Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung fettreicher \lsamen zwecks nachfolgender Schälung und Entfettung, durch Kombination von Befeuchten, Tempern und Trocknen. Die resultierenden Endprodukte sind nahezu schalenfrei und im direkten Einsatz als Nuss- oder Mandelsubstitut sowie zur Weiterverarbeitung zu proteinangereicherten Folgeprodukten, wie Samenmehle, Proteinkonzentrate oder -isolate, prädestiniert.
Traditionelle Aufbereitungsverfahren für \lsamen beinhalten bekanntlich in der Regel partielle Schälung und thermische Konditionierung der zerkleinerten Samen vor der Pressung und/oder Extraktion. Die Entfettung ölreicher Samen durch Direktextraktion erfordert daneben spezielle Aufbereitungsverfahren, wie eine Druckkonditionierung und Zwischenzerkleinerung; solchermassen gewonnene Extraktionsschrote weisen allerdings eine starke Proteindenaturierung auf und sind meist nur noch für die Tierernährung einsetzbar.
Moderne Aufbereitungsverfahren, die auch auf eine Nutzbarmachung der Schilfer oder Extraktionsschrote als Rohstoffquellen zur Proteingewinnung für die Humanernährung oder eine physikalische Raffination von Rohölen abzielen, benötigen gleichfalls spezielle Schäl- und Konditionierungsverfahren. Erstere haben eine weitgehende Schalenabtrennung, letztere eine Enzymaktivierung und Intensivierung von Diffusionsvorgängen vor oder während der Entfettung zu ermöglichen, um hohe \l- und Phosphatidausbeuten bei zugleich hohen Materialdurchsätzen zu garantieren.
Effektive Schälverfahren setzen Zerkleinerungsmaschinen mit spezieller Walzenanordnung oder speziellen Prall- und Beschleunigungs- oder Druck- und Entspannungsvorrichtungen voraus, die nur geringe Anteile an ungeschälten Samen und Fruchtfleischpartikeln mit anhaftender Schale bedingen. Diesbezügliche Schälverfahren, die auf eine Reduzierung des Schalengehaltes von Samen auch unter 3% orientieren, sehen im weiteren eine mehrfache Fraktionierung der gebrochenen Samen mittels Sieb- und/oder Windsichtanlagen vor, wobei neuerdings die elektrostatische Abscheidung als Verfahren der Wahl herausgehoben wird.
Alternative Verfahren zur effektiven Schalenabtrennung sind weiterhin die Sedimentation in wässrigen/nichtwässrigen Medien und die Flotation.
Praxisrelevante Schälverfahren zur Anreicherung von Extraktionsschroten mit Rohproteinen unter gleichzeitiger Eliminierung von Rohfaserkomponenten sind darüber hinaus die Fraktionierung entfetteter Samenmehle mittels spezieller Sichter nach Feinzerkleinerung.
Eine Verbesserung u.a. des Schäleffektes, insbesondere von Sojabohnen, soll durch Tempern, d.h. einem Feuchtigkeitsausgleich zwischen der Schalen- und Kernfraktion unter bestimmten Lagerungsbedingungen, erreicht werden, und bei Sonnenblumensamen soll sich eine Herabsetzung des Feuchtigkeitspotentials zwischen der Schalen- und Kernfraktion auf 6-7% durch Trocknung als vorteilhaft erweisen.
Als gravierende Nachteile genannter Schälverfahren ist eine zu geringe Effektivität hinsichtlich der Schalenabtrennung der Durchsatzleistung oder ein hoher verfahrenstechnischer Aufwand hervorzuheben.
Das Ziel der Erfindung ist die Aufbereitung fettreicher \lsamen für die Effektivierung des technologisch nachfolgenden Schälprozesses. Im Ergebnis des späteren Schälprozesses soll die Reduzierung des Anteils ungebrochener oder anhaftender Schalenpartikel bzw. eine sogenannte Nullschälung, d.h. weitgehende Schalenabtrennung, vorliegen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Verfahrensbedingungen für eine Aufbereitung fettreicher \lsamen aufzuzeigen, die eine partielle oder nahezu vollständige Schalenabtrennung und demzufolge eine Verbesserung der \l- und Schrotqualität durch Senkung des Sterol- und Rohfaser- bzw. Erhöhung des Proteingehaltes ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch das im Patentanspruch 1 definierte Verfahren gelöst.
Wie nämlich gefunden wurde, besteht zwischen der Kern- und Schalenfraktion fettreicher \lsamen, wie Sonnenblumen- und Rapssamen, aber im Gegensatz zu fettarmen Leguminosesamen, wie Sojabohnen und Lupinen, eine relativ hohe artspezifische Feuchtigkeits-Potential-Differenz, die bei ausgewählten Samen nachfolgende Grössenordnungsbereiche umfasst:
<tb><TABLE> Columns=5
<tb>Title: Wassergehalte bei \l- und Leguminosensamen
<tb>Head Col 01 AL=L: Substrat
<tb>Head Col 02 AL=L: Wassergehalt %
Schalenfraktion
<tb>Head Col 03 AL=L: Wassergehalt %
Kernfraktion
<tb>Head Col 04 AL=L: Wassergehalt %
Samen, total
<tb>Head Col 05 AL=L:
Potentialdifferenz %
<tb> <SEP>Sonnenblumensamen <SEP>10-12 <SEP>5-7 <SEP>7-10 <SEP>ca. 5
<tb> <SEP>Rapssamen <SEP>8-10 <SEP>6-8 <SEP>7-10 <SEP>ca. 2
<tb> <SEP>Sojabohnen <SEP>9-11 <SEP>9-11 <SEP>9-12 <SEP>0
<tb> <SEP>Lupinen <SEP>8-10 <SEP>8-10 <SEP>8-11 <SEP>0
<tb></TABLE>
Bei der üblicherweise unabhängig von einer Schälung vorgenommenen Temperung wird diese Potentialdifferenz nur geringfügig verändert, so dass nach wie vor die an sich bekannten Probleme einer zu geringen Sprödigkeit der Schalenfraktion auftreten, die sich in einem hohen Schalenanteil nach der Schälung manifestieren. Bei einer ausschliesslichen Trocknung gemäss WP B 03 C/255 554 wird zwar die originäre Potentialdifferenz erniedrigt, jedoch ist damit gleichfalls eine starke Abnahme des Wassergehaltes der Kernfraktion verbunden, wodurch wiederum ein hoher Anteil an Kernbruch resultiert.
Durch das erfindungsgemässe Vorgehen einer aufeinander abgestimmten Kombination von Befeuchtung, Tempern und Trocknen wird sowohl die notwendige hohe Elastizität der Kernfraktion, als auch eine hohe Sprödigkeit der Schalenfraktion gewährleistet, wobei sich die Einstellung einer Feuchtigkeits-Potential-Differenz zwischen den Feuchtigkeiten von Schalen- und Kernfraktion nach dem Tempern von höchstens + 2% und nach dem Trocknen von mindestens -2% als besonders zweckmässig erwiesen hat.
Das Befeuchten, Tempern und Trocknen der \lsamen als notwendige Voraussetzung für die Effektivierung des Schälprozesses erfolgt erfindungsgemäss in mehreren voneinander unabhängigen oder miteinander gekoppelten Prozessstufen, vorzugsweise unter Anwendung des Fliessbett- oder Wirbelschichtprinzips Dabei wird während des Befeuchtens die Erhöhung des Wassergehaltes in den Samen zwischen 10 und 20%, bezogen auf die Gesamtsamenmasse, vorzugsweise 12 bis 15%, gegebenenfalls durch Kurzzeiterhitzung mit gesättigtem Wasserdampf über Zeiträume von 0,5 bis 5 min, vorzugsweise 1 bis 3 min, bewerkstelligt;
die Feuchtigkeitsangleichung wird durch Tempern in einem geschlossenen System bei Temperaturen von 20 bis 80 DEG C, vorzugsweise 40 bis 60 DEG C, über Zeiträume von 1 bis 48 h, vorzugsweise 3 bis 12 h, vorgenommen, und der Feuchtigkeitsentzug erfolgt durch Trocknen unter Einstellung von Wassergehalten zwischen 5 und 10%, vorzugsweise 6 bis 8%, mittels Schockerhitzung bei Temperaturen von 100 bis 150 DEG C, vorzugsweise 110 bis 120 DEG C, über Zeiträume von 0,5 bis 5 min, vorzugsweise 1 bis 2 min.
Wie weiterhin gefunden wurde, ist eine Grössenklassierung der Samen in mindestens 2 Fraktionen mit jeweils nahezu einheitlicher Samengrösse beim erfindungsgemässen Verfahren für die spätere Erzielung hoher Schäleffekte vorteilhaft. Unter den genannten Voraussetzungen der Verfahrensführung beim Befeuchten, Tempern und Trocknen erweisen sich die nachzuschaltenden Prozessstufen der eigentlichen Schalenablösung und -abtrennung als unkritisch, jedoch ist der Einsatz von Gummiwalzen- oder Schlagleistenschälern, in Kombination mit Sieb- und Windsichtungsanlagen, gegebenenfalls auch Elektroabscheidern, besonders vorteilhaft.
Die Erfindung wird anhand folgender Ausführungsbeispiele näher erläutert:
Beispiel 1
100 kg Sonnenblumensamen (Schalengehalt 29,3%) werden durch Siebung in 3 Fraktionen klassiert, wobei eine Hauptfraktion mit einem mittleren Samendurchmesser zwischen 3 bis 5 mm (ca. 70%) neben grösseren und kleinen Samen, Bruch und Besatz anfällt. Diese Hauptfraktion wird nach Vorerwärmung auf 70 DEG C 2 min mit Sattdampf unter gleichzeitiger Erhöhung des Wassergehaltes befeuchtet und 12 h bei 40 DEG C im geschlossenen System getempert.
Die getemperten Samen werden 2 min im Fliessbetttrockner bei 120 DEG C getrocknet, mittels Schlagleistenschäler angeschlagen und durch Plan- und Windsichtung weiterfraktioniert. In den einzelnen Prozessstufen resultieren nachstehende Wassergehalte in % in den intakten Samen sowie der Schalen- und Kernfraktion:
<tb><TABLE> Columns=5
<tb>Head Col 01 AL=L: Prozessstufe
<tb>Head Col 02 AL=L: Samen
<tb>Head Col 03 AL=L: Schalen
<tb>Head Col 04 AL=L: Kerne
<tb>Head Col 05 AL=L: Potentialdifferenz %
<tb> <SEP>vor Befeuchtung <SEP>8,4 <SEP>10,8 <SEP>5,6 <SEP>+ 5,2
<tb> <SEP>nach Befeuchtung <SEP>15,8 <SEP>18,2 <SEP>13,2 <SEP>+ 5,0
<tb> <SEP>nach Tempern <SEP>15,7 <SEP>16,0 <SEP>15,5 <SEP>+ 0,5
<tb> <SEP>nach Trocknen <SEP>8,0 <SEP>6,8 <SEP>9,3 <SEP>- 2,5
<tb></TABLE>
Die nach der Schalenabtrennung durch Siebung und Sichtung jeweils anfallende Hauptfraktion weist folgende Massen und Schalengehalte auf:
<tb><TABLE> Columns=4
<tb>Head Col 01 to 02 AL=L: Siebfraktion (2-4 mm)
<tb>Head Col 03 to 04 AL=L: Sichtfraktion (2-4 mm)
<tb>Head Col 01 AL=L: Masse-%
<tb>SubHead Col 02 AL=L>Schalen-%:
<tb>SubHead Col 03 AL=L>Masse-%:
<tb>SubHead Col 04 AL=L>Schalen-%:
<tb> <SEP>55,2 <SEP>12,8 <SEP>41,6 <SEP>0,5
<tb></TABLE>
Beispiel 2
100 kg Rapssamen (Schalengehalt 15,7%) werden durch Siebung in 2 Fraktionen klassiert, wobei u.a. eine Hauptfraktion mit einem mittleren Samendurchmesser zwischen 1,6 und 2,6 mm (ca. 90%) anfällt. Diese Hauptfraktion wird mittels Sattdampf 1 min unter gleichzeitiger Erhöhung des Wassergehaltes befeuchtet und 3 h bei 60 DEG C in einem geschlossenen System getempert. Nachfolgend wird 3 min in der Wirbelschicht bei 110 DEG C getrocknet, mittels Gummiwalzenschäler geschält, durch Windsichtung vorfraktioniert und mittels Elektroabscheider feinfraktioniert.
Nach den einzelnen Prozessstufen resultieren nachstehende Wassergehalte in % in den intakten Samen sowie der Schalen- und Kernfraktion:
<tb><TABLE> Columns=5
<tb>Head Col 01 AL=L: Prozessstufe
<tb>Head Col 02 AL=L: Samen
<tb>Head Col 03 AL=L: Schalen
<tb>Head Col 04 AL=L: Kerne
<tb>Head Col 05 AL=L: Potentialdifferenz %
<tb> <SEP>vor Befeuchtung <SEP>7,2 <SEP>9,3 <SEP>6,4 <SEP>+ 2,9
<tb> <SEP>nach Befeuchtung <SEP>17,1 <SEP>19,2 <SEP>16,7 <SEP>+ 2,5
<tb> <SEP>nach Tempern <SEP>17,2 <SEP>17,4 <SEP>17,2 <SEP>+ 0,2
<tb> <SEP>nach Trocknen <SEP>9,0 <SEP>7,3 <SEP>9,3 <SEP>- 2,0
<tb></TABLE>
Die nach der Schalenabtrennung durch Sichtung und Elektroabscheidung jeweils anfallende Hauptfraktion weist folgende Massen und Schalengehalte auf:
<tb><TABLE> Columns=4
<tb>Head Col 01 to 02 AL=L: Sichtfraktion (1-2 mm)
<tb>Head Col 03 to 04 AL=L: Elektroabscheiderfraktion (1-2 mm)
<tb>Head Col 01 AL=L: Masse-%
<tb>SubHead Col 02 AL=L>Schalen-%:
<tb>SubHead Col 03 AL=L>Masse-%:
<tb>SubHead Col 04 AL=L>Schalen-%:
<tb> <SEP>75,6 <SEP>7,3 <SEP>68,4 <SEP>0,9
<tb></TABLE>
The invention relates to a method for processing fat-rich seeds for subsequent peeling and degreasing, by combining moistening, tempering and drying. The resulting end products are almost shell-free and predestined for direct use as a nut or almond substitute and for further processing into protein-enriched secondary products such as seed flours, protein concentrates or isolates.
As is known, traditional processing methods for \ lseeds generally involve partial peeling and thermal conditioning of the comminuted seeds before pressing and / or extraction. The degreasing of oil-rich seeds by direct extraction also requires special processing methods, such as pressure conditioning and intermediate comminution; Extraction meal obtained in this way, however, has a strong protein denaturation and can usually only be used for animal nutrition.
Modern processing methods, which also aim to harness the reeds or extraction meal as raw material sources for protein extraction for human nutrition or to physically refine crude oils, also require special peeling and conditioning processes. The former have extensive shell separation, the latter enable enzyme activation and intensification of diffusion processes before or during degreasing in order to guarantee high oil and phosphatide yields with high material throughputs.
Effective peeling processes require shredding machines with a special roller arrangement or special impact and acceleration or pressure and relaxation devices, which only require a small proportion of unshelled seeds and pulp particles with an adherent shell. Relevant peeling processes, which are based on a reduction in the husk content of seeds even below 3%, furthermore provide for multiple fractionation of the broken seeds by means of sieve and / or wind screening systems, with electrostatic separation recently being emphasized as the method of choice.
Alternative methods for effective shell separation are sedimentation in aqueous / non-aqueous media and flotation.
Practical peeling processes for enriching extraction meal with crude proteins while simultaneously eliminating raw fiber components are the fractionation of defatted seed meal using a special sifter after fine comminution.
An improvement i.a. of the peeling effect, especially of soybeans, is said to be by tempering, i.e. moisture balance between the husk and core fraction under certain storage conditions can be achieved, and a reduction in the moisture potential between the husk and core fraction to 6-7% by drying should prove advantageous for sunflower seeds.
The serious disadvantages of the peeling processes mentioned are that the effectiveness with respect to the separation of the throughput is too low or that the process engineering is very expensive.
The aim of the invention is the preparation of fat-rich seeds for the effectiveness of the technologically following peeling process. As a result of the later peeling process, the reduction in the proportion of unbroken or adhering shell particles or a so-called zero peeling, i.e. extensive shell separation.
The invention is therefore based on the object of demonstrating process conditions for processing high-fat \ lsamen which enable partial or almost complete shell separation and consequently an improvement in the oil and meal quality by reducing the sterol and crude fiber content or increasing the protein content.
According to the invention the object is achieved by the method defined in claim 1.
As has been found, there is a relatively high species-specific moisture potential difference between the core and shell fraction of high-fat \ lseeds, such as sunflower and rapeseed, but in contrast to low-fat legume seeds, such as soybeans and lupins, the subsequent order of magnitude for selected seeds includes:
<tb> <TABLE> Columns = 5
<tb> Title: Water content in \ l and legume seeds
<tb> Head Col 01 AL = L: substrate
<tb> Head Col 02 AL = L: water content%
Shell fraction
<tb> Head Col 03 AL = L: water content%
Core fraction
<tb> Head Col 04 AL = L: water content%
Seeds, total
<tb> Head Col 05 AL = L:
Potential difference%
<tb> <SEP> sunflower seeds <SEP> 10-12 <SEP> 5-7 <SEP> 7-10 <SEP> approx. 5
<tb> <SEP> rapeseed <SEP> 8-10 <SEP> 6-8 <SEP> 7-10 <SEP> approx. 2nd
<tb> <SEP> soybeans <SEP> 9-11 <SEP> 9-11 <SEP> 9-12 <SEP> 0
<tb> <SEP> Lupine <SEP> 8-10 <SEP> 8-10 <SEP> 8-11 <SEP> 0
<tb> </TABLE>
In the annealing, which is usually carried out independently of a peeling, this potential difference is changed only slightly, so that the problems known per se of insufficient brittleness of the peeling fraction, which manifest themselves in a high proportion of peeling after the peeling, still occur. With an exclusive drying according to WP B 03 C / 255 554, the original potential difference is reduced, but this is also associated with a sharp decrease in the water content of the core fraction, which in turn results in a high proportion of core breakage.
The procedure according to the invention of a coordinated combination of moistening, tempering and drying ensures both the necessary high elasticity of the core fraction and a high brittleness of the shell fraction, with the setting of a difference in moisture potential between the moisture levels of the shell and core fraction after tempering at most + 2% and after drying at least -2% has proven to be particularly useful.
According to the invention, the moistening, tempering and drying of the seeds as a necessary prerequisite for the effectiveness of the peeling process is carried out in several process stages which are independent of or coupled to one another, preferably using the fluidized bed or fluidized bed principle. During the moistening, the increase in the water content in the seeds is between 10 and 20%, based on the total seed mass, preferably 12 to 15%, optionally by brief heating with saturated steam over periods of 0.5 to 5 min, preferably 1 to 3 min;
the moisture adjustment is carried out by tempering in a closed system at temperatures of 20 to 80 ° C., preferably 40 to 60 ° C., for periods of 1 to 48 hours, preferably 3 to 12 hours, and the moisture is removed by drying with adjustment of Water contents between 5 and 10%, preferably 6 to 8%, by means of shock heating at temperatures from 100 to 150 ° C., preferably 110 to 120 ° C., for periods of 0.5 to 5 minutes, preferably 1 to 2 minutes.
As was also found, a size classification of the seeds in at least 2 fractions, each with an almost uniform seed size, is advantageous in the method according to the invention for the later achievement of high peeling effects. Under the above-mentioned conditions of the procedure for moistening, tempering and drying, the subsequent process stages of the actual peeling and separation of the shells prove to be uncritical, but the use of rubber roller or blow bar peelers, in combination with sieve and air separation systems, and possibly also electrostatic precipitators, is particularly advantageous .
The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments:
example 1
100 kg of sunflower seeds (shell content 29.3%) are classified into 3 fractions by sieving, a main fraction with an average seed diameter between 3 to 5 mm (approx. 70%) being produced in addition to larger and smaller seeds, breakage and trimmings. After preheating to 70 ° C., this main fraction is moistened with saturated steam for 2 minutes while increasing the water content, and annealed at 40 ° C. in a closed system for 12 hours.
The tempered seeds are dried for 2 min in a fluid bed dryer at 120 ° C., beaten up with a blow bar peeler and further fractionated by plane and wind sifting. In the individual process stages, the following water contents result in% in the intact seeds as well as the shell and core fraction:
<tb> <TABLE> Columns = 5
<tb> Head Col 01 AL = L: process level
<tb> Head Col 02 AL = L: seeds
<tb> Head Col 03 AL = L: shells
<tb> Head Col 04 AL = L: cores
<tb> Head Col 05 AL = L: potential difference%
<tb> <SEP> before humidification <SEP> 8.4 <SEP> 10.8 <SEP> 5.6 <SEP> + 5.2
<tb> <SEP> after moistening <SEP> 15.8 <SEP> 18.2 <SEP> 13.2 <SEP> + 5.0
<tb> <SEP> after tempering <SEP> 15.7 <SEP> 16.0 <SEP> 15.5 <SEP> + 0.5
<tb> <SEP> after drying <SEP> 8.0 <SEP> 6.8 <SEP> 9.3 <SEP> - 2.5
<tb> </TABLE>
The main fraction obtained after separation of the shells by sieving and classifying has the following masses and shell contents:
<tb> <TABLE> Columns = 4
<tb> Head Col 01 to 02 AL = L: sieve fraction (2-4 mm)
<tb> Head Col 03 to 04 AL = L: visible fraction (2-4 mm)
<tb> Head Col 01 AL = L: mass%
<tb> SubHead Col 02 AL = L> Shell%:
<tb> SubHead Col 03 AL = L> mass%:
<tb> SubHead Col 04 AL = L> Shell%:
<tb> <SEP> 55.2 <SEP> 12.8 <SEP> 41.6 <SEP> 0.5
<tb> </TABLE>
Example 2
100 kg of rapeseed (husk content 15.7%) are classified into 2 fractions by sieving, including: a main fraction with an average seed diameter between 1.6 and 2.6 mm (approx. 90%) is obtained. This main fraction is moistened with saturated steam for 1 min while increasing the water content, and annealed for 3 h at 60 ° C. in a closed system. The fluidized bed is then dried for 3 minutes at 110 ° C., peeled using a rubber roller peeler, prefractionated by air separation and finely fractionated using an electrostatic precipitator.
After the individual process stages, the following water contents result in% in the intact seeds as well as the shell and core fraction:
<tb> <TABLE> Columns = 5
<tb> Head Col 01 AL = L: process level
<tb> Head Col 02 AL = L: seeds
<tb> Head Col 03 AL = L: shells
<tb> Head Col 04 AL = L: cores
<tb> Head Col 05 AL = L: potential difference%
<tb> <SEP> before humidification <SEP> 7.2 <SEP> 9.3 <SEP> 6.4 <SEP> + 2.9
<tb> <SEP> after moistening <SEP> 17.1 <SEP> 19.2 <SEP> 16.7 <SEP> + 2.5
<tb> <SEP> after tempering <SEP> 17.2 <SEP> 17.4 <SEP> 17.2 <SEP> + 0.2
<tb> <SEP> after drying <SEP> 9.0 <SEP> 7.3 <SEP> 9.3 <SEP> - 2.0
<tb> </TABLE>
The main fraction that occurs after the shell separation by screening and electrodeposition has the following masses and shell contents:
<tb> <TABLE> Columns = 4
<tb> Head Col 01 to 02 AL = L: visible fraction (1-2 mm)
<tb> Head Col 03 to 04 AL = L: electro-separator fraction (1-2 mm)
<tb> Head Col 01 AL = L: mass%
<tb> SubHead Col 02 AL = L> Shell%:
<tb> SubHead Col 03 AL = L> mass%:
<tb> SubHead Col 04 AL = L> Shell%:
<tb> <SEP> 75.6 <SEP> 7.3 <SEP> 68.4 <SEP> 0.9
<tb> </TABLE>