Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entbitterung von Sojabohnen, wobei die Sojabohnen in einem Wirbelbett einem Heissluftstrom mit einer Temperatur von über 100 DEG C ausgesetzt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, dass Sojabohnen in ihrem Naturzustand aufgrund der darin enthaltenen Enzyme für den Menschen nicht ohne weiteres geniessbar sind. Die erwähnten Enzyme verursachen nämlich nicht nur einen Bittergeschmack, sondern beeinträchtigen auch die Verdaubarkeit der Sojabohnen. Es ist daher üblich, die Sojabohnen bei ihrer Aufbereitung zu entbittern. Ferner müssen die Sojabohnen bei ihrer Aufbereitung geschält werden.
Aus der DE-PS 2 354 617 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schälen von Sojabohnen durch thermische Schockbehandlung bekanntgeworden, wobei die Bohnen in einem Wirbelbett einem Heissluftstrom mit einer Temperatur von über 100 DEG C während einer 10 Minuten nicht übersteigenden Zeit ausgesetzt und anschliessend im noch heissen elastischen Zustand des Kerns einer Prallbehandlung unterworfen werden. Dabei findet bei gleichzeitiger Zerlegung des Kerns in zwei Hälften der Schälvorgang statt. Bei der thermischen Schockbehandlung der Sojabohnen im Wirbelbett wird gleichzeitig der bittere Geschmack entfernt. Ein solches Verfahren hat sich zum Schälen von Sojabohnen sowie auch von anderen ähnlichen Schalenfrüchten in der Praxis gut bewährt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass die Behandlung der Sojabohnen rationeller erfolgt, vor allem, dass die hierfür erforderlichen Energiekosten gesenkt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäss die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 vorgeschlagen. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens die Energiekosten für die Entbitterung gegenüber dem bekannten Verfahren fast auf die Hälfte gesenkt werden können.
Aus der DE-OS 3 440 091 ist bereits ein Verfahren zur Sterilisierung von Schalenfrüchten, insbesondere Kakaobohnen, bekanntgeworden, nach welchem im Anschluss an eine Wärmebehandlung in einem Wirbelbett die Schalenfrüchte in eine Wärmehaltestufe übergeführt werden, wo sie der Einwirkung ihrer eigenen Temperatur und Feuchtigkeit für eine bestimmte Zeit ausgesetzt werden. In dieser Wärmehaltestufe wird aufgrund der aus den Schalenfrüchten entwickelten heissen Feuchtigkeit die gewünschte Sterilisation erzielt, es werden also jene Bakterien abgetötet, die infolge einer möglichen Verschmutzung der Schalenfrüchte, deren Ursache an der Natur der Produkte selbst, an den Umständen bei der Ernte und auch an jenen des Transportes liegen kann, entstehen können.
Diese Literaturstelle gibt jedoch keine Anregung, im Anschluss an eine zwecks Entbitterung von Sojabohnen vorgenommene Heissluftbehandlung derselben in einem Wirbelbett eine Nachbehandlung in einem Wärmebehälter über einen längeren Zeitraum vorzunehmen, um Energiekosten zu sparen. Immerhin zeigt sie aber auf, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren ein doppelter Effekt, nämlich zusätzlich - in bekannter Weise - eine Sterilisation erhalten werden kann.
Das im Wirbelbett verwendete Gas wird im allgemeinen Luft sein, doch wurde für verschiedene Anwendungszwecke auch schon Inertgas, wie CO2, Stickstoff oder dgl., vorgeschlagen.
Es hat sich gezeigt, dass optimale Ergebnisse durch die Merkmale des Anspruches 2 erzielt werden.
Um sicherzustellen, dass der Wärmebehälter zu Beginn der Nachbehandlung die erforderliche Temperatur aufweist, kann gemäss einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens dieser Wärmebehälter, z.B. auf die Betriebstemperatur, vorgeheizt werden. Ein solches Vorheizen ist allenfalls dann erforderlich, wenn bei Beginn eines Behandlungsvorganges der Wärmebehälter lediglich etwa die Umgebungstemperatur aufweist. Bei der Behandlung der Sojabohnen in unmittelbar aufeinanderfolgenden einzelnen Chargen ist ein solches Vorheizen nicht erforderlich.
Um optimale gleichmässige Ergebnisse zu erzielen, kann erfindungsgemäss eine Vergleichmässigung des Verweilzeitspektrums im Wirbelbett mittels einer Hilfsfördereinrichtung vorgenommen werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich prinzipiell eine Vorrichtung wie sie in der bereits oben genannten DE-OS für andere Zwecke verwendet wurde, d.h. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 6, die auch die Merkmale der Ansprüche 7 bzw. 8 aufweisen kann.
Bevorzugt ist es aber, wenn eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 9 eingesetzt wird, um so jederzeit die richtigen Behandlungsparameter zu garantieren, insbesondere damit die erfindungsgemässe Vorrichtung beim Start aus dem kalten Zustand die erforderliche Anfangstemperatur aufweist.
Am Ausgang des Wärmebehälters ist zweckmässig eine Kühleinrichtung angeschlossen, welche eine Abkühlung der behandelten Sojabohnen bewirkt und damit unerwünschte Geschmacksveränderungen, etwa nach Unterschreiten einer Mindestfeuchtigkeit, verhindert. Ausserdem wird durch rasches Abkühlen verhindert, dass günstige Bedingungen für Mikroorganismen, wie Schimmelpilze, über eine längere Zeitdauer aufrechterhalten werden.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein erstes und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, anhand welcher Ausführungsbeispiele im folgenden das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung näher beschrieben werden.
Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Sojabohnen über eine, z.B. schräg verlaufende, Befeuchtungseinrichtung 1, in welcher die Sojabohnen die für die Behandlung erforderliche Feuchtigkeit von im allgemeinen oberhalb 10 Gew.-%, insbesondere aber 11 bis 13 Gew.-%, erhalten, einem Wirbelbett 2 zugeführt. Selbstverständlich kann die Befeuchtung unterbleiben, falls die Bohnen bereits mit einem derartigen Feuchtigkeitsgehalt angeliefert werden.
Die Zufuhr zum Wirbelbett 2 erfolgt hierbei über einen Produkteintritt 3, die Abfuhr über einen Produktaustritt 4. Im Wirbelbett 2 ist eine Fördereinrichtung 5 vorgesehen, welche bewirkt, dass die Sojabohnen mit gleichmässiger Verweilzeit durch das Wirbelbett 2 geführt werden.
Das Wirbelbett 2 weist weiter bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei lediglich schematisch dargestellte Einlässe 6 auf, über die ein Heissluftstrom mit einer Temperatur oberhalb 140 DEG C dem Wirbelbett 2 zugeführt wird. Bevorzugt sind sogar Temperaturen oberhalb 150 DEG C, was insofern erstaunen mag, als damit eine relativ hohe Temperatur, mit entsprechend hoher Wärmeenergie, zugeführt wird, und sich dennoch letzten Endes eine bedeutende Gesamtenergieersparnis ergibt. Dennoch hat sich herausgestellt, dass optimale Ergebnisse erst durch die in den Ansprüchen 2 bis 5 genannten Parameter erhalten werden.
Die Abfuhr der Heissluft erfolgt über einen Auslass 7. Durch die Heissluftzufuhr wird eine Wärmebehandlung der im Wirbelbett 2 befindlichen Sojabohnen erzielt, deren Dauer zweckmässig so eingestellt wird, dass die Bohnen eine Eigentemperatur (Bulktem peratur) von mehr als 100 DEG C, meist 110 DEG C bis 125 DEG C, annehmen. Dies wird im allgemeinen weniger als 5 Minuten ausmachen, insbesondere etwa 1 bis 3 Minuten betragen. Dabei mag die Feuchtigkeit des Ausgangsmateriales eine nicht unwesentliche Rolle spielen. Normalerweise kann man sich darauf verlassen, dass die natürliche Feuchtigkeit der Bohnen ausreicht, um eine Art "Kochprozess" innerhalb der Kerne zur Zerstörung der Bitterenzyme durchzuführen.
Um aber gleichmässige Ausgangsbedingungen einzuhalten, ist es vorteilhaft, wenn man darauf achtet, dass das dem Wirbelbett zugeführte Bohnengut eine Ausgangsfeuchtigkeit von wenigstens 10 Gew.-%, meist 11 bis 13 Gew.-%, aufweist. Dies ist der Zweck der oben erwähnten Befeuchtungseinrichtung 1.
Die aus dem Produktaustritt 4 aus dem Wirbelbett 2 austretenden Sojabohnen werden im heissen Zustand, im Falle der Fig. 1 über eine Förderschnecke 8 einem Wärmebehälter 9 zugeführt und dort während einer Zeitdauer von 10 bis 60 Minuten nachbehandelt, d.h. sie bleiben für eine Zeit von wenigstens 10 Minuten der Einwirkung der ihnen eigenen Temperatur ausgesetzt, wobei die vorhandene Feuchtigkeit, die ja aus dem Wärmebehälter 9 nicht entweichen kann, die Enzymzerstörung vorantreibt.
Der Wärmebehälter 9 ist zweckmässig isoliert und zwischen der Isolierung und der metallischen Aussenwand mit einer temporär einschaltbaren Vorheizeinrichtung 20 versehen, über welche der Wärmebehälter 9 zweckmässig wenigstens annähernd auf jene Temperatur aufgeheizt wird, die zum Start erforderlich ist, d.h. im allgemeinen etwa die Bohnentemperatur bzw. die Betriebstemperatur. Ist diese erreicht, wird die Vorheizeinrichtung 20 abgeschaltet, um Energieaufwand zu vermeiden. Theoretisch wäre es möglich, und dies insbesondere bei schwacher Isolierung des Wärmebehälters 9, dem letzteren über die Heizeinrichtung 20 gerade so viel Wärme zuzuführen, dass dessen Wärmeverluste ausgeglichen werden. Hiezu müsste die Heizeinrichtung 20 auf eine geringere Heizleistung herunterschaltbar sein.
Zweckmässig mag aber zur genauen Einstellung der Temperatur des Wärmebehälters eine Regeleinrichtung vorgesehen sein, die einen Temperatursensor 21 im Wärmebehälter 9 und einen daran angeschlossenen Regelkreis 22 für die Heizeinrichtung 20 aufweist.
An den Ausgang 10 des Wärmebehälters 9 ist ein Elevator 11 angeschlossen, über welchen die aus dem Wärmebehälter 9 nach Beendigung der Nachbehandlung abgeführten Sojabohnen einer Kühleinrichtung 12 zugeführt werden, die beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Horizontalkühler ausgeführt ist. Die aus der Kühleinrichtung 12 austretenden, entbitterten Sojabohnen gelangen in Behälter, beispielsweise Säcke 13, mittels welcher sie abtransportiert werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind jene Teile, die den in Fig. 1 dargestellten Teilen entsprechen, mit demselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Die über den Einlass 6 dem Wirbelbett 2 zugeführte Heissluft wird mittels eines Gebläses 14 gefördert und in einer Heizeinrichtung 15 auf die oben erwähnte Temperatur erwärmt. Die Abfuhr der Heissluft über den Auslass 7 erfolgt mittels eines Ventilators 16, dem ein als Filter ausgebildeter Luftreiniger 17 vorgeschaltet ist. Die über den Luftreiniger abgesonderten Teilchen, vor allem abgelöste Schalen werden bei 18 abgeführt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 fehlen ferner die Förderschnecke 8 und der Elevator 11, die Sojabohnen gelangen vielmehr unmittelbar vom Wirbelbett 2 in den Wärmebehälter 9 und von diesem in den Kühler 12. Dieser Kühler besteht bei der Ausführungsform nach Fig. 2 aus einem Schachtkühler. Das Kühlmedium wird über einen Ventilator 19 abgeführt.
Hier sei erwähnt, dass es selbstverständlich durchaus möglich ist, das erfindungsgemässe Verfahren zur Erleichterung des Schälens der Sojabohnen mit einzusetzen. In diesem Falle erfolgt eine Prallschälung zweckmässig erst nach dem Wärmebehälter 9, obwohl sie theoretisch diesem auch vorgeschaltet sein könnte. Da sich aber ein Teil der Schalen zweifellos bereits im Wärmebehälter 9 weitgehend lösen wird, mag es sich als zweckmässig erweisen, im Anschluss an den Wärmebehälter erst ein Sieb oder eine andere Trennvorrichtung vorzusehen, um die schon abgelösten Schalen zu entfernen.
Bei einer solchen Ausnützung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Erleichterung des Schälens kann aber die anschliessende Kühlung gegebenenfalls dann entfallen, wenn schon beim Trennen der Schalen (z.B. in einem Windsichter), beim Prallen und einem anschliessenden nochmaligen Trennprozess eine genügende Abkühlung erfolgt ist. Anderseits kann man sich gewünschtenfalls auch mit einem einzigen Trennvorgang nach dem Prallen (auch die Verwendung eines Gummiwalzenschälers wäre denkbar) begnügen.
Die folgenden Beispiele für das erfindungsgemässe Verfahren wurden auf einer Anlage nach Fig. 1 durchgeführt.
Beispiel 1:
Sojabohnen für Futterzwecke mit einem Wassergehalt von 12,2 Gew.-% einem Gehalt an Urease 2,23 (gemessen als mg Stickstoff pro Gramm und Minute Einwirkungszeit des Lösungsmittels) und an Antitrypsin von 82 300 Einheiten (Trypsin Inhibitor Unit) wurden mit einer Temperatur von 14,9 DEG C unter Umgehung des Befeuchtungsapparates 1 (die natürliche Feuchtigkeit war ausreichend) in das Wirbelbett 2 eingespeist, wo ihnen in einem ersten Abteil zum raschen Aufwärmen Luft mit einer Temperatur von 166 DEG C zugeführt wurde, in einem zweiten Abteil (wo die erreichte Bohnentemperatur nur mehr aufrechterhalten werden musste) mit einer Temperatur von 148 DEG C. Die Abluft aus dem Wirbelbett 2, die immerhin noch eine Temperatur von 126 DEG C besass, wurde im Kreislauf, nach neuerlichem Aufheizen, wieder in das Wirbelbett eingeführt. Die Verweilzeit der Bohnen im Wirbelbett betrug 3 Minuten.
Nachdem die Bohnen das Wirbelbett 2 verliessen, hatten sie am Ende der Förderschnecke 8 noch eine Temperatur oberhalb 100 DEG C, nämlich 110,5 DEG C. Mit dieser Temperatur gelangten sie in den Wärmebehälter 9, wo sie über 20 Minuten belassen wurden. Der Wärmebehälter 9 war so weit vorgeheizt und dermassen isoliert, dass der Wärmeverlust der Bohnen in ihm lediglich 3,4 DEG C betrug, so dass die Bohnen den Behälter 9 mit einer Temperatur von noch 107,1 DEG C verliessen. Anschliessend erfolgte eine rasche Abkühlung in der Kühleinrichtung 12, um den Temperaturbereich zwischen etwa 70 DEG C und 25 DEG C, in dem sich für allfällige Schadkeime günstige Bedingungen ergeben, möglichst rasch zu verlassen.
Die daraufhin vorgenommene Analyse ergab einen Restwassergehalt von 8,4 Gew.-%, einen Gehalt an Urease von 0,11 und an Antitrypsin von 11 400.
Beispiel 2:
Sojabohnen mit denselben Ausgangswerten, wie im Beispiel 1, wurden im wesentlichen gleich behandelt, nur dass die Verweilzeit im Wärmebehälter 9 40 Minuten betrug. Die Bohnen hatten am Ausgange des Wärmebehälters 9 noch eine Temperatur von 103,8 DEG C.
Die Analyse ergab einen Restwassergehalt von 8,8 Gew.-%, was einerseits, im Vergleich zu Beispiel 1, im Toleranzbereich liegen dürfte und anderseits zeigt, dass die Verweilzeit im Wärmebehälter 9 auf die Restfeuchte keinerlei Einfluss besitzt, da der Behälter 9 ja geschlossen ist und die Feuchtigkeit nicht entweichen lässt.
Der Ureasegehalt und der an Antitrypsin konnte jeweils weiter gesenkt werden, nämlich auf 0,07 bzw. 7900.
Beispiel 3:
Bei gleichem Ausgangsmaterial und an sich gleicher Behandlung, wie in Beispiel 1, wurden die Auswirkungen einer weiteren Steigerung der Verweilzeit im Wärmebehälter 9, nämlich auf 60 Minuten, untersucht.
Die Analyse ergab, bei einer Temperatur von 101,5 DEG C der Bohnen am Ausgange des Wärmebehälters 9, einen Restwassergehalt von 8,2 Gew.-%, einen Ureasegehalt von 0,04 und einen Gehalt an Antitrypsin von 5900. Dies zeigt, dass durch weitere Erhöhung der Verweilzeit auch noch eine weitere Entbitterung möglich ist, wenn auch die erreichten Werte im allgemeinen ausreichend sein mögen. Es ist auch zu bedenken, dass bei einer weiteren Verlängerung der Verweilzeit die Temperatur der Bohnen innerhalb des Wärmebehälters 9 gegebenenfalls unter 100 DEG C fallen kann, was meist nicht erwünscht ist. Eine Gegenmassnahme wäre allerdings, die Temperatur im Wirbelbett 2 zu erhöhen oder die Verweilzeit in demselben zu verlängern, die ja durch den Hilfsförderer 5 sehr genau eingestellt werden kann.
Beispiel 4:
Hier wurden die an sich schon eine ausreichende Feuchtigkeit besitzenden Sojabohnen gemäss Beispiel 1 zunächst einmal in der Befeuchtungseinrichtung 1 mittels Dampf aufgefeuchtet, um den Einfluss weiterer Feuchtigkeit auf die Entbitterung zu untersuchen.
Am Ende der Dampfbehandlung in der Befeuchtungseinrichtung 1 besassen die Sojabohnen eine Temperatur von 33,3 DEG C. Die Lufttemperatur im ersten Abteil des Wirbelbettes 2 war gleich wie im Beispiel 1, die im zweiten Abteil mit 147 DEG C nur unwesentlich geringer als in Beispiel 1, die der Abluft mit 125 DEG C ebenso. Die Sojabohnen erreichten den Wärmebehälter 9 mit 113,1 DEG C und verliessen ihn nach 40 Minuten mit 104,3 DEG C.
Die Analyse ergab einen Restwassergehalt von 9,1 Gew.-%, einen Ureasegehalt von 0,15 und einen Gehalt an Antitrypsin von 9400. Dies zeigt, dass eine Ausgangsfeuchtigkeit von 10% bis 15% und insbesondere von 11 bis 13% zu optimalen Ergebnissen führt (vgl. Beispiel 1), wogegen eine zusätzliche Feuchtigkeitserhöhung den Entbitterungseffekt wieder absinken lässt.
Beispiel 5:
An Sojabohnen mit einer Ausgangstemperatur von 18,9 DEG C wurde - wiederum unter Umgehung der Befeuchtungseinrichtung 1 - versucht, die Wärmeenergiezufuhr im Wirbelbett 2 leicht zu verringern. Die Lufttemperatur im ersten Abteil betrug 165 DEG C, die im zweiten Abteil 145 DEG C, während die Geschwindigkeit des Hilfsförderers 5 dermassen erhöht wurde, dass sich eine Verweilzeit der Bohnen im Wirbelbett 2 von nur noch 2,5 Minuten ergab. Die Bohnen besassen am Ausgange des Wirbelbettes 2 bzw. des Förderers 8 eine Temperatur von 111,5 DEG C und verblieben im Wärmebehälter 9 während 60 Minuten.
Die Analyse ergab einen Restwassergehalt von 8,7 Gew.-%, einen Ureasegehalt von 0,06 und einen Gehalt an Antitrypsin von 6900. Im Vergleich zu Beispiel 3 zeigt sich hier der Einfluss der Wirbelbettemperatur auf das Endergebnis.
Beispiel 6:
Nun wurde der Einfluss der Verweilzeit im Wirbelbett 2, d.h. der Einfluss der Durchflussrate des Bohnengutes untersucht, gleichzeitig aber auch, ob dabei eine zusätzliche Befeuchtung im Apparat 1 einen Verbesserungseffekt ergibt.
Das Ausgangsmaterial hatte dabei eine Temperatur von 19,0 DEG C und wurde in der Befeuchtungseinrichtung 1 auf 35,0 DEG C aufgeheizt. Der Luftstrom im ersten Abteil des Wirbelbettes 2 besass eine Temperatur von 190 DEG C, im zweiten Abteil 170 DEG C, so dass die Sojabohnen nach 2 Minuten im Wirbelbett 2 mit 119,5 DEG C in den Wärmebehälter 9 gelangten, wo sie 10 Minuten lang verblieben und danach noch eine Temperatur von 107,5 DEG C aufwiesen, was darauf hindeutete, dass man die Temperatur im Wirbelbett noch weiter absenken konnte, ohne am Ausgange des Wärmebehälters 9 unter 100 DEG C zu gelangen.
Die anschliessend vorgenommene Analyse zeigte einen hohen Trocknungsgrad mit einer Restfeuchte von 7,9 Gew.-%. Die Entbitte rung erfolgte aber in befriedigender Weise mit einem Ureasegehalt von 0,06 und einem Gehalt an Antitrypsin von 8200 Einheiten.
Beispiel 7:
Bei weiterer Steigerung der Durchflussrate durch die Anlage nach Fig. 1 wurde bis direkt in das Wirbelbett 2 eingespeist. Das Wirbelbett 2 besass im ersten Abteil eine Lufttemperatur von 185 DEG C, im zweiten Abteil von 175 DEG C, wobei die Verweilzeit nur mehr 1,5 Minuten betrug, so dass hier eine hohe spezifische Energieersparnis zu verzeichnen war.
Nach einer Verweilzeit von nur 10 Minuten im Wärmebehälter 9 traten die Bohnen mit 107,5 DEG C aus. Die Analyse zeigte einen Restwassergehalt von 9,2 Gew.-%, einen Ureasegehalt von 0,09 und einen Gehalt an Antitrypsin von 13 500 Einheiten.
Beispiel 8:
Um die Entbitterung noch weiter zu senken, wurde Beispiel 7 wiederholt, wobei jedoch die Verweilzeit im Wärmebehälter 9 auf 20 Minuten ausgedehnt wurde. Die Bohnen verliessen den Wärmebehälter 9 mit 106,2 DEG C. Die Analyse ergab eine Restfeuchte von 9,3 Gew.-%, einen Ureasegehalt von 0,08 und einen Gehalt an Antitrypsin von 10 400 Einheiten.
Beispiel 9:
Nun wurde versucht, einerseits die Durchsatzmenge weiter zu steigern, anderseits die Entbitterung gegenüber den Beispielen 7 und 8 zu verbessern. Bei gleicher anfänglicher Vorgangsweise wie in Beispiel 7 wurde die Lufttemperatur im ersten Abteil des Wirbelbettes 2 auf 205 DEG C erhöht, die im zweiten Abteil auf 188 DEG C, so dass die Sojabohnen mit einer Temperatur von 125,8 DEG C in den Wärmebehälter 9 gelangten, den sie nach 15 Minuten mit 109,2 DEG C verliessen. Der dabei aufgetretene Wärmeverlust zeigte an, dass die Isolierung eine grosse Rolle spielt und gegebenenfalls ein Ausgleich desselben über die Heizeinrichtung 20 vorgenommen werden sollte.
In der danach vorgenommenen Analyse hatten die Sojabohnen einen Restwassergehalt von 8,3 Gew.-%, einen Ureasegehalt von 0,01 und einen Gehalt an Antitrypsin von 8300 Einheiten.
Beispiel 10:
Zum Vergleich mit den Beispielen 1 und 4 wurde ebensolches Sojabohnenmaterial direkt in das Wirbelbett 2 eingespeist, dessen Lufttemperatur im ersten Abteil 168 DEG C, im zweiten Abteil 146 DEG C betrug. Nach 40 Minuten Aufenthalt im Wärmebehälter 9 traten die Sojabohnen mit einer Endtemperatur von 107,2 DEG C aus und besassen eine Restfeuchtigkeit von 8,9 Gew.-%, einen Ureasegehalt von 0,05 und einen Gehalt an Antitrypsin von 8700 Einheiten. In allen Fällen wurde im Vergleich zu einer Behandlung ohne Wärmebehälter, etwa im Sinne der DE-PS 2 354 617, nicht nur eine Verbesserung der Analysenwerte, sondern vor allem eine Verminderung des Energieverbrauches zwischen 40 und 60% festgestellt.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abänderungen denkbar; so zeigt Fig. 2, dass es möglich -und bevorzugt - ist, auf einen Förderer 8 zwischen dem Wirbelbett 2 und dem Wärmebehälter 9 gänzlich zu verzichten. Falls aber doch ein Förderer verwendet wird, sind zwar an sich beliebige Förderer anwendbar, doch eignet sich dann ein in einem geschlossenen Gehäuse befindlicher Schneckenförderer 8 (Fig. 1) deshalb besonders, weil dabei die Wärmeverluste gering gehalten werden können, ja es wäre sogar möglich, das Gehäuse dieses Schneckenförderers ebenso mit einer Vorheizeinrichtung zu versehen, wie den Wärmebehälter 9. Selbstverständlich kann der letztere aber auch ohne eine solche Vorheizeinrichtung auskommen, insbesondere wenn die Wärmeverluste auf Grund seiner Isolierung gering sind.
Ferner ist es bekannt, an Stelle eines in der Zeichnung dargestellten Kettenförderers 5 mit Mitnehmern, andere Hilfsförderer einzusetzen, beispielsweise Schneckenförderer. Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist es zwar erwünscht, die Einstellung der Temperaturen so vorzunehmen, dass die Sojabohnen am Ausgange des Wärmebehälters 9 noch eine Temperatur von wenigstens 100 DEG C aufweisen, doch kann in Einzelfällen bis auf 90 DEG C, allenfalls sogar oberhalb 70 DEG C gegangen werden.
Es versteht sich wohl auch, dass die Wärmeverluste bei einer Anlage gemäss Fig. 2 geringer sein werden, so dass die in obigen Beispielen aufscheinenden Temperaturen im Wirbelbett 2 entsprechend abgesenkt werden können. Damit gelangt man - insbesondere bei verlängerter Verweilzeit im Wärmebehälter 9 - auch entweder zu niedrigeren Temperaturen von 150 DEG C, ja bis zu 140 DEG C, und/oder zu verkürzten Verweilzeiten im Wirbelbett bzw. zu höheren Durchlaufleistungen. Ferner versteht es sich, dass die Befeuchtungseinrichtung 1 bevorzugt nur dann zum Einsatz kommen wird, wenn die Sojabohnen einen Wassergehalt unter 9 bis 10 Gew.-% besitzen.
The invention relates to a method for debittering soybeans, the soybeans being exposed to a hot air stream at a temperature of above 100 ° C. in a fluidized bed, and to an apparatus for carrying out the method.
It is known that soybeans in their natural state are not readily edible for humans due to the enzymes they contain. The enzymes mentioned not only cause a bitter taste, but also impair the digestibility of the soybeans. It is therefore customary to debitter the soybeans when they are processed. Furthermore, the soybeans have to be peeled when they are processed.
From DE-PS 2 354 617 a method and an apparatus for peeling soybeans by thermal shock treatment have become known, the beans being exposed to a hot air stream at a temperature of over 100 ° C. for a time not exceeding 10 minutes in a fluidized bed and then in still hot, the elastic state of the core is subjected to an impact treatment. The peeling process takes place while the core is split into two halves at the same time. The thermal shock treatment of the soybeans in the fluidized bed also removes the bitter taste. Such a method has proven itself in practice for peeling soybeans as well as other similar nuts.
It is the object of the present invention to improve such a method and such a device that the treatment of the soybeans takes place more rationally, above all that the energy costs required for this are reduced. To achieve this object, the characterizing features of claim 1 are proposed according to the invention. It has surprisingly been found that when using the method according to the invention, the energy costs for debittering can be reduced by almost half compared to the known method.
From DE-OS 3 440 091 a method for the sterilization of nuts, in particular cocoa beans, has already become known, according to which, after heat treatment in a fluidized bed, the nuts are transferred to a heat holding level, where they are exposed to their own temperature and moisture to be suspended for a period of time. In this heat retention level, the desired sterilization is achieved due to the hot moisture developed from the nuts, i.e. those bacteria are killed which are caused by possible contamination of the nuts, the cause of which is due to the nature of the products themselves, the circumstances during the harvest and also those of the transport may arise.
However, this reference gives no suggestion that after hot air treatment for the debittering of soybeans in a fluidized bed, the treatment in a heat container should be carried out over a longer period of time in order to save energy costs. Nevertheless, it shows that a double effect, namely additionally - in a known manner - can be obtained by the method according to the invention.
The gas used in the fluidized bed will generally be air, but inert gas such as CO2, nitrogen or the like has also been proposed for various applications.
It has been shown that optimal results are achieved by the features of claim 2.
In order to ensure that the heat container has the required temperature at the start of the aftertreatment, according to a further feature of the method according to the invention, this heat container, e.g. to the operating temperature. Such preheating is only necessary if, at the start of a treatment process, the heat container only has approximately the ambient temperature. Such a preheating is not necessary when treating the soybeans in successive individual batches.
In order to achieve optimal, uniform results, the residence time spectrum in the fluidized bed can be equalized according to the invention by means of an auxiliary conveyor.
In principle, a device as used in the above-mentioned DE-OS for other purposes is suitable for carrying out the method according to the invention, i.e. a device with the features of claim 6, which can also have the features of claims 7 and 8 respectively.
However, it is preferred if a device with the features of claim 9 is used in order to guarantee the correct treatment parameters at all times, in particular so that the device according to the invention has the required initial temperature when starting from the cold state.
At the outlet of the heat container, a cooling device is expediently connected, which cools the treated soybeans and thus prevents undesirable changes in taste, for example after the moisture has dropped below a minimum. In addition, rapid cooling prevents favorable conditions for microorganisms, such as mold, from being maintained over a longer period of time.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 shows a first and
2 shows a second exemplary embodiment, on the basis of which exemplary embodiments the method according to the invention and the device according to the invention are described in more detail below.
In the embodiment shown in Fig. 1, the soybeans are fed through a e.g. inclined moistening device 1, in which the soybeans receive the moisture required for the treatment of generally above 10% by weight, but in particular 11 to 13% by weight, fed to a fluidized bed 2. Of course, humidification can be omitted if the beans are already delivered with such a moisture content.
The supply to the fluidized bed 2 takes place via a product inlet 3, the discharge via a product outlet 4. In the fluidized bed 2, a conveyor device 5 is provided, which causes the soybeans to be guided through the fluidized bed 2 with a uniform dwell time.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the fluidized bed 2 further has two inlets 6, which are only shown schematically and via which a hot air stream with a temperature above 140 ° C. is fed to the fluidized bed 2. Even temperatures above 150 ° C. are preferred, which may be surprising insofar as a relatively high temperature, with correspondingly high thermal energy, is thereby supplied, and nevertheless ultimately results in a significant total energy saving. Nevertheless, it has been found that optimal results are obtained only through the parameters mentioned in claims 2 to 5.
The hot air is removed via an outlet 7. The hot air supply achieves a heat treatment of the soybeans located in the fluidized bed 2, the duration of which is expediently set so that the beans have an inherent temperature (bulk temperature) of more than 100 ° C., usually 110 ° C. C to 125 ° C. This will generally be less than 5 minutes, especially about 1 to 3 minutes. The moisture of the starting material may play a not insignificant role. Usually you can be sure that the natural moisture of the beans is sufficient to carry out a kind of "cooking process" within the kernels to destroy the bitter enzymes.
However, in order to maintain uniform starting conditions, it is advantageous to ensure that the bean material fed to the fluidized bed has an initial moisture content of at least 10% by weight, usually 11 to 13% by weight. This is the purpose of the humidifier 1 mentioned above.
The soybeans emerging from the product outlet 4 from the fluidized bed 2 are fed to a heat container 9 in the hot state, in the case of FIG. 1 via a screw conveyor 8, and are aftertreated there for a period of 10 to 60 minutes, i.e. they remain exposed to their own temperature for a period of at least 10 minutes, the moisture present, which cannot escape from the heat container 9, driving the enzyme destruction.
The heat container 9 is expediently insulated and is provided between the insulation and the metallic outer wall with a temporarily switchable preheating device 20, by means of which the heat container 9 is expediently heated to at least approximately the temperature required for starting, i.e. generally about the bean temperature or the operating temperature. If this is reached, the preheating device 20 is switched off in order to avoid expenditure of energy. Theoretically, it would be possible, especially with weak insulation of the heat container 9, to supply the latter with just as much heat via the heating device 20 that its heat losses are compensated for. For this purpose, the heating device 20 should be able to be switched down to a lower heating output.
A control device, which has a temperature sensor 21 in the heat container 9 and a control circuit 22 for the heating device 20 connected to it, may expediently be provided for the exact setting of the temperature of the heat container.
At the outlet 10 of the heat container 9, an elevator 11 is connected, via which the soybeans discharged from the heat container 9 after finishing the aftertreatment are fed to a cooling device 12, which is designed as a horizontal cooler in the exemplary embodiment according to FIG. 1. The debittered soybeans emerging from the cooling device 12 enter containers, for example sacks 13, by means of which they are removed.
In the embodiment according to FIG. 2, those parts which correspond to the parts shown in FIG. 1 are provided with the same reference numerals as in FIG. 1. The hot air supplied to the fluidized bed 2 via the inlet 6 is conveyed by means of a fan 14 and heated to the above-mentioned temperature in a heating device 15. The hot air is removed via the outlet 7 by means of a fan 16 which is preceded by an air cleaner 17 designed as a filter. The particles separated by the air cleaner, especially the peels that are detached, are removed at 18.
In the embodiment according to FIG. 2, furthermore, the screw conveyor 8 and the elevator 11 are missing, rather the soybeans pass directly from the fluidized bed 2 into the heat container 9 and from there into the cooler 12. This cooler in the embodiment according to FIG. 2 consists of a shaft cooler . The cooling medium is discharged via a fan 19.
It should be mentioned here that it is of course entirely possible to use the method according to the invention to facilitate the peeling of the soybeans. In this case, impact peeling expediently takes place only after the heat container 9, although theoretically it could also be connected upstream of it. However, since part of the shells will undoubtedly already largely dissolve in the heat container 9, it may prove expedient to first provide a sieve or another separating device after the heat container in order to remove the already detached shells.
If the method according to the invention is used in this way to facilitate peeling, the subsequent cooling may be omitted if sufficient cooling has already taken place during the separation of the shells (e.g. in a wind sifter), during impact and a subsequent separation process. On the other hand, if desired, one can be satisfied with a single separation process after the impact (the use of a rubber roller peeler would also be conceivable).
The following examples of the method according to the invention were carried out on a plant according to FIG. 1.
Example 1:
Soybeans for animal feed with a water content of 12.2% by weight, a urease content of 2.23 (measured as mg nitrogen per gram and minute exposure time of the solvent) and an antitrypsin of 82,300 units (trypsin inhibitor unit) were measured at a temperature of 14.9 ° C., bypassing the humidifying apparatus 1 (the natural moisture was sufficient), was fed into the fluidized bed 2, where air with a temperature of 166 ° C. was fed to them in a first compartment for rapid warm-up, in a second compartment (where the bean temperature only had to be maintained) with a temperature of 148 ° C. The exhaust air from fluidized bed 2, which was still at a temperature of 126 ° C., was reintroduced into the fluidized bed after being heated again. The residence time of the beans in the fluidized bed was 3 minutes.
After the beans left the fluidized bed 2, at the end of the screw conveyor 8 they still had a temperature above 100 ° C., namely 110.5 ° C. With this temperature they came into the heat container 9, where they were left for 20 minutes. The heat container 9 was preheated and insulated to such an extent that the heat loss of the beans in it was only 3.4 ° C., so that the beans left the container 9 at a temperature of 107.1 ° C. This was followed by rapid cooling in the cooling device 12 in order to leave the temperature range between approximately 70 ° C. and 25 ° C., in which favorable conditions arise for any harmful germs, as quickly as possible.
The analysis subsequently carried out showed a residual water content of 8.4% by weight, a urease content of 0.11 and an antitrypsin content of 11,400.
Example 2:
Soybeans with the same starting values as in Example 1 were treated essentially the same, except that the residence time in the heat container 9 was 40 minutes. The beans still had a temperature of 103.8 ° C. at the outlet of the heat container 9.
The analysis showed a residual water content of 8.8% by weight, which, on the one hand, should be in the tolerance range compared to Example 1 and, on the other hand, shows that the residence time in the heat container 9 has no influence on the residual moisture, since the container 9 is indeed closed and does not let the moisture escape.
The urease content and that of antitrypsin could be further reduced, namely to 0.07 and 7900, respectively.
Example 3:
With the same starting material and the same treatment as in Example 1, the effects of a further increase in the residence time in the heat container 9, namely to 60 minutes, were investigated.
The analysis showed, at a temperature of 101.5 ° C. of the beans at the outlet of the heat container 9, a residual water content of 8.2% by weight, a urease content of 0.04 and an antitrypsin content of 5900. This shows that by further increasing the dwell time, further debittering is possible, even if the values achieved are generally sufficient. It should also be borne in mind that if the dwell time is extended further, the temperature of the beans inside the heat container 9 may drop below 100 ° C., which is usually not desirable. A countermeasure would, however, be to increase the temperature in the fluidized bed 2 or to extend the residence time in the same, which can be adjusted very precisely by the auxiliary conveyor 5.
Example 4:
Here, the soybeans, which in themselves have sufficient moisture, were first moistened with steam according to Example 1 in the moistening device 1 in order to investigate the influence of further moisture on the debittering process.
At the end of the steam treatment in the moistening device 1, the soybeans had a temperature of 33.3 ° C. The air temperature in the first compartment of the fluidized bed 2 was the same as in example 1, and that in the second compartment with 147 ° C. was only insignificantly lower than in example 1 that of the exhaust air with 125 ° C as well. The soybeans reached heat container 9 at 113.1 ° C and left after 40 minutes at 104.3 ° C.
The analysis showed a residual water content of 9.1% by weight, a urease content of 0.15 and an antitrypsin content of 9400. This shows that an initial moisture content of 10% to 15% and in particular of 11 to 13% for optimal results leads (see Example 1), whereas an additional increase in moisture reduces the debittering effect.
Example 5:
Soybeans with an initial temperature of 18.9 ° C. were tried, again bypassing the humidifying device 1, to slightly reduce the heat energy supply in the fluidized bed 2. The air temperature in the first compartment was 165 ° C., that in the second compartment 145 ° C., while the speed of the auxiliary conveyor 5 was increased to such an extent that the beans remained in the fluidized bed 2 for only 2.5 minutes. The beans had a temperature of 111.5 ° C. at the exit of the fluidized bed 2 or the conveyor 8 and remained in the heat container 9 for 60 minutes.
The analysis showed a residual water content of 8.7% by weight, a urease content of 0.06 and an antitrypsin content of 6900. In comparison to Example 3, the influence of the fluidized bed temperature on the end result is shown here.
Example 6:
Now the influence of the dwell time in fluidized bed 2, i.e. the influence of the flow rate of the bean material is examined, but at the same time also whether additional humidification in apparatus 1 results in an improvement effect.
The starting material had a temperature of 19.0 ° C. and was heated to 35.0 ° C. in the humidifying device 1. The air flow in the first compartment of the fluidized bed 2 had a temperature of 190 ° C., in the second compartment 170 ° C., so that after 2 minutes in the fluidized bed 2 the soybeans reached 119.5 ° C. in the heat container 9, where they remained for 10 minutes remained and then still had a temperature of 107.5 ° C., which indicated that the temperature in the fluidized bed could be reduced even further without reaching below 100 ° C. at the outlet of the heat container 9.
The analysis subsequently carried out showed a high degree of dryness with a residual moisture content of 7.9% by weight. However, the decontamination was satisfactory with a urease content of 0.06 and an antitrypsin content of 8,200 units.
Example 7:
With a further increase in the flow rate through the system according to FIG. 1, feed was carried out directly into the fluidized bed 2. The fluidized bed 2 had an air temperature of 185 ° C. in the first compartment and 175 ° C. in the second compartment, the residence time being only 1.5 minutes, so that a high specific energy saving was recorded here.
After a dwell time of only 10 minutes in the heat container 9, the beans emerged at 107.5 ° C. The analysis showed a residual water content of 9.2% by weight, a urease content of 0.09 and an antitrypsin content of 13,500 units.
Example 8:
In order to reduce the bitterness even further, Example 7 was repeated, but the residence time in the heat container 9 was extended to 20 minutes. The beans left the heat container 9 at 106.2 ° C. The analysis showed a residual moisture content of 9.3% by weight, a urease content of 0.08 and an antitrypsin content of 10,400 units.
Example 9:
Attempts have now been made, on the one hand, to further increase the throughput quantity, and on the other hand to improve the debittering as compared to Examples 7 and 8. Using the same initial procedure as in Example 7, the air temperature in the first compartment of the fluidized bed 2 was increased to 205 ° C., that in the second compartment to 188 ° C., so that the soybeans reached a temperature of 125.8 ° C. in the heat container 9 which they left after 15 minutes at 109.2 ° C. The heat loss that occurred indicated that the insulation plays a major role and, if necessary, compensation should be made via the heating device 20.
In the analysis carried out afterwards, the soybeans had a residual water content of 8.3% by weight, a urease content of 0.01 and an antitrypsin content of 8,300 units.
Example 10:
For comparison with Examples 1 and 4, the same soybean material was fed directly into the fluidized bed 2, the air temperature of which was 168 ° C. in the first compartment and 146 ° C. in the second compartment. After a stay of 40 minutes in the heat container 9, the soybeans emerged with a final temperature of 107.2 ° C. and had a residual moisture content of 8.9% by weight, a urease content of 0.05 and an antitrypsin content of 8700 units. In all cases, in comparison to a treatment without a heat container, for example in the sense of DE-PS 2 354 617, not only was an improvement in the analysis values, but above all a reduction in energy consumption between 40 and 60% was found.
Numerous modifications are conceivable within the scope of the invention; 2 shows that it is possible - and preferred - to completely dispense with a conveyor 8 between the fluidized bed 2 and the heat container 9. However, if a conveyor is used, any conveyor can be used per se, but a screw conveyor 8 (FIG. 1) located in a closed housing is particularly suitable because the heat losses can be kept low, in fact it would even be possible to provide the housing of this screw conveyor with a preheating device as well as the heat container 9. Of course, the latter can also do without such a preheating device, especially if the heat losses due to its insulation are low.
Furthermore, it is known to use other auxiliary conveyors, for example screw conveyors, instead of a chain conveyor 5 with drivers shown in the drawing. As can be seen from the above description, it is desirable to set the temperatures so that the soybeans at the outlet of the heat container 9 are still at a temperature of at least 100 ° C., but in individual cases can be up to 90 ° C., possibly even above 70 DEG C.
It goes without saying that the heat losses in a system according to FIG. 2 will be lower, so that the temperatures in the fluidized bed 2 appearing in the above examples can be reduced accordingly. This leads to - especially with an extended residence time in the heat container 9 - either lower temperatures of 150 ° C., yes up to 140 ° C., and / or shortened residence times in the fluidized bed or higher throughput rates. Furthermore, it goes without saying that the moistening device 1 will preferably only be used if the soybeans have a water content below 9 to 10% by weight.