DE1692482A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Pelletisieren von Futtermitteln - Google Patents

Description

RALSTON PURINA COMPANY

Checkerboard Square

Saint Louis - Missouri 65199 '

Verfahren und Vorrichtung zum Pelletisieren von Futtermitteln

Die Erfindung betrifft die Zubereitung von Nahrungsmitteln und im Hinblick auf gewisse spezielle Merkmale die Zubereitung pelletisierter Futtermittel, die im wesentlichen frei von krankheitserregenden Bakterien, wie beispielsweise Salmonella, Serotypen, sind.

Unter verschiedenen Zejilen der Erfindung sei die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung erwähnt zur preiswerten Herstellung von Nahrungsmitteln, insbesondere pelletisieren Futtermitteln, die im wesentlichen frei von krankheitserregenden Bakterien, wie Salmonella, sind und die Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung der beschriebenen Art, bei denen der Nährwert der Rohjfrnaterialien, aus denen das pelletisierte Produkt hergestellt wird, erhalten bleibt. Andere Gegenstände und Merkmale werden im folgenden ersichtlich.

Die Erfindung umfaßt dementsprechend Elemente und Kombinationen von Elementen, Verfahrensschritte und die Folge von Verfahrensschritten, Merkmale der Konstruktion und der Handhabung und die Anordnung von Teilen, wie anhand von Beispielen im folgenden beschrieben.

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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von Verfahren und Vorrichtung;

Pig. 2 einen Schnitt, der Teil der Förderschraube und ein Tellerventil zeigt;

Fig. 5 die Ansicht einer Gegendruckschleuse;

Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3, entlang der Linie4-4;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 4;

Fig. 6 die perspektivische Ansicht einer Pelletisiermühle, die Einzelheiten derselben zeigt;

Fig. 7 ein Nomogramm, das die Verhältnisse von Feuchtigkeit; Zeit und Temperatur darstellt. '

Krankheitserregendej bakterielle Verseuchung von Nahrungsmitteln, insbesondere pelletisierten Futtermitteln, wirft eine Reihe von Problemen auf, insbesondere im Hinblick auf die Verseuchung mit Salmonella Serotypen. Es sind bereits Vorschläge gemacht worden, diese Futtermittel zu bestrahlen, um die Krankheitserreger zu vernichten. Dies ist jedoch aus Kostengründen keine praktische Lösung. Die übliche, mit Fördersehrauben arbeitende' Strangpreß-Masehinerie, die für das Pelletisieren benutzt wird, erzeugt verhältnismäßig hohe Temperaturen in Anwesenheit von Feuchtigkeit während des Pelletisierens. Derartige Vorrichtungen können durch Erhitzen einige bakterielle Verseuchung beseitigen. Die Anwendung der hohen Temperaturen ist jedoch sehr kurzfristig und daher ist der Grad der Vernichtung von Bakterien nicht ausreichend. Darüber hinaus neigt die hohe Temperatur sogar für die kurzen, hier notwendigen Zeiten dazu, den Nährwert

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der Nahrungsmittel zu zerstören. Weiterhin sind die Strangpreßanlagen für diesen Zweck aufwendig und teuer.

Sogenannte Ring-Typ-Pelletisiermühlen zum Pelletisieren sind billiger zu betreiben als Extruder. Auch die Ring-Pelletisiermühlen bewirken einen Strangpreßeffekt unter einigem, jedoch niedrigeren Druck beim Pelletisieren. Der Betrieb dieser Ring-Pelletisiermühlen erhält die Nährwerte. Diese Mühlen können jedoch Bakterien in angemessenem Umfange nicht vernichten. Nach der vorliegenden Erfindung werden diese Art von Pelletisiermühlen angewendet, wobei sie unterstützt werden durch geeignete Vorbehandlungsmittel, welche die Rohmaterialien zuführen. Die Vorbehandlungsmittel sind geeignet, wesentliche Bakterienmengen zu vernichten, ohne daß der Nährwert gesenkt wird.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Vorratsbehälter bezeichnet, der die rohen, zu behandelnden Materialien enthält. Diese Materialien sind die üblichen, in der üblichen Form von trockenem Mehl, je nach dem herzustellenden Putter für Säugetiere oder Geflügel oder dergleichen. Einschlägige mehlartige und proteinhaltige Mischungen sind bekannt und brauchen nicht weiter beschrieben zu werden.

Das trockene Mehl fällt durch seine Schwerkraft durch einen Trichter J5 in ein Rohr 5, in dem eine Förderschnecke 7 angeordnet ist, die vorzugsweise mit ungleichmäßiger Stegung ausgelegt ist. Die Förderschnecke 7 wird durch ein Regelgetriebe 8 angetrieben. Die unterschiedliche Steigung der Förderschnecke 7 ist nicht immer notwendig; es ist jedoch eine derartige Ausbildung vorzuziehen, um einen wünschenswerten vollen und möglichst kompakten Materialstrom durch das Rohr 5 zu bewirken.

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Das Rohr 5 weist am Auslaßende der Förderschnecke 7 ein federbelastetes Tellerventil 9 auf, das einen Druck auf das austretende trockene Mehl ausübt.. Die Druckfeder, die auch in Fig. 2 dargestellt ist, ist mit 11 bezeichnet. Das Tellerventil 9 wirkt als Rückschlag-Eintrittsentil und verhindert Druckverluste nach unterstrom. Wenn das Ventil 9 offen ist, wird Druckverlust durch den gepreßten Zustand des Mehles verhindert, welches durch das Ventil strömt. ■

Mit 15 ist ein Auslaß unterstrom des Tellerventils 9 bezeichnet, durch den das komprimierte trockene Mehl zum oberen Abschnitt 17 einer Doppelkaskadendruckkammer 15 gelangt. Die Abteilungen der Druckkammer 15 sind mit 17 und 19 bezeichnet. Der Auslaß IJ ist mit einem Ende der oberen Abteilung 17 verbunden. Die anderen Enden der Abteilung 17 und 19 weisen eine Querverbindung 21 auf.

Jede Abteilung 17 und 19 ist in Form eines Rohres ausgebildet, das eine Welle 23 umgibt, welche winklig angeordnete Löffel 25 trägt. Die Löffel in der Abteilung 17 sind unter solchen Winkeln angeordnet, daß sie das Material vom Einlaß I3 zur Querverbindung 21 rühren und treiben. Die Löffel in Abteilung 19 sind so winklig ausgebildet, daß.sie das Material von der Querverbindung 21 zu einem Auslaß 2^ der Abteilung 19 rühren und treiben. Mit 29 sind Regelgetriebe bezeichnet, für den Antrieb der Wellen 23. Mit 31 ist eine Gegendruckschleuse bezeichnet, deren Einzelheiten in den Figuren 3 bis 5 dargestellt ist, die Material su vom Auslaß 27 einem Einlaß 33 einer Pelletisiermühle zuführt, die mit einem Antrieb 37 versehen ist. Die Gegendruckschleuse ist als Drehflügelschleuse ausgebildet. Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Anordnung des Tellerventils 9» seiner Feder 11 und des benachbarten

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Endes der Förderschnecke 7· Das Ventil 9 arbeitet als Einlaßdruckschleuse.

Mit 39 ist ein regelbarer Einlaß und mit 41 ein regelbarer Auslaß für Dampf unter Druck dargestellt, der durch die Druckbehandlungskammer 15 strömen kann. Der Dampf hebt den Feuchtigkeitsgehalt durch Kondensation und den Druck, unter dem das MittelUisteht. Die Schleusen 9 und 31 erhalten den Druck auf das Material in der Druckkammer 15, wie er durch den Dampf aufgebaut wird, der durch das Dampfeinlaßventil 39 einströmt.

Die Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Gegendruckschleuse 31· Sie bjssteht aus einem Körper mit einem vertikalen Durchlaß 43 und einer Querbohrung 45. In der Querbohrung 45 ist ein Rotor 44 angeordnet, der Flügel 47 besitzt, die Räume 49 einschließen, in denen Material vomAuslaß 27 aufgenommen und dem Einlaß 33 der Pelletisiermühle 35 zugeführt wird. Der Rotor wird von einer Welle 46 getragen. Die Flügel 47 bilden eine wesentliche Dichtung gegen Druckverlust aus der Kammer 15. Ein geeignetes Regelgetriebe, das schematisch unter 51 in Fig. 1 dargestellt ist, bewirkt die Drehung der Flügel 47·

Um wesentliche Teile der Abteilungen 17 und 19 herum ist ein Doppeldampfmantel 71 vorgesehen. Der Mantel 71 ist mit einem Dampfeinlaß 73 und einem Dampfauslaß 75 versehen. Er dient zur indirekten Erwärmung des Materials in den Abteilungen 17 und 19, wenn benötigt. Es ist klar in diesem Zusammenhang, daß andere Mittel als der Doppelmantel 71, wenn gewünscht, benutzt werden können zur indirekten Anwendung, von Wärme zum JHeben der Temperatur in den Abteilungen 17 und 19·

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Die Fig. 6 stellt einen Pelletisierkopf 53 einer geeigneten Pelletlsiermühle 35 dar. Er besteht aus einem Satz von Arbeitswalzen 55 mit festen Achsen, deren Oberflächen geriffelt sind und innen eine ringförmige, perforierte Matrize 57 berühren, die durch den Motor 36 getrieben wird. Die Matrize 57 besitzt ein offenes Ende 59, durch welches Material vom Einlaß 33 aufgenommen und ins Innere der Matrize gebracht wird. Die äußere Fläche der Matrize 57 wird von Streichklingen 6l berührt. Wird Material in die Matrize 57 geleitet und diese gedreht, quetschen die Walzen 55 das Material in Fadenform durch die Öffnungen heraus, so daß es diash die Streichklingen 61 in Pellets zerteilt werden kann. Die Walzen 55 drehen sich mit der gleichen peripheren Geschwindigkeit wie die Ringmatrize 57* da sie durch Reibung zwischen dem Material, den Walzen 55 und der Matrize 57 angetrieben werden. Geeignete Stelleinrichtungen für die Streichklingen sind mit 63 bezeichnet. Die fertigen Pellets verlassen die Mühle 35 durch einen Auslaß 65 zum Trocknen, Verpaekteagen =und Transportieren.

In Fig. 7 ist ein Beispiel eines geeigneten Nomogramms gezeigt, um die Feuchtigkeits-, Zeit- und Temperaturrelation darzustellen, die in Kammer 15 aufrechterhalten werden muß, um Bakterien zu vernichten. Ein derartiges Nomogramm wird vorbereitet auf Grund der Bakterienzählung pro Gramm im Trockenmehl des Vorratsbehälters 1. Das gezeigte Nomogramm gilt für eine Bakterienzahl von 8 · Io' Salmonella Organismen pro Gramm. Das Nomogramm zeigt als Ordinaten die drei unabhängigen veränderlichen, nämlich Feuchtigkeitsgehalt in Prozent, Zeit in Minuten und Temperatur in Grad F. Bekannte Relationen zwischen diesen Werten sind die Parameter für ausreichende Bakterienvernichtung.

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Durch Auswahl von Werten auf zwei beliebigen Ordinaten kann der dritte Wert auf der dritten Ordinate durch geradlinige Verbindung der beiden gewählten Punkte ermittelt werden. Wenn, wie die Gerade 6j zeigt, der Feuchtigkeitsgehl|at 13 $ und die Temperatur 19o° F .beträgt, wird die Heizzeit, die unter diesen Bedingungen benötigt wird, Io min betragen.

Die Gerade 69 zeigt eine andere Gruppe von Bedingungen und es ist offensichtlich, daß eine unbestimmte Zahl von Geraden wie 67 und 69 bezogen werden kann, um verschiedene Bestimmungen von Feuchtigkeitsgehalt, Zeit und Temperatur für den Gebrauch^ zu finden. Wenn andere Organismen behandelt werden" sollen, müssen andere Nomogramme benutzt werden, gleichfalls wenn die Zahl der vorhandenen Organismen eine andere ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Zunächst werden die Bakterien des Mehles im Vorratsbehälter gezählt und ein geeignetes Nomogramm wird aufgestellt, beispielsweise, wie in Fig. 7 gezeigt, das den Feuchtigkeits-Prozentsatz, die Zeit in Minuten und die Temperatur in Grad F, die in der Kammer 15 notwendig sind, in Relation setzt faee etf, die eine im wesentlichen vollständige Vernichtung der Salmonellen bewirken, ohne zu einem Kochvorgang zu führen. Das trockene Material fällt durch seine Schwerkraft in das Rohr 5 und wird vom Trichter j zum Tellerventil 9 durch die Förderschnecke 7 getrieben, die ihrerseits durch das Regelgetriebe 8 angetrieben wird. Es wird ein voller Materialfluß im Rohr 5 aufrechterhalten. Das Material, das durch das Tellerventil 9 strömt, wird gepreßt werden und wird befeuchtet, wenn es sich vom Auslaß 13 weiter bewegt. Das Material wird dann in Abteilung 17 nach links gefördert, wobei es kontinuierlich unter dem gewählten Druck

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land Feuchtigkeitsgehalt durch Löffel 25 gerührt wird. Das Material gelarlt dann durch die Querverbindung 21 in den unteren Abschnitt 19 und wird dabei weiterhin kontinuierlich durch die Löffel 25 bei dem genannten Du-rck .und Feuchtigkeitsgehalt gerührt. Der Dampf, .der der Druckkammer 15 durch das Einlaßventil 39 zugeführt wird und durch das Auslaßventil 4l austritt, liefert den gewünschten Druck, den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt und die gesamt« oder einen Teil der benötigten Wärme zum Anheben der Temperatur. Die Regeige tribe 29 der Wellen 23 werden so eingestellt, daß das Material durch die Druckbehandlungskammer in der dem Nomogramm entnommenen·Zeit gefördert wird. Die Förderschnecke 7 wird mit solcher Geschwindigkeit angetrieben, daß sie das trockene Material am Einlaß des Tellerventils 9 zusammendrückt, so daß, wenn das Ventil 9-offen ist, ein unerwünschter Verlust von Rückdruck in Kammer -1-5 nicht eintritt.

Das Material, da durch die Abteilungen VJ und 19 der Druckkammer 15 gefördert wird, wird durch Kondensation des Dampfes befeuchtet, der durch das Einlaßventil 39 eintritt. Die Dampfmenge ist so gewählt, daß der Feuchtigkeitsgehalt erreicht wird, den das Nomogramm (FIg. 7) vorschreibt.

Da dieser Dampf möglicherweise keine hinreichende Temperatur hat, um die vom Nomogramm geforderte Temperatur zu liefern, kann eine zusätzliche Beheizung notwendig sein. Diese wird erreicht durch den Doppelmantel 71 für Dampf, dessen Temperatur überwacht wird, um die Temperatur in der Druckkammer : 15 auf den gewünschten Wert zur Vernichtung der Bakterien anzuheben, jedoch unterhalb der Kochtemperatur zu gehalten. Die Zeit, während welcher das feuchte Material in den Abteilungen 17 und 19 erhitzt und gerührt wird, ist gleichfalls dem Nomogramm zu entnehmen und wird durch Regelung der Geschwindigkeiten der Antrieb/29 erreicht. Die Relation

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dieser Zeitfestlegung im Hinblick auf die gewählte Feuchtigkeit und Temperatur ist wichtig, um eine hinreichend lange Zeit zu gewährleisten, während der eine hinreichende Zahl der bakteriellen Organismen der Vernichtungswirkung der feuchten Hitze ausgesetzt sind. Die Feuchtigkeit hilft, die Vernichtungstemperatur den Organismen zuzuführen. Die Feuchtigkeit befeuchtet gleichzeitig das trockene Mehl ausreichend, so daß es bei Erreichen der Pelletisiermühle 35 in einer Kondensation ist, um durch die Öffnungen der Ringmatrize 57 in Fadenform gepreßt und durch die Streichklingen 61 in Pelletform abgeschnitten zu werden« Nach dieser Operation trocknet das Material oder es wird getrocknet.

Es ist wichtig, daß die Temperatur und die Zeitbestimmung auf die Werte beschränkt wird, bei denen eine Vernichtung der Bakterien eintritt, Jedoch noch kein Kochen des feuchten Material. Der Zweck, das Kochen in der Kammer 15 zu verhindern, ist es, wesentliche Zerstörung des Nährwertes des Produktes durch u.a. Proteinzerstörung zu vermeiden, die vom Kochen bewirkt würde. In diesem Zusammenhang wird gleichfalls darauf hingewiesen, daß die Pelletisiermühle, beispielsweise 55* im Unterschied zur Schneckenstrangpresse kein Kochen mit sich bringt. In vielen Fällen wird der Dampf, der bei 39 eintritt, um die gewünschte Menge Kondensat zum Befeuchten zu liefern, ausreichen, die Temperatur in den Abteilungen 17 und 19 auf den Wert anzuheben, den das Nomogramm vorschreibt. In solchen Fällen wird zusätzlich* Wärme durch Dampf im Doppelmantel 71 nicht benötigt.

Kurz zusammengefaßt gibt die Erfindung die Anweisung, daß ein heißes, feuchtes Medium unter geeignetem Druck eine ausreichende Zeit angewandt wird, um im wesentlichen vollständig die bakteriellen Organismen zu töten, ohne daß der Nährwert durch Kochen verringert wird. Einige Stämme «ad

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oder Sorten dieser Organismen sind widerstandsfähiger gegen Hitze als andere und die Auslegung der Vorrichtung ermöglicht erhebliche Bereiche der Auswahl des Feuchtigkeitsgehaltes, der Temperatur und der Behandlungszeit, um eine zufriedenstellende Bakterienvernichtung zu erreichen. Dadurch, daß das Material in den Abteilung/l7 und 19 der Kammer 15 kaskadenartig gefördert wird, ist eine Behandlungszeit von einigen Minuten möglich. Die Anordnung gestattet weiterhin die Verwendung der preiswerten PelAetisiermühle statt eines Extruders. Während ein konventioneller Extruder ein atmosphärisches Dämpfen des Materials gestattet, während es sich der Pelletisiermatrize nähert, ist die Zeit, die zum Dämpfen zur Verfügung steht, in der Größenordnung von Sekunden und dieses Dämpfen tritt bei hohen Temperaturen ein, wodurch ein ,Kocheffekt eingeführt wird, während nach der vorliegenden Erfindung die Behandlungszeit unter geringeren Druck- und Temperaturbedingungen in der Größenordnung von Minuten liegt, jedoch ohne Kochen in der Druckkammer 15 oder" der Pelletisiermühle 35·

Im Hinblick auf das Vorstehende ist einzusehen, daß die verschiedenen Gegenstände der Erfindung erreicht werden und noch weitere Fortschritte dazu.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum Pelletisieren von Futtermitteln aus Mehl, unter Verwendung einer Pelletisiermühle, die aus einem Vorratsbehälter über ein Transportmittel beschickt wird, dadurch gekennzeichnet?, daß mindestens ein Teil des Transportmittels in einer Vorbehandlungs-Sterilisierkammer (Kaskadendruckkammer 15) angeordnet ist, deren Einlaß unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils (Tellerventil 9) mit dem Auslaß eines ersten druckerzeugenden Transportmittels (Förderschnecke 7)verbunden ist, die Vorbehandlungs-Sterilisierkammer andererseits unter Zwischenschaltung einer Gegendruckschleuse (31) mit der Pelletisiermühle (35) verbunden ist, Zuführungen (Dampfeinlaßventil 39) und Ableitungen (Dampfauslaßventil '4I)- zur regelbaren Zu- bzw. Abführung von Wärme und Druck in* die Vorbehandlungs-Sterilisierkammer sowie Rührmittel (25,25,29) in der Vorbehandlungs-Sterilisierkammer vorsehen sind.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermittel als Förderschencke (7) ausgebildet ist, das Einlaßventil als Tellerventil ][19) und die Gegendruckschleuse (51) als umlaufende Flügelschleuse ausgebildet sind.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (7) unterschiedliche Steigung aufweist und die Steigung vom Einlaß (Vorratsbehälter l) zum Auslaß (Tellerventil 9) abnimmt.'

   4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (I5) kaskadenartig ausgebildet ist, wobei verschiedene Abteilungen (17,19) parallel zueinander angeordnet sind und in jeder Abteilung ein Mehlrührantriebselement (Welle 23, Löffel 25) zur Bewegung des Mehls in entgegengesetzter Richtung in den verschiedenen Abteilungen angeordnet sind.

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   5· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pelletisiermühle (35) als Walzen- und Ringmatrizenmühle ausgebildet ist, daß die Druckkammer (15) aus einem oberen Abschnitt (17) und einem unteren Abschnitt (19) besteht, die durch eine Querverbindung (21) verbunden sind, daß mit der Druckkammer (15) Mittel (Dampfeinlaßventil 39* Dampfauslaßventil 4l) zum Unterdrucksetzen und Befeuchten verbunden sind, daß weiterhin Mittel (Doppelmantel 71) mit Ventilen (73,75) vorhanden sind, um äußere Zusatzbeheizung zu bewirken, alle Antriebe (8,29*27) regelbar ausgebildet sind.

   6. Verfahren zum Pelletisieren von Futtermitteln aus Mehl, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehl unter Zuführung von Feuchtigkeit und Druck erhitzt wird und diese Behandlung über eine Zeit bei einem Feuchtigkeitsgehalt und einer Temperatur erfolgt, bei welchen Bedingungen die Bakterien vernichtet werden, das befeuchtete Mehl jedoch noch nicht gekocht wird und die so behandelte Masse der Pelletisiermühle zugeführt wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehl, während es Feuchtigkeit, Druck und Wärme ausgesetzt ist, gerührt und unter Rühren transportiert wird.

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