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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen modifizierter
Mehle bzw. modifizierter pulverförmiger
bis körniger,
insbesondere feinkörniger
stärkehaltiger
Produkte aus einem gemahlenen bzw. zerkleinerten, vorwiegend Stärke enthaltenden Rohprodukt,
wie z.B. Stärke
oder Mehle aus Getreide oder Knollen, insbesondere Weizen, Roggenmehl, Maismehl,
Kartoffelmehl, Tapiokamehl, etc., gemäss dem Oberbegriff von Anspruch
1 sowie auf eine Anlage gemäss
dem Oberbegriff von Anspruch 21 zum Durchführen des Verfahrens.
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Die
Behandlung des Rohproduktes erfolgt dabei durch
- a)
Mischen und Benetzen des mindestens einen zerkleinerten stärkehaltigen
Rohproduktes mit Wasser und/oder Wasserdampf sowie ggf. weiterer
Zusätze
durch Bewegen des Rohproduktes in einer Mischkammer eines Vorkonditionierers während einer
ersten Mischungs-Verweilzeit;
- b) Einwirkenlassen des Wassers und/oder Wasserdampfes auf das
mindestens eine Rohprodukt durch Bewegen des Rohproduktes in einer
Einwirkungskammer des Vorkonditionierers während einer ersten Einwirkungs-Verweilzeit;
- c) Extrudieren des in der Mischkammer und der Einwirkungskammer
in den Schritten a) bzw. b) vorkonditionierten, Wasser und Rohprodukt
aufweisenden Gemisches in einem Extruder, wobei die Temperatur,
der Druck, der Wassergehalt, die eingetragene mechanische Energie
und die Extrusions-Verweilzeit des Gemisches im Extruder derart
eingestellt sind, dass eine zumindest teilweise Plastifizierung
und/oder Verkleisterung des Rohproduktes zu einem modifizierte Stärke aufweisenden
förderbaren
Gemisch erfolgt; und
- d) Pelletieren des förderbaren
Gemisches und Trockenvermahlen der Pellets zu einem vorwiegend modifizierte
Stärke
enthaltenden pulverförmigen
bis körnigen
Zwischenprodukt.
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Wenn
derartige pulverförmige
bis körnige stärkehaltige
Produkte in einer Flüssigkeit,
wie z.B. Wasser, Milch oder Öl,
durch Rühren
aufgelöst
oder suspendiert werden, neigen sie zur Verklumpung, und es entstehen
mehr oder weniger grosse Klumpen bzw. Klümpchen, die sich durch weitere
mechanische Einwirkung oft nur schwer oder erst nach langer Einwirkzeit
der Flüssigkeit
auf die Klumpen bzw. Klümpchen
auflösen
lassen. Vor allem beim Zusammenbringen von pulverförmigem Produkt
mit Wasser besteht eine grosse Verklumpungsneigung. So entstehen
z.B. einerseits relativ dünnflüssige Suspensionen
mit Klümpchen,
die sich am Boden des die Suspension enthaltenden Gefässes und/oder
an der Oberfläche
der Suspension ansammeln. Andererseits können mit stark quellenden Produkten
nach deren Einrühren
in eine Flüssigkeit,
wie z.B. Wasser oder Milch, ein relativ homogener, mehr oder weniger zähflüssiger Brei
hergestellt werden, bei dem die Klümpchen im gesamten Volumen
des Breis verteilt vorliegen können.
Diese Arten der Klumpenbildung stossen bei einem Grossteil der Konsumenten
beim Verzehr von Lebensmitteln in derart gelöstem, suspendiertem oder breiartig
gequollenem Zustand auf Ablehnung.
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Man
ist daher bestrebt, die zu lösenden,
zu suspendierenden oder in einen gequollenen breiartigen Zustand
zu bringenden, insbesondere pulverförmigen Produkte derart zu behandeln,
dass beim Kontakt mit der Flüssigkeit
alle pulverförmigen
bis körnigen
Partikel sofort weitgehend, d.h. praktisch rundum an ihrer gesamten
Oberfläche
benetzt werden, um so jeglicher Art der Verklumpung vorzubeugen.
Wenn die Partikel sehr klein sind, vermag die Flüssigkeit jedoch aufgrund ihrer
Oberflächenspannung
nicht, aneinanderliegende Partikel rundum zu benetzen. Um hier Abhilfe
zu schaffen, werden die einzelnen Partikel erfindungsgemäss zu Agglomeraten
aus einer Vielzahl einzelner Partikel zusammengefügt, die
sich nur punktuell berühren
und an den Berührungsstellen aneinander
haften. Die Haftung der Partikel untereinander kann z.B. mit Hilfe
eines Bindemittels und/oder durch Klebrigmachen der Partikeloberflächen vermittelt
werden, da es sich insbesondere um stärkehaltige Partikel handelt.
Die so erzeugten Agglomerate müssen
ausreichend gross sein, dass die Flüssigkeit in die Zwischenräume zwi schen
aneinandergrenzenden benachbarten Agglomeraten in der Flüssigkeit trotz
deren Oberflächenspannung
eindringen und somit sämtliche
Agglomerate sofort vollständig
benetzen kann (Instantisierung). Einer Verklumpung wird so vorgebeugt,
und die Partikel können
nach dem Lösen
der Bindungen vollständig
in Lösung
oder in Suspension gehen.
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Bisher
bekannte Verfahren zur Agglomeration bzw. Instantisierung pulverförmiger oder
feinkörniger
Produkte finden z.B. bei der Herstellung von agglomeriertem Mehl,
Kaffeepulver, Milchpulver oder Säuglingsnahrungspulver
Anwendung.
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Die
DE-AS 1442031 offenbart ein Verfahren zum Agglomerieren eines trockenen,
feinpulvrigen Materials auf Grundlage von Mehl. Das Material wird dabei
angefeuchtet, durcheinandergewirbelt und anschliessend getrocknet.
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Die
US 3360865 und
US 3248228 offenbaren jeweils ein
zu dem im vorherigen Absatz beschriebenen Verfahren ähnliches
Verfahren. Auch hier wird das Material jeweils angefeuchtet, verwirbelt
und anschliessend getrocknet. Die Klebewirkung zwischen den Mehlpartikeln
soll dabei durch Anfeuchten des Kleberproteins der jeweiligen Mehlpartikel
zustande kommen.
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Die
US 3574636 offenbart ein
Verfahren zum Agglomerieren von Mehl. Dabei wird ein relativ kleiner
Anteil des Mehls abgezweigt und mit einer relativ grossen Wassermenge
zur Bildung einer dünnflüssigen Aufschlämmung eines
klebrigen Bindemittels verwendet. Diese Bindemittel-Aufschlämmung wird dann
in eine Vielzahl kleiner Tröpfchen
dispergiert und mit einer relativ grossen Menge Mehl vermischt, dessen
Partikel in verwirbelter Luft suspendiert werden.
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Von
einem Extrusionsschritt zur zumindest teilweisen Plastifizierung
und/oder Verkleisterung des Materials sowie einem Schritt zu dessen
Pelletieren vor dem eigentlichen Agglomerieren ist jedoch in keinem
dieser Dokumente die Rede.
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Bei
dem in der
DE 2161448
A1 offenbarten Verfahren wird durch Zerstäubungstrocknung
gewonnenes Kaffeepulver oder Milchpulver durch Dampf benetzt, woraufhin
man es auf eine rotierende Scheibe fallen lässt, durch deren Rotation das
Pulver über
den Rand der Scheibe hinausgeschleudert wird und dann nach unten
fällt.
Das benetzte herabfallende Pulver fällt durch eine Kammer, in der
eine Abscheidung nicht agglomerierter Partikel des Pulvers erfolgt,
während
die agglomerierten Partikel des Pulvers nachgetrocknet und gesammelt
werden.
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Das
in der
DE 2005305 A1 offenbarte
Verfahren dient zur Herstellung von Instantkaffee aus einem Pulver
aus vermahlenem Kaffee-Extrakt. Hierbei erfolgt die Agglomeration
dadurch, dass man das Pulver von oben her in eine vertikale Agglomerationskammer
einführt,
in der im Gegenstrom Dampf eingeleitet wird.
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Diese
Verfahren haben einen relativ geringen Produktdurchsatz und benötigen grosse
Kammern für
die Zerstäubungstrocknung
bzw. die Benetzung mit Dampf im Gegenstrom. Da sie eine Einstellung
der Verweilzeit der Pulverpartikel in der Anlage nur in relativ
engen Grenzen ermöglichen,
sind sie insbesondere für
die Agglomerierung/Instantisierung vorwiegend stärkehaltiger Pulver weniger
gut geeignet.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
agglomerierter Mehle, insbesondere aus hoch stärkehaltigen Rohprodukten bereitzustellen,
das eine flexible Einstellung der das Ausmass der Agglomeration
bestimmenden Parameter ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
und des Anspruch 26 verfahrensmässig
bzw. vorrichtungsmässig
gelöst.
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Das
in den Schritten a), b), c) und d) durch Vorkonditionieren, Extrudieren,
Pelletieren und Trockenvermahlung gewonnene pulverförmige bis
körnige
Zwischenprodukt wird dabei weiterbehandelt durch
- e)
Mischen und Benetzen des in Schritt d) gewonnenen pulverförmigen bis
körnigen
Zwischenproduktes mit einem Fluid sowie ggf. weiterer Zusätze durch
Bewegen des Zwischenproduktes in einer Mischkammer eines Agglomerators
während einer
zweiten Mischungs-Verweilzeit; und
- f) Einwirkenlassen des Fluids auf das pulverförmige bis
körnige
Zwischenprodukt durch Bewegen des Zwischenproduktes in einer Einwirkungskammer
des Agglomerators während
einer zweiten Einwirkungs-Verweilzeit, so dass aus den modifizierte
Stärke
enthaltenden Teilchen des Zwischenproduktes Agglomerate entstehen.
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Das
erfindungsgemässe
Verfahren ermöglicht
eine produktspezifische Einstellung der Verweilzeit des Zwischenproduktes
sowohl in der Mischkammer als auch in der Einwirkungskammer des
Agglomerators über
weite Grenzen hinweg. Ausserdem ermöglicht es eine Steigerung des
Produktdurchsatzes gegenüber
den eingangs genannten Verfahren des Stands der Technik.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführung
des erfindungsgemässen
Verfahrens weisen einerseits der Vorkonditionierer, in dem die Schritte
a) und b) durchgeführt
werden, und andererseits der Agglomerator, in dem die Schritte e)
und f) durchgeführt
werden, jeweils eine Mischkammer oberhalb einer Einwirkungskammer
auf, die miteinander in Verbindung stehen, wobei jede Kammer eine
Rotorwelle aufweist, die sich längs
der jeweiligen Kammer erstreckt und rund um die Welle mit Werkzeugen
versehen ist. Da hier der Transport und die Verweilzeit des Produktes
im Agglomerator im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Verfahren des Stands
der Technik weitgehend unabhängig
von der konstanten Schwerkraft einstellbar sind, lässt sich
selbst für
ein und dasselbe Rohpro dukt ein grosses Spektrum verschiedener Agglomerate
z.B. bezüglich
ihrer mittleren Grösse
oder ihrer Festigkeit bzw. ihres Zusammenhalts herstellen. Bei einer
besonders vorteilhaften Ausführung
haben der für
die Schritte a) und b) verwendete Vorkonditionierer und der für die Schritte
e) und f) verwendete Agglomerator denselben Aufbau. Somit kann ein Grossteil
des Verfahrens in zueinander gleichen Anlageteilen durchgeführt werden,
wodurch die Wartung der Gesamtanlage vereinfacht wird. Auf diese Weise
können
einerseits die Vorkonditionierung mit den Schritten a) und b) und
andererseits die Agglomerierung mit den Schritten e) und f) jeweils
in einer gleichen, jedoch nicht derselben, Maschine durchgeführt werden.
Der wesentliche Unterschied zwischen der Vorkonditionierung und
der Agglomerierung besteht dabei vor allem darin, dass jeweils derselben Maschine
ein unterschiedliches Ausgangsprodukt zugeführt wird, nämlich das Rohprodukt bzw. das Zwischenprodukt.
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Für die stärkehaltigen
Rohprodukte beträgt die
Verweilzeit des Produktes in der Mischkammer bei Schritt e) zweckmässigerweise
0,2 bis 5 Sekunden, vorzugsweise 0,3 bis 2 Sekunden, und die Verweilzeit
des Produktes in der Einwirkungskammer bei Schritt f) beträgt zweckmässigerweise
10 Sekunden bis 15 Minuten, vorzugsweise 15 Sekunden bis 60 Sekunden,
wobei der Füllgrad
der Mischkammer insbesondere 1% bis 5% beträgt und der Füllgrad der Einwirkungskammer
25% bis 75% beträgt.
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Zweckmässigerweise
herrscht in der Mischkammer und in der Einwirkungskammer Atmosphärendruck
und liegt die Temperatur der Kammern jeweils zwischen der Umgebungstemperatur
und 98°C.
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Für die Benetzung
des pulverförmigen
bis körnigen
Produktes kann ein Fluid oder eine Kombination mehrere Fluide zudosiert
werden, bei dem es sich um Wasser, Wasserdampf, Zuckerlösungen und Speiseöl handeln
kann, wobei das Fluid bzw. die Fluide beim Zudosieren vorzugsweise
zerstäubt
wird bzw. werden.
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Zweckmässigerweise
werden die in Schritt f) gewonnenen Agglomerate nach ihrer Grösse klassiert.
Die Klassierung erfolgt dabei vorzugsweise in einem Sichter.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Fraktion der
Agglomerate, die eine vorbestimmte maximale Agglomerat-Grösse überschreiten,
zunächst
einer Zerkleinerungsvorrichtung, wie z.B. einer Prallmühle, und
anschliessend, ggf. zusammen mit dem in Schritt d) gewonnenen Produkt, erneut
dem Agglomerator zugeführ
und/oder wird die Fraktion der Agglomerate, die eine vorbestimmte
minimale Agglomerat-Grösse
unterschreiten, ggfs. zusammen mit dem in Schritt d) gewonnenen
Produkt, erneut dem Agglomerator zugeführt, wobei vorzugsweise die
Fraktion der Agglomerate, die die maximale Agglomerat-Grösse unterschreiten
und/oder die minimale Agglomerat-Grösse überschreiten als Endprodukt
gesammelt wird.
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Vorzugsweise
erfolgt das Verfahren kontinuierlich während und zwischen den Schritten
a) bis f), wobei insbesondere während
mindestens einem der Schritte a) bis f) weitere Zusätze wie
Aromen, Gewürze,
Farbstoffe, Emulgatoren, Säuren
und dgl. zudosiert werden.
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Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt das Bewegen des
Zwischenproduktes in der Mischkammer und/oder das Bewegen des Zwischenproduktes
in der Einwirkungskammer jeweils mittels einer sich um ihre Längsachse
drehenden Welle, die radial abstehende Förderelemente aufweist, wobei
die Welle der Mischkammer vorzugsweise mit einer Drehzahl von 50
U/min bis 900 U/min, insbesondere mit 700 U/min, angetrieben wird
und die Welle der Einwirkungskammer mit einer Drehzahl von 5 U/min
bis 30 U/min angetrieben wird. Durch die hohen Drehzahlen und Umfangsgeschwindigkeiten der
Welle und aufgrund des geringen Füllgrads in der Mischkammer
wird das Zwischenprodukt in der Mischkammer fluidisiert und mit
den hinzugegebenen Fluiden vermischt und von ihnen gleichmässig benetzt.
Das auf diese Weise gleichmässig
benetzte Zwischenprodukt gelangt dann in die Einwirkungskammer,
in der ein viel grösserer
Füllgrad
als in der Mischkammer vorliegt und deren Welle mit geringerer Drehzahl
als die Welle der Mischkammer betrieben wird. Die Partikel des stärkehaltigen
Zwischenprodukts werden dann an ihrer Oberfläche z.B. durch Wasser und/oder
Wasserdampf benetzt. Sie neigen dann zum Verkleben. Dieser Verklebungsneigung wird
aber durch die Bewegung der Welle in der Einwirkungskammer entgegengewirkt,
so dass ein Gleichgewicht zwischen Agglomerierung und Desagglomerierung
der Partikel zustande kommt. Durch Einstellung der Menge der hinzugegebenen
Fluide, der Drehzahlen der jeweiligen Welle in der Mischkammer und
in der Einwirkungskammer, der Geometrie der Förderelemente, der Temperatur
in den Kammern und der dadurch bestimmten Verweilzeiten können am
Ausgang der Einwirkungskammer Agglomerate mit unterschiedlicher
mittlerer Grösse
hergestellt werden. In Verbindung mit der weiter oben beschriebenen
Klassierung z.B. mit Hilfe von Sichtern und erneuter, ggf. mehrfacher
Zuführung
in den Agglomerator kann praktisch das gesamte Rohprodukt in eine
einheitliche Fraktion von Agglomeraten mit bestimmter mittlerer
Grösse
und beliebig geringem Spektrum der Agglomeratgrösse überführt werden.
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Vorteilhafterweise
haben die Mischkammer und/oder die Einwirkungskammer jeweils im
wesentlichen die Form eines horizontalen Zylinders, wobei sich die
Drehachse der jeweiligen Welle entlang der Zylinderachse erstreckt.
Dadurch wird der die gleichmässige
Verteilung und Bearbeitung des Produktes beeinträchtigende Einfluss der Schwerkraft
auf die Produktfüllung
der Kammern weitgehend vermieden.
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Vorzugsweise
ist das Volumen der Einwirkungskammer das 1,5-fache bis 10-fache, insbesondere
das 2-fache bis 5-fache des Volumens der Mischkammer. Zusammen mit
den unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten lassen sich dadurch
die weiter oben angegebenen Verweilzeitbereiche des Produktes in
der Mischkammer und in der Einwirkungskammer besonders leicht erzielen.
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Bei
den meisten stärkehaltigen
Produkten weist das in Schritt e) zum Benetzen des Rohproduktes
und in Schritt f) zum Einwirkenlassen auf das Rohprodukt verwendete
Fluid mindestens Wasserdampf und/oder Wasser auf. Diese Fluide sind
weitgehend geschmacksneutral. Ausserdem eignet sich Wasser wegen
seiner besonders hohen Wärmekapazität und aufgrund
seiner Benetzung der Produktoberflächen und seines Eindringens
ins Innere des Produkts besonders gut als Wärmeträgermittel und Wärmeübertragungsmittel.
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Das
erfindungsgemäss
gewonnene modifizierte Mehl, das aus Agglomeraten besteht, die aus einem
gemahlenen bzw. zerkleinerten, vorwiegend Stärke enthaltenden Rohprodukt,
wie z.B. Stärke oder
Mehle aus Getreide oder Knollen, insbesondere Weizen, Roggenmehl,
Maismehl, Kartoffelmehl, Tapiokamehl, etc., oder deren Mischungen
und dgl. gemäss
dem beschriebenen Verfahren hergestellt wird, besteht vorzugsweise
aus Agglomeraten, deren Grösse
im wesentlichen im Bereich von 200μm bis 5mm, insbesondere im Bereich
von 500μm
bis 2mm liegt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend aufzufassenden
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung, wobei:
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1 eine
Anlage zum Herstellen modifizierter Mehle und Stärken ohne besondere Anlagenteile
für die
Agglomerierung der gewonnen Partikel aus modifiziertem Mehl oder
modifizierter Stärke zeigt;
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2 einen
Teil der Anlage von 1 zeigt, in der ein erfindungsgemässer Anlagenteil
für die
Agglomerierung der gewonnenen Partikel aus modifiziertem Mehl oder
modifizierter Stärke
zu Agglomeraten vorgesehen ist;
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3A ein
erstes Beispiel eines agglomerierten modifizierten Mehls zeigt;
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3B ein
zweites Beispiel eines agglomerierten Mehls zeigt;
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4A bis 8A das
agglomerierte modifizierte Mehl von 3A in
zunehmend vergrössertem
Massstab zeigen; und
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4B bis 9B das
agglomerierte modifizierte Mehl von 3B in
zunehmend vergrös
sertem Massstab zeigen.
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1 zeigt
eine Anlage zum Herstellen modifizierter Mehle und Stärken, die
aus einzelnen Partikeln aus modifizierter Stärke bestehen. Die Vorratsbehälter 11 und 13 besitzen
jeweils eine Austragsschnecke 11a bzw. 13a und
dienen zur Bereitstellung und Dosierung fester Rohprodukte, insbesondere
in Form von Mehlen. Ausserdem ist eine Sackentleerungsvorrichtung
vorgesehen, über
die in Säcken
angelieferte Zutaten, wie z.B. Gewürze, dem Rohprodukt zudosiert
werden. Der Vorratsbehälter 12 weist ein
Absperrventil 12a auf, und dient zur Bereitstellung eines
z.B. flüssigen
Rohproduktes. Die festen stärkehaltigen
Rohstoffe können über die
Austragsschnecken 11a und 13a über die jeweiligen Rohstoffleitungen 11b bzw. 13b einer
Misch- und Dosiervorrichtung 15 zugeführt werden. Auch die flüssigen Rohstoffe des
Vorratsbehälters 12 können über die
Rohstoffleitung 12d der Misch- und Dosiervorrichtung 15 zugeführt werden.
Die Misch- und Dosiervorrichtung 15 weist
eine Austragsschnecke 15a auf, in der die Rohproduktmischung
ausgetragen und in einen der Misch- und Dosiervorrichtung 15 nachgeschalteten Dosiertrichter 16 überführt werden.
Das Rohstoffgemisch, das bei Bedarf neben den festen stärkehaltigen
Rohstoffen auch schon eine aus dem Vorratsbehälter 12 zudosierte
Flüssigkeit
enthalten kann, gelangt dann unmittelbar in eine Mischkammer 17 eines Vorkonditionierers
und anschliessend in eine Einwirkungskammer 18 dieses Vorkonditionierers.
Sowohl in der zylindrischen Mischkammer 17 als auch der
zylindrischen Einwirkungskammer 18 des Vorkonditionierers
erstreckt sich jeweils eine Welle, die mit Werkzeugen versehen ist
(nicht gezeigt). In der Mischkammer 17 wird aus dem aus
verschiedenen Rohstoffen bestehenden Rohprodukt Wasserdampf und
ggf. Wasser und/oder andere Flüssigkeiten
hinzugefügt,
wobei die Welle in der Mischkammer 17 rotiert. Durch die
Rotation der Welle in der Mischkammer erfolgt eine Fluidisierung
des pulverförmigen
bis körnigen
Rohproduktes und eine gleichförmige
Benetzung durch kondensierenden Wasserdampf bzw. der hinzugegebenen
Flüssigkeiten.
Nachdem das Rohprodukt in der Mischkammer 17 vollständig benetzt
wurde, gelangt es in die Einwirkungskammer 18 des Vorkonditionierers.
Die in der Einwirkungskammer 18 rotierende Welle bewirkt
eine Einarbeitung des das Rohprodukt benetzenden Wassers, sowie die
Einarbeitung eventueller weiterer flüssiger Beimischungen. Die Einwirkungskammer 18 hat
ein grösseres
Volumen als die Mischkammer 17, und die Welle der Einwirkungskammer 18 dreht
sich viel langsamer als die Welle der Mischkammer 17. Dies führt dazu,
dass die Verweilzeit des Rohproduktes in der Mischkammer 17 und
deren Füllgrad
viel kleiner als die Verweilzeit des Rohproduktes in der Einwirkungskammer 18 bzw.
deren Füllgrad
ist. Das Rohprodukt durchläuft
die Mischkammer 17 von rechts nach links, gelangt dann
in die Einwirkungskammer 18, in der es von links nach rechts
befördert
wird, um schliesslich über
eine Leitung 18a in einen Extruder 21 zugelangen.
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In
dem Extruder 21 findet die eigentliche Modifizierung des
stärkehaltigen
Rohproduktes statt. Das stärkehaltige
Rohprodukt, das z.B. in Form von Mehl oder/und Griess vorliegt,
wird im Extruder 21 durch thermische, mechanische und evtl.
auch chemische Einwirkung des im Rohprodukt enthaltenen Wassers
plastifiziert und/oder verkleistert, wobei die ursprüngliche
Struktur der Stärke
in dem Rohprodukt zerstört
wird. Das so modifizierte, stärkehaltige
Rohprodukt kann am Ausgang des Extruders mittels einer Pelletiervorrichtung 21a zu
Pellets geformt werden. Neben der Zuführung von Wasserdampf werden dem
Rohprodukt im Extruder 21 auch weitere Beimischungen wie
Aromen, Gewürze,
Farbstoffe, Emulgatoren, Säuren
etc. beigemischt, um die chemischen und physikalischen Eigenschaften
des Produktes zu beeinflussen. Diese Beimischungen werden in einem
gesonderten Mischbehälter
vorbereitet und über
eine Leitung 22a in den Extruder eindosiert.
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Die
so gewonnenen Pellets, die vorwiegend aus modifizierter bzw. thermoplastischer
Stärke
bestehen, werden über
eine Transportleitung 23 z.B. pneumatisch bis zu einem
Zyklon transportiert. Hier findet eine Abtrennung der die Pellets
umgebenden feuchten heissen Luft statt, die über eine Absaugleitung 31a mit
Gebläse
von dem über
eine Leitung 31b mit Zellenradschleuse ausgetragenen Feststoff
abgetrennt wird. Der Feststoffanteil bzw. die Pellets gelangen über die
Leitung 31b in einen Trockner 32. Als Trockner
kann z.B. ein Fliessbett-Trockner oder Bandtrockner verwendet werden. Ähnlich wie
bei dem Zyklon wird weitere feuchte heisse Luft über eine Absaugleitung 32a entzogen
und gelangt in einen Zyklon 33, in dem die abgesaugte feuchte
Luft von dem in ihr enthaltenen Feinanteil getrennt wird. Es findet
daher im wesentlichen eine zweistufige Trocknung statt. Die erste
Trocknungsstufe besteht in der am Ende der Pneumatikleitung 23 stattfindenden Abtrennung
der feuchten heissen Luft im Zyklon 31, während die
zweite Stufe der Trocknung im Trockner 32 stattfindet.
Die so getrockneten Pellets gelangen von dem Trockner 32 über eine
Leitung 32b in eine Mühle 34 für die Trockenvermahlung.
Für die
Trockenvermahlung der Pellets kann z.B. eine Hammermühle oder
Walzenmühle
verwendet werden. Aus der Mühle 34 gelangt
das Mahlgut, das nun modifizierte Stärke oder Mehl darstellt, über eine
weitere Transportleitung 35 z.B. durch pneumatischen Transport
in einen Zyklon 41. In diesem Zyklon 41 findet ebenfalls
eine Trennung von Luft und festen Partikeln statt. Die Luft wird
in einer Absaugleitung 41a mit Gebläse abgesaugt, während der
Feststoffanteil über eine
Leitung 41b mit Zellenradschleuse in einen Sichter 42 gelangt.
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Die
so hergestellten Produkte aus den verschiedensten Rohmaterialien
wenden im folgenden als modifiziertes Mehl bezeichnet.
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In
dem Sichter 42 findet eine Klassierung des modifizierten
Mehls in verschiedene Fraktionen statt. Der Grobanteil wird über eine
Leitung 42a in die Leitung 32b zurückgeführt, um
in der Mühle
erneut zusammen mit den Pellets vermahlen zu werden. Eine erste
Fraktion und eine zweite Fraktion des modifizierten Mehls verlassen
den Sichter 42 über
eine Leitung 42b bzw. 42c und gelangen in einen
Vorratsbehälter 43 bzw. 44.
Hier wird das modifizierte Mehl als Trockenprodukt gelagert. Im
Anschluss an die Vorratsbehälter 43 und 44 für die erste
bzw. zweite Fraktion des modifizierten Mehls befindet sich eine
Misch- und Abpackvorrichtung, in der ein modifiziertes Mehl oder
eine Stärke
in bestimmten Mischungsverhältnissen
aus der ersten Fraktion und der zweiten Fraktion in vorbestimmten
Mengen abgepackt wird.
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2 zeigt
eine erfindungsgemässe
Erweiterung der Anlage von 1, in der
ein erfindungsgemässer
Anlagenteil für
die Agglomerierung der gewonnenen Partikel aus modifiziertem Mehl
zu Agglomeraten vorgesehen ist. Der zusätzliche Anlagenteil enthält als wesentliches
weiteres Element einen Agglomerator, der eine Mischkammer 57 und
eine Einwirkungskammer 58 aufweist. Dieser Agglomerator kann
denselben Aufbau wie der Vorkonditionierer (siehe 1)
haben, wobei die Mischkammern 17 und 57 bzw. die
Einwirkungskammern 18 und 58 einander entsprechen.
In diesem Agglomerator findet eine Agglomerierung der Partikel des
modifizierten Mehls statt. Zur Agglomerierung wird der aus dem Sichter 42 stammende
Feinanteil herangezogen. Dieser Feinanteil neigt nämlich beim
Zusammenbringen mit Wasser zu der eingangs beschriebenen Verklumpung,
die das Ausbilden einer homogenen Suspension der Partikel des modifizierten
Mehls oder eine Auflösung
der Partikel im Wasser erschwert. Dieser Feinanteil des modifizierten
Mehls bzw. der modifizierten Stärke
gelangt über
eine Transportleitung 42d und eine Dosiervorrichtung 56,
die dem Dosiertrichter 16 (siehe 1) des Vorkonditionierers entspricht,
in die Mischkammer 57 des Agglomerators. In der Mischkammer 57 werden
die Stärkepartikel
des modifizierten Mehls mit Dampf, Wasser, Öl und der gleichen versetzt,
die zu einer Benetzung des Zwischenproduktes in der Mischkammer 57 führen.
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Ähnlich wie
bei der Vorkonditionierung (siehe 1) findet
auch hier eine intensive und gleichförmige Benetzung statt. Aus
der Mischkammer 57 gelangt das benetzte Zwischenprodukt
in die Einwirkungskammer 58 des Agglomerators, in der die
das Zwischenprodukt benetzenden Flüssigkeiten, insbesondere jedoch
Wasser, in das Zwischenprodukt nach und nach eindringen. Auch die
Mischkammer 57 sowie die Einwirkungskammer 58 des
Agglomerators enthalten jeweils eine Rotorwelle, an der Werkzeuge
angebracht sind. Eine Einwirkung bzw. ein Eindringen von Flüssigkeit
ist aber nicht notwendig. Um eine Agglomeration der Partikel des
das Zwischenprodukt bildenden modifizierten Mehls zu erzielen, arbeitet
man in der Mischkammer 57 mit Drehzahlen der Welle von
500 U/min bis 900 U/min, insbesondere mit 700 U/min, wodurch eine
Fluidisierung des modifizierten Mehles und eine sehr rasche gleichförmige Benetzung
mit Wasser, Dampf, Öl
etc. erfolgt. Nach einer relativ kurzen Verweilzeit des Zwischenproduktes
in der Mischkammer 57 von 0,2 bis 5 Sekunden, vorzugsweise
von 0,3 bis 2 Sekunden, gelangt das benetzte Zwischenprodukt in
die Einwirkungskammer 58, deren Welle mit einer viel kleineren
Drehzahl von 5 U/min bis 30 U/min betrieben wird. Aufgrund des grösseren Volumens
der Einwirkungskammer 58 und der viel geringeren Drehzahl der
Welle in der Einwirkungskammer 58 ergeben sich Verweilzeiten
des Zwischenproduktes von 10 Sekunden bis 15 Minuten vorzugsweise
jedoch im Bereich von 15 Sekunden bis 60 Sekunden. Während der Füllgrad der
Mischkammer 1% bis 5% beträgt,
beträgt
der Füllgrad
in der Einwirkungskammer 25% bis 75%. Während der gesamten Agglomerierung
sorgt man dafür,
dass die Temperatur in der Mischkammer 57 und der Einwirkungskammer 58 des
Agglomerators zwischen der Umgebungstemperatur und knapp unter 100°C liegt,
sofern man bei Atmosphärendruck arbeitet.
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Das
so gewonnene agglomerierte modifizierte Mehl bzw. die so gewonnene
agglomerierte modifizierte Stärke
verlässt
den Agglomerator und wird einem Sichter 59 zugeführt. Ähnlich wie
im Sichter 42, in den das noch nicht agglomerierte modifizierte
Mehl in einen Grobanteil in der Leitung 42a sowie in eine erste
Fraktion in der Leitung 42b und eine zweite Fraktion in
der Leitung 42c aufgeteilt wird, wird das aus dem Agglome rator
gewonnene agglomerierte modifizierte Mehl in mehrere Fraktionen
aufgeteilt. Der Grobanteil wird über
die Leitung 59a in die Leitung 32b zurückgeführt, um
zusammen mit den neu zugeführten
Stärkepellets
in der Mühle 34 vermahlen zu
werden. Dieser Grobanteil gelangt dann, wie schon bei 1 beschrieben, über die
Leitung 35 erneut in den Zyklon 41 und von dort
in den Sichter 42 und von dort aus entweder in die Vorratsbehälter 43 oder 44 oder über die
Leitung 42d zurück
in den Agglomerator. Die Produktfraktion, deren Agglomerate in einem
akzeptablen Grössenbereich
liegen, verlässt
den Sichter 59 über
die Leitung 59b und gelangt in einen Vorratsbehälter 61 für die Produktfraktion aus
agglomeriertem modifiziertem Mehl. Der Feinanteil, der vorwiegend
aus nicht agglomerierten Stärketeilchen
oder zu kleinen Agglomeraten besteht, wird vom Sichter 59 über die
Leitung 59c in die Leitung 42d gespeist, über die
er ebenfalls erneut dem Agglomerator zugeführt wird. Letztendlich wird
der gesamte Feinanteil der Stärkepartikel
des nicht-agglomerierten modifizierten Mehls sowie des agglomerierten
modifizierten Mehls zu ausreichend grossen Agglomeraten verarbeitet.
Man verhindert somit einerseits störenden Feinanteil in der Abluft,
und andererseits störenden
Feinanteil in den modifizierten Mehlprodukten bzw. den modifizierten
Stärkeprodukten.
Wie in 1 beschrieben, können auch bei der erfindungsgemässen Anlage
und dem erfindungsgemässen
Verfahren von 2 letztendlich ganz spezielle
Produktmischungen in der Misch- und Abpackvorrichtung 47 hergestellt
werden. Man kann z.B. eine Produktmischung herstellen, die nur aus nicht-agglomeriertem
modifiziertem Mehl besteht, in dem man das Produkt des Vorratsbehälters 43 und/oder
des Vorratsbehälters 44 verwendet.
Selbstverständlich
kann man auch Produktpackungen herstellen, die nur agglomeriertes
modifiziertes Mehl enthalten, indem man nur auf den Vorratsbehälter 61 zurückgreift.
Auch Mischungen aus nicht-agglomeriertem modifiziertem Mehl und
agglomeriertem modifiziertem Mehl sind durch Kombination der Inhalte der
Vorratsbehälter 43, 44 und 61 möglich.
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Da
man überraschenderweise
ein und dieselbe Art von Maschine bzw. ein und dieselbe Art von Anlagenteil
sowohl für
die Vorkonditionierung des Rohproduktes aus dem Vorratsbehälter vor
dessen Extrusion als auch für
die Agglomerierung des aus dem Extruder gewonnenen Zwischenproduktes
verwenden kann, lassen sich durch die erfindungsgemässe Anlage
der 2 die erfindungsgemässen Agglomerate aus modifizier ten
Mehlpartikeln bzw. modifizierten Stärkepartikeln besonderes wirtschaftlich
herstellen. Dasselbe gilt auch für
den Sichter.
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3A zeigt
als erstes Beispiel eines agglomerierten modifizierten Mehls agglomeriertes
Roggenquellmehl mit einer durchschnittlichen Grösse der Agglomerate im Bereich
von 0,5 bis 1mm. 3B zeigt als zweites Beispiel
eines agglomerierten Mehls, agglomeriertes Roggenquellmehl, dessen
Agglomerate eine Grösse
im Bereich von 1 bis 2mm haben.
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Sowohl
für das
agglomerierte Roggenquellmehl mit den kleineren Agglomeraten als
auch für das
agglomerierte Roggenquellmehl mit den grösseren Agglomeraten wurde dasselbe
modifizierte Mehl als Ausgangsprodukt verwendet. Die mittlere Grösse der
gewonnenen Agglomerate lässt
sich durch Einstellen der Drehzahlen der Welle in der Mischkammer 57 und
der Welle in der Einwirkungskammer 58, sowie durch die
eingespeiste Menge an Zwischenprodukt als auch die eingespeiste
Menge von Dampf, Wasser, Öl
etc. pro Zeiteinheit beeinflussen. Im Rahmen des im Agglomerator
so gewonnenen Spektrums der Agglomeratgrössen lassen sich dann durch
Sichtung spezielle Fraktionen isolieren, wie z.B. die etwas feinere
Fraktion von 3A und die etwas gröbere Fraktion
von 3B.
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Die 4A bis 8A zeigen
die etwas feinere Fraktion des agglomerierten Roggenquellmehls im
Bereich von 0,5 bis 1mm Agglomeratgrösse mit zunehmender Vergrösserung. Ähnlich zeigen
die 4B bis 9B in
zunehmender Vergrösserung das
agglo merierte Roggenquellmehl der etwas gröberen Fraktion mit einer Agglomeratgrösse im Bereich
von 1 bis 2mm.
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Die
Agglomerate der Fraktion des agglomerierten Roggenmehls im Bereich
0,5 bis 1mm tragen die Bezugsziffer 2, während die
Agglomerate des agglomerierten Roggenquellmehls im Bereich von 1
bis 2mm die Bezugsziffer 3 tragen. In den elektronenmikroskopischen
Vergrösserungen
der 6A, 7A, 8A sowie 6B, 7B, 8B und 9B erkennt
man die genaue Struktur der gewonnenen Agglomerate. Insbesondere
erkennt man, dass die jeweiligen Agglomerate 2 oder 3 aus
vielen einzelnen Partikeln 1 aus modifiziertem Roggenmehl
bestehen, die an nur einigen wenigen Teilen ihrer Oberflä chen miteinander
verklebt sind. Die so miteinander verklebten Partikel 1 bilden
in den Agglomeraten 2 bzw. 3 jeweils eine relativ
offene Struktur. Ein Merkmal dieser Struktur besteht darin, dass
die Agglomerate eine Grösse
von 500μm
bis 2mm haben, während
die Grösse
der einzelnen Partikel 1 aus modifizierter Stärke im Bereich
von 10 bis 100μm,
insbesondere jedoch bei 20 bis 60μm
liegt. Somit liegt das Verhältnis
der mittleren Grösse
der Partikel 1 zur Grösse
der Agglomerate 2 bzw. 3 in einem Bereich von
1:20 bis 1:5. Das erfindungsgemäss
agglomerierte Roggenquellmehl (instantisiertes Roggenquellmehl)
neigt beim Kontakt mit Wasser oder anderen Lösungsmitteln viel weniger zum
Verkleben oder zur Klumpenbildung als die den Agglomeraten 2 bzw. 3 zugrunde
liegenden nicht-agglomerierten Partikel 1 aus modifizierter
Stärke.
-
- 1
- Partikel
(Stärketeilchen,
aus denen das modifizierte Mehl besteht)
- 2
- Agglomerate
(bestehend aus vielen Partikeln) einer ersten Fraktion
- 3
- Agglomerate
(bestehend aus vielen Partikeln) einer zweiten Fraktion
- 11
- Vorratsbehälter für Mehle
und andere Rohprodukte
- 11a
- Austragsschnecke
- 11b
- Rohstoffleitung
- 12
- Vorratsbehälter für Mehle
und andere Rohprodukte
- 12a
- Absperrventil
- 12d
- Rohstoffleitung
- 13
- Vorratsbehälter für Mehle
und andere Rohprodukte
- 13a
- Austragsschnecke
- 13b
- Rohstoffleitung
- 14
- Sackentleerungsvorrichtung
für Zutaten
- 15
- Misch-
und Dosiervorrichtung für
stärkehaltige
Rohstoffe
- 15a
- Austragsschnecke
- 16
- Dosiertrichter
- 17
- Mischkammer
des Vorkonditionierers
- 18
- Einwirkungskammer
des Vorkonditionierers
- 18a
- Leitung
- 21
- Extruder
- 21a
- Pelletiervorrichtung
- 22
- Mischbehälter für Beimischungen
- 22a
- Leitung
- 23
- Transportleitung
für Pellets
aus modifizierter Stärke
- 31
- Zyklon
- 31a
- Absaugleitung
mit Gebläse
- 31b
- Leitung
- 31d
- Leitung
für Feststoffe
mit Zellenradschleuse
- 32
- Fliessbett-Trockner/Bandtrockner
- 32a
- Absaugleitung
mit Gebläse
- 32b
- Leitung
- 33
- Zyklon
- 33d
- Leitung
für Feststoffe
mit Zellenradschleuse
- 34
- Mühle zur
Trockenvermahlung
- 35
- Transportleitung
für modifiziertes
Mehl
- 41
- Zyklon
- 41a
- Absaugleitung
mit Gebläse
- 41d
- Leitung
für Feststoffe
mit Zellenradschleuse
- 42
- Sichter
- 42a
- Leitung
für Grobanteil
- 42b
- Leitung
für erste
Produktfraktion
- 42c
- Leitung
für zweite
Produktfraktion
- 42d
- Leitung
für Feinanteil
der modifizierten Mehle
- 43
- Vorratsbehälter für erste
Fraktion des modifizierten Mehls
- 44
- Vorratsbehälter für zweite
Fraktion des modifizierten Mehls
- 47
- Misch-
und Abpackvorrichtung für
modifizierte Mehle
- 56
- Dosiervorrichtung
für Zwischenprodukt
- 57
- Mischkammer
des Agglomerators
- 58
- Einwirkungskammer
des Agglomerators
- 59
- Sichter
- 59a
- Leitung
für Grobanteil
der Agglomerate
- 59b
- Leitung
für Produktfraktion
des agglomerierten modifizierten Mehls
- 59c
- Feinanteil
der Agglomerate
- 61
- Vorratsbehälter für Produktfraktion
des agglomerierten modifizierten Mehls