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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von stärkehaltigen Produkten
zur Gelatinierung und/oder Puffung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Behandlung von stärkehaltigen Produkten aus Getreide zur Gelatinierung
und/oder Puffung.
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Das Verfahren nach der Erfindung geht davon aus, daß die Stärkeketten
in ungelatinierter Stärke durch Glukoseglieder zusammengehalten werden und die ungelatinierte
Stärke praktisch wasserunlöslich ist.
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Wird die Stärke aber einer Hydrolyse oder Gelatinierung unterworfen,
so werden die Stärkezellen in einfachere Kohlenhydrate aufgespalten, die größtenteils
wasserlöslich sind.
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Das Gelatinieren der Stärke ist für ihre Verwendung als Nahrungsmittel
wichtig. Glukoseglieder von ungelatinierter Stärke können dann beim Verdauen durch
die Enzyme des Magens gespalten werden, wobei die Stärke in löslichen Blutzucker
umgewandelt wird.
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Auf ungelatinierte Stärke wirken die Enzyme jedoch nur langsam ein,
und ihre Aufspaltung in löslichen Blutzucker verläuft langsam, so daß die Verdauung
ungelatinierter Stärke oft unvollständig ist.
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Man hat zur Gelatinierung der Stärke die Ausgangsstoffe schon in mit
Wasser angemachtem Zustand auf Temperaturen oberhalb des Siedepunktes des Gemisches
erhitzt, während man es kontinuierlich unter Druck durch eine Behandlungszone leitet
und an deren Austrittsende unter plötzlicher Entspannung freisetzt. Hierbei tritt
eine Puffung des Behandlungsgutes ein.
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Es wurde nun gefunden, daß man besonders gleichmäßige Ergebnisse
erzielt, wenn man zur Erhöhung der Temperatur auf oberhalb des Siedepunktes des
Gemisches während des Passierens der Vorrichtung kontinuierlich direkt Wasserdampf
und gegebenenfalls Wasser zuführt bis zur Erzielung des maximalen Wertes von Temperatur
und Druck an der Austrittsstelle des Behandlungsgutes.
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Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum Behandeln
von Getreidearten, weil diese einen hohen Stärkegehalt haben und gut gepufft werden
können. Zum Beispiel hat gelber Mais einen durchschnittlichen Stärkegehalt von 56
0/c, einen Proteingehalt von 8,2O/o, einen Ölgehalt von 3 °/0 und einen Cellulosegehalt
von 2,4 °/o neben wechselnden Mengen von Asche, Pentosanen und Fettsäuren. Diese
Analyse ergibt sich bei einem Wassergehalt des gelben Maises von 18 O/o, während
bei Bezugnahme auf die Trockensubstanz der Stärkegehalt etwa 68°/o beträgt. Auch
andere Getreidearten, wie Weizen, Hafer, Roggen, Gerste usw., enthalten größere
Mengen Stärke.
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Je nach der Höhe des Stärke- und Wassergehaltes
im Ausgangsprodukt
kann sich die Durchführung des Verfahrens hinsichtlich Feuchtigkeit und Temperaturen
daher etwas ändern. Wie es im Grundsätzlichen durchzuführen ist, ergibt sich aus
der folgenden Beschreibung.
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Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht der
Vorrichtung teilweise im Längsschnitt, F i g. 2 die linksseitige Stirnansicht dieser
Vorrichtung, Fig. 3 einen Querschnitt durch den oberen Teil der Vorrichtung nach
Linie 3-3 der F i g. 1 in größerem Maßstab, F i g. 4 eine Teilansicht im senkrechten
Schnitt durch den mittleren Teil der Vorrichtung nach F i g. 1 in größerem Maßstab,
Fig. 5 einen senkrechten Längsschnitt durch den linken unteren Teil der Vorrichtung
nach Linie 5-5 der F i g. 1 in größerem Maßstab und Fig. 6 einen Querschnitt durch
diesen Teil nach Linie 6-6 der Fig. 5.
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Das zu behandelnde Gut gelangt durch einen Trichter 10 in ein Gehäuse
12, das ein waagerechtes Rohr 14 enthält und in seiner Wand eine Isolierschicht
16 aufweist. In dem Rohr 14 befindet sich eine Förderschnecke 18, deren Welle 20
durch einen Elektromotor 22 über ein Kettengetriebe 24 angetrieben wird. Die Schnecke
18 ist an ihrem Rand in bestimmten
Abständen mit in Längsrichtung
verlaufenden Ausschnitten 26 versehen.
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Unter dem Rohr 14 ist parallel dazu im Gehäuse 12 ein zweites Rohr
28 mit einer gegenläufigen Förderschnecke 30 angeordnet, die von dem gleichen Elektromotor
22 über ein Kettengetriebe 32 angetrieben ist.
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Das durch den Trichter 10 eingebrachte Gut wird durch die obere Förderschnecke
18 zum linken Ende des oberen Rohres 14 gefördert, fällt hier in das untere Rohr
28, wird dann von der unteren Förderschnecke 30 zurückgefördert und fällt am rechten
Ende des unteren Rohres in einen Schacht 34, durch den es in ein drittes waagerechtes
Rohr 36 gelangt (Fi g. 4). Dieses Rohr enthält ein Rührwerk 38 in Gestalt einer
zentralen, mit Rührarmen 40 versehenen Welle 42, die über einen Riementrieb 44 von
einem Elektromotor 46 (F i g. 2) angetrieben wird.
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Das linke Ende des Rohres 36 ist durch einen senkrechten Schacht 52
mit der Einlaßöffnung48 einer Schneckenpresse 50 verbunden.
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Die Schneckenpresse 50 weist ein rohrförmiges Gehäuse 54 auf, das
aus einem mit der Einlaßöffnung 48 versehenen, mittleren zylindrischen Gehäuseteil
56, einem linksseitigen konischen Gehäuseteil 58 und einem rechtsseitigen Lagergehäuse
60 besteht. Die Innenflächen der Gehäuseteile 56 und 58 sind mit Längsriffelungen
61 bzw. 63 versehen (F i g. 5). Das Lagergehäuse 60 ist an dem mittleren Gehäuseteil
56 mit Schrauben 62 befestigt, während der konische Gehäuseteil 58 am Gehäuseteil
56 mit einem zweiteiligen Klemmring 64 verspannt ist.
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In dem mittleren Gehäuseteil 56 befindet sich im Bereich der Einlaßöffnung48
eine Förderschnecke 66, an die sich eine kurze Förderschnecke 68 mit geringerer
Steigung anschließt. In dem konischen Gehäuseteil 58 ist eine konische Preßschnecke70
angeordnet. Alle drei Schnecken erhalten ihren Antrieb von einer Welle 72, die im
Lagergehäuse 60 an zwei Kugellagern 80 gelagert ist, nach rechts ein Gehäuse 74
durchragt und von einem Elektromotor 76 (F i g. 2) über einen Riementrieb 78 angetrieben
wird.
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Beiderseits der Lager 80 ist die Welle 72 am Lagergehäuse 60 durch
Dichtungsringe 82, 84 abgedichtet.
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Eine weitere Umlaufdichtung 86 befindet sich an der Durchführung der
Welle 72 durch die Abschlußwand 88 des mittleren Gehäuseteils 56.
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Das linke, in den Gehäuseteil 56 ragende Ende der Welle 72 ist mit
einer Welle 90 gekuppelt, die an ihrem linken Ende durch eine Keilverzahnung 96
mit der Hohlwelle 92 der Schnecke 66, mit der Nabe der Schnecke 68 und mit dem Kern
94 der konischen Preßschnecke 70 drehfest verbunden ist.
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Zwischen den Gehäuseteilen 56, 58 ist eine als Dampfsperre dienende
Lochplatte 98 mit gleichmäßig auf den Umfang verteilten Löchern 99 eingespannt.
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Die Lochplatte ist zur Lagerung der Welle 90 mit einer zentralen Führungsbüchse
100 versehen, die mit einem Flansch in den mittleren Gehäuseteil 56 ragt.
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Zwischen dieser Büchse und dem linken Ende der kleineren Förderschnecke
68 ist ein fest auf der Welle 90 sitzender Rührflügel 102 angeordnet (F i g. 6).
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Der konische Gehäuseteil 58 ist am verjüngten Ende durch eine mit
Löchern 106 versehene Scheibe 104 abgeschlossen, die mittels eines zweiteiligen
Klemmringes 108 am Gehäuseflansch befestigt ist. In dieser Scheibe ist die konische
Preßschnecke 70 mit einem Zapfen 110 gelagert. Am Zapfen 110 ist die
Scheibe 112
eines Messerkopfes befestigt, der beim Drehen der Preßschnecke70 vom Zapfen 110
mitgenommen wird und mit seinen Messern 114 auf den Löchern 106 schleift, wobei
die Messer 114 durch Federn 116 gegen die Außenfläche der Lochscheibe 104 gedrückt
werden.
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Die vorstehend beschriebene Aufbereitungsvorrichtung weist also einen
Konditionierer auf, der aus dem zweistufigen, in dem Gehäuse 12 angeordneten Förderer
und dem Mischaufbereiter 36, 38 besteht. Zur Einleitung von Dampf sind die Rohre
14 und 28 mit Rohranschlüssen 118, 120 versehen (F i g. 3). Außerdem weist das Gehäuse
12 Rohranschlüsse 122 und 124 zur Einleitung von Dampf für die Außenbeheizung der
Rohre auf. In entsprechender Weise kann durch einen Rohranschluß 126 (F i g. 1)
Dampf in den Mischzylinder 36 eingeführt werden, während durch einen Rohranschluß
128 (F i g. 1 und 4) Dampf in einen den Zylinder umschließenden Heizmantel 138 geleitet
werden kann. Ein in den Zylinder 36 mündender Rohranschluß 130 dient zum Einleiten
von heißem Wasser, ein daneben befindlicher Rohranschluß 132 zur Zuführung von Fett
oder anderen Stoffen, die dem im Zylinder 36 zu behandelnden Gut zugesetzt werden
sollen.
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Die Schneckenpresse 50 ist ebenfalls beheizbar, und zwar sind hierzu
die Gehäuseteile 56 und 58 je mit einem Heizmantel 140 bzw. 142 versehen, denen
der Heizdampf durch obere Anschlüsse 134 bzw. 136 zugeführt werden kann. Durch untere
Anschlüsse 134 a und 136 a kann Kondenswasser abgeleitet werden. Das Gehäuse 12
ist mit Kontrollöffnungen versehen, die mit Klappen 144 und 146 verschließbar sind.
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Vor dem Einbringen in den Aufgabetrichter 10 soll das zu behandelnde
Gut, insbesondere Getreideerzeugnisse, verhältnismäßig fein gemahlen oder anderweitig
fein zerkleinert werden, auch dann, wenn es mit anderen, gegebenenfalls gröberen
Stoffen vermischt wird. Die Menge der dem Gut im Konditionierer zuzuführenden Feuchtigkeit
hängt von verschiedenen Bedingungen ab, auch vom eigenen Feuchtigkeitsgehalt des
Gutes. Beim Aufgeben in den Trichter 10 kann der Feuchtigkeitsgehalt z.B. 10°/o
betragen.
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Es ist wichtig, daß das Gut vom Einbringen in das Rohr 14 des Konditionierers
bis zum Austritt aus der Lochscheibe 104 der Schneckenpresse 50 gleichmäßig und
ununterbrochen gefördert wird. Dies geschieht nicht nur aus Gründen der Wirtschaftlichkeit,
um möglichst schnell eine möglichst große Menge besten Guts, sondern auch eine möglichst
gleichmäßige Qualität zu erzielen. Vorteilhaft sind alle Antriebsmotoren für die
Förderschnecken und das Rührwerk leicht regelbar, damit die Drehzahlen der einzelnen
Geräte gut aufeinander abgestimmt werden können.
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Im allgemeinen soll das Gut mit Feuchtigkeit gesättigt sein, ehe es
in die Schneckenpresse 50 gelangt. Damit das Gut soviel Feuchtigkeit wie möglich
aus dem Dampf aufnimmt, der durch die Stutzen 118, 120 eingeführt wird, sind die
Förderschnecken 18 und 30 mit den Ausschnitten 26 versehen. Die Förderschnecken
schieben das Gut ständig weiter, wobei seine Feuchtigkeit und Temperatur stetig
zunehmen. Die gleichen Wirkungen setzen sich im Mischzylinder 36 fort, dem durch
die Stutzen 126 und 130 Dampf oder Wasser oder beides zugeführt wird. Mit Dampf
läßt sich eine Erhöhung der Temperatur leichter als mit heißem
Wasser
erzielen. Durch die Sättigung des Gutes mit Feuchtigkeit wird auch seine Wärmeaufnahme
begünstigt, die durch die Heizmäntel der Rohre 14 und 28 des Mischzylinders 36 zusätzlich
gesichert ist.
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Soll das behandelte Gut als Lebensmittel oder zur Herstellung von
Lebensmitteln verwendet werden, so ist bei der Ausführung des Verfahrens darauf
zu achten, daß das Gut schmackhaft bleibt. Insbesondere darf dann die Temperatur
nicht in unkontrollierter Weise ansteigen.
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Werden alle Teile der dargestellten und beschriebenen Anlage benutzt,
so ist es nicht notwendig, daß eine Temperaturerhöhung des Gutes bis zur vollständigen
Gelatinierung der Stärke schon erfolgt, ehe es in die Schneckenpresse 50 gelangt.
Für die meisten Getreideprodukte ist jedoch eine Erwärmung auf die Gelatinierungstemperatur
von 60 bis 800 C erwünscht. Die Temperaturerhöhung wird auch durch die Reibungswärme
begünstigt, die in dem Gut beim Fördern unter Druck mit den Förderschnecken 18,
30 und 38 erzeugt wird. Allerdings ergibt sich eine stärkere Auswirkung der Druckförderung
erst in der Schneckenpresse 50, wie dies noch beschrieben wird.
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Die Behandlungsvorschriften können durch Zutaten, die man dem Gut
durch den Stutzen 132 beigibt, beeinflußt werden. Außer Fett, Öl oder Weichmachern
können auch Zuckerlösungen, Vitaminlösungen oder -emulsionen, Milchprodukte oder
andere Flüssigkeiten zugesetzt werden. Für jegliche Zusätze, gleichgültig, ob es
sich nur um Dampf und/ oder Wasser oder um andere Zutaten handelt, ist es wichtig,
daß sie gleichmäßig zugesetzt und mit dem Behandlungsgut gleichmäßig gemischt werden,
um ein gleichmäßiges Endprodukt, eine gleichmäßige Gelatinierung der Stärke und
eine gleichmäßige Dehnung des Gutes zu erzielen. In diesem Sinne haben die Rührarme
40 in dem Mischzylinder 36 eine wichtige Arbeit zum innigen Durchmischen der Feststoffe,
Flüssigkeiten und Dämpfe zu leisten.
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Die Feuchtigkeitsaufnahme und Erwärmung des Gutes setzen sich auch
noch in der Schneckenpresse 50 fort, wobei der Temperaturanstieg in den beiden Gehäuseteilen
56 und 58 dieser Vorrichtung stark zunimmt. Zunächst wird das Gut durch die Schnecke
66 auf verhältnismäßig hohen Druck komprimiert.
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Durch die mit geringerer Steigung versehene Schnecke 68 wird der Druck
noch gesteigert, und dadurch steigt, unterstützt durch den Heizmantel 140, auch
die Temperatur weiter an. Das Gut gelangt dann durch die Lochplatte 98 in den konischen
Gehäuseteil 58 und hier in den Bereich der konischen Preßschnecke 70. Die Lochplatte
98 trägt zur Verminderung von Druckverlusten in dem Gehäuseteil 58 bei, weil sie
eine Rückbewegung des Guts in den Gehäuseteil 56 wirksam verhindert. Auch die Rührflügel
102 wirken dank ihrer schraubenartigen Gestalt in diesem Sinne und sorgen dafür,
daß das Gut gleichmäßig und ohne Zusammenballungen durch die Lochplatte getrieben
und in der Schneckenpresse gleichmäßig vorgeschoben wird.
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Infolge der konischen Gestalt der Schnecke 70 und ihres Gehäuses
wird das Gut beim Durchgang durch die Kammer 58 weiterhin zunehmend unter Druck
gesetzt, bis es zu der Lochscheibe 104 gelangt, die einen erheblich kleineren Durchtrittsquerschnitt
als die Lochplatte 98 aufweist. Soll beispielsweise eine größtmögliche Ausdehnung
und vollständige Gelatinierung des Gutes stattfinden, so muß der Druck im
Gehäuseteil
58 so hoch sein, daß die Temperatur ohne Verdampfung der Feuchtigkeit beträchtlich
über 1000 C liegen kann. Die weitere Erhitzung erfolgt durch den Heizmantel 142
des Gehäuseteils 58 sowie durch Einleitung von Dampf in diesen Gehäuseteil durch
den Dampfeinlaß 59.
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Da die Gelatinierung normalerweise in mehreren bestimmten Stufen
vor sich geht, kann angenommen werden, daß die auf dem Weg des Gutes durch den Konditionierer
und durch den Gehäuseteil 56 stattfindenden Teilgelatinierungen abgeschlossen sind,
ehe das Gut durch die Lochscheibe 104 ausgetrieben wird. Dabei ist es für die Ausdehnung
günstig, daß das im Behandlungsgut enthaltene Wasser infolge des hohen Druckes über
den Siedepunkt bei normalem Druck erhitzt wird. Durch die plötzliche Druckentlastung
beim Austritt des Gutes aus den Löchern 106 der Lochscheibe 104 verdampft nämlich
das über den Siedepunkt erhitzte Zellwasser und ruft dadurch eine maximale Ausdehnung
und Volumenzunahme des behandelten Erzeugnisses hervor. Gleichzeitig werden die
aus den Löchern 106 austretenden Stränge durch die umlaufenden Messer 114 in kleine
Teilchen von gleicher Größe zerschnitten.
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Das strangartige Auspressen des behandelten Gutes ist kein unbedingtes
Erfordernis der Erfindung, vielmehr ist es nur wesentlich, daß zur Erzielung einer
größtmöglichen Ausdehnung eine plötzliche Druckentlastung stattfindet. Wird das
Gut in der beschriebenen Weise strangartig ausgepreßt, so kommt es auf die Form
und Größe der Abschnitte oder Teilchen nicht an.
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Das Phänomen der Gelatinierung ist in vielen Veröffentlichungen behandelt
worden, wobei unterschiedliche Theorien aufgestellt wurden. Die Erfindung soll dieserhalb
nicht auf eine bestimmte Theorie beschränkt sein, sondern geht nur von der Tatsache
aus, daß Stärke und ähnliche Stoffe durch Gelatinierung aus einem unlöslichen in
einen löslichen Zustand übergeführt werden können. Bei der Behandlung nach der vorliegenden
Erfindung werden die Stärkezellen gespalten und in eine Dispersion von gequollenen
wasserlöslichen Teilchen verwandelt.
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Auch hinsichtlich der Verwendung des behandelten Gutes soll die Erfindung
nicht beschränkt sein.
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Wird es beispielsweise als Lebensmittel verwendet oder zu Lebensmitteln
weiterverarbeitet, so kann das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung von
Frühstücksflocken, Imbißstückchen, Makkaroni, Spaghetti, Backteig, Maisgries, Brot,
Brötchen, Zwieback und sonstiger Erzeugnisse in Gestalt von Lebens- oder Futtermitteln
dienen.
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Schließlich soll das Verfahren nach der Erfindung auch nicht auf
Einzelheiten der besonderen Ausbildung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
beschränkt sein. Insbesondere können zur Konditionierung des Gutes auch andere Vorrichtungen
verwendet werden, wenn andere Verfahrensbedingungen vorliegen. Bei kleinerem Durchsatz
kann man z.B. auf den mit den Förderschnecken 18,30 versehenen Vorkonditionierer
verzichten und mit dem im Zylinder 36 enthaltenen Rührwerk allein arbeiten.