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Die Umgehung dieser Negativwirkung im Schrot ist nur möglich durch
Zerstörung der Urease bzw. Inhibierung ihrer enzymatischen Aktivität oder durch
thermi-
sche Zersetzung von Harnstoff, harnstoffartigen Verbindungen
und Derivaten oder sonstigen Stoffen, die unter Ammoniakbildung durch Urease enzymatisch
zerlegt werden. Bei Harnstoff selbst ist die zweite Möglichkeit bei Temperaturen
oberhalb 1300C gegeben.
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Getrocknete Sojabohnen - hier nur beispielhaft für Leguminosesamen
genannt - enthalten pro 100 g im Schnitt zwischen 34 und 38 g Proteine (Eiweißverbindungen),
die neben Kohlehydraten und Fetten die dritte große Gruppe von Nahrungs- und Reservestoffen
für Mensch und Tier darstellen, so daß den Proteinen eine erhebliche biologische
und ernährungsphysiologische Bedeutung zukommt.
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Die Proteine sind - ähnlich wie die übrigen Kolloide - gegen physikalische
und chemische Einwirkungen ziemlich empfindlich. Die Denaturierung ist jedoch eine
Funktion mehrerer Faktoren, insbesondere des Proteinmoleküls (Kettenlänge, Molekulargewicht,
Art der Aminosäuregruppen usw.), der Temperatur, der Zeit und vor allem des pH-Werts
des umgebenden Mediums.
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Die volle Entfaltung der insbesondere wasserlöslichen Proteine während
des gesamten Vorgangs der Saatgutaufbereitung, Pressung, Extraktion usw. bis zum
entbenzierten und getoasteten Schrot ist daher ein primäres Anliegen eines jeden
technischen Verfahrens zur Gewinnung von Ölen und Fetten aus Saatgut mit gleichzeitiger
Produktion verwertbaren Schrots als Futtermittel.
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Wie einleitend gesagt, ist die Ureaseaktivität von erheblichem Einfluß
auf die Qualität des Schrots und daher sollte ihr Gehalt im Saatgut schon im Verlaufe
der Saatgutvorbereitung nach Möglichkeit optimal eliminiert werden. Dies gelingt
aber nur zum Teil. Da die Enzymaktivität der Urinase bei Temperaturen oberhalb 30-40"C
wirksam wird, müssen zur Erreichung des vorgenannten Ziels bereits vor der Extraktion
(oder Pressung) thermische Konditionierungsstufen ggf. in Gegenwart von Wasserdampf
eingeschaltet werden. Eine optimale Ureaseinaktivierung oder Zerstörung konnte aber
bisher nocht nicht zufriedenstellend nachgewiesen werden.
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Von den im getrockneten Soja-Rohmaterial vorhandenen 34-38% Proteinen
sind im allgemeinen zunächst zwischen 95 und 98% wasserlöslich, d. h., für den Nahrungsmittelsektor
(Futtermittel) voll wirksam. Durch die Toastung als letzter Schritt der Schrotentbenzinierung
und -trocknung bei hohen Temperaturen sinkt der Anteil an wasserlöslichem Protein
jedoch stark ab (hohe Toastertemperaturen, Wasserdampfatmosphäre) und erreicht unter
bekannten Betriebsbedingungen Werte um 28-38% (Anteil) an wasserlöslichem Protein
im Gesamteiweiß).
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Die Toastung bei niedrigen Temperaturen würde zwar den Abfall an
wasserlöslichem Protein stoppen, hätte aber andererseits zur Folge, daß der Ureasegehalt
kaum verändert wird.
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Es gehört zum allgemeinen Stand der Technik, bei der Gewinnung von
Speiseölen und -fetten aus Leguminosesamen, z. B. aus Sojamaterial, dieses vor der
Extraktion mit Lösungsmitteln einer thermischen Behandlung zu unterwerfen, um die
Verfahrensstufen der Öl- bzw.
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Fettreinigung wie Entlezithinierung, Entschleimung, Raffination, Desodorierung,
Neutralisation, Destillation usw. zu entlasten, oder auf Bereiche dieser Verfahrensstufen
ganz zu verzichten.
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Durch eine derartige thermische Behandlung des Rohmaterials vor der
Extraktion oder der Kombination aus Pressen und Extrahieren können eine Vielzahl
im Endprodukt (Öl, Fett, Schrot) unerwünschte Begleitstoffe schon frühzeitig auf
ein Minimum reduziert werden.
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Dabei werden Harnstoffverbindungen abgebaut, Oxidasen unwirksam gemacht,
der für die Extraktion bedeutungsvolle Wassergehalt eingestellt, Schalenmaterial
durch Quellung gelockert oder entfernt, die Viskosität des Öls bzw. Fetts durch
Aufschmelzen erniedrigt und Eiweißstoffe koaguliert.
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Insbesondere eine möglichst vollständige Koagulation der Eiweißverbindungen
wirkt nicht nur einem Verschmieren der Pressen oder der Schaumbildung im Extrakteur
entgegen, sie fördert auch die Perkolation während des Extraktionsvorgangs.
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Zu hoher Wassergehalt im Rohmaterial vor der Extraktion verschlechtert
die Extraktionsausbeute, d. h.
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ein optimaler Übergang vom Rohmaterial in die Miscella wird nicht
erreicht.
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Die auf den verschiedensten Gebieten der Ernährungsphysiologie und
Pharmacie bedeutungsvollen Lezithine können durch einen optimal gestalteten thermischen
Vorbehandlungsprozeß vollkommener abgeschieden und gewonnen werden. Die Entfernung
der Phosphatide, die zunächst kolloidal gelöst in Mengen bis zu 5,5 Gew.-% im rohen
Öl vorhanden sind, kann erheblich verbessert und damit optimiert werden.
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Für die thermischen Konditionierung des Saatgutes, beispielsweise
Sojabohnen, stehen verschiedene Methoden und Anlagen zur Verfügung.
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Neben dem Einsatz dampfbeheizter Rohrbündelaggregate haben sich vor
allem die sogenannten Wärmepfannen frühzeitig einen wichtigen Platz in der Ölgewinnungstechnologie
verschafft. Dabei wird das Rohmaterial, nachdem es gereinigt, gemahlen, getrocknet
und auf Riffel- bzw. anschließend auf Glattwalzen zu Schuppen oder Plätzchen verarbeitet
wurde, in einem mit dampfbeheizten Böden ausgestatteten mehrstufigen und mit Rührarmen
versehenen, vertikalen System erhitzt.
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Die Temperatur dieser Konditionierung ist jedoch bei Atmosphärendruck
nach oben begrenzt, weil einmal eine zu starke Denaturierung der Proteine eintreten
würde, zum anderen Zersetzungsprodukte in das Öl bzw.
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Fett gelangen könnten. Andererseits ist man bestrebt, schon in der
thermischen Konditionierstufe die Enzymaktivität weitgehend auszuschalten.
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Erhaltung der wasserlöslichen Proteine, Ausschaltung der enzymatisch
wirkenden Urease, Koagulation von Pektin und Eiweißstoffen, sowie eine optimale
Betriebskostenbilanz sind daher das Ziel der (thermischen) Saatgutkonditionierung.
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Gemäß einem bekannt gewordenen Verfahren, bei dem die Vorbereitungsstufen
der Reinigung, Mahlung und Trocknung, die Behandlung auf Riffelwalzen gefolgt von
einer Saatanwärmung und anschließende Glattwalzung dem bisher vielfach ausgeübten
konservativen Verfahrensschema entsprechen, werden die Plättchen nach dem Glattwalzen
einem üblichen thermischen Konditionierprozeß unterworfen und anschließend bei Atmosphärendruck
und etwa 100 bis 1100 C getempert. Als Temperapperat dient wiederum ein den Wärmepfannen
ähnliches, vertikales Mehrstufensystem, welches bei relativ langer Verweilzeit eine
erhöhte Inhibierung der Ureaseaktivität (und damit Geruchsverbesserung des Schrots)
einen gesteigerten Lezithinanfall und eine verbesserte Perkolationsgeschwindigkeit
(Extraktionsleistung) ergibt.
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Nachteilig erweist sich aber offenbar - bedingt durch die lange Verweilzeit
in der Temperstufe - eine
zunehmende Denaturierung der Eiweißstoffe,
deren Wasserlöslichkeit zurückgeht, ein erheblich gesteigerter Energiebedarf (für
die Rührflügel des Temperapparats) sowie eine Abnahme des Gehalts an Harnstoffverbindungen,
die trotz Temperaturen unterhalb des Zersetzungsbereichs des Harnstoffs, aufgrund
der langzeitigen Heißdampfbeaufschlagung, zerlegt bzw. gespalten werden. Direkter
Einfluß von Sauerstoff (Luft) führt zu unerwünschten Oxidationsreaktionen. Außerdem
liefert dieses Verfahren nur dann zufriedenstellende Extraktionsergebnisse, wenn
das Rohmaterial auf Plättchenstärken von ca. 0,2 bis 0,3 mm ausgewalzt ist Es ist
die Aufgabe der Erfindung, in einem Verfahren zur Gewinnung von Ölen und Fetten
aus Ölsaaten und Ölfrüchten, insbesondere Leguminosesamen wie beispielsweise Sojabohnen
und verwandte pflanzliche Rohstoffe, wobei das Ausgangsmaterial ggf. nach Reinigung,
Trocknung und Mahlung einem Extraktions- und/ oder Preßvorgang unterworfen und nach
Trennung und Aufarbeitung ein für Speisezwecke geeignetes Öl bzw.
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Fett sowie ein als Kraftfutter verwertbarer Rückstand, das Schrot,
erhalten werden, die Stufe der sogenannten (thermischen) Konditionierung des Rohstoffs
vor der Pressung bzw. Extraktion derart zu optimieren, daß im Hinblick auf die Qualitätsverbesserung
von Öl und Fett bzw. Schrot die Proteine insgesamt und die Wasserlöslichkeit der
Proteine in erheblichem Maße erhalten bleibt, die Urease als solche eliminiert oder
ihre Aktivität im wesentlichen inhibiert wird, die Extraktionsleistung mit Lösemitteln
durch Steigerung der Perkolationsgeschwindigkeit verbessert, die Hydratisierbarkeit
der Phosphatide gesteigert, so daß als Folge der Restphosphatidgehalt im Öl oder
Fett gesenkt werden kann, und schließlich der Energieaufwand der Anlage im Hinblick
auf Konditionierung, Pressung, Extraktion und Schrotaufbereitung auf ein Minimum
herabgesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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In Abhängigkeit von der Natur des Rohmaterials, insbesondere von
dessen Öl- bzw. Fettgehalt, liegt die Konditionierungstemperatur gemäß der Erfindung
bei 105 bis 1480C, insbesondere bei 118 bis 135" C.
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Der Druck beträgt dabei, d. h. vor der schlagartigen Entspannung,
insbesondere 4 bis 18 bar und bevorzugt 3 bis 6 bar.
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Die Verweilzeit im Konditionierer, dessen bevorzugte, jedoch nicht
alleinige Ausführungsform anschließend noch beschrieben wird, bis zur schlagartigen
Entspannung liegt zwischen Bruchteilen von Sekunden bis zu wenigen Sekunden, so
etwa zwischen l/lo Sekunde und 5 Sekunden. Auch die Verweilzeit ist eine Funktion
des zu verarbeitenden Materials.
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Die vorstehend aufgeführten Betriebsdaten für das neue (thermische)
Konditionierverfahren können untereinander vielfach variiert werden.
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So liegt die Behandlungszeit bei hohen Temperaturen, z. B. von 140
bis 148"C, bei wenig über 1 Sekunde.
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Der Druck sollte hier etwa 4,0 bis 8,0 bar betragen. Bei relativ niedrigen
Temperaturen, etwa bei 110 bis 120"C sind Behandlungszeiten zwischen 2 und 4 Sekunden
erforderlich, um die vorstehend definierte Aufgabe zu lösen.
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Von Bedeutung ist, daß das neue Verfahren in möglichst luft- bwz.
sauerstofffreier Umgebung durchgeführt wird. Diese Forderung wird bei gleichzeitigem
Druck- und Temperaturaufbau am zweckmäßigsten durch Wasserdampf erfüllt, der bis
zur spontanen Entspannung auf Atmosphärendruck oder darunter bei gleichzeitiger
Abkühlung auf Temperaturen unter 100°C, insbesondere bis 60"C, d. h. auf Extraktionstemperatur,
bevorzugt die Umgebungsatmosphäre 1,2 bis 1,3 bar bildet. Gleichzeitig wird durch
Wasserdampf auch der Feuchtigkeitsgehalt des zu behandelnden Materials reguliert
bzw. eingestellt.
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Durch das neue Verfahren der Hochtemperatur-Hochdruck-Konditionierung
mit schlagartiger Entspannung in luft- bzw. sauerstofffreier Atmosphäre werden folgende
Ergebnisse erzielt: Die Urease wird abgebaut bzw. ihre Aktivität inhibiert, bedingt
durch die Erhitzung auf die angegebenen hohen Temperaturen.
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Die Proteine werden aufgrund der kurzen Erhitzungszeiten bei erhöhten
Drücken weder abgebaut, noch wird die Wasserlöslichkeit wesentlich verringert.
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Harnstoffverbindungen werden auf ein Minimum reduziert, stabile Harnstoffe
nicht angegriffen.
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Durch vorstehende Vorteile wird die Qualität des Schrots insgesamt
verbessert.
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Betriebliche Fortschritte sind einmal ein stark herabgesetzter Energieaufwand
aufgrund der kurzen Verweilzeiten, größere Extraktions- (und ggf. Preß-)leistung
durch verbesserte Perkolationsgeschwindigkeit, damit insgesamt Erhöhung der Anlagenkapazität,
geringerer Restphosphatidgehalt im Reinöl nach der Entschleimung bzw. -fett, Entlastung
des Trockners/Toasters in der Schrotaufbereitung.
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Die Einschaltung der Konditionierstufe in ein Verfahren zur Fett-
und/oder Öl-Gewinnung aus Ölsaaten und Ölfrüchten durch Extraktion und/oder Pressung
kann in Abhängigkeit vom eingesetzten Rohmaterial, insbesondere von dessen Öl- bzw.
Fettgehalt, in unterschiedlichen Positionen erfolgen. Die gegebenen Möglichkeiten
gehen aus den Schemata gemäß Fig. 1-4 hervor.
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F i g. 5 beschreibt eine besonders vorteilhafte Konditioniervorrichtung
zur Durchführung des neuen, erfindungsgemäßen Verfahrens. F i g. 6 zeigt eine ebenfalls
geeignete Vorrichtung.
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Das in Fig. 1 dargestellte, allgemein gültige Fließschema zeigt den
Verfahrensablauf für Saatgut mit niedrigem bis mittlerem Ölgehalt, etwa in der Größenordnung
zwischen 17 und 45 Gew.-%. Es ist besonders geeignet für Verfahren ohne Pressung,
also Öl- bzw.
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Fettgewinnung allein durch Extraktion mit Lösungsmitteln.
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Geeignete Rohmaterialien sind: Sonnenblumenkerne, Sojabohnen, Baumwollsaat,
Bucheckern, Hanfsaat, Leinsaat, Raps.
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Das Saatgut (S) wird zunächst in bekannter Weise gereinigt, getrocknet
und gemahlen (ROM1 auf ca.
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40-60"C erwärmt (Wll glattgewalzt (GW), weiter angewärmt auf 80-950C
(all) und in den zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten
Expander (EXP) eingeführt. Durch Dampfzufuhr (D) erfolgt die kurzzeitige Hochtemperatur-Hochdruckbehandlung
mit anschließender schlagartiger Entspannung in einen Trockner/Kühler (K). Dieser
bisher beschriebene Vorgang ist vollkontinuierlich.
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Die weiteren Verfahrensschritte sind Stand der Technik und bestehen
aus Extraktion (Extr) mit Lösemitteln (LM1 Ölgewinnung (ÖR) bestehend aus Reinigung,
Entlezithinierung, Destillation usw. und Gewinnung des Reinöls (RÖ) neben Lösemittel
(LM9, das zur Extraktion zugeführt wird, indirekte Entbenzinierung des Schrots (EB1
direkte Dampfentbenzinierung (NEB),
Schrotkühlung (K) und Schrotgewinnung
(SCH).
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Das in F i g. 2 dargestellte Schema eignet sich besonders für Rohmaterialien
mit sehr hohem Öl- bzw. Fettgehalt, so daß eine Pressung vor der Extraktion erforderlich
wird. Derartige Rohmaterialien sind: enthülste Erdnüsse, Haselnußkerne, Mandeln,
Kerne von Ölpalmen, Sesamsaat und Walnußkerne.
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Die Stufen (RTM), (Wl), (GW1 (WI) haben die gleiche Bedeutung wie
in Fig. 1.
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Gemäß F i g. 2 ist nun vor der Konditionierung gemäß Erfindung (EXP)
die Pressung (PR. des Rohmaterials unter Gewinnung des Preßöls (pro) eingeschaltet.
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Die verbleibenden Schritte wie Extraktion (EXTR-1 Ölreinigung (ÖR),
Entbenzinierung (EB) usw. entsprechen wieder dem Verfahrensablauf nach Fig. 1.
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Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die (thermische) Konditionierung
gemäß der Erfindung der Pressung vorzuschalten. Dies ist dann angezeigt, wenn der
Hauptölanteil bereits beim Pressen gewonnen wird, d. h.
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hochölhaltiges Rohmaterial, wie z. B. Oliven, Ölpalmfrüchte, Kakaosamen,
Cocos u. a. Das Verfahren nach F i g. 3 kann aber auch in Kombination aus Pressen
und Extrahieren auf Rohstoffe mit hohem Ölgehalt und Schalenmaterial angewendet
werden.
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Insbesondere für Raps, Baumwollsaat und Leinsaat mit bis zu 45 Gew.-%
1 (Fleisch und Schale) hat sich ein Verfahren nach F i g. 4 bewährt, bei dem das
glattgewalzte Material zunächst unter relativ milden Bedingungen gemäß der Erfindung
(thermisch) konditioniert (EXP.I), dann das warme bzw. heiße Material gepreßt (PR)
unter Gewinnung von Preßöl (PÖ1 bei gesteigerten Bedingungen der Preßkuchen aus
(PR) erneut (thermisch) konditioniert (EXPl 1), gekühlt (k) und schließlich in bekannter
Weise extrahiert wird (EXTR.). Hierdurch gelingt es, den Ölgehalt in der Schale
optimal zu gewinnen und eine klare Trennung von Preßöl (PÖ) aus dem Fleisch und
Extraktionsöl (RÖ) aus der Schale zu erreichen.
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Bei allen vorstehend genannten Möglichkeiten wird auch das Lösemittel
aus der Entbenzinierung in die Extraktion zurückgeführt (LM Die für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur thermischen Konditionierung besonders geeignete
Vorrichtung bzw. Anlage nach F i g. 5 arbeitet in Anlehnung an das Prinzip der Ein-
oder Mehr-Schneckenpressen wie sie aus der Lebensmittel-, Kunststoff- und Arzneimittel-Technologie
bekannt sind.
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Das mit Hilfe eines geeigneten Dosier- und Steuergeräts (14) über
den Einfülltrichter (1) eingebrachte Material (S), das in Übereinstimmung mit Fig.
1-4 gereinigt, getrocknet, gemahlen, erwärmt und ggf. glattgewalzt wurde, z. B.
Sojabohnenplättchen von 0,4 bis 0,6 mm Dicke, gelangt über den Stutzen (17) im kontinuierlichen
Fluß in die Einzugszone (A) des aus Wanne und Schnekkenwelle (3) gebildeten, druckaufbauenden
Systems und durchwandert dieses durch die Kompressionszone (B) und die Hochdruckzone
(C) bis zur Dekompression bzw. Expansion in (Dl nachdem ein Optimaldruck (Pm) erreicht
wurde.
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Im Bereich der Einzugszone (A) befinden sich eine oder mehrere Einlaßdüsen
für Wasserdampf von z. B.
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1-3 bar (10), durch die der gesamte Einzugsbereich bis in den Stutzen
(17) und darüber hinaus mit einer Wasserdampfatmosphäre beschickt ist. Hierdurch
wird erreicht, daß bereits die Einzugszone im wesentlichen luft-bzw. sauerstofffrei
ist und oxidierende Beeinflussung des zu konditionierenden Materials ausgeschlossen
ist.
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Der über (10) eingespeiste Dampf verläßt die Zone (A) zum Teil über
den Trichter (1), zum anderen Teil dringt er innerhalb der Vorrichtung in die Zone
(B) ein.
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Die über (1) eingeführten Sojabohnenplättchen - an denen im folgenden
aus neue Verfahren beispielshaft erläutert wird - haben zunächst einen Feuchtigkeitsgehalt
von ca. 10-12 Gew.-%. Sie werden in der Einzugszone (A)von den Scherelementen (12)
erfaßt und beginnen gegen Ende der Zone (A) einen Massedruck aufzubauen. Dieser
hat beim Übergang zur Kompressionszone (B) einen Wert (Pa) von ca. 0,1 x (Pm) und
steigt bis in die Hochdruckzone (C) praktisch linear an.
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Wie aus F i g. 5 zu ersehen ist, hat die Gangtiefe der Scherelemente
(12) im Bereich der Hochdruckzone (C) im Vergleich zur Schneckenbreite einen kleinsten
Wert (5), der sich in Richtung Materialzufuhr in Zone (A) erweitert (2,4).
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In einer praktischen Betriebsanlage mit Sojabohnenplättchen von 0,52
mm Dicke wurde allein durch die Bedingungen der abnehmenden Gangtiefe in der Zone
(B) ein Druck (Pe) von 8,5 bar ermittelt, der bis zum Maximalwert (Pm) - d. h. kurz
vor Austritt aus der Hochdruckzone (C) in die Expansionszone (D) - auf 10,5 bar
anstieg.
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Da die Kompressionszone (B) für den Druckaufbau von entscheidender
Bedeutung ist, erfolgt in ihr die Einführung von Hochdruckwasserdampf (9) über ein
Mehrfach-Düsensystem (13). Der Druck des Wasserdampfes über (9,13) lag im vorliegenden
Fall bei 6 bar und liegt im allgemeinen zwischen 4 und 10 bar.
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Das kontinuierlich komprimierte Material wird beim stetigen Durchgang
durch das Konditioniersystem teils durch den Dampf (9), teils durch zusätzliche
Heizelemente (22) auf die vorgesehene Temperatur, im speziellen Falle auf 136"C,
aufgeheizt. Gleichzeitig steigt der Wassergehalt auf über 12%, im speziellen Falle
auf 18 bis 20% an. Gegen Ende der Hochdruckzone (C) hat sich im Gang (5) ein kompaktes,
erhitztes und unter Druck stehendes Material gebildet, das über den Scherspalt (6)
und Stutzen (21) unter Expansion auf einen Druck im Atmosphärenbereich in die Vorlage
(7) austritt. Durch den Übergang von der Hochdruckzone (C) in den Stutzen (21) bzw.
in die Beruhigungszone (Vorlage) (7) erfolgt eine spontane, schlagartige Entspannung
verbunden mit einer Materialabkühlung auf unter 100"C. Dabei wird die Vorlage bevorzugt
geschlossen gehalten und das Material über ein geeignetes Transportsystem, z. B.
eine Schnecke (18), die auch expanderartig ausgebildet sein kann, kontinuierlich
ausgetragen (S).
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Zweckmäßig ist es, die Vorlage (7) an einen Saugstrahler oder ein
anderes geeignetes Vakuum erzeugendes System (34) anzuschließen (mit vorgeschaltetem
Kondensator), um einmal im Bereich der Gesamtlage eine Wasserdampfrichtung zum Scherspalt
(6) hin auszubilden und zum anderen den mit dem expandierten Material (S9 in die
Vorlage eintretenden Wasserdampf abzuziehen.
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Es versteht sich, daß die vorstehend beschriebene Konditionieranlage
gemäß der Erfindung vielfacher Änderungen und Verbesserungen unterliegen kann. So
können zusätzliche Kühlelemente (23) der Temperaturregulierung dienen. Einfach-
und Mehrfachschneckensysteme, gerade oder konische Doppelschnecken, Schnecken mit
verschiedenen Ganggrößen, unterschiedlichen Scherelementen, eingezogenen Noppen
zur Materialumwälzung, solche mit mehr als einer Meteringzone (Zone der Kompression
B) usw. sind im vorstehenden Sinne verwendbar.
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Darüber hinaus ist das neue Konditionierverfahren nicht an das in
F i g. 5 gezeigte System bebunden. Andere, einen allmählichen Druck aufbauende Systeme
wie kontinuierliche Mischer, Pumpen, Kolbenelemente usw.
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sind ebenfalls geeignet, sofern die Erfordernisse des Druckaufbaus,
der Inertatmosphäre, des Temperaturaufbaus und der spontanen bzw. schlagartigen
Entspannung bzw. Expansion des komprimierten Materials ermöglicht ist, die einer
schlagartigen Abschreckung von Hochdruck-Hochtemperatur auf atmosphärische Bedingungen
und unter 100"C ggf. auf Temperaturen von 60-90"C bei teilweise unteratmosphärischen
Drücken gleichkommt.
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Bezüglich des Aufbaus der Anlage nach Fig.5 ist noch zu sagen, daß
sie vollkontinuierlich betrieben werden kann. An den Scherspalt (6) können sich
Matrizen zur Formgebung, insbesondere zu Hohlkörpern (Rohrsträngen usw.) anschließen,
so daß ein expandiertes Material großer Oberfläche anfällt.
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Hierdurch wird nicht nur der Kühl- und Trockenprozeß im Anschluß
an die Vorlage (7) erleichtert, es wird auch bei Extraktionsverfahren die Lösungsmittelperkolation
weiter gefördert.
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Die in F i g. 6 schematisch dargestellte Anlage arbeitet nach dem
gleichen Prinzip wie die Anlage nach F i g. 5, d. h. allmählicher Massedruckaufbau,
Übergang zu Hochdruck durch Hochdruckwasserdampf und spontane bzw. schlagartige
Entspannung.
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Unterschiedlich ist in der Anlage gemäß F i g. 6 die Auslegung des
die Hochdruckzone (C) bildenden Behälters, der hier als einfacher Druckbehälter
(25) ausgebildet ist.
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Das zu konditionierende Material (S) gelangt zunächst über den Trichter
(1) in eine Fördereinheit (24 die bevorzugt als Schnecke bzw. Preß-Schnecke oder
als expanderähnliche Förderschnecke ausgebildet ist.
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Über die Leitung (10) wird auch hier - wie bei der Anlage nach F
i g. 5 - sowohl der Trichter (1) als auch der diesen mit der Einheit (24) verbindende,
ggf. ein -nicht dargestelltes - Dosier- und Regelsystem aufweisende Stutzen mit
Spüldampf beschickt, um eine möglichst luft- bzw. sauerstofffreie Atmosphäre zu
schaffen.
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Die Einheit (24) bildet im Prinzip die Einzugszone (A) nach F i g.
5. Sie leitet weiter in die Kompressionszone (B) und von hier direkt in die eigentliche
Hochdruckzone (C), im vorliegenden Falle als Hochdruckgefäß (25) konstruiert.
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Das Gefäß (25) (mit Manometer (26) und Sicherheitsventil (27) ausgerüstet)
wird über das Mehrfachdüsensystem (13) mit Hochdruckwasserdampf (9) beschickt. Das
Druckgefäß (25) kann selbstverständlich auch mit Heiz-und Kühlelementen - nicht
dargestellt - ausgerüstet sein.
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Durch den Einfluß des Hochdruckwasserdampfes (9) baut sich in (25)
die Hochdruckzone (C) auf. Die herrschenden Druck- und Temperaturverhältnisse entsprechen
weitgehend den für F i g. 5 abgehandelten Bedingungen.
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Die Entspannung bzw. Materialexpansion erfolgt gemäß F i g. 6 - ggf.
über ein geeignetes Ventilsystem (28) - in die Vorlage (7) wobei zweckmäßigerweise
der Übergang vom Druckgefäß (25) zur Vorlage (7) über eine zweite Fördereinheit
(29) erfolgt, die ähnlich wie die Einheit (24) konstruiert sein kann. Es hat sich
als vorteilhaft erwiesen, auch die Fördereinheit (29) mit Spüldampf zu beschicken
(30), um bis zur Erkaltung des Materials eine luftfreie Atmosphäre aufrechtzuerhalten.
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Die Vorlage (7) dient als Beruhigungszone, in der sich das Material
auf Temperaturen unterhalb 1 000C abkühlt, insbesondere bedingt durch das vakuumerzeugende
System (34). Dieses sorgt auch dafür, daß Entspannungsdampf aus (25) und Spüldampf
über (30) ständig abgeführt wird und somit der Eintritt von Luft bzw.
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Sauerstoff vollkommen unterbunden ist. Als vakuumerzeugendes System
dient zweckmäßigerweise wieder ein Saugstrahler, obwohl jede andere Technologie
verwendet werden kann (Vakuumpumpe, Gebläse usw.).
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Den Anschluß der Anlage bildet ein geeignetes Austragelement für
die Vorlage (7), das beispielsweise durch Drehschleusen (18), aber auch durch Schnecken,
entsprechend ausgelegte Schieber, Ventile usw. gebildet sein kann. Das Material
(S-) verläßt die Anlage in expandierter, thermisch konditionierter, lockerer Form.
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Beispiel Sojabohnenmaterial mit ursprünglich 12,3 Gew.-% Feuchtigkeit
und einem Ölgehalt von 19,75% wurde in bekannter Weise vorbehandelt und mit einer
Temperatur von 56-580C auf Glattwalzen zu Plättchen von 0,52 mm ausgewalzt.
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Bei bisher bekannt gewordenen klassischen Verfahren liegt die Dicke
der Walzplättchen bei ca.
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0,25-0,3 mm Stärke.
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Unter den vorstehend genannten Bedingungen konnten in einem Einschnecken-Expander
von ca. 3000 mm Länge (Zonen A + B+ C) pro Minute ca. 350 kg des Materials konditioniert
werden. Die Maximaltemperatur beim Übergang von (C) nach (D) lag bei 136"C; der
Maximaldruck (p,,) betrug 10,5 bar. Die Expansion bei gleichzeitiger Abkühlung auf
96"C in die Vorlage (7) erfolgte innerhalb eines Bruchteils von einer Sekunde.
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Nach Erhalten und kurzer Nachtrocknung lag der Wassergehalt des leicht
bröckligen Materials bei 11,1%. Das Schüttgewicht betrug etwa 480 bis 520 kg/m3.
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Dieses Material lieferte - nach Extraktion mit Hexan, Lösemittel-
und Schrotabtrennung - ein entschleimtes und physikalisch gebleichtes Öl mit einem
Gesamtphosphatgehalt von 0,2 ppm.
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Die Ureaseaktivität im getoasteten Schrot wurde mit 0,022 (mg N/g/min/30°C)
gemessen. Die Proteinlöslichkeit lag bei 75%.
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Die Bestimmung des wasserlöslichen Proteins erfolgte über die Ermittlung
der PDI-Zahl (Protein Dispersibility Index). Die PDI-Zahl ist durch diejenige Menge
an Stickstoff gegeben, die bei schnellem Rühren oder Zentrifugieren unter Standardbedingungen
in Lösung geht.
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Sie liegt im allgemeinen um einige Einheiten höher als die durch Ermittlung
der NSI-Zahl (Nitrogen Solubility Index) erhaltenen Werte. Unabhängig von der Analysenmethode
werden bei den erfindungsgemäß hergestellten Schroten Gehalte an wasserlöslichem
Protein gefunden, die vergleichsweise doppelt so hoch sind als die nach konservativen
Verfahren, d. h. ohne die thermische Konditionierung im Sinne der Erfindung erhaltenen
Produkte aufweisen. Die Gesamt-Rohölausbeute betrug 99,1 Gew.-0/0 (Restöl im Schrot).
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Ein Vergleichsmaterial entsprechender Vorbehandlung mit einer Plättchenstärke
von 0,25 mm Stärke lieferte ohne die erfindungsgemäße (thermische) Konditionierung
einen Schrot mit einem löslichen Proteinanteil von 38%. Das Schrot hatte trotz Trocknung
und Toastung mit identischen Bedingungen wie vorstehend am konditionierten Sojabohnenmaterial
vorgenommen, einen stechenden, reizenden, nach Ammoniak riechenden Geruch. Die gemessene
Ureaseaktivität lag bei
0,12 mg Stickstoff je Gramm/min/30° C.
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Das gleichzeitig erhaltene Öl wies im vorliegenden Falle noch einen
Gesamt-Phosphorgehalt von 1,95 ppm auf.
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Von Bedeutung ist aber auch die erhebliche Zeitverbesserung durch
die erfindungsgemäße Konditionierung, die nur wenige Bruchteile von Sekunden Verweilzeit
im Konditionierer erfordert und dadurch eine erhebliche Energieeinsparung bei gleichzeitig
gesteigerter Produktion zur Folge hat.
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