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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die entsprechende Einrichtung
fUr eine zweistufige thermische Aufbereitung von KörnerfrUchten durch elektromagnetische
Wellen im Ultrakurzwellenbereich oder im Bereisil der Infrarotstr£:lung.
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In Zusammenhang mit dem raschen Anwachsen der Bevölkerungszahl der
gesamten Welt, muß ein entsprechendes Anwachsen der Lebensmittel pflanzlichen und
tierischen Ursprungs sichergestellt werden. Nicht minder bedeutend ist die Vertiefung
und Intensivierung des Kampfes gegen Verluste, die auf dem Wege von der Gewinnung
der Rohstoffe bis zu ihrem Verbrauch schätzungsweise bis 40 95 der gesamten Weltlebensmittelproduktion
betragen.
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Ein untrennbarer Teil dieses Bestrebens besteht in der Erhöhung der
Ausnützung der landwirtschaftlichen Produkte fUr Butterzwecke und als Rohstoffe
für die industrielle Lebensmittelverarbeitung. Dies erfolgt durch Verwandlung der
in den pflanzlichen Produkten enthaltenden Stoffe in solche, die bezüglich Ernährung
und Fertigung vorteilhafter sind und ferner durch Verbesserung der Verwertung ihrer
ausnutzbaren Teile.
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Körnerfrüchte werden heute meistens durch Mahlen, Brechen, Pressen
und Dämpfen aufbereitet. Diese Verfahren änderten sich in ihrem Prinzip seit langem
nicht, obwohl sie durch verbesserte Einrichtungen zu ihrer Ausfuehrung einen Fortschritt
aufweisen können. Geprüft und experimentell eingefUhrt werden auch neuere Verfahren,
z. B. hydrothermische und trockene thermische Aufbereitungen. Bei den hydrothermischen
Aufbereitungen wird die Körnerfrucht 8 bis 30 Minuten auf 95 bis 990 C durch Dampf
erwärmt oder dies erfolgt 1 bis 3 Minuten bei 95 bis 1000 C durch Dampf unter Druck
in einem Autoklav, aus dem sie nach einer bestimmen Zeit bei einem plötzlichen Druckabfall
ftherausgeschossenft
wird. Bei diesem Verfahren erweichen die Körner
und ändern die Gewebestruktur. Körner mit einem Stärkegehalt werden schmierig (gelatineartig)
und es erfolgt auch eine teilweise Hydrolyse der Stärke in Dextrine und niedrigere,
in Wasser lösliche Zuckerarten.
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Bei einer trockenen Erwärmung bis zu einer Temperatur von 150 bis
2500 C während 10 bis 100 Sekunden können ähnliche Effekte erzielt werden, besonders
bei Verfahren, die während der letzten Jahre geprüft wurden, bei denen die Körner
von innen durch die Einwirkung elektromagnetischer Wellen im Bereich der Ultrakurzwellen
oder Infrarotstrahlung erwärmt wurden. Durch diese Einflüsse erfolgt anscheinend
ein Resonanzschwingen der Moleküle innerhalb der Körner, so daß ihre rasche Erwärmung
eintritt.
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Durch die Einwirkung von elektromagnetischen Wellen im Bereich der
Ultrakurzwellen oder von Infrarotstrahlung steigt die Temperatur im Korn beinahe
linear mit der Zeit an. Dabei erfolgen innerhalb des Kornes physikalische und chemische
Veränderungen, der innere Wassergehalt wird teilweise in Dampf verwandelt, der gemeinsam
mit der höheren Temperatur die Stärke in eine schmierige Masse verwandelt und anscheinend
auch die erwähnte Hydrolyse unter Druck verursacht, wobei die Kornschale als ein
Miniaturautoklav wirkt. Mit ansteigender Temperatur steigt Jedoch auch der innere
Dampfüberdruck an, der auch ein Bersten des erweichten Kornes verursachen kann,
worauf eine rasche Dampfexposition erfolgt, die mit einer Abkühlung und Unterbrechung
des angeführten Vorganges verbunden ist, was nachteilig sein könnte.
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Diesen Nachteil beseitigt im Wesen das erfindungsgemäße Verfahren
der zweistufigen thermischen Aufbereitung von Körnerfruchten durch die Einwirkung
elektromagnetischer Wellen im Bereich von Ultrakurzwellen oder einer Infrarotstrahlung.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Körnerfrüchte in der ersten Stufe
5 bis 120 Sekunden aus der Umgebungstemperatur auf 100 bis 2000 C durch Infrarotstrahlung
oder elektromagnetische Wellen von der Länge 0,7 bis 0,1 m erwärmt werden. In der
zweiten
Stufe werden sie 5 bis 200 Sekunden bei der Temperatur
belassen, die in der ersten Stufe erreicht wurde oder bei einer Temperatur, die
mässig, maximal um 10 96 erhöht ist und/oder allmählich bis auf marx. 600 C gesenkt
wird. In der ersten Stufe wird der Temperaturverlauf durch Einstellung der Intensität
der Infrarotstrahlung oder der elektromagnetischen Wellen von der Länge 0,7 bis
0,1 m geregelt. In der zweiten Stufe wird der Temperaturverlauf erhalten, respektive
durch Infrarotstrahlung oder elektromagnetische Wellen von der Länge 0,7 m bis 0,1
m geregelt, vorzugsweise durch eine elektrische Widerstandsheizung und/oder Wärmeisolation
aufrecht erhalten. Dann werden die Körnerfrüchte in heißem Zustand gebrochen oder
geflockt und auf eine Temperatur unter 400 C abgekühlt.
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Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen zweistufigen Aufbereitung von
Körnerfrüchten besteht darin, Je nach der Art der aufzubereitenden Körnerfrucht
die Dauer und den Verlauf der Erwärmung von der Umgebungstemperatur auf die gewünschte
Temperatur einstellen zu können. Außerdem kann die Dauer während der das Korn bei
dieser Temperatur aufbereitet wird oder bei einer nur mässig sich ändernden Temperatur
geregelt werden, d.i. bei einer vorteilhaften Temperatur, die die Stärke schmierig
gestaltet und ihre teilweise Hydrolyse zu vollführt, besonders günstig ist.
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Durch die Wahl einer richtigen Stufe und eines ebensolchen Erwärmungsverlaufes
wird eine bessere Verdaulichkeit der Proteine erreicht.
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Bei einem Vergleich mit dem bisher angewandten Verfahren der einstufigen
thermischen Aufbereitung mit dem erfindungsgemäßen zweistufigen Verfahren wird ein
höherer Grad der Aufweichung und der Hydrolyse erreicht, so daß die Körnerfrüchte
bei der direkten Verwendung bei der Lebensmittelzubereitung und für Futtermittel
verdaulicher sind. Auch das Ergebnis ihrer Benützung bei der Umwandlung in Energie
und lebende Materie ist größer.
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Der Wärme zustand der Körnerfrucht ändert sich bei der erfindungsgemäßen
Aufbereitung in der ersten Stufe von der Umgebungstemperatur
auf
eine Temperatur, bei der die Körner noch nicht platzen, ungefähr linear mit der
Zeit. In der zweiten Stufe wird die Temperatur ungefähr auf der gleichen Höhe oder
auf einer von ihr mässig abweichenden Höhe erhalten. Der Temperaturverlauf und die
Dauer der Erhaltung der Temperatur in beiden Stufen muß für jede Körnerfruchtart
experimentell unter Berücksichtigung der optimalen Bedingungen für den Verlauf der
gewünschten Änderungen be stimmt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Aufbereitung der Körnerfrüchte erfolgt ihre
teilweise Austrocknung und Sterilisatirn.
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Durch das zweistufige erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren wird
auch der Wirkungsgrad im Vergleich zum bisher benutzten einstufigen Verfahren verbessert.
Durch den Verlauf der zweiten Stufe ohne Wärme zufuhr kann die erste Erwärmungsstufe
gekürzt werden, so daß auch der Wärmeverbrauch bei gleichem oder einem besseren
Ergebnis herabgesetzt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Aufbereitung
von Getreide-, Hülsen- und blfrUchte.
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Die Einrichtung für die zweistufige, erfindungsgemäße, thermische
Aufbereitung von Körnerfrüchten besteht aus einem Schütttrichter für gereinigte
Körnerfrüchte mit einem regelbaren Zubringer zu einer waagrechten oder mässig geneigten
Fördereinrichtung, aus einem Brecher und einer Kühleinrichtung. Das Wesentliche
der Einrichtung besteht in einem Band-, Vibrations-oder Schüttelförderer mit regelbarer
Fördergeschwindigkeit auf dem in der ersten Stufe, d.i. in 20 96 bis 90 X der Länge,
die Fördereinrichtung durch Infrarotstrahlung bestrahlt wird und in der zweiten
Stufe, d.i. in 80 96 bis 10 96 der Länge, die Fördereinrichtung mit einer elektrischen
Widerstandsheizung beheizt wird, wobei der untere Teil und die Seitenteile eines
Teiles oder der ganzen Fördereinrichtung wärmeisoliert sind. In der zweiten Stufe
ist die Fördereinrichtung teilweise oder ganz
wärmeisoliert und
auch mit einem oberen wärmeisolierenden Schutz versehen.
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Das erfindungsgemäBe Verfahren und die entsprechende Einrichtung sind
den beiligenden Zeichnungen entsprechend erläutert.
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Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Einrichtung mit einem
Bandförderer; und Figur 2 eine Einrichtung mit zwei Bandförderern.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die gereinigte Körnerfrucht a aus
dem Schüttrichter 1 dem regelbaren Zubringer 2 zugeführt und verteilt wird. Von
hier gelangt sie auf die waagrechte oder mässig geneigte Fördereinrichtung 3. Als
Fördereinrichtung kann ein Band-, Vibrations- oder Schüttelförderer mit regelbarer
Fördergeschwindigkeit verwendet werden. Die Körnerfrucht a wird im ersten Teil b,
der 20 bis 90 % der Länge der Fördereinrichtung 3 beträgt, durch Infrarotstrahler
4 bestrahlt, die aus Keramikplättchen bestehen. Sie werden durch Heizgase oder elektrisch
erwärmt und sind zu einzeln regelbaren Sektionen zusammengestellt. Der restliche
zweite Teil c der Fördereinrichtung, d.i. 80 bis 10 96 ihrer Länge, ist mit einer
Wärmeisolation und/oder einer elektrischen Widerstandsheizung 5 versehen, die die
Wärme der Körnerfrucht auf einer gewünschten Höhe erhält.
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Die Erhaltung der Regelung des Temperaturverlaufes der Körnerfrucht
in der zweiten Stufe kann auch durch Intensitätsänderung der Infrarotstrahlen, durch
Temperaturbegrenzung der Strahler oder durch ihre teilweise Ausschaltung sichergestellt
werden.
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Der Unterteil und die Seitenteile der Fördereinrichtung oder die gesamte
Fördereinrichtung sind wärmeisoliert und im zweiten Teil c ist die Einrichtung eventuell
auch mit einem oberen Wärmeisolierschutz 6 versehen.
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Die Körnerfrucht fällt nach der Wärmcaufbereitung aus der Fördereinrichtung
in den Brecher 7 und gelangt von hier in die Kühleinrichtung 8, wo die gebrochene
Frucht durch einen Luftstrom unter 400 C abgekühlt wird. Nach der Abkühlung wird
das Produkt d zur weiteren Bearbeitung oder in den Lagerraum befördert.
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Verschiedene Arten von Yvörnerfrtichten erfordern zum Erzielen eines
optimalen Ergebnisses einen verschiedenen Erwärmungsgrad und verschiedene Aufbereitungszeiten
in der ersten und zweiten Stufe der thermischen Behandlung. Vor Beginn der Arbeit
muß dies durch Versuche festgestellt lirerden, damit die Einrichtung richtig eingestellt
werden kann. Dies erfolgt durch Einstellung der nötigen Bestrahlungsintensität,
der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung und durch die Wahl der Länge der ersten
und der zweiten Stufe der thermischen Aufbereitung.
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Aus diesen Gründen werden die Infrarotstrahler so angeschlossen, daß
die Bestrahlungsintensität und die Länge des bestrahlten Abschnittes der Fördereinrichtung
je nach Bedarf verlängert oder verkürzt werden kann und zwar durch Einschalten oder
Ausschalten der entsprechenden Strahl oder ihrer Sektionen. Gleichzeitig kann der
zweite Teil der thermischen Behandlung verkürzt oder verlängert werden, z.B. durch
Abnahme oder Zugabe abnehmbarer Teile des oberen abnehmbaren, wärmeisolierenden
Schutzes.
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Außerdem kann die Durchlaufzeit der Körner durch die thermische Aufbereitung
durch das Einstellen der nötigen Geschwindigkeit der Fördereinrichtung entsprechend
geregelt werden.
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Eine Wirkungsvergrößerung der Infrarotstrahlung kann dadurch erzielt
werden, daß nichtausgenützte Strahlen durch den Seitenschutz aus reflektierendem
Material auf den zu bestrahlenden Gegenstand reflektiert werden. Auch die nützliche
Fläche der Fördereinrichtung kann aus diesem Grund aus reflektierendem Material
angefertigt werden. Die Fläche des Vibrations- oder Schüttelförderers kann mit Rillen
oder Wellen versehen sein und zwar
in Quer- oder Längsrichtung,
wobei die Tiefe der Rillen oder Wellen 0,2 bis 4 mm betragen kann. Diese Rillen
oder Wellen reflektieren teilweise die infraroten Strahlen auf die Körner und verursachen
auch ein Wenden der Körner bei ihrer allmählichen fortschreitenden Bewegung.
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Die EinricYt:ung für eine erfindungsgemäße zweistufige thermische
Aufbereitung von Körnerfrüchten kann auch zwei Fördereinrichtungen nach Fi. 2 aufweisen.
Die zweite Stufe der Auf';ereitungsanlage wird mittels einer selbstandigen Fördereinrichtung
9, einem separaten Band-, Vibrations- oder Schüttelförderer mit regulierbarer Fördorgeschwindigkeit
ausgeführt.
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Ebenso kann die Einrichtung für eine zweistufige thermische Aufbereitung
so ausgeführt sein,daß die Stärke der Erwärmung in der zweiten Stufe und eventuell
auch der gesamte Temperaturverlauf in der ersten und zweiten Stufe geregelt werden
kann, bzw.nach einem durch Versuche festgestellten optimalen Verlauf eingestellt
wird. Dies kann durch Einstellung der Strshlungsintensität der Infrarotstrahler
4 erfolgen, die in diesem Falle auch iiber der zweiten Stufe der Fördereinrichtung
angeordnet sind.
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Beisoiel 1 50 g Gerste mit einer Freuchtigkeit von 14,15 % und einer
Schtittmasse von 650 kg/m3 wurden in einer Einkornschicht 30 Sekunden durch Infrarotstrahlung
bestrahlt. Die Temperatur erreichte 1560 C. Die Gerste wurde dann bei dieser Temperatur
während 60 Sekunden belassen. In der aufbereiteten Gerste wurden ferner 82,6 16
verdaulicher stickstoffhaltiger Stoffe gemessen, in der nicht aufbereiteten waren
es 63,9 % der gesamten Menge der N-Stoffe.
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Beispiel 2 50 g Gerste mit einer Feuchtigkeit von 22,22 j wurden in
einer einkörnigen Schicht 20 Sekunden durch Infrarotstrahlung behandelt. Die Temperatur
erreichte 1480 C. Die Gerste wurde dann bei dieser Temperatur während 60 Sekunden
belassen. In der aufbereiteten Gerste wurden mittels enzymatischer Elethode 52,04
% beeinflußter Stärke festgestellt, in der nicht aufbereiteten waren es bloß 9,60
20.
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