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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die entsprechende Einrichtung für eine zweistufige thermische Aufbereitung von Körnern durch elektromagnetische Wellen im Ultrakurzwellenbereich oder im
Bereich der Infrarotstrahlung.
In Zusammenhang mit dem raschen Anwachsen der Bevölkerungszahl der gesamten Welt, muss ein entsprechendes Anwachsen der Lebensmittel pflanzlichen und tierischen Ursprungs sichergestellt werden.
Nicht minder bedeutend ist die Vertiefung und Intensivierung des Kampfes gegen Verluste, die auf dem
Wege von der Gewinnung der Rohstoffe bis zu ihrem Verbrauch schätzungsweise bis 40% der gesamten
Weltlebensmittelproduktion betragen.
Ein untrennbarer Teil dieses Bestrebens besteht in der Erhöhung des Effektes bei der Ausnutzung der landwirtschaftlichen Produkte für Futterzwecke und als Rohstoffe für die industrielle Lebensmittel- verarbeitung. Dies erfolgt durch Umwandlung der in den pflanzlichen Produkten enthaltenen Stoffe in solche, die bezüglich Ernährung und Fertigung vorteilhafter sind und ferner durch Zerstörung der inneren Struktur der Körner.
Körner werden heute meistens durch Mahlen, Brechen, Pressen und Dämpfen aufbereitet. Diese
Verfahren änderten sich in ihrem Prinzip seit langem nicht, obwohl sie durch verbesserte Einrichtungen zu ihrer Ausführung einen Fortschritt aufweisen können. Geprüft und experimentell eingeführt werden auch neuere Verfahren, z. B. hydrothermische und trockene, thermische Aufbereitungen.
Bei den hydrothermischen Aufbereitungen werden die Körner 8 bis 30 min lang auf 95 bis 99 C durch Dampf drucklos erwärmt, oder dies erfolgt 1 bis 3 min lang bei 95 bis 1000C durch Dampf unter Druck in einem
Autoklaven, aus dem sie bei einem plötzlichen Druckabfall"herausgeschossen"werden. Bei diesem
Verfahren erweichen die Körner und ändern die Gewebestruktur, Stärke in den Körnern (gelatinisiert und es erfolgt auch eine teilweise Hydrolyse der Stärke in Dextrine und niedrigere, in Wasser lösliche Zucker.
Bei einer trockenen Erwärmung bis zu einer Temperatur von 150 bis 2500C während 10 bis 100 s können ähnliche Effekte erzielt werden, besonders bei Verfahren, die während der letzten Jahre geprüft wurden, bei denen die Körner von innen durch die Einwirkung elektromagnetischer Wellen im Bereich der Ultrakurzwellen oder Infrarotstrahlung erwärmt werden. Durch diese Einflüsse erfolgt anscheinend ein
Resonanzschwingen der Moleküle und deren Bestandteile innerhalb der Körner, so dass ihre rasche Erwärmung eintritt. Durch die Einwirkung der elektromagnetischen Wellen im Bereich der Ultrakurzwellen oder der Infrarotstrahlung steigt die Temperatur im Korn mit der Zeit beinahe linear an.
Dabei erfolgen innerhalb des Kornes physikalische und chemische Änderungen, der innere Wassergehalt wird in Dampf verwandelt, der gemeinsam mit der höheren Temperatur die Stärke in eine schmierige Masse verwandelt und anscheinend auch die erwähnte Hydrolyse unter Druck verursacht, wobei die Kornschale als ein Miniaturautoklav wirkt. Mit ansteigender Temperatur steigt jedoch auch der innere Dampfüberdruck an, der auch ein Bersten des erweichten Kornes verursachen kann, worauf eine rasche Dampfexposition erfolgt, die mit einer Abkühlung und Unterbrechung des angeführten Vorganges verbunden ist, was nachteilig sein könnte.
Diesen Nachteil beseitigt im Wesen das erfindungsgemässe Verfahren der zweistufigen thermischen Aufbereitung von Körnern durch die Einwirkung elektromagnetischer Wellen im Bereich von Ultrakurzwellen oder einer Infrarotstrahlung. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Körner in der ersten Stufe 5 bis 120 s aus der Umgebungstemperatur auf 100 bis 200 C durch Infrarotstrahlung oder elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von 0, 7 bis 0, 1 m erwärmt werden. In der zweiten Stufe werden sie 5 bis 200 s bei der Temperatur belassen, die in der ersten Stufe erreicht wurde oder bei einer Temperatur, die mässig, maximal um 10% erhöht ist und/oder allmählich bis auf maximal 60 C gesenkt wird.
In der ersten Stufe wird der Temperaturverlauf durch Einstellung der Intensität der Infrarotstrahlung oder der elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge von 0, 7 bis 0, 1 m geregelt. In der zweiten Stufe wird der Temperaturverlauf erhalten, respektive durch Infrarotstrahlung oder elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von 0, 7 bis 0, 1 m geregelt, oder vorzugsweise durch eine elektrische Widerstandsheizung und/oder Wärmeisolation aufrecht erhalten. Dann werden die Körner in heissem Zustand zerquetscht, geflockt oder zermahlen und auf eine Temperatur unter 40 C abgekühlt.
Der Vorteil dieser erfindungsgemässen zweistufigen Aufbereitung von Körnern besteht in der Möglichkeit je nach der Art der aufzubereitenden Körner die Dauer und den Verlauf der Erwärmung von der Umgebungstemperatur auf die gewünschte Temperatur einstellen zu können. Ausserdem kann die Dauer während der das Korn bei dieser Temperatur aufbereitet wird oder bei einer nur mässig sich ändernden
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Temperatur geregelt werden, das ist bei einer vorteilhaften Temperatur, die für den Verlauf der
Gelatisierung der Stärke und ihre teilweise Hydrolyse zu bewirken, besonders günstig ist. Durch die Wahl einer richtigen Temperatur und eines ebensolchen Erwärmungsverlaufes wird auch eine bessere
Verdaulichkeit der Proteine erreicht.
Bei einem Vergleich mit dem bisher angewandten Verfahren der einstufigen thermischen Aufbereitung mit dem erfindungsgemässen zweistufigen Verfahren wird ein höherer Grad der Gelatisierung und
Hydrolyse erreicht, so dass die Körner bei der direkten Anwendung für die Lebensmittelzubereitung und für Futtermittel verdaulicher sind. Auch das Ergebnis ihrer Benutzung bei der Umwandlung in Energie und lebende Masse ist grösser.
Der Wärmezustand der Körner ändert sich bei der erfindungsgemässen Aufbereitung in der ersten
Stufe von der Umgebungstemperatur ungefähr linear mit der Zeit auf eine Temperatur, bei der die Körner noch nicht platzen. In der zweiten Stufe wird die Temperatur ungefähr auf der gleichen Höhe oder auf einer von ihr mässig abweichenden Temperatur erhalten. Der Temperaturverlauf und die Dauer der
Erhaltung der Temperatur in beiden Stufen muss für jede Körnerart experimentell unter Berücksichtigung der optimalen Bedingungen für den Verlauf der gewünschten Änderungen bestimmt werden.
Bei der erfindungsgemässen Aufbereitung der Körner erfolgt ihre teilweise Austrocknung und
Sterilisation.
Durch das zweistufige erfindungsgemässe Aufbereitungsverfahren wird auch die Prozesswirtschaftlich- keit im Vergleich zum bisher benutzten einstufigen Verfahren verbessert. Durch die Einreihung der zweiten Stufe ohne Wärmezufuhr kann die erste Erwärmungsstufe gekürzt werden, so dass auch der
Wärmeverbrauch bei Erreichung des gleichen oder besseren Ergebnisses herabgesetzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders für die Aufbereitung von Getreide-, Hülsen- und Ölpflanzen.
Die Einrichtung für die zweistufige, erfindungsgemässe, thermische Aufbereitung von Körnern besteht aus einem Schütttrichter für gereinigte Körner mit einem regelbaren Zubringer zu einer waagrechten oder mässig geneigten Fördereinrichtung, aus einem Brecher oder einer Mahleinrichtung und einer Kühlein- richtung. Das Wesen der Einrichtung besteht in einem Band-, Vibrations- oder Schüttelförderer mit regelbarer Fördergeschwindigkeit auf dem in der ersten Stufe, das ist in 20 bis 90% der Länge, die
Fördereinrichtung durch Infrarotstrahlung bestrahlt wird und in der zweiten Stufe, das ist in 80 bis 10% der Länge, die Fördereinrichtung mit einer elektrischen Kurzwellen- oder Infrarotheizung versehen ist, wobei der untere Teil und die Seitenteile eines Teiles oder der ganzen Fördereinrichtung wärmeisoliert sind.
In der zweiten Stufe ist die Fördereinrichtung teilweise oder ganz wärmeisoliert und auch mit einem oberen wärmeisolierenden Schutz versehen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Einrichtung sind im weiteren Teil den Zeichnungen entsprechend erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Einrichtung mit einem Bandförderer und Fig. 2 eine Einrichtung mit zwei Bandförderern.
Aus Fig. l ist ersichtlich, dass die gereinigten Körner --a-- aus dem Sehütttrichter-l-dem regelbaren Zubringer --2-- zugeführt und verteilt werden. Von hier gelangen sie auf die waagrechte oder mässig geneigte Fördereinrichtung --3--. Als Fördereinrichtung kann ein Band-, Vibrations- oder Schüttelförderer mit regelbarer Fördergeschwindigkeit angewandt werden. Die Körner --a-- werden im ersten Teil --b--, der 20 bis 90% der Länge der Fördereinrichtung --3-- beträgt, durch Infrarotstrahler - bestrahlt, die aus Keramikplatten bestehen. Sie werden durch Heizgas oder elektrisch erwärmt und sind zu gewünschten, separat regelbaren Sektionen zusammengestellt.
Der zweite Teil-c--der Fördereinrichtung, das ist 80 bis 10% ihrer Länge, ist mit einer Wärmeisolation und/oder einer elektrischen Widerstandsheizung --5-- versehen, die die Wärme der Körner auf einer gewünschten Temperatur hält.
Die Erhaltung oder Regelung des Temperaturverlaufes der Körner in der zweiten Stufe kann auch durch Intensitätsänderung der Infrarotstrahlen, durch Temperaturbegrenzung der Strahler oder durch ihre teilweise Ausschaltung sichergestellt werden.
Der Unterteil und die Seitenteile des Teiles der Fördereinrichtung oder der gesamten Fördereinrichtung sind wärmeisoliert und im zweiten Teil --c-- ist die Einrichtung der zweiten Stufe eventuell auch mit einem oberen Wärmeisolierschutz --6-- versehen.
Die Körner fallen nach der Wärmeaufbereitung aus der Fördereinrichtung in den Brecher --7-- und gelangen von hier in die Kühleinrichtung --8--, wo die zerquetschten Körner durch einen Luftstrom unter
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400C abgekühlt werden. Nach der Abkühlung wird das Produkt --d-- zur weiteren Bearbeitung oder in den Lagerraum befördert.
Verschiedene Arten von Körnern erfordern zur Erzielung eines optimalen Ergebnisses einen verschiedenen Erwärmungsgrad und verschiedene Aufbereitungszeiten in der ersten und zweiten Stufe der thermischen Behandlung. Vor Beginn der Arbeit muss dies durch Versuche festgestellt werden, damit die
Einrichtung richtig eingestellt werden kann. Dies erfolgt durch Einstellung der nötigen Bestrahlung- intensität, der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung und durch die Längenwahl der ersten und zweiten
Stufe der thermischen Aufbereitung.
Aus diesen Gründen werden die Infrarotstrahler so angeschlossen, dass die Bestrahlungsintensität und die Länge des bestrahlten Abschnittes der Fördereinrichtung je nach Bedarf verlängert oder verkürzt werden kann, u. zw. durch Einschalten oder Ausschalten der entsprechenden Strahler oder ihrer
Sektionen. Gleichzeitig kann, der zweite Teil der thermischen Behandlung verkürzt oder verlängert werden, z. B. durch Abnahme oder Zugabe abnehmbarer Teile des oberen abnehmbaren, wärmeisolierenden
Schutzes.
Ausserdem kann die Durchlaufzeit der Körner durch die thermische Aufbereitung durch Einstellen der nötigen Geschwindigkeit der Fördereinrichtung entsprechend geregelt werden.
Eine Wirkungsvergrösserung der Infrarotstrahlung kann dadurch erzielt werden, dass nichtausgenutzte
Strahlen durch den Seitenschutz aus Reflexmaterial auf den zu bestrahlenden Gegenstand reflektiert werden. Auch die aktive Fläche der Fördereinrichtung kann aus diesem Grunde aus Reflexmaterial angefertigt werden. Die Fläche des Vibrations- oder Schüttelförderers kann mit Rillen oder Wellen versehen sein, u. zw. in Quer- oder Längsrichtung, wobei die Tiefe der Rillen oder Wellen 0, 2 bis 4 mm betragen kann. Diese Rillen oder Wellen reflektieren teilweise die infraroten Strahlen auf die Körner und verursachen auch ein Wenden der Körner bei ihrer allmählichen fortschreitenden Bewegung.
Die Einrichtung für eine erfindungsgemässe zweistufige thermische Aufbereitung von Körnern kann auch durch zwei Fördereinrichtungen nach Fig. 2 gebildet werden. Die zweite Stufe der Aufbereitungsanlage wird mittels einer selbständigen Fördereinrichtung --9--, einem separaten Band-, Vibrations- oder
Schüttelförderer mit regulierbarer Fördergeschwindigkeit ausgeführt.
Ebenso kann die Einrichtung für eine zweistufige thermische Aufbereitung so ausgeführt sein, dass die Stärke der Erwärmung in der zweiten Stufe und eventuell auch der gesamte Temperaturverlauf in der ersten und zweiten Stufe geregelt werden kann, bzw. nach einem durch Versuche festgestellten optimalen Verlauf eingestellt wird. Dies kann durch Einstellung der Strahlungsintensität der Infrarotstrahler --4-erfolgen, die in diesem Falle auch über der zweiten Stufe der Fördereinrichtung angeordnet sind.
Beispiel l : 50 g Gerste mit einer Feuchtigkeit von 14, 15% und einer Schüttmasse von 650 kg/m3 wurden in einer Einkornschicht 30 s durch Infrarotstrahlung bestrahlt. Die Temperatur erreichte 156 C. Die Gerste wurde bei dieser Temperatur während 60 s belassen, und dann zerquetscht.
In der aufbereiteten Gerste wurden mittels enzymatischer Methode 43, 51% modifizierte Stärke festgestellt ; in der nicht aufbereiteten waren es bloss 10, 85%. In der aufbereiteten Gerste wurden ferner 82, 6% verdauliche stickstoffhaltige Stoffe gemessen, in der nicht aufbereiteten waren es 63, 9% der gesamten Menge der N-Stoffe.
Beispiel 2 : 50 g Gerste mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 22, 22% wurden in einer einkörnigen Schicht 20 s durch Infrarotstrahlung behandelt. Die Temperatur erreichte 148 C. Die Gerste wurde bei dieser Temperatur während 60 s belassen und dann zerquetscht. In der aufbereiteten Gerste wurden mittels enzymatischer Methode 52, 04% modifizierte Stärke festgestellt, in der nicht aufbereiteten waren es bloss 9, 60%.
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