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Nassstärkeherstellungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Stärke und Nebenprodukten aus stärkehalti- gen Stoffen, wie Getreidekörner, z. B. Mais-und Sorghumkörner, nach dem Nassverfahren. Sie be- trifft insbesondere ein verbessertes Verfahren zum
Freilegen und Abtrennen der Stärke und des Glu- tens von der Faser des stärkehaltigen Materials.
Bei der Herstellung von Stärke aus stärkehalti- gen Stoffen, wie Mais- und Sorghumkörner, ist es üblich, beispielsweise den Mais einzuweichen und das Einweichwasser zwecks Gewinnung der darin enthaltenen löslichen Stoffe zu Verdamp- fern zu leiten. Das eingeweichte Korn wird dann zerkleinert und einer Behandlung in Wasser un- terworfen, um das Korn in mehrere Anteile, nämlich in Keim, Fruchthülle (Pericarp) und En- dosperm, zu zerlegen. Das Endosperm besteht aus einzelnen in eine proteinhaltige Hülle (Gluten) eingebetteten Stärlkekörnchen. Das übliche Verfahren besteht darin, das Korn grob aufzubre- chen, um die Keime freizulegen, die Keime durch Sohwimmverfahren abzutrennen und sie zwecks Entfernung von Stärke und Gluten zu waschen.
Hierauf wird der die Fruchthülle und unvermah- lenes Endosperm enthaltende Rest des Korns ver- mahlen und das gemahlene Gut einer Grobfaserabtrennung und einem Waschen, Entwässern oder Abdrücken unterworfen, wobei das Gut durch eine Reihe von mit Kupferdrahtnetzen überzoge- nen Trommeln oder Schüttelsieben geht und Stär- ke und Gluten von dem faserigen Bestandteil des Korns ausgewaschen werden. Die Faser, welche immer noch restliche Stärke enthält, wird ge- trocknet und gewöhnlich als Viehfutter verwen- det. Die bei diesen Vorgängen erhaltene Mischung aus Stärke, Gluten und Wasser wird durch mit
Siebgaze überzogene Trommeln oder Schüttelsie- be geleitet, um die feine Faser zu entfernen ; diese wird dann auf einer Reihe von mit Siebgaze über- zogenen Trommeln oder Schüttelsieben von Stär- ke und Gluten frei gewaschen.
Die Stärke, Gluten und Wasser enthaltenden Stärkemilchflüssig- keiten, die bei der Abtrennung bzw. Auswaschung der Keime, Grobfasern und Feinfasern als Stär- kemilch- Teilströme entstehen, werden dann vereinigt und gewünschtenfalls durch Filter, Zentri- fugen u. dgl. auf die richtige Dichte eingestellt, Die erhaltene Flüssigkeit wird dann durch flach ( leicht geneigte Tröge (Stärketische) geleitet oder in anderer'Weise behandelt, z.
B. in Zentrifugen, um das Gluten und die Hauptmenge des Wassers von der Stärke abzutrennen, die dann noch einer oder mehreren Waschbehandlungen zwecks wei-
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Bisher wurden Buhr-Mühlen benutzt, um den Rest des Korns weiterzuvermahlen, welcher nach , der Entfernung der Keime durch Flotation zu- rückbleibt. Das Vermahlen wird in diesen Mühlen mittels grosser Steinräder bewirkt, wie sie seit Jahrhunderten bei den verschiedenen Arten der Müllerei benützt werden. Die Mahlzähne dieser Steinräder nutzen sich rasch ab oder werden rasch stumpf und erfordern ein häufiges Erneuern durch Frischschneiden oder Schärfen. Diese Arbeiten sind wegen des damit verbundenen Arbeitsaufwandes und wegen der alle 5 Tage erforderlichen 8-stündigen Betriebsunterbrechung kostspielig.
Ein weiterer Nachteil der Buhr-Mühlen besteht darin, dass dabei sowohl die Faser als auch die Stärke vermahlen wird. Wenn aber weitestgehend Abtrennung der Stärke und des Glutens von der Faser erreicht werden soll, muss die Bildung von grösseren Mengen von aus ausserordentlich feiner Faser und unvermahlenen Endospermstücken bestehendem "Feinen", das durch 150- 175 Maschensiebe hindurchgeht, vermieden werden. Die verschiedenen Grössen der anfallenden Faserteilchen machen verschiedene Maschengro- ssen bei Trenntrommeln und -sieben notwendig und erfordern insbesondere die Verwendung von Seide oder gleichwertigen Sieben zwecks Entfernung des restlichen Feinen aus der Mahlstärke. Ein anderer Nachteil der Buhr-Mühlen besteht darin, dass sie nicht nur weiche Stärkekörnchen sondern auch die normalen schädigen.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Nassstärkeherstellungsverfahren vor, welches die angeführten übelstände behebt. Es besteht darin, dass stärkehaltiges Korn, das einer Einweich-, Aufschluss-und Keimentfernungsbehandlung unterworfen wird, um ein nasses, entkeimtes, die Fruchthülle und unvermahlenes Endosperm ent-
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haltendes Gut zu gewinnen, einer mit hoher Geschwindigkeit betriebenen Prallmühle zugeführt wird, in welcher die Umfangsgeschwindigkeit der in der Mühle umlaufenden Rotorscheibe mindestens 6300 m pro Minute beträgt und der Aufschlag des von der Rotorscheibe gegen die Oberfläche von Prallstiften geschleuderten Gutes im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Gutes erfolgt, wodurch das Gluten und die Stärke von der Faser, ohne diese zu zerreissen, abgetrennt werden.
Die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann im allgemeinen so erfolgen, dass das nasse entkeimte stärkehaltige Gut der Einwirkung einer Stoss- oder Pralleinrichtung unterworfen wird. Die Anwendung derartiger, in der Technik gewöhnlich als Prallmühle bezeichneter Einrichtungen zur Trennung nassen entkeimten stärkehaltigen Mahlgutes in seine Anteile ist bisher noch nicht vorgeschlagen worden. Für das vorliegende Verfahren bedient man sich zweckmässig einer Prallmühle, in der das stärkehaltige Gut einem mit Rotorstiften ausgerüsteten Rotor zugeführt wird, der sich mit der erforderlichen Geschwindigkeit dreht und das Gut gegen z. B. feststehende stiftförmige Impaktoren oder Statorstifte schleudert, wobei der Aufprall im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Gutes erfolgt.
Diese Einrichtung ermöglicht ein zentrifugales Schleudern des Gutes gegen eine Prallfläche an Stelle eines Zerstampfens oder Zerschneidens, wie z. B. durch eine Hammermühle, wodurch die Faser in ungünstiger Weise zerrissen und damit "Feines" gebildet wird. Der erfindungsgemäss in der beschriebenen Mühle erzeugte Aufprall löst das Endosperm glatt von der Faser ab und trennt die Stärkekörnchen von der Glutenumhüllung, ohne die Faser zu zerreissen.
Die Wirksamkeit der Prallbehandlung auf das stärkehaltige Gut hängt zum grössten Teil von der Geschwindigkeit ab, mit welcher dieses gegen die Stifte geworfen wird, und diese Geschwin- digkeit hängt wieder von der Geschwindigkeit des Rotors und seinem Durchmesser ab. Für einen Rotor von 685, 8 mm Durchmesser ist eine Geschwindigkeit von etwa 3000 bis etwa 3850 Umdrehungen pro Minute ausreichend. Unterhalb 3000 U. p. M. für einen 685, 8 mm Rotor reicht der Prall nicht aus, um Stärke und Gluten von der Faser zu lösen. Benützt man kleinere Rotoren, so muss die Rotationsgeschwindigkeit proportional grösser und bei grösseren Rotoren entsprechend kleiner sein. Ausgedrückt in bezug auf die Umfangsgeschwindigkeit liegt die Minimaleschwindigkeit für einen beliebigen Rotor bei etwa 6300 m pro Minute.
Ein mit 2500 Umdrehungen umlaufender Rotor von 1016 mm Durchmesser ist gleichwertig einem 685, 8 mm Rotor mit 3700 Umdrehungen.
Zur Erzielung optimaler Ergebnisse ist es zweckmässig, dass die Rotorstifte etwa 19 mm Durchmesesr haben und bei einem 685, 8 mm Ro- tor 72 Stifte vorhanden sind, wobei der Abstand zwischen den Stiften etwa 28, 6 mm betragen soll.
Der Abstand der Statorstifte voneinander beträgt vorteilhaft nicht weniger als etwa 12, 7 mm und nicht mehr als etwa 38, 1 mm. Wenn der Abstand geringer als 12, 7 mm ist, wird sich der Zwischenraum verstopfen und wenn er mehr als 38, 1 mm ist, wird ein Teil des Gutes hindurchgehen, ohne die volle Geschwindigkeit des Rotors erreicht zu haben. Für den 685, 8 mm Rotor erweisen sich 84 Statorstifte von 19 mm Durchmesser und mit einem Abstand zwischen den Stiften von etwa 27 mm als vorteilhaft. Der Zwischenraum zwischen den Rotor und Statorstiften muss so bemessen sein, dass sie sich nicht treffen, aber auch nicht so gross, dass die Prallwirkung des Rotors verloren geht. Im allgemeinen ist ein Zwischenraum von etwa 12, 7-50, 8 mm zufriedenstellend, wobei 12, 7 mm bevorzugt werden.
Vorzugsweise wird die Prallmühle mit einer waagrechten Rotorscheibe ausgestattet, weil damit eine ausgezeichnete Verteilung des Gutes über die Prallflächen erzielt wird.
Das nasse entkeimte Behandlungsgut soll einen möglichst niedrigen Wasser gehalt aufweisen, um den Kraftbedarf für den Betrieb der Mühle möglichst niedrig zu halten. Die üblicherweise verwendeten mechanischen Entwässerungseinrichtungen liefern ein Gut mit einem Wassergehalt zwischen 65 und 90 < '/e.
Das von der Prallmühle kommende nasse entkeimte Gut wird dann in üblicher Weise unter Verwendung von Siebgaze einem Sieben und Waschen unterworfen. Die dabei erhaltene Faser, die als Grobfaser bezeichnet werden kann, aber einen geringeren Anteil an Stärke wie sonst üblich zu- rückhält, wird in normaler Weise getrocknet. Die von der Faser abgetrennte Stärkemilchflüssigkeit wird in üblicher Weise, z. B. in Zentrifugen, in Stärke und Gluten zerlegt. Das entkeimte stärkehaltige Gut kann der Prallbehandlung in einer oder mehr Stufen unterworfen werden, z. B. kann die aus der ersten Prallmühle gewonnene Faser durch eine zweite Prallmühle geschickt werden, um daraus restliche Stärke und Gluten abzutrennen. Es ist auch möglich, aber weniger zweckmässig, in der ersten Stufe eine Bur-Mühle und in den folgenden Stufen eine Prallmühle zu benützen.
Die Verwendung einer Prallmühle für das nasse Vermahlen von Getreidekörnern stellt einen entscheidenden Fortschritt in der Technik dar. Erstens werden, wie bereits betont, die Fasern nicht zerkleinert, so dass einzelne Sieb- und Waschbehandlungen entfallen können, was neben der Vereinfachung zugleich eine Ersparnis bedeutet. Sollte dennoch irgendwelche feine Faser zugegen sein, so ist deren Hauptmenge schon vor der Anwendung der Prallmühle entstanden oder war als solche bereits im Korn vorhanden. Obwohl der Stärkegehalt der Fasern nach dem ersten Vermahlen in einer Prallmühle etwa der gleiche ist wie der
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von Fasern nach. dem ersten Vermahlen in einer Buhr-Mühle, stellt der genannte Vorteil an sich einen grossen Fortschritt der Technik dar.
Wenn jedoch die Fasern nach der ersten Mahlstufe in einer Prallmühle einem zweiten Vermahlen in der Prallmühle unterworfen werden, dann ergibt sich eine entschiedene Verringerung im Stärkegehalt der Faser, wie noch klar aus dem nachfolgenden zu ersehen ist. Ein weiterer Vorteil wird dadurch erzielt, dass sich bei der zweiten Mahlstufe in der Prallmühle im wesentlichen kein "Feines" bildet, während dies bei der Bur-Mühle natürlich der
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sich durch ihr Verhalten, z. B. bei der Herstellung von Maissirup ergibt. Eine Erklärung für diese Verbesserung kann noch nicht gegeben werden, aber wahrscheinlich steht sie mit dem Gehalt an "Feinem" in, der Stärke im Zusammenhang.
Die verschiedenen Vorteile der Erfindung
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<tb>
<tb> Einmaliger <SEP> Zweimaliger <SEP> Zweimaliger
<tb> Durchgang <SEP> Durchgang <SEP> Durchgang
<tb> durch <SEP> die <SEP> durch <SEP> die <SEP> durch <SEP> die
<tb> Buhr-Mühle <SEP> Buhr-Mühle <SEP> Prallmühle
<tb> Stärke <SEP> in <SEP> den <SEP> Fasern <SEP> (ausgewaschen <SEP> im <SEP> Labor) <SEP> in <SEP> 12, <SEP> 1 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Protein <SEP> in <SEP> Gluten <SEP> % <SEP> 62, <SEP> 9 <SEP> 64, <SEP> 8 <SEP> 70, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Faser <SEP> auf <SEP> dem <SEP> 300 <SEP> Maschensieb
<tb> (in <SEP> 0,0648 <SEP> g/3,781) <SEP> 14,0 <SEP> 14,0 <SEP> 8,1 <SEP>
<tb> Maissirup-Farbe+ <SEP> von <SEP> neutralisierter <SEP> Konverterflüssigkeit <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Maissirup-Farbe+ <SEP> des <SEP> Fertigproduktes <SEP> 1,
<SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP>
<tb> Maissirup <SEP> Wärmefarbe+ <SEP> (2 <SEP> Stunden) <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP>
<tb> /e <SEP> Kohle <SEP> zur <SEP> Erzielung <SEP> der <SEP> Farbe
<tb> des <SEP> Fertigproduktes <SEP> 0, <SEP> 686 <SEP> 0, <SEP> 545 <SEP> 0, <SEP> 418 <SEP>
<tb> Stärkeausbeute, <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> einen
<tb> einmaligen <SEP> Durchgang <SEP> durch <SEP> die
<tb> Buhr-Mühle <SEP> als <SEP> 1000/1) <SEP> 100 <SEP> 101, <SEP> 8 <SEP> 102, <SEP> 3 <SEP>
<tb> + <SEP> Gemessen <SEP> in <SEP> einem <SEP> Coleman-Spektrophotometer
<tb>
Die Einwirkung einer Prallmühle auf entkeimtes stärkehaltiges Gut führt zu einer wirksameren und wirtschaftlicheren Zerlegung dieses Gutes in seine Bestandteile als dies bisher möglich war.
Beispielsweise werden aus entkeimtem stärkehaltigem, in üblicher Weise erzeugtem Gut durch Verwendung einer Prallmühle nur 10%. an feiner Faser erhalten (durch 24-28 Maschensieb hindurchgehend, auf 150-170 Maschensieb zurückgehalten) und 90% grober Faser (auf 24-28 Maschensieb zurückgehalten), während mit der BuhrMühle zozo feine Faser und 70-30% grobe Faser erzeugt werden. Da die Buhr-Mühle grösstenteils eine scherende Wirkung ausübt, wird die Faser zerrissen und infolgedessen ein höherer Prozentgehalt an feiner Faser und "Feinem" erzeugt, aber gleichzeitig ein grösserer Anteil des Endosperms unvermahlen durchgelassen.
Die durch den Mahlvorgang erzeugte Wärme bewirkt eine Gelatinierung von weicher Stärke ; ausserdem wird durch die Schlagwirkung der Buhr-Mühle das Aufbrechen der weichen Stärkekörnchen verursacht. In gleicher Weise beeinträchtigt die Wärme auch normale Stärkekörnchen, wenn auch in geringerem Grade. Für das erfindungsgemässe Verfahren sind jedoch Mühlen mit einer merklichen Scher-oder Schneidwirkung, wie z. B. die BuhrMühle, ungeeignet.
Ein weiterer Vorteil einer Prallmühle besteht darin, dass sie automatisch regelbar ist, wodurch das System in stetiger und gleichmässiger Weise gesteuert werden kann.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen noch im Einzelnen beschrieben. Fig. I zeigt eine für die vorliegende Erfindung geeignete Prallmühle und Fig. II deren Anwendung beim Nassvermahlen von Mais.
Die Prallmühle nach Fig. I besteht im wesentlichen aus einem Drehteil 3 innerhalb eines Ge- häuses ? 0. Der Drehteil ist mit Prallstiften 4 ausgerüstet, welche in gleichen Abständen voneinander rund um den Umfang des Rotors angeordnet sind. Welle 1 und Antriebsscheibe 2 drehen diesen Teil. Das Gehäuse ist mit feststehenden, in gleichen Abständen voneinander angeordneten Stiften 5 ausgerüstet. Der Boden des Gehäuses, der zum Sammeln und Austragen des behandelten Gutes dient, ist kegelförmig ausgestaltet. Im Betrieb wird das zu behandelnde Gut in den Rotor 3 an oder nahe seiner Mitte eingeführt.
Das Gut gelangt nach aussen zu den Prallstiften 4, wo es in der Drehrichtung im wesentlichen auf die Um-
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fangsgeschwindigkeit des Rotors beschleunigt und dann gegen die Statorstifte 5 geschleudert wird, wo die Trägheit der Teilchen aufgenommen wird.
Das behandelte Gut wird dann durch den Auslass 6 entleert.
Nach Fig. II wird Mais 1 in Einweichbehälter 2 gegeben, wo er der Einwirkung von warmer S02-Lösung unterworfen wird. Der eingeweichte Mais wird zur Reibmühle 3 entleert, wo er zur Keimentfernung grob gebrochen wird, worauf das gebrochene Korn und die Keime im Separator 4 getrennt werden. Der Keimanteil, vereinigt mit dem Keimanteil aus dem Abscheider 9, wird durch einen Verfahrenswasserstrom 16 gewaschen, welcher aus noch später erwähnten Stärkewaschbehandlungen stammt, um anhängende Stärke über Rüttlern 5 und 6 zu entfernen. Die gewaschenen Keime 23 werden zum Keimtrockner ge- leitet. Faser und Stärkebrei aus Abscheider 4 werden über ein Entwässerungssieb 7 geleitet, wobei die Faser in der Reibmühle 8 wieder vermahlen wird. Das Filtrat von Sieb 7 wird in den Verfahrensgang zurückgeführt, bevor der vermahlene Brei in den Abscheider 9 eintritt.
Der Keimanteil aus Abscheider 9 geht in die Keimwäsche 5, 6, während Faser und Stärkebrei über den Doppeldeckrüttler 10 gehen. Die Siebrückstände von beiden Decks gehen zur Prallmühle 11 und die Faser in dem Mühlenausgang wird von dem Stärkebrei auf Sieb 12 abgetrennt. Die Filtrate von Sieb 10 und Sieb 12 werden zur Gewinnung der Mahlstärke 22 vereinigt. Die Fasern von Sieb 12 werden auf Sieb 13 gewaschen und dann zur Prallmühle 14 geleitet. Nach der Behandlung in der Prallmühle 14 werden die Fasern auf Sieb 15 und 17 gewaschen. Das Verfahrenswasser 16 zum Waschen der Fasern wird dem System zwischen Sieb 15 und 17 zugeführt. Die Faser von Sieb 17 wird zum Ausquetscher 18 und dann zum Trockner 21 geschickt. Das Filtrat von Sieb 17 geht über Sieb 19 und die gesammelte Faser wird in der Faserpresse 20 entwässert. Die Faser wird dann zum Trockner 21 geschickt.
Die Mahlstärke 22 wird in üblicher Weise, z. B. durch Zentrifugieren in Gluten- und Stärkeaslteile zerlegt. Das Verfahrenswasser vom Glutenablau kann zu dem Einweichbehälter 2 zwecks Wiederverwendung zurückgeleitet werden und das Verfahrenswasser vom Entwässern der Stärke und Waschen des Stärkekuchens kann in dem Verfahren beispielsweise bei 16 wieder benutzt werden. Frisches Wasser wird in das System eingeführt, um die Stärke zu waschen, wobei im Gegenstromverfahren gearbeitet wird.
Das beschriebene Verfahren kann noch w rt- schaftlicher und wirksamer gemacht werden, u. zw. durch Verwendung von Ausquetscheinrichtungen vor den Prallmühlen 11 und 14, welche den Wassergehalt des entkeimten Guts unter die gegenwärtig erhaltenen 65-900/ (. verringern.
Die bei diesen Entwässerungseinrichtungen entstehenden Filtrate können bei der nächsten Sta- tion des Gegenstromwaschwassersystems wieder eingeführt werden, z. B. kann das Wasser aus
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der eingeleitet werden. Das Wasser aus dem zweiten Auspresser kann mit dem Filtrat aus 13 ver-
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PATENTANSPRÜCHE :
1. Nassstärkeherstellungsverfahren, wobei stärkehaltiges Korn einer Einweich-, Aufschluss- und Keimentfernungsbehandlung unterworfen wird, um ein nasses entkeimtes Gut zu erzeugen, das die Fruchthülle und unvermahlenes Endosperm zur weiteren Zerlegung in Stärke-, Gluten- und Faseranteile enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nasse entkeimte Gut einer mit hoher Geschwindigkeit betriebenen Prallmühle zugeführt wird, in welcher die Umfangsgeschwindigkeit der in der Mühle umlaufenden Rotorscheibe mindestens 6300 m pro Minute beträgt und der Auf-
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geschleuderten Gutes im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Gutes erfolgt, wodurch das Gluten und die Stärke von der Faser ohne Zerreissen der letzteren abgetrennt werden.