DE3613333A1 - Extrudier-verfahren und einrichtung zur herstellung eines in wasser strukturstabilen, aufgeblaehten lebens- oder futtermittelproduktes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrudier-Verfahren der Gattung, wie beschrieben im Oberbegriff des Patentanspruchs sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Extrusionsverfahren zum Herstellen von Nahrungs- oder Futtermitteln in Strangform mit anschließender Granulierung und Trocknung der Stränge sind bekannt u. a. aus der DE-PS 27 44 483. Die aus einer Düse austretenden Stränge expandieren durch den freiwerdenden Wasserdampf, so daß ein lockeres Produkt erhalten wird, was nachgetrocknet werden muß.

Eingesetzt werden derartige Produkte für die Herstellung von Snacks, Käsestangen usw.

Die bisher bekannten Extrusionsverfahren bzw. Kochextrusionsverfahren sind mit einem schwerwiegenden Nachteil behaftet.

Während des Extrusionsprozesses wird die in dem Mehl vorhandene Stärke einer erheblichen mechanischen Beanspruchung unterworfen, die zu einem Abbau der Stärken, d. h. zum Zerhaken der Stärkemoleküle, führt. Die mechanische Beanspruchung entsteht durch die rotierende Schnecke.

Der Stärkeabbau ist leicht am extrudierten Massestrang feststellbar, weil die mit Wasser in Berührung kommenden Stränge Lösungserscheinungen aufweisen. Beim Essen derartig extrudierter Produkte ist ein pappiger, matschiger Biß feststellbar, der allgemein als äußerst nachteilig empfunden wird.

Die nach den üblichen Extrusionsverfahren hergestellten Produkte weisen diese Nachteile auf, die dazu geführt haben, daß der kontinuierliche einen hohen Ausstoß erlaubende Extrusionsprozess bisher für viele Produkte nicht einsetzbar war.

Ein Extrusionsprozess muß darüber hinaus als sehr wirtschaftlich angesehen werden, weil ohne einen sehr energie- und zeitaufwendigen Backvorgang gearbeitet werden kann.

Im einzelnen wird in dem Extruder eine Homogenisierung der Bestandteile durchgeführt. Beim Austreten des runden oder flachen Massestranges aus der Düse erfolgt ein Aufblähen des relativ heißen Stranges, weil das Wasser in dem Produkt am Düsenaustritt verdampft. Durch den Verdampfungsvorgang wird ein Produktstrang erhalten, der einen relativ geringen Wassergehalt aufweist, so daß nur ein sehr kurzer Trocknungsvorgang erforderlich ist. In vielen Fällen kann der Trocknungsvorgang auch entfallen. Es wird somit ohne Backprozess ein Produkt erhalten, daß in seinen Eigenschaften fast mit einem, einen Backprozess durchlaufenen Produkt verglichen werden könnte, wenn der sehr nachteilige Stärkeabbau vermeidbar wäre.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Extrudierverfahren zum Herstellen eines in Wasser strukturstabilen, aufgeblähten Nahrungs- oder Futtermittelproduktes vorzuschlagen. Das Produkt soll eine ausreichende Wasseraufnahmefähigkeit, d. h. Quellfähigkeit aufweisen, ohne daß es, wenn es mit Wasser in Berührung kommt, zu merklichen Auflösungen der in dem Produkt enthaltenen Stärken kommt.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Verfahrensanspruches niedergelegten Merkmale gelöst.

Durch die Auffeuchtung des Mehles bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 35-45 Gewichtsprozent wird eine relativ niedrigviskose, d. h. weiche Mischung erhalten. Dadurch wird erreicht, daß die Mischung nicht zu viel Scherenenergie über die Antriebsenergie der Extruderschnecke aufnehmen kann.

Es kommt somit durch die relativ geringe mechanische Beaufschlagung zu einem Gelatinisierungsvorgang der Stärken im Mehl, ohne daß ein merklicher Stärkeabbau stattfindet. Durch die Beheizung des Extruderzylinders wird die Verfahrenstemperatur erreicht, ohne daß mechanisch auf die Mischung eingewirkt werden muß.

Bei einem geringeren Wasseranteil würde eine höher viskose Mischung vorliegen, in die mehr Scherenergie eingeleitet würde, was zu einer höheren, mechanischen Beanspruchung in der Maschine führen würde und durch eine Drehmomentmessung an dem Antrieb für die Schnecke angezeigt wird.

Die eingeleitete Scherenergie wird also bestimmt durch die Drehzahl bzw. die Drehmomentaufnahme der Extruderschnecke. Wenn bei einem vorgegebenen Wassergehalt von 35-45 Gewichtsprozent eine max. Scherenergie von 50 Wh/kg in die Mischung eingeleitet wird, erreicht man in überraschender Weise, daß nur ein Gelatinisiervorgang der Stärken ohne merklichen Stärkeabbau stattfindet.

Wird der Bereich bis zu 50 Wh/kg Masse bei einem geringeren Feuchtigkeitsgehalt überschritten, ist ein massiver mechanischer Stärkeabbau unvermeidbar und es wird ein wasserlösliches Produkt mit allen eingangs erwähnten Nachteilen erhalten, weil die mechanische Beaufschlagung durch die rotierende Schnecke eine erhebliche Zerkleinerung der Stärkemoleküle zur Folge hat. Es muß ein Zusammenspiel zwischen einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt der Mischung im Hinblick auf die Mischungsviskosität und der eingeleiteten Scherenergie eingehalten werden, was über die Drehmomentaufnahme der rotierenden Schnecke und dem Feuchtigkeitsgehalt der Mischung sowie der definierten Temperaturführung als Kontrollfunktionen gesteuert werden kann.

Nur bei Einhaltung dieser Bedingungen wird die im Mehl enthaltene Stärke lediglich einem Gelatinisierungsvorgang unterworfen, ohne daß ein merklicher Stärkeabbau stattfindet.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird in Anspruch 2 beschrieben.

Zunächst wird der Wassergehalt des eingesetzten Mehles gemessen, der in der Regel bei 14% liegt. Dann wird entsprechend dieses Wertes durch eine Dosiereinrichtung dem Extruder Wasser zugegeben, damit ein Auffeuchtungsgrad des Mehles mit Wasser von 35-45 Gewichtsprozent, im Idealfall bei 39 Gewichtsprozent, erreicht wird.

Die Auffeuchtung kann jedoch auch bereits vorher in einer separaten Mischeinrichtung erfolgen.

Aufgrund der Anzeige des Drehmomentmessers für die Extruderschnecke wird sichergestellt, daß das max. zulässige Drehmoment von 50 Wh/kg Mischung nicht überschritten wird.

Die Zylindertemperierung steuert die Mischungstemperatur derart, daß ein Temperaturbereich von 116-160°C in Abhängigkeit von der Rezeptur eingehalten wird, weil bekannt ist, daß z. B. bei Zugabe von Emulgatoren die Gelatinisierungstemperatur erhöht wird.

In besonders vorteilhafter Weise kann für die Durchführung des Verfahrens ein Extruder eingesetzt werden, wie beschrieben in Patentanspruch 2.

Aber auch ein Einschneckenextruder oder ein Doppelschneckenextruder kann eingesetzt werden, wobei die Extruder jeweils mit Drehmomentmeßeinrichtungen und Zylindertemperierungen ausgerüstet sein müssen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird anhand der Zeichnungen, die drei verschiedene Ausführungsbeispiele zeigen, erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein schematisiert dargestelltes Extrusionssystem, wie beschrieben in Anspruch 3.

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen schematisiert dargestellten Einschneckenextruder.

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen schematisiert dargestellten Doppelschneckenextruder.

Die in Fig. 1 und 2 schematisiert dargestellte Einrichtung weist eine Zentralspindel 1, Planetspindeln 2, einen Anlaufring 3 und ein Gehäuse 4 mit einem Einfülltrichter 5 auf.

Auf der Zentralspindel 1 befinden sich wendelförmige Stege 1 a, die mit den Stegen 2 a der Planetspindeln 2 in kämmendem Eingriff stehen und wodurch die Planetspindeln 2 beim Antrieb der Zentralspindel 1 in Drehbewegung gesetzt werden und um die Zentralspindel 1 herum laufen. Die Zentralspindel 1 wird durch ein nicht gezeigtes Getriebe mit elektrischem Antrieb angetrieben.

Die Planetspindeln 2 greifen mit ihren Stegen 2 a in die wendelförmigen Stege 4 a des Gehäuses 4 ein und rollen sich auch auf der Gehäuseinnenwandung ab.

In den Einfülltrichter 5 werden mittels einer bekannten Dosiereinrichtung 6 Mehl und mittels der Dosiereinrichtung 7 Wasser eingegeben, und zwar in vorher festgelegter Menge, so daß sich ein Auffeuchtungsgrad der Mehl/Wassermischung von 35-45 Gewichtsprozent ergibt.

Dann wird die Mehl/Wassermischung von den Planetspindeln 2 erfaßt und in die Zwischenräume zwischen den Spindeln gezogen.

Durch die schräge Verzahnung der Spindeln 2 mit der Zentralspindel 1 und den Stegen 4 a des Gehäuses 4 wird die Mischung in Richtung der Austrittsdüse 9 gefördert.

An dem nicht dargestellten Antrieb der Zentralspindel 1 ist eine Drehmomentmeßeinrichtung 8 in schematisierter Form dargestellt, wodurch jederzeit die Drehmomentaufnahme der Zentralspindel kontrolliert werden kann.

In Fig. 3 wird in stark schematisierter Form ein Einschneckenextruder gezeigt, mit einer Schnecke 10 in einem zylinderförmigen Gehäuse 11 sowie mit einer Drehmomentmeßeinrichtung 8. Die erforderlichen Dosiereinrichtungen für Mehl und Wasser werden nicht gezeigt.

In Fig. 4 wird ein Doppelschneckenextruder mit in Zylindern 14 rotierenden Schnecken 12 und 13 gezeigt, die in kämmendem Eingriff miteinander stehen und eine selbstreinigende, gegenseitige Abstreifung der Schneckenstege und somit der gesamten Schnecken erlauben.

Die hierfür vorgesehene Drehmomenterfassung wirkt auf beide Schnecken und die in die Mehl/Wassermischung eingeleitete Scherenergiemenge wird insgesamt erfaßt.

Mittels in den jeweiligen Gehäusen 4, 11 und 14 eingebrachten, wendelförmigen Temperierbohrungen 15, die eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung 16 und 17 aufweisen und in denen ein flüssiges Temperiermedium umläuft, läßt sich eine exakte Temperaturführung der Mehl/Wassermischung in dem jeweiligen Extruder durchführen.

Ein bekanntes und daher nicht gezeigtes Temperaturregelgerät ist jeweils mit den Einlaß- und Auslaßöffnungen 16 und 17 verbunden, wodurch eine schnelle und exakte Temperaturführung in den Extruderzylindern 4, 11 und 14 ermöglicht wird.

Nachfolgend werden Vergleichsbeispiele aufgeführt, und zwar Beispiel 1 gemäß dem Stand der Technik mit einem üblichen Einschneckenextruder mit hoher Einleitung von Scherenergie und Beispiel 2 ebenfalls mit einem Einschneckenextruder und unter Einleitung von max. 50 Wh/kg Scherenergie in die Mehl/ Wassermischung.

Beispiel 1 (gemäß dem Stand der Technik)

100,0 kg Weizengrieß mit 14% Feuchtigkeitsgehalt
  1,5 kg Salz
  3,6 kg Wasser (Raumtemperatur)

Die Feuchtigkeit des Weizengriesses zusammen mit dem direkt zugegebenen Wasser ergibt insgesamt einen Feuchtigkeitsprozentsatz von 17, bezogen auf die Weizengrießmenge.
Eingeleitete Scherenergie: ca. 140 Wh/kg

Obige Bestandteile wurden in einen Eischneckenextruder mit einem Schneckendurchmesser von 90 mm und einer Länge von 16 D (D = Schneckendurchmesser) eingegeben und es wurde in die Mischung eine übliche Menge Scherenergie von ca. 140 Wh/kg, über die Steuerung der Schneckendrehzahl, eingegeben. Die aufgezeigte Mischungstemperatur wurde etwa zu 80% durch eingeleitete Scherenergie und zu etwa 20% durch die Zylindertemperierung erreicht.

Der extrudierte Mischungsstrang wies etwa eine Temperatur von 140°C auf, wurde einem kurzen Trocknungsvorgang unterworfen und geprüft-

Es wurde ein Massestrang erhalten, der, wenn er mit Wasser in Berührung gebracht wurde, sofort sehr klebrig und schmierig wurde sowie im Wasser löslich war. Der Strang wies keinerlei Formstabilität auf und löste sich in einem Wasserbad vollständig auf.

Von der eingeleiteten Scherenergie gehen übliche und dem Fachmann geläufige Prozentsätze für den Antrieb etc. verloren, die jedoch bei beiden Beispielen in gleicher Weise berücksichtigt wurden.

Beispiel 2 (gemäß der Erfindung)

100,0 kg Weizengrieß mit 14% Feuchtigkeit
  1,5 kg Salz
 43,0 kg Wasser (Raumtemperatur)

Feuchtigkeitsprozentsatz zusammen mit der Weizengrießfeuchtigkeit: 39,9%
Eingeleitete Scherenergie: etwa 25 Wh/kg.

Die Mehl- bzw. Weizengrieß/Wassermischung wurde mittels der Dosiereinrichtungen 6 und 7 in den gleichen Extruder eingegeben, wie eingesetzt in Beispiel 1.

Die eingeleitete Scherenergie, abzüglich üblicher bekannter Energiedissipationen für Getriebe und dgl. wurde auf etwa 25 Wh/kg Mehl/Wassermischung eingestellt durch die Steuerung der Schneckendrehzahl aufgrund der Anzeigen der Drehmomentmeßeinrichtung 8.

Die Temperatur im Extruderzylinder wurde gemessen und aufgrund der gemessenen Werte auf 116°C mittels eines Temperaturregelgerätes eingestellt.

Der extrudierte Massestrang wies am Düsenaustritt etwa eine Temperatur von 116°C auf, die nur zu einem sehr geringen Prozentsatz von ca. 10% durch Scherenergieeinleitung in die Mehl/Wassermischung erhalten wurde. Der weitaus größere Anteil der Mischungstemperatur wurde durch das Temperiersystem im Gehäuse mittels eines Temperaturregelgerätes eingestellt.

Der extrudierte und getrocknete Strang zeigte keine Aufweichungserscheinungen im heißen Wasser. Es wurde ein sehr formstabiles und nicht klebriges Produkt erzielt, was sich in hervorragender Weise als Knödelbrot einsetzen läßt, weil selbst nach einem Kochprozess die daraus hergestellte Knödelform erhalten bleibt, ohne daß sich Auflösungserscheinungen zeigten.

• Bezugszeichenliste:  1= Zentralspindel 1 a= Stege 2= Planetspindeln 2 a= Stege 3= Anlaufring 4= Gehäuse 4 a= Stege 5= Einfülltrichter 6= Dosiereinrichtung für Mehl 7= Dosiereinrichtung für Wasser 8= Drehmomentmesser 9= Austrittsöffnung10= Schnecke11= Gehäuse12= Schnecke13= Schnecke14= Gehäuse15= Temperierbohrungen16= Einlaßöffnung17= Auslaßöffnung

Claims (5)

1. Extrudierverfahren zur Herstellung eines in Wasser strukturstabilen, aufgeblähten Lebens- oder Futtermittelproduktes, bei dem ein mit Wasser angeteigtes Mehl zusammen mit Gewürzstoffen und dergleichen in den Extruder eingegeben, aufbereitet und anschließend aus einer Düse ausgepreßt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mehl in den Extruder gegeben wird,
daß das Mehl in dem Extruder oder vorher bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 35-45, vorzugsweise 38-43, insbesondere 39, Gewichtsprozent bezogen auf das Mehlgewicht aufgefeuchtet wird, und
daß in die Mehl/Wassermischung eine maximale Scherenergie von 50 Wh/kg über die Antriebsenergie der Schnecke eingeleitet wird, und
daß die Mischung auf eine Temperatur von 116- 160°C gebracht und extrudiert wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Extrudierverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Dosiervorrichtung für das Mehl und die Wassermenge in den Extruder vorgesehen wird,
daß der Antrieb der rotierenden Extruderschnecke eine Drehmomentmeßvorrichtung aufweißt, und
daß der Extruderzylinder beheizbar ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Extruder aus einer wendelförmige Stege (1 a) aufweisenden Zentralspindel (1), aus um die Zentralspindel (1) in gleichmäßigen Abständen herum angeordneten, wendelförmige Stege (2 a) aufweisenden Planetspindel (2) und aus einem wendelförmige Stege (4 a) auf seinem Innenmantel aufweisenden, hohlzylindrischen sowohl die Planetspindeln (2) als auch die Zentralspindel (1) aufnehmenden Gehäuse (4) und aus einem austrittsseitig im Gehäuse (4) angeordneten, die Rückdruckkraft der Planetspindel (2) aufnehmenden Anlaufring (3) besteht,
daß die Zentralspindel (1) antreibbar und mit ihren wendelförmigen Stegen (1 a) in die wendelförmigen Stege (2 a) der Planetspindeln (2) eingreifend ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder als Einschneckenextruder ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder als Doppelschneckenextruder ausgebildet ist.