CH622172A5

CH622172A5 - Extruder for processing protein-containing vegetable starting materials, in particular soya products

Info

Publication number: CH622172A5
Application number: CH1344476A
Authority: CH
Inventors: Hat Auf Nennung Verzichtet Erfinder
Original assignee: Meduna Financ Ets
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-10-25
Publication date: 1981-03-31
Also published as: BR7607226A; DE2548285C3; PT65774B; NL7611978A; DE2548285A1; PT65774A; DE2548285B2; ES452721A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder zum Aufbereiten von proteinhaltigen pflanzlichen Ausgangsstoffen, insbesondere Sojaprodukten. The invention relates to an extruder for processing protein-containing vegetable starting materials, in particular soy products.

Es ist bereits bekannt, Extruder zum Herstellen von Nahrungsmitteln zu verwenden. Maisgries oder andere stärkehaltige Produkte, etwa Kartoffelmehl oder Reismehl, lassen sich nach Anfeuchtung bis auf etwa 15% Wassergehalt im Extruder unter Druck und Wärme plastifizieren und gelatinieren. Beim Austreten aus einer Düse des Extruders expandieren sie und gewinnen so eine lockere Struktur. It is already known to use extruders to make food. Corn grits or other starchy products, such as potato flour or rice flour, can be plasticized and gelatinized after moistening up to about 15% water content in the extruder under pressure and heat. When they emerge from a nozzle of the extruder, they expand and thus gain a loose structure.

Es ist auch bereits bekannt, Sojamehl mittels Einschnek-kenextrudern zu texturieren. Hierbei wird durch Druck und Wärme eine strukturelle Umwandlung des Ausgangsproduktes erzielt. Die Verarbeitung von Sojaprodukten in Extrudern ist jedoch nur dann möglich, wenn der Ausgangsstoff bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 25—30% angefeuchtet wird, da sonst keine kontinuierliche Extrusion zu erreichen ist. Das extrudierte Gut muss anschliessend wieder bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt vom etwa 8% getrocknet werden. Es hat sich auch gezeigt, dass bei zu geringem Feuchtigkeitsgehalt der Ausgangsstoffe keine gleichmässige Texturierung derselben erfolgt, wodurch der Geschmack und die Qualität des Endproduktes nachteilig beeinflusst wird. It is also already known to texturize soy flour by means of screw-in extruders. A structural conversion of the starting product is achieved by pressure and heat. However, processing soy products in extruders is only possible if the starting material is moistened to a moisture content of around 25-30%, since otherwise continuous extrusion cannot be achieved. The extruded material must then be dried again to a moisture content of about 8%. It has also been shown that if the moisture content of the starting materials is too low, they are not textured uniformly, as a result of which the taste and quality of the end product are adversely affected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Extruder zum Aufbereiten von proteinhaltigen pflanzlichen Ausgangsstoffen zu Nahrungs- oder Futtermitteln zu schaffen, der keine oder eine geringere stete Anfeuchtung der zugeführten Ausgangsprodukte als bisher erfordert, einen kontinuierlichen Materialfluss ergibt sowie eine gleichmässige Qualität des Endproduktes. The invention has for its object to provide an extruder for processing protein-containing plant starting materials for food or feed that requires no or less constant moistening of the supplied starting products than before, results in a continuous flow of material and a uniform quality of the end product.

Die Lösung dieser Aufgabe ist bei dem vorgeschlagenen Extruder gegeben durch zwei angetriebene, ineinandergreifende, gegensinnig umlaufende konische Förderschnecken, die einen Öffnungswinkel zwischen 1 und 5° aufweisen und in einem glattwandigen, beheizbaren Gehäuse angeordnet sind. Ein derartiger Extruder ermöglicht die Verarbeitung von Ausgangsstoffen, ohne dass diesen stets Wasser oder Plastifizierungs- und Gleitmittel beigemengt werden. Eine Nachtrocknung des Endproduktes kann daher entfallen. Die thermische Beanspruchung der verarbeiteten Stoffe ist daher verringert, so dass insbesondere wärmeempfindliche Aminosäuren weniger geschädigt werden. The solution to this problem is given in the proposed extruder by two driven, intermeshing, counter-rotating conical screw conveyors which have an opening angle between 1 and 5 ° and are arranged in a smooth-walled, heatable housing. Such an extruder enables raw materials to be processed without ever adding water or plasticizers and lubricants. Post-drying of the end product can therefore be omitted. The thermal stress on the processed materials is therefore reduced, so that heat-sensitive amino acids in particular are less damaged.

Vorzugsweise weisen die Förderschnecken einen Öff-5 nungswinkel zwischen 1,0 und 2,0° auf. Bei dieser verhältnismässig geringen Konizität erreicht man die optimalsten Ergebnisse hinsichtlich des Materialflusses und der Texturierung. The screw conveyors preferably have an opening angle between 1.0 and 2.0 °. With this relatively low taper, the best results are achieved in terms of material flow and texturing.

Gemäss einer Weiterbildung können die Förderschnek-io ken mindestens in dem austrittsseitigen Stirnbereich eine Heizeinrichtung aufweisen. Durch diese Massnahme lässt sich die Temperatur und damit der Dampfdruck des aus dem Extruder austretenden Endprodukts genau einstellen oder regeln, so dass die gewünschte Struktur des Endproduktes 15 zusammen mit der Verweilzeit, die lediglich abhängig von der Drehzahl ist, eingestellt und gehalten werden kann. According to a further development, the conveyor knives can have a heating device at least in the end region on the outlet side. This measure allows the temperature and thus the vapor pressure of the end product emerging from the extruder to be set or controlled precisely, so that the desired structure of the end product 15 can be set and maintained together with the residence time, which is only dependent on the speed.

Die besten Ergebnisse erreicht man. auch dadurch, dass die Förderschnecken mit einer Umfangsgeschwindigkeit im Bereich ihres grössten Durchmessers von 1,5 bis 9 m/min 20 "angetrieben werden. Dies ist erheblich weniger als bei Verwendung bekannter Extruder und angefeuchteter Ausgangsstoffe. You get the best results. also in that the screw conveyors are driven at a circumferential speed in the region of their largest diameter of 1.5 to 9 m / min 20 ". This is considerably less than when using known extruders and moistened starting materials.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend be-25 schrieben. The invention is described below with the aid of schematic drawings of an exemplary embodiment.

Fig. 1 ist eine teilweise gebrochen dargestellte Ansicht eines Extruders; Fig. 1 is a partially broken view of an extruder;

Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch den Austrittsbereich des - Extruders nach Fig. 1 ; FIG. 2 is an axial section through the exit area of the extruder according to FIG. 1;

30 Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 1, und Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 1, and

Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch eine Förderschnecke mit •einer Heizeinrichtung. Fig. 4 is an axial section through a screw conveyor with • a heating device.

Der in Fig. 1 dargestellte Extruder umfasst ein längliches 35 Gehäuse 1, das mit zwei kegelstumpfförmigen, sich überlappenden Bohrungen versehen ist, die eine glattwandige Oberfläche 2 aufweisen und zusammengenommen eine Querschnittsform haben, die einer Acht entspricht. In die Bohrungen sind zwei Förderschnecken 3 und 4 eingesetzt, die an 40 ihrem eingangsseitigen Ende einen Durchmesser von 105 mm, an ihrem ausgangsseitigen, in Fig. 1 links liegenden Ende einen Durchmesser von 75 mm aufweisen und deren Länge etwa 1,20 m beträgt. Beide Förderschnecken sind an ihrer Mantelfläche mit schraubenförmigen Gängen 5 versehen. 45 Der Öffnungswinkel einer die Schraubengänge umschliessen-den Hüllfläche beträgt etwa 1,4°. The extruder shown in Fig. 1 comprises an elongated housing 1, which is provided with two frustoconical, overlapping bores, which have a smooth-walled surface 2 and taken together have a cross-sectional shape that corresponds to an eight. Two screw conveyors 3 and 4 are inserted into the bores and have a diameter of 105 mm at their input end 40, a diameter of 75 mm at their output end, which is on the left in FIG. 1, and their length is approximately 1.20 m. Both screw conveyors are provided with helical gears 5 on their outer surface. 45 The opening angle of an enveloping surface surrounding the screw threads is approximately 1.4 °.

Die beiden Förderschnecken greifen in ihrem Zwickelbereich 6 (Fig. 2) hämmend ineinander und — wie weiter unten noch beschrieben ist - sind beide gegensinnig synchron derart so angetrieben, dass sich die schraubenförmigen Stege 7 der beiden Förderschnecken nicht berühren. The two screw conveyors interlock in their gusset area 6 (FIG. 2) and - as will be described further below - are both driven in opposite directions synchronously in such a way that the helical webs 7 of the two screw conveyors do not touch.

Die beiden Schnecken weisen an ihrem einlassseitigen Ende zylindrische Bereiche 8 auf, die durch eine an dem Gehäuse 1 befestigte Dichtplatte 9 geführt sind, welche dafür 55 sorgt, dass das extrudierte Material an dieser Stelle nicht aus der Maschine heraustreten kann. The two screws have cylindrical regions 8 at their inlet-side end, which are guided through a sealing plate 9 fastened to the housing 1, which ensures 55 that the extruded material cannot come out of the machine at this point.

Der Einlass des Extruders ist durch einen in dem Gehäuse angebrachten Zuführschacht 10 gebildet, der in den Zwickelbereich 6 mündet (Fig. 3). The inlet of the extruder is formed by a feed shaft 10 mounted in the housing and opening into the gusset area 6 (FIG. 3).

60 An die zylindrischen Bereiche 8 grenzen Kupplungsglieder 11 an, die mit der zugeordneten Förderschnecke fest verbunden sind und zum Ankuppeln derselben an ein Getriebe dienen, wie weiter unten noch erläutert ist. 60 Coupling members 11 adjoin the cylindrical regions 8, which are firmly connected to the assigned screw conveyor and serve to couple them to a gear, as will be explained further below.

Die Förderschnecken 3 und 4 sind an ihrem auslassseitigen, 65 Bereich mit einem kegelförmigen Abschlussglied 12 versehen. Diese Abschlussglieder sind von einer geeignet geformten Austrittsdüse 13 umgeben. Beide Förderschnecken sind am austrittsseitigen Ende schwimmend gelagert. The conveyor screws 3 and 4 are provided with a conical end member 12 on their outlet-side region. These end members are surrounded by a suitably shaped outlet nozzle 13. Both screw conveyors are floating at the outlet end.

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In die Kupplungsglieder 11 greifen Gegenkupplungsglieder 14 ein, die jeweils auf einem Wellenstummel 15 bzw. 16 sitzen, mit denen Kegelräder 17 bzw. 18 verkeilt sind, die miteinander in Eingriff stehen. Mating coupling members 14 engage in the coupling members 11, each of which sits on a stub shaft 15 or 16, with which bevel gears 17 or 18 are keyed, which are in engagement with one another.

Der Wellenstummel 15 weist eine Schulterfläche 19 auf, 5 die auf einem Radiallager aufliegt, dessen andere Seite gegen einen Teil des Gehäuses abgestützt ist. Der Wellenstummel 15 ist ferner in gehäusefesten Radiallagern 21 geführt, wobei das eine Radiallager 21 mit dem Axiallager 20 eine Einheit bildet. The stub shaft 15 has a shoulder surface 19, 5 which rests on a radial bearing, the other side of which is supported against part of the housing. The stub shaft 15 is also guided in radial bearings 21 fixed to the housing, one radial bearing 21 forming one unit with the axial bearing 20.

Der Wellenstummel 16 weist ebenfalls ein Axiallager 22 io auf, das jedoch in bezug auf das Axiallager 20 auf der anderen Seite des Kegelrades 18 angeordnet ist, um einen geringen Platzbedarf der Lageranordnung zu ermöglichen. Der Wellenstummel 16 ist zusätzlich in zwei Radiallagern 23 gelagert, von denen das eine mit dem Axiallager 22 eine Einheit bildet. 15 Der Wellenstummel trägt an seinem freien Ende ein Zahnrad 24, das mit einem Ritzel 37 eines Antriebsmotors 36 in Eingriff steht. The stub shaft 16 also has an axial bearing 22 io, which, however, is arranged with respect to the axial bearing 20 on the other side of the bevel gear 18 in order to allow a small space requirement for the bearing arrangement. The stub shaft 16 is additionally mounted in two radial bearings 23, one of which forms a unit with the axial bearing 22. 15 The shaft end carries at its free end a gear 24 which is in engagement with a pinion 37 of a drive motor 36.

Die Achsen der Kegelräder 17 und 18 liegen in der Verlängerung der Achse der Förderschnecken 3 und 4. 20 The axes of the bevel gears 17 and 18 lie in the extension of the axis of the screw conveyors 3 and 4. 20

Wie man insbesondere aus Fig. 2 erkennt, sind die schraubenförmigen Stege der Fördergänge 5 der Förderschnecken in einem Abstand von der Innenwand 2 des Gehäuses 1 angeordnet. Dieser Abstand sollte zwischen 0,2 und 1 mm betragen. Ferner sind die Axiallager so eingestellt, dass die Stege 7 25 der beiden Förderschnecken 3 und 4 sich im Zwickelbereich 6 nicht berühren. Der synchrone Antrieb der beiden Förderschnecken wird durch die starre Kupplung mittels der Kegelräder 17 und 18 erreicht. As can be seen in particular from FIG. 2, the helical webs of the conveying paths 5 of the screw conveyors are arranged at a distance from the inner wall 2 of the housing 1. This distance should be between 0.2 and 1 mm. Furthermore, the axial bearings are set such that the webs 7 25 of the two screw conveyors 3 and 4 do not touch in the gusset area 6. The synchronous drive of the two screw conveyors is achieved by the rigid coupling by means of the bevel gears 17 and 18.

Fig. 3 und 4 zeigen Ansichten einer geänderten Ausfüh- 30 rungsform, bei der die Förderschnecken mit einer Heizeinrichtung versehen sind. Die Heizeinrichtung ist durch eine Axialbohrung 25 in jeder Förderschnecke gebildet, und in diese Bohrung ist mit radialem Abstand ein Rohr 26 eingesetzt, welches durch Abstandshalter 27, 27a in konzentrischer 35 Lage zu der Axialbohrung gehalten ist. Das Rohr 26 ist am auslassseitigen Ende im Abstand von dem Abschlussglied 12 angeordnet, so dass eine Fluidströmung durch das Rohr 26 und durch den Zwischenraum zwischen dem Rohr und der Axialbohrung 25 fliessen kann. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist 40 das Gehäuse 1 mit Bohrungen 38 versehen, durch die ein Heizfluid zum Heizen des Gehäuses geschickt werden kann. 3 and 4 show views of a modified embodiment, in which the screw conveyors are provided with a heating device. The heating device is formed by an axial bore 25 in each screw conveyor, and a tube 26 is inserted into this bore at a radial distance, which tube is held in a concentric position with the axial bore by spacers 27, 27a. The pipe 26 is arranged at the outlet end at a distance from the end member 12, so that a fluid flow can flow through the pipe 26 and through the gap between the pipe and the axial bore 25. As can be seen from Fig. 3, the housing 1 40 is provided with holes 38 through which a heating fluid can be sent to heat the housing.

Die Kupplungsglieder 11 sowie die Gegenkupplungsglieder 14 sind mit einer koaxial angeordneten Fluidkupplung 28 versehen. Die Wellenstummel 15 und 16 sind jeweils mit radialen Bohrungen 29 und 30 versehen, die mit dem Zwischenraum zwischen der Axialbohrung 25 und dem Rohr 26 bzw. mit dem Innenraum des Rohres 26 in Verbindung stehen. The coupling members 11 and the counter-coupling members 14 are provided with a coaxially arranged fluid coupling 28. The stub shafts 15 and 16 are each provided with radial bores 29 and 30, which are connected to the space between the axial bore 25 and the tube 26 or to the interior of the tube 26.

Um den diese radialen Bohrungen aufweisenden Bereich der Wellenstummel 15 und 16 ist ein ebenfalls mit radialen Bohrungen 32 und 33 versehener, feststehender Kupplungsring 31 gelegt, an den Fluidleitungen 34 und 35 angeschlossen sind, durch die ein Wärmeübertragungsfluid zum Heizen oder Kühlen der Förderschnecke umgewälzt wird. Around the region of the shaft ends 15 and 16 having these radial bores there is a fixed coupling ring 31, also provided with radial bores 32 and 33, to which fluid lines 34 and 35 are connected, through which a heat transfer fluid for heating or cooling the screw conveyor is circulated.

Mit einem derartigen Extruder wurde Sojamehl mit einem PDI-Wert (protein dispersibility index) von 75, einem Proteingehalt von 52 % und einem Gehalt an nicht freisetzbarem Wasser von 6,5 % verarbeitet. Als Startmischung wurden 100 kg des Sojamehls mit 201 Wasser bei Umgebungstemperatur innig vermischt und gerührt. Es wurden keine Zusatzstoffe irgendwelcher Art verwendet. Der Extruder wurde mit der derart bereiteten Startmischung in Gang gesetzt und anschliessend weiterbetrieben durch Einfüllen von Sojamehl, dem 51 Wasser pro 100 kg der Ausgangsstoffe innig vermischt und gerührt beigegeben worden waren. Die Heizeinrichtung wurde so eingestellt, dass die Temperatur im Auslassbereich zwischen 150 und 160° C lag. Such an extruder was used to process soy flour with a PDI value (protein dispersibility index) of 75, a protein content of 52% and a non-releasable water content of 6.5%. As a starting mixture, 100 kg of the soy flour were intimately mixed with 201 water at ambient temperature and stirred. No additives of any kind were used. The extruder was started with the starting mixture prepared in this way and then continued to be operated by adding soy flour, to which 51 water per 100 kg of the starting materials had been intimately mixed and stirred. The heater was set so that the temperature in the outlet area was between 150 and 160 ° C.

Die dem Extruder zugeführte Antriebsleistung lag anfangs bei 15 kw und ging auf 11 kw zurück, bedingt durch eine nach der Startphase erforderliche Drehzahlreduzierung. The drive power supplied to the extruder was initially 15 kw and decreased to 11 kw due to the speed reduction required after the start-up phase.

Die Düse 13 hatte einen Ausgangsdurchmesser von 25 mm, und der die Düse kontinuierlich verlassende Strang des Endprodukts dehnte sich bis auf 28 mm Durchmesser aus und wurde im noch heissen Zustand granuliert. Das Granulat hatte eine Restfeuchte von 6%, eine gute Textur und blieb nach einer Kochbehandlung stabil. Die Hydratationszeit war länger als bei stärker expandierten Produkten, jedoch lag die Wasserrückhaltefähigkeit zwischen 2 und 2,5. The nozzle 13 had an initial diameter of 25 mm and the strand of the end product which continuously left the nozzle expanded to a diameter of 28 mm and was granulated while still hot. The granules had a residual moisture of 6%, a good texture and remained stable after a cooking treatment. The hydration time was longer than with more expanded products, but the water retention capacity was between 2 and 2.5.

Versuche haben gezeigt, dass die Lebensdauer der Förderschnecken beträchtlich höher als bei bekannten Extrudiervor-richtungen ist, was im wesentlichen auf die verringerte Umfangsgeschwindigkeit der Schnecken zurückzuführen ist. Der Extruder kann auch zur Verarbeitung, d. h. zur Gelatinisie-rung, zum Vorkochen, zum enzymatischen Abbau und zum Backen von Ausgangsstoffen mit einem geringen Proteinanteil verwendet werden. Experiments have shown that the lifespan of the screw conveyors is considerably longer than in the case of known extrusion devices, which is essentially due to the reduced peripheral speed of the screw conveyors. The extruder can also be used for processing, e.g. H. for gelatinization, pre-cooking, enzymatic degradation and baking of raw materials with a low protein content.

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3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

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1. Extruder for processing protein-containing vegetable raw materials, in particular soy products, characterized by two driven, interlocking, oppositely rotating conical screw conveyors, which have an opening angle between 1 and 5 ° and are arranged in a smooth-walled, heatable housing.

2. Extruder according to claim 1, characterized in that the screw conveyors have an opening angle between 1.0 and 2.5 °.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Extruder according to claim 1, characterized. that the screw conveyors have a heating device at least in the outlet-side end region.

4. Extruder according to claim 1, characterized by a peripheral speed of the screw conveyor at the inlet area of 1.5 to 9 m / min.

5. A process for the preparation of proteinaceous vegetable starting materials with an extruder according to claim 1, characterized in that water is added to the starting materials at the beginning and that the percentage of water added to the starting materials is then reduced.

6. The method according to claim 5, characterized in that the speed of the screw conveyor of the extruder is reduced while reducing the water addition.