sunds Disk Refiners Typ RO 20 FLUFF, Seriennummer 3838, Herstellungsjahr 1985, der mit Mahlscheiben mit einem hohen oder niedrigen Widerstand zum Durchsatz versehen war, getestet. Mit diesem Refiner wurde u. a. der Einfluss von Art der Mahlscheibe und Abstand zwischen den Mahlscheiben auf Durchsatz und Faserzusammensetzung untersucht.

Die Raffination fand unter Atmosphärenbedingungen mit zerkleinertem Gras, gegebenenfalls mit Wasserzusatz, statt. Die Zerfaserung von Kartoffelsprossen wurde auch untersucht.

Das Gras, das sowohl von kultivierten wiesen als auch aus freier Natur stammte, wurde in frischer, zerkleinerter Form verarbeitet. Proben des zerfaserten Materials wurden von Hand gespült, gesiebt und auf Stickstoff- und Aschegehalt analysiert. Die Gewinnbarkeit von Rohprotein wurde auf der Basis des mittleren Faseranteils von 33 des trockenen Grasmaterials berechnet.

Die Kartoffelsprossen stammten von Stärkekartoffeln aus der gesamten Wachstumsphase der Kartoffelpflanze. Die Sprossen wurden mechanisch herausgezogen und anschließend bis zu einem gewissen Grad zermahlen. Die Kartoffelsprossen bestanden aus Stängeln und Blättern.

Die Kartoffelsprossen wurden ohne vorheriges Waschen im Refiner ohne Wasserzusatz, da sie frisch waren, verarbeitet. Das zerfaserte Material wurde von Hand gequetscht.

In diesem Presskuchen war die grüne Färbung aufgrund des Vorhandenseins von Chloroplasten zu erkennen. Auch waren Blattfragmente aufgrund ihrer Größe (Querschnitt größer als 1 mm) und der charakteristischen Rippen auf der Blattoberseite sichtbar. Die Grasfaser wird durch die helle Färbung (praktisch vollständiges Fehlen von Chloroplasten), die Filamentstruktur und den kleinen Durchmesser der einzelnen Fasern (in diesem Fall sehr viel kleiner als 1 mm) unterschieden. Der Abstand zwischen aufeinander folgenden Zahlen betrug 1 cm.

Sichtbar waren die Faserstruktur (Leitbündel) mit einem Durchmesser von einigen zehn Mikrometern und Epidermislagen mit einem kleinsten Durchmesser von bis zu einigen hundert Mikrometern.

Charakteristisch ist das Vorhandensein von Mikroporen im ausdauernden Lolch, die sich in der Epidermis auf der Blattoberseite konzentrieren. Das kompaktere Gewebe auf der Seite der Mikroporen befindet sich unter dem Sklerenchym. Die langgestreckten Epidermiszellen haben einen Durchmesser von etwa 20 Mikrometern.

Charakteristisch für Leitbündel ist, dass sie aus mehreren Zellen aufgebaut und Gefäße mit vernetzten Verdickungen vorhanden sind. Dabei beträgt der Faserdurchmesser in der Mitte der Figur etwa 50 Mikrometer.

Mikroskopische Aufnahme von Parenchymzellen im Saftstrom von von Fasern befreitem Gras, das von ausdauerndem Lolch (Lolium perenne) stammt. Dieser Saftstrom gehört zu der Faserfraktion in den 1 und 2.

Charakteristisch für Parenchymzellen in Grasblättern ist das überwiegende Vorhandensein von Chloroplasten. Einige Parenchymzellen wurden jedoch während der Fraktionierung zerrissen: nur die Zellwand ist noch sichtbar, die Chloroplasten liegen isoliert im umgebenden Fluid vor.

Die Größe dieser Parenchymzellen beträgt etwa 20 × 40 Mikrometer. Die in dieser Figur gezeigte Fraktion wurde vor dem Photographieren verdünnt, um den relativ großen Anteil an Parenchymzellen im erfindungsgemäßen Saftstrom besser sichtbar zu machen.

Dieser Presssaft gehört zu dem Presskuchen in den 1 und 2. Die in dieser Figur gezeigte Fraktion wurde vor dem Photographieren auf konzentriert, um den relativ kleinen Anteil an Parenchymzellen im Presssaft besser sichtbar zu machen.

Das Zerfasern pflanzlicher Biomasse ergibt eine Faserfraktion, die in Abhängigkeit vom Charakter des Materials von weniger als 10% bis mehr als 30% der Trockensubstanz variieren kann. Der genaue Wert ist auch von der Maschenweite des Siebs, mit welchem die Fasern abgetrennt werden, und von der Stärke des Waschvorgangs abhängig. Dabei besteht die Faserfraktion bei Lolium perenne typischerweise aus mehr als 80% Zellwandmaterial und hat einen Stickstoffgehalt von meist weniger als 6 bis 8 g pro kg Trockensubstanz und einen Aschegehalt von meist weniger als 50 bis 100 g pro kg Trockensubstanz.

Die Zusammensetzung der Faserfraktion ist für die Versuche mit dem Refiner und bei den Versuchen entsprechend der Laborvorschrift vergleichbar.

Außer den Zellinhaltsbestandteilen (wie Protein) enthält der von Fasern befreite Brei auch einen Teil der Zellwände des Pflanzenmaterials. Diese sind im Wesentlichen die Zellwände des weichen Parenchymgewebes, das nach der Zerfaserung zerteilt ist und anschließend bei der Faserentfernung das Sieb als fein dispergiertes Material passiert. Der im von Fasern befreiten Brei vorhandene Anteil ist teilweise vom Durchmesser der Sieböffnungen abhängig.

Die Entfernung der Fasern ergibt einen Brei, der hauptsächlich mehr als 70% und vorzugsweise mehr als 80% oder 90% des Rohproteins des pflanzlichen Materials enthält. Dieses Protein kann durch Zentrifugieren gewonnen werden, welchem gegebenenfalls eine Koagulation durch Wärme vorangeht.

Beim herkömmlichen Fraktionierverfahren beträgt die Gewinnbarkeit des Rohproteins meist weniger als 50%. Tabelle 5. Vergleich der Gewinnbarkeit von Protein aus Gras nach mehrmaligem Durchlauf durch eine Hammermühle mit anschließendem Pressen in einer Schraubenpresse und nach erfindungsgemäßer Zerfaserung Proteingewinnbarkeit (%) Hammermühle + Schraubenpresse Durchläufe durch Hammermühle 1 × 28 2 × 30 4 × 35 8 × 43 Erfindungsgemäße Zerfaserung 93–96

Selbst nach wiederholter Zerteilung des Grases in einer Hammermühle mit anschließendem Pressen in einer Schraubenpresse wurde festgestellt, dass die Proteingewinnbarkeit weniger als die Hälfte der Proteingewinnbarkeit beträgt, die nach Zerfaserung von Gras gemessen wurde.

Die Ergebnisse der Versuche mit dem Sunds Disk Refiner sind in Tabelle 6 zusammengefasst.

Die Auswahl des Plattentyps und des Scheibenabstands bestimmt das Maß der Zerfaserung, aber die Proteingewinnbarkeit nur zu einem geringen Maße. Zusammen mit einer hohen Proteingewinnbarkeit (in diesem Fall > 85%) sowohl bei proteinreichem kultivierten Gras als auch mit proteinarmem natürlichem Gras war ein hoher Durchsatz möglich.

Kartoffelsprossen sind ebenfalls im Refiner gut verarbeitbar. Bei der Faserfraktion ist der Gehalt an Holzfasern relativ hoch, da die Ausgangs-Kartoffelsprossen nicht nur aus Blattgewebe, sondern auch aus Stängelgewebe bestanden. Der hohe Aschegehalt der Fasern der Kartoffelsprossen wurde zu einem großen Maße vom Sandgehalt der Sprossen verursacht, der hoch war, da das Ausgangsmaterial nicht gewaschen worden war.

Die im Anhang befindlichen Blockdiagramme (siehe 8 bis 10) beginnen mit der Anlieferung des zerkleinerten Grases, wie es auch bei der Verarbeitung von Gras und Luzerne in Kräutertrocknern herkömmlich ist. Normalerweise beträgt die Größe der zerkleinerten Länge etwa einige Zentimeter, kann jedoch auch kürzer oder länger sein. Für die Versuche im Refiner wurde frisches Gras in einer Pierret-Guillotine-Schneidmaschine vorzerkleinert auf eine Teilchenlänge von 6 mm, anders ausgedrückt, sehr kurz. Vermutlich ist eine solche kleine Länge nicht erforderlich, die Raffination oder Zerfaserung von gepresstem Gras (mit einer Teilchenlänge von vermutlich einigen Zentimetern) stellte kein Problem dar.

In der Praxis wird eine Waschstufe wahrscheinlich erforderlich sein, um Sand zu entfernen und dadurch den Verschleiß der Ausrüstungen zu verringern und ein reineres Produkt zu erhalten. Diese Waschstufe kann jedoch entfallen, wenn kein Sand und keine anderen Schmutzstoffe enthalten sind.

Eine Sulfitzugabe kann gegebenenfalls erforderlich sein, um eine unerwünschte Komplexierung zwischen Proteinen und Polyphenolen zu verhindern. Auf der Grundlage vergangener Erfahrungen bezüglich der Verarbeitung von Grassaft ist es bekannt, dass durch solche Komplexbildung der Nährwert von Grasproteinen gesenkt wird. Die Umstände während der Raffination können jedoch andere sein. Ein schneller Temperaturanstieg während der Raffination kann sofort die enzymatische Aktivität (Bleicheffekt) abbrechen und die Bildung von Polyphenolen hemmen.

Die Raffination von Gras ist prinzipiell mit und ohne Flüssigkeitszusatz während der Raffination möglich. In einem ersten Versuch mit frischem Gras (15% Trockensubstanz) verlief das Verfahren ohne großzügige Zugabe von Wasser bis auf eine Trockensubstanz von etwa 2% nicht leicht. Die Notwendigkeit einer Flüssigkeitszugabe ist wahrscheinlich teilweise vom Typ des Refiners und vom Charakter des Grases (Faserstruktur) abhängig. Gepresstes Gras (26% Trockensubstanz) konnte ohne Wasserzusatz raffiniert werden. Ob und falls, wieviel Wasser zugemischt wird, hat Auswirkungen auf den Temperaturanstieg während der Raffination und deshalb auf den Grad der Proteindenaturierung und somit auf die nachfolgenden Verfahrensstufen.

Das Basisdiagramm enthält nach der Raffination die Verfahrensstufen: Aussieben der Fasern, Wärmekoagulation der Refinerflüssigkeit mit anschließender Abtrennung des Proteinkuchens durch einen Dekanter und Verdampfung der von Proteinen befreiten Flüssigkeit. Zwei extreme Varianten dieses Basisdiagramms sind möglich: eine mit einer minimalen Flüssigkeitszugabe während der Raffination und eine mit einer hohen Flüssigkeitszugabe.

Das Basisdiagramm verändert sich dann zu Variante A (9) bzw. Variante B (10).

Nach minimaler Zugabe von Rücklaufflüssigkeit tritt möglicherweise ein beträchtlicher Temperaturanstieg während der Raffination auf: im Versuch mit gepresstem Gras auf über 70°C. Dann wird eine Proteinkoagulation und Pasteurisierung bereits bei der Raffination auftreten und möglicherweise kann eine getrennte Koagulationsstufe dann entfallen. In diesem Fall wird das Blockdiagramm vereinfacht zu Raffination – Sieben – Dekantieren – Verdampfen: siehe Variante A im Basisdiagramm.

Variante B: Bei einer großen Zugabe von Rücklaufflüssigkeit kann der Temperaturanstieg während der Raffination begrenzt werden: im Versuch mit frischem Gras auf etwa 35°C. Im Ergebnis kann voraussichtlich ein Teil des Proteins in Lösung bleiben. In diesem Fall sind nach der Raffination zwei alternative Wege möglich. Der Einfachste ist, nach Absieben der Fasern, die Wärmekoagulation der Flüssigkeit und Abstehenlassen. In diesem Fall wird ein Proteinkuchen und eine von Proteinen befreite Flüssigkeit gebildet, die verdampft werden kann (siehe Basisdiagramm). Ein komplexerer Weg (Variante B) umfasst, nach Absieben der Fasern, ein erstes Dekantieren, wodurch ein Rohproteinkuchen erhalten wird (roh, d. h. mit Zugabe von fein verteilten Parenchymzellwänden, die das Sieb passieren), mit anschließender Wärmekoagulation und erneutem Dekantieren.

In dieser zweiten Dekantierstufe kann ein reinerer Proteinkuchen erhalten werden.

Zum Absieben der Fasern können Zentrifugensiebe verwendet werden, wie sie dem Fachmann für das Abtrennen von Kartoffelfasern bekannt sind. Im Versuch wurde ein geneigtes Sieb verwendet, auf welchem eine Drahtgaze mit Sieböffnungen von 140 × 140 Mikrometern aufgezogen war. Im Labormaßstab wurde ein Sieb mit einem Lochdurchmesser von 850 und 250 Mikrometern eingesetzt. Die Erfahrungen damit sind, dass die meisten Fasern auf einem relativ groben Sieb abgetrennt werden können. Die feinere Faserfraktion kann der Gesamtfaserfraktion oder über enzymatische Verflüssigung der Melasse, dem Konzentrat oder dem Saftstrom zugesetzt werden.

Die Fasern, die durch das Sieben abgetrennt worden sind, können mit gelösten und suspendierten Substanzen verschmutzt sein. Dementsprechend wird ein Waschvorgang mit von Proteinen befreiter Rücklaufflüssigkeit und anschließend eine Feuchtigkeitsentfernung durch Pressen/Zentrifugieren und Trocknen erforderlich.

Der proteinreiche Kuchen, der durch das Dekantieren abgetrennt worden ist, kann auf dieselbe Weise getrocknet werden, wie sie dem Fachmann für beispielsweise Kartoffelprotein bekannt ist. Bei Vorhandensein einer relativ großen Lipidfraktion hat die Zugabe eines Antioxidationsmittels einen günstigen Effekt.

Die von Proteinen befreite Flüssigkeit kann eingedampft werden, um einen zuckerreichen Sirup zu bilden.

Das Basisdiagramm kann erweitert werden, um Stufen zur weiteren Raffination des Rohproteinkuchens zu enthalten. Eine mögliche Erweiterung ist die enzymatische Verflüssigung der Parenchymzellwände im Rohproteinkuchen. Der Zucker, den sie ergibt, kann beispielsweise der Melasse, dem Konzentrat oder dem Saftstrom zugesetzt werden.